本實(shí)用新型涉及移動(dòng)機(jī)器人的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多傳感器融合的智能小車大障礙物避障系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

智能小車是一種特別的移動(dòng)機(jī)器人，它是通過(guò)智能控制器的智能程序來(lái)控制其轉(zhuǎn)向、前進(jìn)、停止以及行駛速度。避障一直是智能小車的一個(gè)重要問(wèn)題，為了實(shí)現(xiàn)智能小車的自主避障，必須獲得所在環(huán)境準(zhǔn)確、全面的信息；同時(shí)處理環(huán)境信息并將之轉(zhuǎn)化為小車避障控制信息?，F(xiàn)有小車避障系統(tǒng)大都采用超聲波避障、紅外探測(cè)避障、視覺(jué)傳感避障、微波雷達(dá)、激光測(cè)距傳感器避障等。小車避障控制系統(tǒng)需要更準(zhǔn)確的環(huán)境信息，而現(xiàn)有小車避障系統(tǒng)大都采用單一傳感器來(lái)對(duì)障礙物進(jìn)行測(cè)量，顯然無(wú)法滿足需求，亟待采用多傳感器系統(tǒng)來(lái)提供更全面的環(huán)境信息。針對(duì)現(xiàn)有小車避障系統(tǒng)大都采用以超聲波傳感器和紅外傳感器為主，難以較好的避開(kāi)大障礙物的問(wèn)題，亟待研究能夠智能避障大障礙物的智能小車避障系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)小車避障控制系統(tǒng)測(cè)量單一，難以較好地避開(kāi)大障礙物的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種基于多傳感器融合的智能小車大障礙物避障系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物特征輪廓、小車與障礙物動(dòng)態(tài)距離的高精度測(cè)量，基于多傳感器信息融合得到智能小車的精確避障控制信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)大障礙物的智能避障，并將相關(guān)結(jié)論和狀態(tài)信息進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警提示和顯示提示，且提供通信接口實(shí)現(xiàn)與其他車載系統(tǒng)的信息鏈接，一定程度上提高了智能小車的智能化水平。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種基于多傳感器融合的智能小車大障礙物避障系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)中心處理器、超聲波測(cè)距傳感器、車速傳感器、視覺(jué)傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、避障報(bào)警模塊、通信接口模塊和電源模塊，超聲波測(cè)距傳感器、車速傳感器、視覺(jué)傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、避障報(bào)警模塊、通信接口模塊和電源模塊均與數(shù)據(jù)中心處理器相連接。

所述視覺(jué)傳感器和超聲波測(cè)距傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的圖像和距離的綜合特征檢測(cè)，車速傳感器測(cè)量小車的行駛速度，將檢測(cè)的障礙物的圖像、距離和小車的行駛速度傳送至數(shù)據(jù)中心處理器進(jìn)行處理，將處理得到的控制結(jié)果轉(zhuǎn)換為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)智能小車的智能避障。

所述避障報(bào)警模塊包括語(yǔ)音提示模塊和顯示提示模塊，語(yǔ)音提示模塊和顯示提示模塊均與數(shù)據(jù)中心處理器相連接，語(yǔ)音提示模塊用于將數(shù)據(jù)中心處理器輸出的前方障礙物特征信息和避障控制信息播報(bào)出來(lái)，顯示提示模塊直接將超聲波測(cè)距傳感器、車速傳感器和視覺(jué)傳感器測(cè)得的障礙物的輪廓信息、位置信息和數(shù)據(jù)中心處理器輸出的避障控制信息顯示出來(lái)。

所述通信接口模塊包括CAN總線接口、串口接口模塊和無(wú)線通信接口，通信接口模塊將數(shù)據(jù)中心處理器解算的車輛運(yùn)行環(huán)境信息和避障控制信息發(fā)送到其他小車的車載系統(tǒng)。

本實(shí)用新型基于視覺(jué)傳感器、超聲波測(cè)距傳感器、車速傳感器綜合實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感測(cè)智能小車行車環(huán)境障礙物準(zhǔn)確信息，精度高、抗干擾性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)小車的趨勢(shì)化避障控制；數(shù)據(jù)中心處理器利用優(yōu)化智能算法實(shí)現(xiàn)綜合最優(yōu)行車路徑優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化避障；視覺(jué)傳感器感測(cè)視角達(dá)到120°，超聲波測(cè)距傳感器和車速傳感器可實(shí)現(xiàn)智能小車動(dòng)態(tài)碰撞動(dòng)態(tài)估計(jì)，綜合實(shí)現(xiàn)對(duì)大障礙物的智能躲避。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型的原理框圖。

圖2為本實(shí)用新型的超聲波測(cè)距傳感器和視覺(jué)傳感器檢測(cè)的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

如圖1所示，一種基于多傳感器融合的智能小車大障礙物避障系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)中心處理器、超聲波測(cè)距傳感器、車速傳感器、視覺(jué)傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、避障報(bào)警模塊、通信接口模塊和電源模塊，超聲波測(cè)距傳感器、車速傳感器、視覺(jué)傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、避障報(bào)警模塊、通信接口模塊和電源模塊均與數(shù)據(jù)中心處理器相連接。

視覺(jué)傳感器測(cè)量障礙物的輪廓，超聲波測(cè)距傳感器測(cè)量車與障礙物的直線距離，視覺(jué)傳感器和超聲波測(cè)距傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的圖像和距離的綜合特征檢測(cè)，車速傳感器測(cè)量小車的行進(jìn)速度。圖像傳感器選用Pixy CMUcam5圖像傳感器，超聲傳感器選用SONOCONTROL14超聲波傳感器。速度傳感器采用Risym 2路槽型光耦測(cè)速傳感器模塊。數(shù)據(jù)中心處理器選擇集成有ATmega8處理器的Arduino控制器，數(shù)據(jù)中心處理器中設(shè)有計(jì)算處理模塊和存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)超聲波測(cè)距傳感器、車速傳感器、視覺(jué)傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)和小車行車的數(shù)據(jù)模式庫(kù)，計(jì)算處理模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)視覺(jué)傳感器測(cè)量得到的包含有障礙物的圖像進(jìn)行處理，得到障礙物的輪廓特征信息，將障礙物特征信息和超聲波測(cè)距傳感器測(cè)得的車與障礙物的距離以及小車的行駛速度進(jìn)行綜合解算，并結(jié)合小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的控制轉(zhuǎn)向閾值空間，得到合理的智能小車避障控制方案。超聲波測(cè)距傳感器、車速傳感器和視覺(jué)傳感器將檢測(cè)的障礙物的圖像、距離和小車的行駛速度傳送至數(shù)據(jù)中心處理器進(jìn)行處理，將處理得到的控制結(jié)果轉(zhuǎn)換為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)智能小車的智能避障。

避障報(bào)警模塊包括語(yǔ)音提示模塊和顯示提示模塊，語(yǔ)音提示模塊和顯示提示模塊均與數(shù)據(jù)中心處理器相連接，語(yǔ)音提示模塊用于將數(shù)據(jù)中心處理器輸出的前方障礙物特征信息和避障控制信息播報(bào)出來(lái)，顯示提示模塊直接將超聲波測(cè)距傳感器、車速傳感器和視覺(jué)傳感器測(cè)得的障礙物的輪廓信息、位置信息和數(shù)據(jù)中心處理器輸出的避障控制信息顯示出來(lái)。語(yǔ)音報(bào)警模塊選用Risym ISD1820錄音語(yǔ)音模塊，圖像顯示模塊選用12864G-086-PC12864液晶模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)避障報(bào)警小車避障控制結(jié)論等信息的顯示。

通信接口模塊包括CAN總線接口、串口接口模塊和無(wú)線通信接口，通信接口模塊將數(shù)據(jù)中心處理器解算的車輛運(yùn)行環(huán)境信息和避障控制信息發(fā)送到其他小車的車載系統(tǒng)。無(wú)線通信接口內(nèi)設(shè)有射頻收發(fā)模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和控制命令的無(wú)線傳輸。

如圖2所示，視覺(jué)傳感器和超聲波測(cè)距傳感器的感測(cè)距離融合結(jié)構(gòu)圖。視覺(jué)傳感器的檢測(cè)角度為120°，用于探測(cè)50cm外較遠(yuǎn)的障礙物。超聲波測(cè)距傳感器安裝在一個(gè)可以180°旋轉(zhuǎn)的舵機(jī)上，可以探測(cè)距離較近的障礙物。超聲波測(cè)距傳感器和視覺(jué)傳感器的信息的融合擴(kuò)大了靈敏度和探測(cè)范圍，反應(yīng)更為迅速，從而避免了接近障礙物或者碰擦相撞的危險(xiǎn)，提高了避障的幾率，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)全方位的避障。

本實(shí)用新型具體工作方法如下：小車行進(jìn)時(shí)，當(dāng)障礙物與智能小車的距離大于50cm時(shí)，超聲波測(cè)距傳感器無(wú)法檢測(cè)到障礙物，因此由視覺(jué)傳感器進(jìn)行工作；這時(shí)，視覺(jué)傳感器檢測(cè)并獲取障礙物中心點(diǎn)的位置坐標(biāo)（X軸），并把位置信息傳遞給數(shù)據(jù)中心處理器，由數(shù)據(jù)中心處理器進(jìn)行判斷并控制小車避障。當(dāng)障礙物在智能小車的左前方時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)小車的右電機(jī)停止，左電機(jī)正轉(zhuǎn)1秒，從而使智能小車進(jìn)行右轉(zhuǎn)，向右行駛避開(kāi)障礙物；當(dāng)障礙物在智能小車的右前方時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)小車的左電機(jī)停止，右電機(jī)正轉(zhuǎn)1秒，從而使智能小車進(jìn)行左轉(zhuǎn)，向左行駛避開(kāi)障礙物。

當(dāng)障礙物與智能小車的距離小于或等于50cm時(shí)，超聲波測(cè)距傳感器檢測(cè)到障礙物的存在，因此小車停止，并由舵機(jī)控制超聲波傳感器檢測(cè)0°、90°、179°三個(gè)角度障礙物的距離并傳遞給數(shù)據(jù)中心處理器。當(dāng)智能小車的左側(cè)、右側(cè)與障礙物的距離小于10cm時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)小車的左右電機(jī)同時(shí)反轉(zhuǎn)0.2s，使智能小車后退，一直循環(huán)到當(dāng)智能小車左側(cè)、右側(cè)與障礙物的距離大于或等于10cm為止。此時(shí)當(dāng)智能小車左側(cè)與障礙物的距離大于右側(cè)與障礙物的距離時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)小車的右電機(jī)正轉(zhuǎn)1s，智能小車左轉(zhuǎn)，向左行駛避開(kāi)障礙物；當(dāng)智能小車右側(cè)與障礙物的距離大于或等于左側(cè)與障礙物的距離時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)小車的左電機(jī)正轉(zhuǎn)1s，智能小車右轉(zhuǎn)，向右行駛避開(kāi)障礙物，最后，在完成避障要求后，智能小車?yán)^續(xù)向前行駛。

本實(shí)用新型的視覺(jué)傳感器、超聲波測(cè)距傳感器、車速傳感器實(shí)時(shí)采集障礙物的圖像數(shù)據(jù)、智能小車與障礙物的距離、智能小車車速，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心處理器，數(shù)據(jù)中心處理器將圖像數(shù)據(jù)、距離數(shù)據(jù)、速度數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并與數(shù)據(jù)中心處理器的行車數(shù)據(jù)模式庫(kù)比較，可得到智能小車的行車避障控制結(jié)論，即是否要避障以及采用的避障行車模式，并將相應(yīng)信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的顯示控制信息和語(yǔ)音控制信息，以推動(dòng)預(yù)警信息顯示和語(yǔ)音報(bào)警信息播報(bào)。同時(shí)，數(shù)據(jù)中心處理器將相應(yīng)的避障措施轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的車輛電機(jī)控制信息，推動(dòng)小車進(jìn)行減速、轉(zhuǎn)向等動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)智能避障。

本實(shí)用新型采用視覺(jué)傳感器、超聲波測(cè)距傳感器、車速傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物和車行駛狀態(tài)的高準(zhǔn)確度檢測(cè)，基于多傳感器融合方法，得到高精確度的避障分析結(jié)論，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大障礙物的智能避障。并將避障結(jié)論信息和相應(yīng)的控制信心進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警和圖形顯示報(bào)警，使用射頻收發(fā)和CAN總線等方式傳輸控制信息和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了與車載其他系統(tǒng)的信息交聯(lián)。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。