Система определения препятствий движению робота

Авторы патента:

Ямщиков Александр Васильевич (RU)

Еремеев Игорь Михайлович (RU)

Мухарлямов Ильдар Гумарович (RU)

G05D1/02 - Системы управления или регулирования неэлектрических величин (для непрерывного литья металлов B22D 11/16; клапаны как таковые F16K; индикация неэлектрических переменных величин см. в соответствующих подклассах класса G01; регулирование электрических и магнитных переменных величин G05F)

G01S5/18 - с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн

B25J9/1666 - Манипуляторы с программным управлением

B25J9/16 - программное управление (общее управление технологическим процессом, т.е. централизованное управление множеством станков G05B 19/418)

Владельцы патента RU 2709523:

Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМОБОТ" (RU)

Изобретение относится к управлению положением в пространстве робота. Система определения препятствий движению робота содержит ультразвуковые и инфракрасные датчики, установленные вдоль наружной поверхности робота. Ультразвуковые и инфракрасные датчики входят в состав массива гибридных датчиков. Массив гибридных датчиков содержит не менее трех гибридных датчиков, установленных по периметру наружной поверхности робота. Каждый гибридный датчик содержит инфракрасный датчик, мембрану излучателя ультразвукового сигнала, мембрану приемника ультразвукового сигнала, светодиодный индикатор, связанные с микроконтроллером. Микроконтроллер, в свою очередь, связан сетью c блоком управления робота. Технический результат заключается в повышении качества и точности измерения расстояния до сложно определяемых объектов. 5 ил.

Изобретение относится к области робототехники, а именно к средствам определения результирующей величины положения объекта в пространстве, а конкретно для определения расстояния до окружающих препятствий, относительно технического средства.

Известно изобретение по патенту Китая CN105487543 «Подвижная система самонаведения и зарядки робота» G05D1/02, 2016. Изобретение обеспечивает подвижную систему самонаведения и зарядки робота, которая включает в себя компоненты инфракрасного передатчика, который сконфигурирован в зарядном основании. Система содержит пять инфракрасных приемников, которые используются для обнаружения сигнала, передаваемого инфракрасным передатчиком. Ультразвуковой датчик используется для обнаружения расстояния между роботом и зарядным основанием. Первый модуль беспроводной связи сконфигурирован в роботе и используется для передачи сигнала запроса зарядки на базу зарядки. Для приема сигнала запроса зарядки через второй модуль беспроводной связи предназначен модуль управления, который сконфигурирован в базе зарядки. С помощью механизма перемещения осуществляется перемещение или поворот робота. Основной контроллер используется для перемещения движущегося механизма, приведения робота в действие, которое определяется ультразвуковым датчиком и условиями приема сигнала инфракрасного передатчика из пяти инфракрасных приемников. Недостатком данного технического решения является узкая направленность использования датчиков, а так же сложность расположения датчиков.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является техническое решение по патенту Китая CN105739499 «Многолучевая инфракрасная и ультразвуковая система распределения датчиков автономной системы предотвращения препятствий для мобильных роботов» G05D1/02, 2016. Согласно техническому решению, многоканальная структура включает ультразвуковые датчики и инфракрасные датчики, установленные в положении высоты шасси робота, шасси является круглым. Внешнее кольцо шасси делится на область 0°-180° и область 180°-360° по линии L, проходящей через центр, а положение 90° является прямым направлением робота. Три ультразвуковых датчика и два инфракрасных датчика расположены в области 0°-180°. Датчики расположены на 0°, 90° и 180° соответственно. Измерение расстояния более 30 см выполняется ультразвуковым датчиком, а инфракрасный датчик применяется в пределах 30 см. В качестве ультразвукового и инфракрасного датчиков используются готовые решения. Используют ультразвуковой датчик HC-SR04, эффективный диапазон которого составляет от 2 см до 450 см, а измеряемый угол составляет менее 15 градусов и инфракрасный датчик Realplay2Y0A21GP2Y0A21YK0F, его максимально допустимый угол составляет 40°. Недостатком данного технического решения является сложность измерения расстояния до плохо детектируемых объектов, расположенных под углом относительно датчика или имеющих неоднородную поверхность.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение качества измерения расстояния до сложно определяемых объектов.

Технический результат достигается за счет того, что в системе определения препятствий движению робота, содержащей ультразвуковые и инфракрасные датчики установленные вдоль наружной поверхности робота, согласно изобретению ультразвуковые и инфракрасные датчики входят в состав массива гибридных датчиков, установленных по периметру наружной поверхности робота, каждый гибридный датчик содержит инфракрасный датчик, мембрану излучателя ультразвукового сигнала, мембрану приемника ультразвукового сигнала, светодиодный индикатор, связанные с микроконтроллером, который в свою очередь связан сетью c блоком управления робота.

Технический результат обеспечивается за счет того, что гибридные датчики расположены вдоль наружной поверхности по периметру робота. Это позволяет определять сложно детектируемые объекты за счет того, что отраженный от сложно детектируемого объекта сигнал может приниматься соседними гибридными датчиками, это позволяет расширить угол улавливания отраженного сигнала.

На фигуре 1 представлен вид спереди платы гибридного датчика.

На фигуре 2 представлен вид сзади платы гибридного датчика.

На фигуре 3 изображена схема работы гибридного датчика в «стандартном» режиме.

На фигуре 4 изображена схема работы гибридного датчика в режиме «1+2».

На фигуре 5 представлено расположение гибридных датчиков в составе сервисного робота.

Система определения препятствий состоит из массива гибридных датчиков 1, расположенных по периметру юбки робота. С двух сторон у гибридного датчика 1 расположены соседние гибридные датчики 1' и 1". Гибридный датчик 1 содержит печатную плату 2. На одной стороне печатной платы 2 расположен излучатель УЗ-сигнала 3 с мембраной, инфракрасный датчик 4 (ИК-датчик), приемника УЗ-сигнала 5 с мембраной; RGB-светодиод 6. На другой стороне печатной платы 2 расположены линейный регулятор напряжения 7, преобразователь 8 интерфейса RS-485 в UART, микроконтроллер 9, линейный регулятор напряжения 10, операционный усилитель 11, кнопка сброса параметров датчика 12, разъем программирования 13, преобразователь 14 для усиления УЗ-сигнала, разъем 15 для подачи питания и передачи данных.

В системе определения препятствий для последовательного подключения множества датчиков 1 используют интерфейс RS-485, используют протокол передачи данных Modbus RTU. В качестве ИК-датчика 4 используют датчик STM VL5310x, светодиод 6 является RGB-светодиодом, используют линейный регулятор 7 марки В LM-1117-5, для преобразователя 8 используют преобразователь RS-485, микроконтроллер 9 - микроконтроллер STM32F302. В качестве линейного регулятора 10 – может быть использован линейный регулятор напряжения 3.3В LM-1117-3.3, в качестве операционного усилителя 11 - операционный усилитель LM358, в качестве преобразователя 14 - преобразователь RS-232 MAX-202. Разъем 15 может быть выполнен в виде разъема IDC-6.

Устройство работает следующим образом. Система определения препятствий имеет два режима работы – стандартный режим и режим “1+2”. Стандартный режим используется для детектирования расстояния с помощью одного гибридного датчика 1. Режим “1+2” используется для определения расстояния с трех гибридных датчиков 1, расположенных по периметру юбки робота на расстоянии от 5 до 15 см друг от друга. Данный режим позволяет детектировать “сложные” препятствия, расположенные, например, под углом относительно датчика 1, или имеющие неоднородную поверхность и т.д., которые при стандартном режиме работы не детектируются.

Стандартный режим работы гибридного датчика 1 имеет несколько этапов. Гибридный датчик 1 получает сигнала от ПК в сети MODBUS на выполнение измерения. Микроконтроллер 9 инициирует отправку сигналов измерения двух видов: УЗ-сигнала 16 с помощью мембранного излучателя 3, и ИК-сигнала 17 с помощью излучателя ИК-датчика 4. Отраженные УЗ-сигналы 18, и отраженные ИК-сигналы 19 от объекта 20 попадают соответственно на мембрану-детектор приемника УЗ-сигнала 5 и приемную линзу ИК-датчика 4. При инициализации отправки сигналов измерения микроконтроллер запускает таймер, общий для двух типов измерений. При получении отраженного сигнала 18 или 19 каждый из двух измерительных трактов прерыванием останавливает таймер, и далее микроконтроллер 9 передает по сети MODBUS два регистра с вычисленными значениями расстояния для каждого из метода измерения.

Использование режима “1+2” возможно только при наличии в сети MODBUS как минимум трех гибридных датчиков 1, 1', 1". Данный режим предназначен для определения сложно детектируемых объектов. Пример работы данного режима представлен на фигуре 4 на примере функционирования трех гибридных датчиков 1 в сервисном роботе PROMOBOT V.4 – 21. Центральный гибридный датчик 1 получает сигнал от ПК в сети MODBUS на выполнение измерения. Микроконтроллер 9 инициирует отправку сигналов измерения 16. Также ПК отправляет двум соседним датчикам 1', 1" команду на ожидание отраженного сигнала без излучения. При наличии трудно детектируемого объекта 20 например, такого, как круглый столб 22, сигналы измерения 16 будут отражены под таким углом, что центральный датчик 1 не будет способен зафиксировать отраженные сигналы 18,19. Но соседние датчики 1' и 1" способны зафиксировать такие сигналы. Таким образом, в данном режиме работы при измерении получается три результата, из них используется ПК самое наименьшее значение, которое и будет являться расстоянием от центрального гибридного датчика 1 до объекта 22. Таким образом, сводится к минимуму количество испускаемых сигналов измерения за один цикл опроса массива гибридных датчиков. Это в свою очередь положительно влияет на зашумленность сигналами измерения области измерения, на качество детектирования объектов, от которых сигнал измерения отражается с прямой линии датчика, и на качество детектирования сложных объектов.

Система определения препятствий робота имеет дополнительную возможность. Такую, как световая индикация порога измеренного расстояния. Для более удобного определения “сработки” гибридного датчика расстояния 1 предусмотрен RGB-светодиод 6. Каждый метод измерения имеет свой цвет индикации. УЗ-датчик – синий цвет. ИК-датчик – зеленый. Данная функция имеет следующий алгоритм работы: предварительно в соответствующий регистр настроек гибридного датчика расстояния 1 записывается пороговое значение расстояния. После замера расстояния результат измерения каждого метода сравнивается с пороговым значением, если результат измерения ниже порогового значения, то соответствующий светодиод 6 индицирует о значении ниже порогового. При результате измерения выше порогового, светодиод 6 гаснет.

Примером использования датчика расстояния является автономный сервисный робот PROMOBOT V.4 21., в котором используются шестнадцать гибридных датчиков 1, расположенных по периметру в нижней части робота на высоте около 12 см и расстоянии друг от друга в пределах 5,5-12 см. В качестве Мастера в сети MODBUS выступает ПК.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить качество и точность измерения расстояния до сложно детектируемых объектов, расположенных под углом относительно датчика или имеющих неоднородную поверхность.

Система определения препятствий движению робота, содержащая ультразвуковые и инфракрасные датчики, установленные вдоль наружной поверхности робота, отличающаяся тем, что ультразвуковые и инфракрасные датчики входят в состав массива гибридных датчиков, содержащего не менее трех гибридных датчиков, установленных по периметру наружной поверхности робота, каждый гибридный датчик содержит инфракрасный датчик, мембрану излучателя ультразвукового сигнала, мембрану приемника ультразвукового сигнала, светодиодный индикатор, связанные с микроконтроллером, который, в свою очередь, связан сетью c блоком управления робота.

Изобретение относится к способу обследования закрытых подземных выработок с применением беспилотных летательных аппаратов. Для этого для получения разведовательной информации используют не менее трех беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), оснащенных полезной нагрузкой для проведения обследований.

Способ автоматического управления продольным движением летательного аппарата на посадке // 2708785

Изобретение относится к способу автоматического управления продольным движением летательного аппарата (ЛА). Способ состоим в том, что используют управляющие сигналы, поступающие с датчиков системы измерения параметров полета в вычислительную систему автоматического управления полетом, в которой формируются управляющие сигналы на привод руля высоты таким образом, чтобы обеспечить автоматическую посадку летательного аппарата с заданной высоты снижения до точки плавного касания взлетно-посадочной полосы по кривой быстрейшего спуска - нисходящей ветви брахистохроны, координаты которой вводят в бортовую цифровую вычислительную машину перед подготовкой ЛА к вылету.

Способ управления беспилотным планирующим летательным аппаратом на траекториях с изменениями направлений движения в заданных опорных точках // 2708412

Изобретение относится к способу управления беспилотным планирующим летательным аппаратом (БПЛА). Для управления БПЛА формулируют и решают в каждом цикле наведения краевую задачу наведения БПЛА на каждую опорную точку траектории в сопровождающей системе координат с началом на текущем радиус-векторе центра масс БПЛА на высоте, равной высоте следующей опорной точки траектории, при сближении с точкой наведения до расстояния, при котором можно осуществлять разворот в новое направление движения формулируют и решают краевую задачу в прямоугольной целевой системе координат с началом в точке наведения, горизонтально расположенные оси которой в каждом цикле наведения по определенному алгоритму разворачивают в горизонтальной плоскости на малые углы вплоть до окончания разворота траектории БПЛА в направлении движения на очередную опорную точку.

Способ и устройство для черчения планировки комнаты // 2708287

Группа изобретений относится к созданию планировки комнаты. Способ черчения планировки комнаты заключается в следующем.

Способ продольного управления самолётом комбинированной схемы // 2707702

Изобретение относится к способу управления самолетом комбинированной схемы. Для управления самолетом в систему управления передают сигнал от отклонения рычага управления по тангажу и сигналы по параметрам движения, в системе управления формируют определенным образом управляющие сигналы на переднее и заднее горизонтальное оперение.

Способ, система и машиночитаемые носители хранения данных для обнаружения листвы с использованием данных дальности // 2707695

Обнаруживают и отслеживают признаки в рамках данных дальности из датчиков. Рассчитывают параметры отслеживания для каждого из признаков, при этом параметры отслеживания содержат срок отслеживания и согласованность обнаружения или переменность позиции.

Способ профилирования дороги автогрейдером // 2707614

Изобретение относится к профилированию дорожного полотна автогрейдером. Техническим результатом является повышение точности геометрических параметров возводимого полотна.

Способ наведения летательного аппарата на источник разового излучения // 2707491

Изобретение относится к способу наведения летательного аппарата на источник разового излучения. Способ заключается в том, что определяют курсовой угол при пеленговании на источник излучения, выстраивают прямую линию заданного пути через точку пеленгования в направлении на источник, выводят летательный аппарат на линию заданного пути, а в случае если курсовой угол больше заданного, осуществляют разворот летательного аппарата по окружности с минимально возможным радиусом в противоположную сторону от источника разового излучения и выводят летательный аппарат на линию заданного пути с нулевым курсом на источник излучения по кратчайшему маршруту.

Система и способ компенсации порыва воздушной массы для воздушных летательных аппаратов // 2706679

Группа изобретений относится к системе и способу компенсации порыва воздушной массы, воздушному летательному аппарату. Система содержит подсистему датчиков, подсистему сигналов порыва воздушной массы, выполненную с возможностью выдачи сигнала для перемещения поверхностей управления в ответ на этот сигнал.

Активная радиолокационная система захода и посадки // 2705855

Активная радиолокационная система захода и посадки летательных аппаратов на взлетно-посадочную полосу содержит наземное оборудование, состоящее из радиолокатора посадки (РЛП), и оборудование на борту летательного аппарата, в состав которого входит активный модуль СВЧ, бортовой компьютер и средства связи для передачи для приема цифровой информации от РЛП, при этом РЛП содержит цифровой радиолокационный модуль с фазированной антенной решеткой (ФАР), средства связи для передачи летательному аппарату радиолокационной информации (РЛИ) и средства электропитания, а активный модуль СВЧ содержит антенно-фидерные каналы, приемопередающие блоки зондирующего сигнала, линии задержки зондирующего сигнала.

Способ определения местоположения стрелка по звуку выстрела при движении объекта обстрела // 2704955

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к определению местоположения стрелка на местности при движении объекта обстрела с использованием звука от выстрела, и предполагает его использование при передвижениях войск и техники на железнодорожном и автомобильном транспорте, при движении в строю.

Способ борьбы с артиллерией противника // 2694421

Изобретение относится к области активной и пассивной локации и может быть использовано для высокоточного определения текущих координат артиллерии противника в интересах эффективной контрбатарейной борьбы.

Способ определения скорости объекта метания // 2692116

Изобретение относится к области измерений линейной скорости с помощью фотографических средств. Способ определения скорости объекта метания включает оптическую регистрацию положения движущегося со сверхзвуковой скоростью объекта метания, созданной им головной ударной волны и определение угла раствора конуса Маха.

Способ определения класса шумящей цели и дистанции до неё // 2681526

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к пассивным шумопеленгаторным станциям (ШПС), предназначенным для обнаружения подводных лодок (ПЛ) и надводных кораблей (НК) по их шумоизлучению.

Способ определения класса шумящей цели и дистанции до неё // 2681526

Высокоточная система локального позиционирования // 2657185

Изобретение относится к локальному позиционированию. Технический результат изобретения заключается в увеличении точности местонахождения метки, возможности работы метки без батареек, возможности использования множества меток одновременно.

Способ и устройство для определения позиции микрофона // 2635286

Изобретение относится к средствам для определения позиции микрофона. Технический результат заключается в повышении точности определения позиции микрофона.

Способ и система позиционирования группы подводных объектов в ограниченном водном объеме // 2626244

Изобретение относится к области подводной навигации и может быть использовано для определения координат группы подводных объектов, преимущественно подводников и подводных пловцов при отработке совместных действий в бассейне или водолазной башне.

Способ определения местоположения артиллерии противника и устройство для его осуществления (реализации) // 2624483

Изобретение относится к области способов и устройств акустической пассивной локации и может быть использовано в системах управления огнем артиллерии. Изобретение относится к методам и средствам прицеливания и наводки.

Устройство для определения местоположения источника сигналов // 2620976

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам. Предложено устройство для определения местоположения источника сигналов, содержащее персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ), а также первый и второй идентичные каналы, каждый из которых включает первый блок магнитных антенн и последовательно соединенные первый усилитель и первый фильтр, дополнительно содержит подключенные к ПЭВМ блок системы единого времени и блок связи с абонентами, последовательно соединенные второй блок магнитных антенн, первый блок усилителей, первый пороговый блок, первый блок схем ИЛИ, первый таймер, первую схему И и первый блок счетчиков, последовательно соединенные приемник радиации, второй усилитель и первый пороговый элемент, последовательно соединенные блок приемников температуры, второй блок усилителей, второй пороговый блок и первый блок схем И, а также первый тактовый генератор, подключенный ко второму входу первой схемы И и первый блок аналого-цифровых преобразователей (АЦП), подключенный входами к первому и второму блокам усилителей, а выходами подключенный к ПЭВМ, причем выход первого таймера подключен к ПЭВМ и ко вторым входам первого блока схем И, выходы первого блока схем И подключены ко входам останова первого блока счетчиков, выход первого порогового элемента подключен к первому блоку схем ИЛИ и к ПЭВМ, выходы первого и второго пороговых блоков, выходы первого блока счетчиков, третьи входы первого блока схем И, управляющие входы первого и второго блоков усилителей, второго усилителя, первого и второго пороговых блоков, первого порогового элемента и первого таймера подключены к ПЭВМ, а в каждом канале дополнительно содержатся последовательно соединенные блок датчиков света, третий блок усилителей, первый блок фильтров, четвертый блок усилителей, третий пороговый блок и второй блок схем ИЛИ, последовательно соединенные пятый блок усилителей, второй блок фильтров, шестой блок усилителей, четвертый пороговый блок и третий блок схем ИЛИ, последовательно соединенные первый блок цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) и первый блок калибраторов, последовательно соединенные второй блок ЦАП и второй блок калибраторов, последовательно соединенные первый ЦАП, первый калибратор и сейсмометр, последовательно соединенные третий усилитель, второй фильтр, второй пороговый элемент и вторую схему И, последовательно соединенные второй таймер, третью схему И и счетчик, последовательно соединенные второй ЦАП и второй калибратор, последовательно соединенные блок микробарометров, седьмой блок усилителей, третий блок фильтров, восьмой блок усилителей, четвертый блок фильтров, пятый пороговый блок и второй блок схем И, последовательно соединенные третий таймер, четвертую схему И и второй блок счетчиков, а также АЦП и второй блок АЦП, подключенные входами соответственно к первому фильтру и третьему блоку фильтров, а выходами подключенные к ПЭВМ, третий и четвертый блоки АЦП, подключенные входами соответственно к первому и ко второму блокам фильтров, а выходами подключенные к ПЭВМ, четвертый и пятый таймеры, подключенные выходами соответственно ко вторым входам второй схемы И и второго блока схем И, а входами запуска и управляющими входами подключенные к ПЭВМ, второй тактовый генератор, подключенный выходом ко вторым входам третьей и четвертой схем И, схему ИЛИ, подключенную входами ко второму пороговому элементу и к первому блоку ИЛИ, а выходом подключенную к третьему таймеру, и пятую схему И, подключенную первым и вторым входами соответственно к третьему таймеру и к первому блоку ИЛИ, инверсным входом подключенную ко второму таймеру, а выходом подключенную к управляющим входам второго и третьего таймеров.

Устройство управления интеллектуального модульного реконфигурируемого робота // 2707683

Изобретение относится к системам программного управления роботом. Устройство управления интеллектуального модульного реконфигурируемого робота представляет собой совокупность соединенных между собой унифицированных модулей.