專利名稱：物體的超聲波傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種物體的超聲波傳感器，主要用于機器人等機電類物體 在移動過程中感知障礙物或測距定位用。
背景技術：
對于移動的物體——比如機器人需在移動過程中測定機器人到墻壁或 障礙物的距離以確定機器人自身的方位，在實際使用中常常使用超聲波或 光電等非接觸型傳感器，需在機器人外表周圍安裝多個，但由于超聲波等非接觸型傳感器成本較高，故CN200410014702. 1的專利申請說明書中描述 了一種最省傳感器的方案，僅一套朝向一個金字塔形反射體的收發(fā)一體的 超聲波傳感器，發(fā)射超聲波信號后能在多個時間段上收到機器人前后左右 四個方向上返回的回波，從而計算出機器人里前后左右四個方向的邊界或 障礙物的距離，但實際使用中，這套裝置本身不能確定四個距離哪個是前 方的、哪個是后方的、哪個是左面的、哪個是右面的，盡管可以通過機器 人的移動過程四個數(shù)據(jù)的變化情況分析出來，但如果探測的邊界不是線性 變化(數(shù)值難以預料)、或者探測的物體邊界是斜的，沒有超聲波反射回 來、或者距離較長，回波太弱沒有探測到，數(shù)據(jù)的分析可能出錯，因此這 套裝置有著不確定因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，設計改進的超聲波傳感器，數(shù)量盡 可能少，又能分別測定物體的前后方向、左右方向離墻壁或障礙物的距 離。本發(fā)明的目的是通過下述設計達到的在物體上設置兩套傳感器，一 套用于前后方向、 一套用于左右方向，每套傳感器包括一個收發(fā)一體的超 聲波探頭，以及一個水平設置的有兩個反射面相交呈"V"字形的反射體 (類似于橫置的三棱柱，其截面為等腰直角三角形，反射面的截面構成直角三角形的直角邊)，反射體的反射面整體均與水平面呈45度角，超聲波探頭朝向反射體。 一套傳感器的反射面投影在左右方向， 一套傳感器的反 射面投影在前后方向。這樣設置后，超聲波探頭發(fā)出的超聲波射向反射體，通過反射面的反射，超聲波轉過90度后射向物體的前后(或左右)兩個方向，在遇到障礙 物或墻壁等物體后再反射回來，再通過反射面被超聲波探頭接收。通過兩 套這樣的超聲波傳感器，前后方向和左右方向的測量數(shù)據(jù)能夠分別得到， 每個方向上僅是兩個數(shù)據(jù)，通過移動方向和數(shù)據(jù)變化關系的分析，不難區(qū) 分具體的是哪個數(shù)據(jù)(如果只有接收到一個數(shù)據(jù)，可能是兩個數(shù)據(jù)一致， 或另--個不能探測，比原來的方式(CN200410014702.1)出錯的可能性小 的多)。雖然用了兩套裝置，但可以設定分別工作，超聲波傳感器測距所 必須的電子線路可共用一套，比CN200410014702. 1的專利申請說明書中描 述僅多一套二選一的控制電路多一套反射體和一個一體的超聲波探頭，成 本增加得不多，但可靠性大大提高了。


圖1 圖3為本發(fā)明的幾種的機器人安裝位置俯視圖。圖4 圖6為本發(fā)明的兩套傳感器重疊安裝方式的側視圖。圖7為本分明中收發(fā)兩個超聲波探頭的方式的三視圖。圖8為本分明中一個發(fā)射探頭、兩個接收探頭方式的重疊安裝側視圖。圖9為本分明中一個發(fā)射探頭、兩個接收探頭方式的另一種重疊安裝 圖10為圖9的側視圖。
具體實施例方式在物體固定一個收發(fā)一體的超聲波探頭2，以及一個水平設置的有兩 個反射面的呈"V"字形的反射體1，反射體的反射面整體均與水平面呈45 度角，超聲波探頭朝向反射體1。反射面一般為矩形，本身光滑，呈平面 也可呈凹或凸面，完整的測距系統(tǒng)可包括兩套這樣的超聲波傳感器， 一套 傳感器的反射面投影在左右方向，用于測量左右方向， 一套傳感器的反射 面投影在前后方向，用于測量前后方向。前后和左右兩套超聲波傳感器也可合用一套超聲波測距的后置電路 (包括功率元器件、運算放大器等等)，先讓一套工作，稍后再讓另一套 工作。但需一套二選一的控制電路。在一些特殊的場合，物體如果只需測定前后(或左右)方向上的一組 距離，用一套這樣的傳感器即可。本發(fā)明所指超聲波探頭并不限定只用收發(fā)一體的超聲波探頭2，也可 用一個發(fā)射探頭3、 一個接收探頭4的方式，兩個探頭并列在反射體下， 如圖7;或者發(fā)射探頭3和接收探頭4分別朝向兩個反射體，兩反射體并 列設置或上下設置，兩個發(fā)射探頭3可以合用一套控制電路并行工作，但 接收探頭的后置電路就需要兩套；當然也可以先讓一套工作，稍后再讓另 一套工作，那么接收探頭4也可以合用一套后置電路。超聲波發(fā)射探頭3還可以朝向單獨的四棱錐形((倒)金字塔形)反 射體5，而兩個接收探頭4分別朝向反射面投影在前后方向和左右方向的 "V"字形反射體1，如圖8、圖9、圖10，這種情況下，接收探頭4的后 置電路可為兩套，兩套接收探頭4同時工作；接收探頭4的后置電路也可為一套，發(fā)射探頭3工作兩次、而兩套接收探頭4分別在發(fā)射探頭3工作 的同時工作如第一次發(fā)射探頭3工作時、處理前后方向的接收探頭4工 作、而處理左右方向的接收探頭4不工作，第二次發(fā)射探頭3工作時、處 理左右方向的接收探頭4工作、而處理前后方向的接收探頭4不工作。反射體的兩個反射面的相交處最好能在超聲波探頭上的投影通過探頭 表面的中心，并將探頭表面一分為二。當然如果偏向一側也可以，不過會 影響兩側測距的最大值。對于不需要轉彎的全方位移動物體來說，物體上的任意一點均可作為 物體的原點(基準位置)，所以傳感器在物體上的安裝位置可以不確定， 考慮到避免盲區(qū)的問題， 一般可安裝在接近中央的地方，如圖1。對于傳 統(tǒng)的只能前后移動和轉彎的物體來說，物體的原點一般為它的中心點，但 中心點只要一個，所以兩套傳感器最好上下疊加安裝，如圖2、 3，疊加的 方式可以如圖4:下面一個探頭超上，上面一個探頭朝下，中間是兩個反射體l;如圖5:上下兩個反射體l，中間是兩個探頭；如圖6—個探頭一個反射體1、再一個探頭一個反射體1，均朝上或均朝下。當然，也可以兩套傳感器不重疊安裝，比如如圖1、圖9的方式安裝，但測距時必須加上 (或減去)超聲波傳感器離中心位置(驅動輪(或機構)的中心)的距離進 行修正。本發(fā)明所述的傳感器一般安裝在物體頂部。也可安裝在物體底部，甚 至將傳感器安裝在內(nèi)部中央位置，并在相對應的外殼上開設窗口。反射 體、超聲波傳感器可直接卡置或粘置于物體的外殼上或內(nèi)部的支架上。反射體與超聲波探頭之間不一定緊靠，可以有一定的距離(進一步縮 小盲區(qū))，反射體的大小要照顧到超聲波的擴散范圍。本發(fā)明的裝置主要用于測距，當然也可以用于探測障礙物。探測障礙 物時，反射面可以考慮用凸面。反射體一般用密度較大的材料制成，或用密度較大的材料粘貼或鑲嵌 在塑料架子上。為簡化起見，超聲波探頭上的引腳沒有標示，超聲波傳感 器檢測障礙物、測距的后置電路(信號的發(fā)射、接收電路、信號處理電路 等)均有成熟的技術，不加以說明。
權利要求
1. 一種物體的超聲波傳感器，其特征在于它包括設置在物體上的至少一個超聲波探頭，以及至少一個有兩個反射面相交呈“V”字形的反射體(1)，反射體的反射面整體均與水平面呈45度角，超聲波探頭朝向反射體(1)的反射面。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種物體的超聲波傳感器，其特征在于所述 的反射體(1)有兩個， 一個反射體(1)的反射面投影在左右方向，另一 個反射體(1)的反射面投影在前后方向，超聲波探頭至少是兩個。
3、 根據(jù)權利要求1、 2之一所述的一種物體的超聲波傳感器，其特征 在于所述的超聲波探頭為收發(fā)一體式探頭(2)。
4、 根據(jù)權利要求1、 2之一所述的一種物體的超聲波傳感器，其特征 在于所述的超聲波探頭包括超聲波發(fā)射探頭(3)和超聲波接收探頭(4)。
5、 根據(jù)權利要求2所述的一種物體的超聲波傳感器，其特征在于反射 體(1)朝向的超聲波探頭為超聲波接收探頭(4)，物體上還設置了一個 超聲波發(fā)射探頭(3)朝向一個正或倒放的四棱錐形反射體。
6、 根據(jù)權利要求1、 2之一所述的一種物體的超聲波傳感器，其特征 在于所述的反射體(1)的兩個反射面的相交處在超聲波探頭上的投影通過 探頭表面的中心，并將探頭表面一分為二。
7、 根據(jù)權利要求1、 2之一所述的一種物體的超聲波傳感器，其特征 在于所述的反射體的反射面為高密度材料制成，本身光滑，呈平面也可呈 凹或凸面。
8、 一種機器人，所述的機器人包括權利要求1、 2之一所述的超聲波 傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種物體的超聲波傳感器在物體上設置兩套傳感器，一套用于前后方向、一套用于左右方向，每套傳感器包括一個收發(fā)一體的超聲波探頭，以及一個水平設置的有兩個反射面相交呈“V”字形的反射體，反射體的反射面整體均與水平面呈45度角，超聲波探頭朝向反射體。一套傳感器的反射面投影在左右方向，一套傳感器的反射面投影在前后方向。
文檔編號G01S15/06GK101221242SQ200710019289
公開日2008年7月16日 申請日期2007年1月12日 優(yōu)先權日2007年1月12日
發(fā)明者張周新 申請人:張周新