CN100553904C - 用于清洁机器人的位置信息识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明的清洁机器人具有位置信息识别装置，该装置包括：安装在清洁器主体上的固定板；为产生转动力而固定安装在固定板上的主电机；与主电机的转动轴相结合的转动圆筒，转动圆筒可以以某角度旋转；以及为检测周边环境而以某一角度安装在转动圆筒上的多个位置信息传感器。通过以固定间隔安装若干个可左/右转动的超声波传感器，可以显著增大观察区域，从而通过消除清洁器主体在位置识别和距离调整中的无用的转动动作，可以提高效率。

Description

用于清洁机器人的位置信息识别装置

技术领域

本发明涉及一种用于清洁机器人的位置信息识别装置，特别是，涉及一种通过以某一角度转动传感器能360°观察清洁机器人的周边环境的用于清洁机器人的位置信息识别装置。

背景技术

通常，自动移动清洁器(以下称为清洁机器人)在其移动的同时进行清洁工作，当充电电池电力耗尽时，它会自行移动到充电位置，进行充电，在充电之后，回到清洁位置并再次进行清洁工作。

为了在清洁区域中来回移动的同时进行清洁和充电，传统的清洁机器人包括一具有风扇电机、吸气管以及过滤器等的清洁器主体1；多个可转动地安装在清洁器主体1的底面的左右两侧并移动清洁器主体1的驱动轮2；以及每隔一定间隔安装在清洁器主体1的外圆周上用于感测周边环境的各个超声波传感器3。

在每个超声波传感器3中，都有一对发射器3A和接收器3B以90°角固定安装在前/后或左/右，或在必要时，多对发射器3A和接收器3B每隔一定间隔沿圆周方向安装。而且，考虑到恰当的灵敏度，主要使用传感检测范围在±30°的传感器。

此外，如图2所示，当清洁器主体1在驱动轮2的转动方向上移动时，固定在清洁器主体1的外圆周上的各个超声波传感器3的发射器3A生成超声波，接收器3B检测反射回的超声波，超声波传感器3识别清洁器主体1的位置和所在环境并确定清洁器主体1的行进方向或行进距离等。

然而，如上所述，在传统清洁机器人中，因为考虑到适当的灵敏度，主要用检测范围为±30°的传感器作为超声波传感器3，当在清洁器主体1上安装四个超声波传感器3时，检测范围仅仅为240°，因此不能充分地观察清洁器周围的情况。为了充分地观察清洁器的周边环境，必须安装至少六个超声波传感器3，在此情况下，如图2所示，因为在各个超声波传感器3之间还有检测范围之外的相邻区域，所以需要更多的超声波传感器3。

而且，当清洁机器人沿着墙面水平移动时，因为在超声波传感器3之间有检测区域之外的区域，所以清洁器主体1在以某一角度转动的同时移动，因此就需要做出非必要的转动动作。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种用于清洁机器人的位置信息识别装置，该装置通过使用小数量的超声波传感器，能充分地观察清洁器的周边环境。

此外，本发明的另一个目的是提供一种用于清洁机器人的位置信息识别装置，该装置能沿着墙面水平移动，而不需转动清洁器主体。

为达到上述目的，根据本发明的用于清洁机器人的位置信息识别装置包括：安装在清洁器主体上的固定板；为产生转动力而固定安装在固定板上的主电机；与主电机的转动轴相结合的转动圆筒，转动圆筒可以以某角度旋转；以及在圆周方向上以一定距离安装在转动圆筒上的多个位置信息传感器，用于感测周边环境，所述主电机是可执行正向及反向转动的双向转动电机，并且所述主电机的旋转角度可根据所述位置信息传感器的数目以及适当的感测角度来控制。

本发明进一步的目的是提供一种清洁机器人主体，包括：转动地安装在清洁器主体的顶部正面的传感器组件，以观察周边环境；内凹或打孔形成的传感器组件容纳部分，以便隐藏传感器组件；以及在传感器组件接收部分的侧面形成的传感器隐藏机构，用于上下移动传感器组件，其中所述传感器组件包括安装在清洁器主体上的固定板、固定安装在固定板上用于产生转动力的主电机、与主电机的转动轴相结合以便以一定角度旋转的转动圆筒以及在圆周方向上以一定距离安装在转动圆筒上的多个位置信息传感器，用于感测周边环境，以及所述主电机是可执行正向及反向转动的双向转动电机，并且所述主电机的旋转角度可根据所述位置信息传感器的数目以及适当的感测角度来控制。

本发明其他的目的、特征和优点通过结合附图的详细描述而变得清晰明了。

附图说明

附图用于进一步理解本发明，附图包含在申请文件中，并构成该申请文件的一部分，与说明书一起用来解释本发明的原理。

在图中：

图1为一外部透视图，示出根据传统技术的清洁机器人的一个例子；

图2为一顶视图，示出根据传统技术的清洁机器人的位置信息识别装置；

图3为一外部透视图，示出根据本发明的清洁机器人的一个例子；

图4为一垂直剖视图，示出根据本发明的用于上下移动传感器组件的传感器隐藏机构；

图5为一分解透视图，示出根据本发明的一位置识别装置；

图6为一垂直剖视图，示出根据本发明的用于清洁机器人的位置信息识别装置；

图7为一透视图，示出根据本发明的用于清洁机器人的位置信息识别装置的使用状态；以及

图8为一顶视图，示出根据本发明的用于清洁机器人的位置信息识别装置。

具体实施方式

以下，现在将参考附图，说明本发明的优选实施例。

图3为一外部透视图，示出根据本发明的清洁机器人的一个例子，图4为一垂直剖视图，示出根据本发明的用于上下移动传感器组件的传感器隐藏机构，图5为一分解透视图，示出根据本发明的用于清洁机器人的位置识别装置，以及图6为一顶视图，示出根据本发明的用于清洁机器人的位置信息识别装置。

如图3～6所示，根据本发明的清洁机器人包括一个具有风扇、电机、吸气管以及过滤器等的清洁器主体1；多个可转动地安装在清洁器主体1的底面的左右两侧并移动清洁器主体1的驱动轮2；以及可转动地安装在清洁器主体1上用于感测周边环境的传感器组件10。

在清洁器主体1中，传感器组件接收部分1A是凹进的，以便具有一定的深度或形成孔洞，以隐藏传感器组件10。此外，在传感器组件接收部分1A的侧面有传感器隐藏机构20，通过与传感器组件10的固定板11相结合，上下移动传感器组件10。

如图4所示，传感器隐藏机构包括：双向转动电机21；与双向转动电机21的转动轴相结合以使双向转动的小齿轮22；与小齿轮22相结合并根据小齿轮22的转动方向线性地上下移动的齿条23；以及与齿条23结合为一体，并与传感器组件10的固定板11相结合的传感器支承板24。此外，在传感器支承板24的侧面上至少有两个导向凸出件24A，且优选地，传感器组件接收部分1A的侧壁在长度方向上具有一长导向槽1B，与导向凸出件24A相对应。

并且，可用电机和绳索将传感器隐藏机构20构造为一般滑轮形式。

如图5和图6所示，传感器组件10包括安装在清洁器主体1上的固定板11；固定安装在固定板11并产生转动力的主电机12；与主电机12的转动轴12a相结合并与之一起转动的转动圆筒；以及多个以一定角度沿圆周方向安装在转动圆筒13上，并感测周边环境的(在图5和图6中为四个)位置信息传感器14。

固定板11为圆盘形，且主电机12通过螺钉紧固固定在其中心部分。此外，通过拧紧螺钉，固定板11将作为传感器隐藏机构20的一部分的传感器支承板24固定。

主电机12为可正向和反向转动的双向转动电机，主电机12不同的旋转角度可根据位置信息传感器14的数目以及适当的感测角度来控制。更具体地说，在一般的超声波传感器中，合适的感测角度为±30°，当超声波传感器的数目为四个时，将主电机12的旋转角控制为±45°，并优选地进行全向感测。此外，在主电机12的顶面上，导板支撑突起12b近似地以转动轴12A为中心以约三个点凸出形成，以便支撑转动导板15。

转动圆筒13包括：可转动地安装在固定板11的顶面上的内筒13A，该内筒13A插入主电机12的外圆周并在转动圆筒13的内圆周顶部具有电动凸出件13a，以便与主电机12的转动轴12a结合；以及与内筒13A的顶端相结合的外筒13B，在其外圆周上每隔一定间隔具有一位置信息传感器14并与之一起旋转。

内筒13A呈具有敞开的顶面和底面的圆筒形，且优选地分别在上外圆周形成凸缘部分13b，用于稳定转动，在下外圆周形成凸缘部分13c，用于与外筒13B牢固结合。此外，电动凸出件13a具有三个支臂，以及一形成在三个支臂中心的固定孔13d，用于与电动机12的转动轴12A相结合。

外筒13B具有敞开的底面和封闭的顶面，呈罩形，且在顶面的中心具有导板插入孔13e，用于接纳转动导板15。

超声波传感器型的位置信息传感器14以约90°角安装在转动圆筒13的外筒13B上，以便其具有大约±30°的合适的感测角。还可以在内筒13A的外圆周上安装超声波传感器，并在外筒13B上形成超声波透孔(未示出)。

转动导板15的直径大小可以以一定间隙插入转动圆筒13的内筒13A的顶端，转动导板15的厚度由其在内筒13A的电动凸出件13a上的安装长度加外筒13B的厚度而得到。而且，优选地，转动导板15的外圆周具有与外筒13B的导板插入孔13e滑动接触的尺寸。此外，在转动导板15的中央部分形成支撑孔15a，以便容纳主电机12的导板支撑突起12b。

尚未说明的标号14a为位置信息传感器14的发射器，标号14b为位置信息传感器14的接收器，且标号16为显示器。

下面详细说明根据本发明的用于清洁机器人的位置信息识别装置的工作。

首先，当用户按下工作按钮时，蓄电池(未示出)的电力被施加给风扇电机(未示出)，且当风扇电机运行时产生吸力。同时，根据控制器(未示出)的指令转动驱动轮2并将清洁器主体1移动到清洁位置，且执行相应的自动清洁过程。

此外，当通过随时检测蓄电池的充电电平，清洁器的控制器判断充电电平低于某一电平时，通过调整清洁器的行进方向向前或向后转动驱动轮2，从而使清洁器主体1接近充电器(未示出)所在的位置。

此处，为了判断清洁器主体1的清洁位置或充电位置，位置信息传感器14会充分地观察周边环境，识别关于周边环境和充电器的位置信息，并将它们实时存储在一微型计算机(未示出)中。

下面将更详细地说明该工作过程。

如图4和图7所示，当与小齿轮22相结合的双向转动电机21旋转时，与齿条23相结合的传感器组件10的固定板11向上移动，并且传感器组件10上升。

之后，当位置信息传感器14暴露出清洁器主体1的传感器接收部分1a之外时，主电机12转动。

图8为一顶视图，示意性示出用于清洁机器人的位置信息识别装置，当转动主电机12时，转动圆筒13以±45°角进行左右转动。同时，以90°角安装在转动圆筒13的外筒13B上的每个位置信息传感器14的发射器14a发出声波，接收器14b接收从周围物体反射回的该声波，且每个位置信息传感器14都识别出精确的位置信息。此处，如上所述，每个位置信息传感器14安装成使它们之间具有约90°的夹角，同时具有合适的感测角度±30°，每个传感器14以约±45°角左/右转动，并因此可360°地充分观察清洁机器人的周边环境。

因此，与现有技术相比，当在本发明中安装相同数目的超声波传感器时，可以获得大得多的观测区域，且因此可以更加高效并准确地获得关于周边环境和充电器的位置信息。

此外，当清洁机器人沿着墙面移动时，因为传感器组件水平地旋转-移动，同时与墙面保持一定距离，所以清洁器主体可以只进行移动而不做附加的转动，从而减少输入损耗。

此外，通过在传感器组件的顶部中心部分设置转动导板并安装用于显示从微型计算机输入的各种信息的显示装置，可以通过传感器很容易获得各种信息，即，关于清洁器的工作状态或各种周边环境的信息。

此外，在传感器组件中，通过将转动圆筒与主电机的转动轴相结合，在工作中减少了空程现象，从而提高了电动机效率。

如上所述，在根据本发明的用于清洁机器人的位置信息识别装置中，通过每隔一定间隔安装若干个超声波传感器并左右旋转，传感器的观察区域比现有技术显著增大，且在位置识别和距离调整中，清洁器主体可以避免无用的转动，从而提高清洁效率。

由于在不违背其要旨或基本特征的情况下，本发明可以以多种形式实施，因此还应理解，除非另有说明，上述说明的任何细节并不对上述的实施例构成限制，而是应在所附的权利要求中确定的要旨和范围之内，宽泛地加以理解，因此，在权利要求的范围和界线内的所有的变更和修改，或在该范围和界线的等同物，都包含在所附的权利要求之内。

Claims (14)

1.一种用于清洁机器人的位置信息识别装置，包括：

安装在清洁器主体上的固定板；

固定安装在固定板上用于产生转动力的主电机；

与主电机的转动轴相结合以便以一定角度旋转的转动圆筒；以及

在圆周方向上以一定距离安装在转动圆筒上的多个位置信息传感器，用于感测周边环境，

其中，所述主电机是能执行正向及反向转动的双向转动电机，并且所述主电机的旋转角度根据所述位置信息传感器的数目以及适当的感测角度来控制。

2.根据权利要求1的装置，其中，该固定板为圆盘形，且主电机用螺钉紧固结合在该固定板的中心部分。

3.根据权利要求1的装置，其中，该固定板包括传感器隐藏装置，该传感器隐藏装置用于在工作状态下将位置信息传感器升高一定高度，以便将位置信息传感器暴露在清洁器主体之外，且在充电或工作停止状态下将位置信息传感器下降到清洁器主体中。

4.根据权利要求1的装置，其中，主电机的旋转角度为±45°。

5.根据权利要求1的装置，其中，主电机具有导板支撑突起，该导板支撑突起在主电机的顶面上以转动轴为中心的三个点上凸出形成。

6.根据权利要求1的装置，其中，位置信息传感器彼此以90°间隔安装在转动圆筒的外圆周上。

7.根据权利要求1的装置，其中，转动圆筒包括：

内筒，该内筒可转动地安装在固定板的顶端部分上，插入主电机的外圆周中，并在转动圆筒的内圆周上部具有电动凸出件，以便与主电机的转动轴相结合；以及

与内筒的上端牢固结合的外筒，以便外筒与内筒一起旋转并且在转动圆筒的外圆周上隔一定间隔具有位置信息传感器。

8.根据权利要求7的装置，其中，内筒为具有敞开的顶部和底部的圆筒形，在其外圆周下端形成凸缘部分以稳定地旋转转动圆筒，且在其外圆周上端形成凸缘部分以与外筒牢固结合。

9.根据权利要求7的装置，其中，外筒具有如罩形的敞开的底部和封闭的顶部，并含有形成在顶部中央部分的插入孔，以便容纳转动导板。

10.根据权利要求1的装置，其中，转动圆筒在顶部中央部分具有导板插入孔，以容纳与主电机结合为一体的转动导板。

11.根据权利要求10的装置，其中，外部的显示装置安装在导板的顶面，以显示关于清洁器工作状态或各种环境的信息。

12.一种清洁机器人的主体，包括：

转动地安装在清洁器主体的顶部正面的传感器组件，以观察周边环境；

内凹或打孔形成的传感器组件容纳部分，以便隐藏传感器组件；以及

在传感器组件接收部分的侧面形成的传感器隐藏机构，用于上下移动传感器组件，

其中所述传感器组件包括安装在清洁器主体上的固定板、固定安装在固定板上用于产生转动力的主电机、与主电机的转动轴相结合以便以一定角度旋转的转动圆筒以及在圆周方向上以一定距离安装在转动圆筒上的多个位置信息传感器，用于感测周边环境，以及

所述主电机是能执行正向及反向转动的双向转动电机，并且所述主电机的旋转角度根据所述位置信息传感器的数目以及适当的感测角度来控制。

13.根据权利要求12的主体，其特征在于，传感器隐藏机构包括：

一双向转动电机；

与双向转动电机的转动轴结合并双向旋转的小齿轮；

与该小齿轮相结合并根据小齿轮的转动方向上下直线移动的齿条；以及

与齿条一体形成的且与传感器组件的固定板相结合的传感器支承板。

14.根据权利要求13的主体，其特征在于，传感器支承板包括至少两个位于侧面上的导向凸出件，并包括位于传感器组件容纳部分的侧壁的长导向槽，以便与导向凸出件相对应。

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