CN101862166A - 自动吸尘器定位充电座的电子控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动吸尘器定位充电座的电子控制装置，包括自动吸尘器的主控电子装置和充电座的充电座电子控制装置，主控电子装置设置充电电路与充电电极公端连接，充电电路输出连接所述充电电池，所述充电电池输出连接电源电路，所述电源电路输出系统电源为后续电路提供电源，还包括处理器，输出控制障碍物检测电路，右轮驱动电路，左轮驱动电路，吸尘电机驱动电路，滚刷电机驱动电路，射频接收电路，标志信号接收电路，以及设置在处理器中的控制算法，所述充电座电子控制装置设置了集中控制的控制器，与所述电源插孔连接的电源电路和滤波电路，由控制器控制的开关管，还设置了射频发射电路，标志信号发射装置，电流检测电路。实施本发明以后，通过精心的电路设计和算法设计，缩短了自动吸尘器定位充电座的时间，提高了效率。

Description

自动吸尘器定位充电座的电子控制装置

技术领域

本发明涉及一种自动吸尘器定位充电座的电子控制装置，属于传感器技术与家用电器技术领域。

背景技术

自动吸尘器是可以完全自主工作的吸尘机器人，它可以设定工作时间，自动清扫房间地面，并且在完成任务或者电池耗尽的时候，自动寻找充电座，对接充电。在所有的技术问题中，自动吸尘器定位充电座的问题仍然没有完全解决。

专利ZL 02138302.2自动吸尘器的充电座及其自动吸尘器与充电座的对接方法，在充电座上设置条码，以帮助自动吸尘器确定自己的相对位置。该方案覆盖范围较大，但是对角度要求高，并且定位过程复杂，效率不高。专利ZL 200410014011.1自动吸尘器及其充电座和对接方法，在自动吸尘器的尾部设置充电电极和红外接收探头，侧面也设置红外接收探头，充电座设置了充电电极和红外发射装置，而充电座贴墙放置，自动吸尘器贴墙行走，直到侧面的红外接收探头检测到充电座发出的信号，然后进行调整位姿，与充电电极对接。该方案方法简单，但是自动吸尘器可能在任意位置结束任务，找到充电座的平均时间很长，并且很可能在找到充电座之前已经耗尽了电源。

专利ZL 200520065314.6一种吸尘机器人用智能充电座，采用设置在充电座正前方的红外线发射管引导吸尘机器人与充电座进行对接。由于红外线发射管的功率和发射角的限制，该方案效率低，难以用于到实际应用中。而专利ZL 200510129650.7具有自动返回充电座功能的清洁机器人及其使用方法，在清洁机器人上设置了拍摄充电座图像的摄像机单元，利用充电座的图像信息检测充电座的方向和位置，由此正确并迅速的返回充电座。该方案大大提高了系统成本，不仅摄像机单元价格昂贵，与之配套的图像处理单元也价格不菲。

专利ZL 200810155404.2地面处理系统及地面处理装置与充电座的对接方法，包括自动移动的地面处理装置和充电座，充电座设有信号发射装置，地面处理装置前端和顶部分别设有接收该信号发射装置发出信号的定向接收器和全向接收器，通过定向接收器和全向接收器使得地面处理装置自动返回充电座充电。该方案的信号发射装置，发射定向信号，比如红外线，势必降低地面处理系统找到充电座的概率。专利ZL 200910025103.2地面处理系统及地面处理装置与充电座的对接方法，在所述充电座上设有一旋转机构，所述的旋转机构驱动信号发射装置相对于充电座基座旋转，用于主动寻找地面处理装置的位置。该方案增加了旋转机构旋转机构，使信号覆盖范围增大，提高定位充电座的概率。但是该方案增加了系统的复杂性，并且红外线发射器的功率有限。

自动吸尘器要能在房间内找到相对很小的充电座，难度很大。本专利独辟蹊径，采用二级定位的思路，先粗略地定位充电座位置，然后采用精心设计的控制算法准确地定位充电座位置。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，采用大范围的射频信号检测和近距离的红外信号检测的有效结合，通过精心的电路设计和算法设计，缩短了自动吸尘器定位充电座的时间，提高了效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

自动吸尘器定位充电座的电子控制装置，所述的自动吸尘器包括吸尘系统、两个驱动轮和与所述驱动轮连接的两个驱动电机以及设置在所述自动吸尘器前端的充电电极公端，所述的充电座包括设置充电电极母端、电源插孔，所述的电子控制装置包括所述自动吸尘器的主控电子装置和所述充电座的充电座电子控制装置，所述的主控电子装置设置充电电路与所述的充电电极公端连接，所述充电电路输出连接所述充电电池，所述充电电池输出连接电源电路，所述电源电路输出系统电源为后续电路提供电源，还包括处理器，所述处理器输出控制障碍物检测电路，右轮驱动电路，左轮驱动电路，吸尘电机驱动电路，滚刷电机驱动电路，所述的充电座电子控制装置设置了进行集中控制的控制器，与所述电源插孔连接的电源电路和滤波电路，与所述滤波电路连接的开关管，所述开关管由所述控制器控制，输出连接电流检测电路，所述电流检测电路连接所述充电电极母端。所述的主控电子装置，还设置与所述处理器连接的射频接收电路，与所述处理器连接的标志信号接收装置，以及设置在所述的处理器中的控制算法，所述的充电座电子控制装置，还设置与所述的控制器连接的射频发射电路，与所述控制器连接的标志信号发射装置。

所述的射频发射电路，设置超再生射频发射电路，接收所述控制器的输出数据，以射频信号的方式发射出去，所述的射频接收电路，设置超再生射频接收电路，接收射频信号并输出数据到所述的处理器，所述的射频接收电路与所述的射频接收电路，设置相同的工作频率。

所述的射频发射电路设置覆盖范围为L。

所述的标志信号接收装置设置在所述自动吸尘器的左侧面和右侧面，所述的标志信号发射装置设置在所述的充电座的前端，所述的标志信号接收装置和标志信号发射装置设置同样的高度。

所述的标志信号发射装置设置为红外信号发射装置，所述的标志信号接收装置设置为红外信号接收装置。

所述的标志信号发射装置设置覆盖范围为M。

所述的覆盖范围L远远大于所述的覆盖范围M。

所述的电流检测电路，设置测流电阻，与所述的控制器连接，可检测充电电流大小，当电流为零时，所述的控制器通过所述的射频发射电路发射特征射频数据。

所述的自动吸尘器结束清扫任务或者所述的充电电池需要充电的时候，所述的处理器启动所述的控制算法，所述的控制算法包括以下几个步骤：

(1)、所述的自动吸尘器四处游走，所述的处理器开启所述的射频接收电路，当所述的处理器接收到所述充电座电子控制装置发送的特征射频数据，则所述的处理器判断所述的充电座就在附近，控制所述的自动吸尘器直行。

(2)所述的自动吸尘器直行过程中，分为两种情况：

情况1：如果所述的自动吸尘器检测障碍物，并且所述的处理器一直接收到所述的特殊数据，所述自动吸尘器顺时针方向贴着障碍物保持一定距离行走，执行步骤(3)；

情况2：如果所述自动吸尘器直行一段距离以后，所述的处理器不能接收到所述的特征射频数据，则执行步骤(4)。

(3)、如果所述的处理器通过所述标志信号接收装置检测到所述充电座的标志信号发射装置发出的标志信号，则定位了所述的充电座；如果所述的自动吸尘器行走过程中，所述的处理器不能接收到所述的特征射频数据，并且没有检测到所述充电座的标志信号发射装置发出的标志信号，则所述的自动吸尘器逆时针方向贴着障碍物保持一定距离行走，直到检测所述的标志信号发射装置的标志信号。

(4)、所述自动吸尘器顺时针旋转90度角度，然后直行距离N，然后分为两种情况：

情况3：如果所述的处理器重新接收到所述的特征射频数据，则跳转到步骤(2)；

情况4：如果所述的处理器仍然不能接收到所述的特征射频数据，继续旋转90度，然后直行所述的距离N，不能重新找到所述特征射频数据，重复执行情况4，如果旋转270度之后仍然不能重新找到所述特征射频数据，则跳转步骤(1)。

实施本发明的积极效果是：1、射频信号覆盖范围广，可以帮助自动吸尘器迅速定位充电座的大致位置；2、红外信号位置特征性强，可以精确定位充电座的具体位置。

附图说明

图1是自动吸尘器和充电座的外形图；

图2是主控电子装置的原理框图；

图3是充电座电子控制装置的原理框图；

图4是自动吸尘器定位充电座的路径1示意图；

图5是自动吸尘器定位充电座的路径2示意图；

图6是自动吸尘器定位充电座的路径3示意图；

图7是自动吸尘器定位充电座的路径4示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步说明：

参照图1-7，一种自动吸尘器定位充电座的电子控制装置。

所述的自动吸尘器22包括吸尘系统、两个驱动轮和与所述驱动轮连接的两个驱动电机以及设置在所述自动吸尘器22前端的充电电极公端11。所述的驱动电机旋转带动驱动轮，两个驱动轮的速度可以相同也可以不同，可以同方向也可以反方向，因此所述的自动吸尘器22可以前进，也可以后退，也可以任意角度旋转。所述的充电电极公端11是一对具有一定间距的导电突起。

所述的充电座21包括充电电极母端20、电源插孔。所述的电源插孔可与外部标准直流电源连接。所述的充电电极母端20与所述充电电极公端11匹配，具有同样的间距、高度和排布方式，相互接触可传递电源。

所述的电子控制装置包括所述自动吸尘器22的主控电子装置和所述充电座21的充电座电子控制装置。所述的主控电子装置设置了充电电路10与所述的充电电极公端11连接，所述充电电路10输出连接所述充电电池9，所述的充电电池9输出连接电源电路2，所述电源电路2输出系统电源为后续电路提供电源，还包括处理器1，输出控制障碍物检测电路8，右轮驱动电路7，左轮驱动电路6，吸尘电机驱动电路5，滚刷电机驱动电路4。所述的充电电路10由所述的处理器1控制，所述的处理器1可根据所述的充电电池9的状态，关断或者打开所述的充电电路10。所述的主控电子装置，还设置与所述的处理器1连接的射频接收电路3，与所述处理器1连接的标志信号接收装置12，以及设置在所述的处理器1中的控制算法。

所述的充电座电子控制装置设置了进行集中控制的控制器13，以及与所述的电源插孔连接的滤波电路17和电源电路14，所述电源电路14为后续电路提供工作电源，所述的滤波电路17稳压以后连接的开关管18，所述开关管18由所述控制器13控制，输出连接电流检测电路19，所述电流检测电路19连接所述充电电极母端20。所述的控制13根据所述的电流检测电路19的输出，可以判断所述的自动吸尘器22是否在充电，充电电流是否过大，因此可以关断、打开或者PWM控制所述的开关管18，以限制充电电流不会过大。所述的充电座电子控制装置还设置了与所述的控制器13连接的射频发射电路15，与所述控制器13连接的标志信号发射装置16。

所述的射频发射电路15，设置超再生射频发射电路，接收所述控制器13的输出数据，以射频信号的方式发射出去，所述的射频接收电路3，设置超再生射频接收电路，接收射频信号并输出数据到所述的处理器1。所述的射频接收电路3与所述的射频接收电路15，设置相同的工作频率，两者可以通讯。

所述的射频发射电路15设置覆盖范围为L。所述的覆盖范围L为射频信号的有效覆盖区域的平均半径。在所述的覆盖范围L内，所述的自动吸尘器22上的射频接收电路15能接收到射频信号，并输出数据给所述的处理器1。

所述的标志信号接收装置12设置在所述自动吸尘器22的左侧面和右侧面，所述的标志信号发射装置16设置在所述的充电座21的前端，所述的标志信号接收装置12和标志信号发射装置16设置同样的高度。这样设置，可以保证自动吸尘器22无论顺时针或者逆时针经过所述的充电座21都可以接收到标志信号。

所述的标志信号发射装置16设置为红外信号发射装置，所述的标志信号接收装置12设置为红外信号接收装置。红外信号具有指向性强，有效距离易于控制的特点，非常适合作为标志点信号。

所述的标志信号发射装置16设置覆盖范围为M。在所述覆盖范围M内，所述的标志信号接收装置12能接收到标志信号，并且输出给所述的处理器1。

所述的覆盖范围L远远大于所述的覆盖范围M。

所述的电流检测电路19，设置测流电阻，与所述控制器13连接，可检测充电电流大小，当电流为零时，说明所述的自动吸尘器22已经脱离所述的充电座21，所述控制器13通过所述的射频发射电路15发射特征射频数据。

所述的自动吸尘器22结束清扫任务或者电池需要充电的时候，所述处理器1启动所述的控制算法，所述的控制算法包括以下几个步骤：

(1)、所述的自动吸尘器22四处游走，所述的处理器1开启所述的射频接收电路3，当所述的处理器1接收到所述充电座电子控制装置通过所述射频发射电路15发送的特征射频数据，则所述的处理器1判断所述的充电座21就在附近，控制所述的自动吸尘器22直行。

(2)所述的自动吸尘器22直行过程中，分为两种情况：

情况1：如果所述的自动吸尘器22检测障碍物，并且所述的处理器1一直接收到所述的特征射频数据，所述自动吸尘器22顺时针方向贴着障碍物保持一定距离行走，执行步骤(3)；

情况2：如果所述自动吸尘器22直行一段距离以后，所述的处理器1不能接收到所述的特征射频数据，则执行步骤(4)。

(3)、如果所述的处理器1通过所述标志信号接收装置12检测到所述标志信号发射装置16发出的标志信号，则定位了所述的充电座21，如图4所示；如果所述的自动吸尘器22行走过程中，所述的处理器1不能接收到所述的特征射频数据，并且没有检测到所述标志信号发射装置16发射的标志信号，则所述的自动吸尘器22逆时针方向贴着障碍物保持一定距离行走，直到检测所述的标志信号发射装置16的标志信号，如图5所示。

(4)、所述自动吸尘器22顺时针旋转90度角度，然后直行距离N，然后分为两种情况：

情况3：如果所述处理器1重新接收到所述的特征射频数据，则跳转到步骤(2)，如图6所示；

情况4：如果所述的处理器1仍然不能接收到所述特征射频数据，继续旋转90度，然后直行所述的距离N，不能重新找到所述特征射频数据，重复执行情况4，如果旋转270度之后仍然不能重新找到所述特征射频数据，则跳转步骤(1)，如图7所示。

距离N为所述的自动吸尘器22返回寻找特征射频数据的预置行走距离。

综上所述，基于精心设计的电路，通过有效的控制算法，采用二级定位的思路，先从大范围的区域定位充电座的位置，然后在这个区域准确地定位充电座位置。这样就明显缩短了自动吸尘器定位充电座的时间，提高了效率。

Claims (9)

1.自动吸尘器定位充电座的电子控制装置，所述的自动吸尘器包括吸尘系统、两个驱动轮和与所述驱动轮连接的两个驱动电机以及设置在所述自动吸尘器前端的充电电极公端，所述的充电座包括设置充电电极母端、电源插孔，所述的电子控制装置包括所述自动吸尘器的主控电子装置和所述充电座的充电座电子控制装置，所述的主控电子装置设置充电电路与所述的充电电极公端连接，所述充电电路输出连接所述充电电池，所述充电电池输出连接电源电路，所述电源电路输出系统电源为后续电路提供电源，还包括处理器，所述处理器输出控制障碍物检测电路，右轮驱动电路，左轮驱动电路，吸尘电机驱动电路，滚刷电机驱动电路，所述的充电座电子控制装置设置了进行集中控制的控制器，与所述电源插孔连接的电源电路和滤波电路，与所述滤波电路连接的开关管，所述开关管由所述控制器控制，输出连接电流检测电路，所述电流检测电路连接所述充电电极母端，其特征在于：所述的主控电子装置，设置与所述处理器连接的射频接收电路，与所述处理器连接的标志信号接收装置，以及设置在所述的处理器中的控制算法，所述的充电座电子控制装置，设置与所述的控制器连接的射频发射电路，与所述控制器连接的标志信号发射装置。

2.根据权利要求1所述的自动吸尘器定位充电座的电子控制装置，其特征是：所述的射频发射电路，设置超再生射频发射电路，接收所述控制器的输出数据，以射频信号的方式发射出去，所述的射频接收电路，设置超再生射频接收电路，接收射频信号并输出数据到所述的处理器，所述的射频接收电路与所述的射频接收电路，设置相同的工作频率。

3.根据权利要求2所述的自动吸尘器定位充电座的电子控制装置，其特征是：所述的射频发射电路设置覆盖范围为L。

4.根据权利要求1所述的自动吸尘器定位充电座的电子控制装置，其特征是：所述的标志信号接收装置设置在所述自动吸尘器的左侧面和右侧面，所述的标志信号发射装置设置在所述的充电座的前端，所述的标志信号接收装置和标志信号发射装置设置同样的高度。

5.根据权利要求1所述的自动吸尘器定位充电座的电子控制装置，其特征是：所述的标志信号发射装置设置为红外信号发射装置，所述的标志信号接收装置设置为红外信号接收装置。

6.根据权利要求5所述的自动吸尘器定位充电座的电子控制装置，其特征是：所述的标志信号发射装置设置覆盖范围为M。

7.根据权利要求3、6所述的自动吸尘器定位充电座的电子控制装置，其特征是：所述的覆盖范围L远远大于所述的覆盖范围M。

8.根据权利要求1所述的自动吸尘器定位充电座的电子控制装置，其特征是：所述的电流检测电路，设置测流电阻，与所述的控制器连接，可检测充电电流大小，当电流为零时，所述的控制器通过所述的射频发射电路发射特征射频数据。

9.根据权利要求1所述的自动吸尘器定位充电座的电子控制装置，其特征是：所述的自动吸尘器结束清扫任务或者所述的充电电池需要充电的时候，所述的处理器启动所述的控制算法，所述的控制算法包括以下几个步骤：

(1)、所述的自动吸尘器四处游走，所述的处理器开启所述的射频接收电路，当所述的处理器接收到所述充电座电子控制装置发送的特征射频数据，则所述的处理器判断所述的充电座就在附近，控制所述的自动吸尘器直行。

(2)所述的自动吸尘器直行过程中，分为两种情况：

情况1：如果所述的自动吸尘器检测障碍物，并且所述的处理器一直接收到所述的特殊数据，所述自动吸尘器顺时针方向贴着障碍物保持一定距离行走，执行步骤(3)；

情况2：如果所述自动吸尘器直行一段距离以后，所述的处理器不能接收到所述的特征射频数据，则执行步骤(4)。

(3)、如果所述的处理器通过所述标志信号接收装置检测到所述充电座的标志信号发射装置发出的标志信号，则定位了所述的充电座；如果所述的自动吸尘器行走过程中，所述的处理器不能接收到所述的特征射频数据，并且没有检测到所述充电座的标志信号发射装置发出的标志信号，则所述的自动吸尘器逆时针方向贴着障碍物保持一定距离行走，直到检测所述的标志信号发射装置的标志信号。

(4)、所述自动吸尘器顺时针旋转90度角度，然后直行距离N，然后分为两种情况：

情况3：如果所述的处理器重新接收到所述的特征射频数据，则跳转到步骤(2)；

情况4：如果所述的处理器仍然不能接收到所述的特征射频数据，继续旋转90度，然后直行所述的距离N，不能重新找到所述特征射频数据，重复执行情况4，如果旋转270度之后仍然不能重新找到所述特征射频数据，则跳转步骤(1)。

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