CN102288969B - 感测系统和具有该感测系统的移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感测系统和具有该感测系统的移动机器人。所述移动机器人包括：光源，用于产生光；光导，用于接收、扩散和发射从所述光源产生的光；和光接收传感器，用于接收从所述光导发射并且之后被所述物体反射的光。从所述光源辐照的光通过光导被扩散和发射至大范围的区域，由此允许光在少数几个光源的情况下被发射至该大范围的区域。

Description

感测系统和具有该感测系统的移动机器人

技术领域

本发明涉及一种感测系统以及一种具有该感测系统的移动机器人，该感测系统用于感测邻近该感测系统的物体。

背景技术

近来，移动机器人，例如清洁器机器人，已经开始广泛应用。这种清洁器机器人包括感测系统，该感测系统用于感测邻近所述清洁器机器人的物体，以便防止在清洁器机器人的移动过程中清洁器机器人与墙或某件家具相撞或者由于驱动出地板的端点而导致损坏。

所述感测系统包括光学传感器。所述光学传感器包括光发射部和光接收部，所述光发射部具有嵌于其中用于发光的光源，所述光接收部用于接收从光发射部发射并且之后被邻近所述感测系统的物体反射的光，在从所述光发射部发射的光所扩散的光发射区域与所述光接收部接收光的光接收区域之间的重叠区是光学传感器可以感测所述物体的感测区域。

发明内容

因此，本发明的一个方面是提供一种将光发射到更广阔的区域的感测系统以及具有该感测系统的移动机器人。

本发明的另外的方面部分在后面的说明书中说明，部分将根据说明书显而易见地得到，或可以通过实践本发明来获知。

根据本发明的一个方面，一种感测系统包括用于产生光的光源、用于扩散和发射从光源产生的光的光导以及用于接收从光导发射并且之后被邻近所述感测系统的物体所反射的光的光接收传感器。

所述光导可以在一个方向上被延伸，所述光源可以被安装在所述光导的两个端表面中的至少一个上。

可以在所述光导的一个侧表面上设置反射面，以便将进入所述光导的光朝向另一个侧表面反射。

根据本发明的另一方面，一种移动机器人包括主体和用于感测所述主体周围的物体的感测系统，其中所述感测系统包括：用于产生光的光源、用于接收、扩散和发射从光源产生的光的光导以及用于接收从光导发射并且之后被所述物体所反射的光的光接收传感器。

所述主体可以形成为盘形，所述光导可以在所述主体的圆周方向上延伸，以对应于所述主体，并布置在所述主体的前表面上。

所述光源可以安装在所述光导的两个端表面中的至少一个上，且从所述光源产生的光可以通过所述光导的两个端表面进入所述光导。

所述移动机器人还可以包括设置在所述光导的后表面上的反射面，用于将进入所述光导的光朝向所述光导的前表面反射。

用于形成所述反射面的多个反射沟槽可以设置在所述光导的后表面上。

所述移动机器人还可以包括设置在所述光导的后面的反射部件，用于将从光导向后发射的光向前反射。

所述光接收传感器可以包括障碍物传感器，所述障碍物传感器布置在所述光导的上方，用于接收来自于所述光导的前面的区域的下部的光。

所述光接收传感器可以包括地板传感器，用于接收从所述光导向下发射并且之后被地板反射的光。

所述移动机器人还可以包括安装在所述主体的一侧以向前和向后移动的缓冲器，所述光导布置在所述缓冲器上，所述光接收传感器可以包括缓冲器传感器，所述缓冲器传感器布置在所述主体的光导的后面，用于接收通过所述光导的后表面发射的光。

光接收传感器中的每一个可以包括用于感测光的感测部和布置在所述感测部前面的光接收透镜，所述光接收透镜用于确定所述光接收传感器的光接收区域。

所述光接收透镜可以是非对称透镜，其中在竖直方向上的光接收区域和在水平方向上的光接收区域被独立地确定。

可以在对应于障碍物传感器的位置处形成通过所述缓冲器的透明窗。

附图说明

本发明的这些和/或其它方面根据下面结合附图对于本发明的实施例的描述可以更易于理解。

图1是根据本发明一个实施例的移动机器人的透视图；

图2是应用于根据该实施例的移动机器人上的感测系统的透视图；

图3和4是应用于根据本实施例的移动机器人上的感测系统的示意图；和

图5是应用于根据本发明的该实施例的移动机器人上的光接收透镜的示意图。

具体实施方式

下面将对实施例进行详细地介绍，其示例在附图中示出，其中在全文中，相同的参考标记表示相同的元件。

接下来，将参照附图对根据一个实施例的感测系统以及具有该感测系统的移动机器人进行描述。

如图1所示，根据一个实施例的移动机器人100包括主体10、轮11和12(参考图3)和缓冲器13，所述轮11和12布置在所述主体10的下表面上以允许所述主体10移动，所述缓冲器13布置在所述主体10的前部上。

所述主体10例如形成大约盘形，轮11和12可以包括一对移动轮11和脚轮12，所述一对移动轮11平行地布置在主体10的下表面的两侧上，所述脚轮12布置在主体10的下表面的前部处。缓冲器13安装在主体10的前表面上，以使得所述缓冲器13可以向前和向后移动，并通过弹性部件(未示出)由主体10弹性支撑，由此即使在移动机器人100不可避免地与障碍物(例如墙或某件家具)碰撞的情况下也能够减少被传递给主体10的冲击。

如图2和3所示，图1的实施例的移动机器人100还包括感测系统20，所述感测系统20在移动机器人100移动过程中感测移动机器人100周围的物体，例如墙、某件家具或地板，以防止移动机器人100与所述物体碰撞或跌倒。

感测系统20包括：用于产生光的光源21；光导22，用于接收从光源21产生的光和通过光导22的表面大范围地扩散被接收的光；和光接收传感器23A、23B和23C，用于接收由光导22扩散并且之后由邻近移动机器人100的物体反射的光。

当光通过光导22的表面被扩散时，所述光可以使用仅仅少数光源21被发射到大范围区域，由此允许设计者将光接收传感器23A、23B和23C安装在各种位置上。即，进入光导22的光在沿着光导22的长度方向移动的同时被逐渐地扩散，由此从光导22发射。这里，光通过除安装光源的两个端表面之外的光导22的整个表面被发射。

当从光源21产生的光通过光导22被扩散时，感测区域被扩展到近似对应于光接收区域的区，在所述光接收区域中，光接收传感器23A、23B和23C可以接收光，在所述感测区域中，邻近移动机器人100的物体可以通过感测系统20被感测。因此，偏离感测系统20的感测区域的盲点被显著地减小，且邻近移动机器人100的物体可以通过少数几个光接收传感器23A、23B和23C来有效地感测，在所述盲点中，感测系统20不能感测邻近移动机器人100的物体。

光导22可以在一个方向上延伸，以具有指定长度，光源21被安装在光导22的两端上。光导22由导光的透明材料制成，用于所述光导22的透明材料可以采用各种类型的材料，例如聚碳酸酯、丙烯基类、玻璃和光纤，这些材料是透明的且具有比空气高的密度。

因此，从光源21产生的光通过光导22的两个端表面进入光导22，进入光导22的光被沿着光导22的长度方向引导。沿着光导22移动的光根据各种条件从光导22逐渐地发射出，所述条件例如是在光导22和空气之间的界面处的光的入射角以及光导22和空气之间的密度差。据此，光被扩散，并通过光导22的前、后、上和下表面发射出。

在该实施例中，光导22可以在主体10的圆周方向上延伸，以对应于主体10的前表面的形状，并被布置在缓冲器13上，以使得光导22与缓冲器13一起向前和向后移动。在对应于光导22的缓冲器13的位置处设置透明窗13a，用于透光。

用于将进入光导22的光向前反射的多个反射沟槽22a可以形成在光导22的后表面上，且设置有反射沟槽22a的光导的后表面用作反射光的反射面。在该实施例中，反射沟槽22a在垂直于光在光导22中的移动方向的竖直方向上形成，并将光向前反射。在此，进入光导22的大量的光由形成在光导22的后表面上的反射沟槽22a向前引导，但是由于光导22由透明材料制成，所以进入光导22的光由形成在光导22的后表面上的反射沟槽22a反射，由光导22扩散的大量的光通过光导22的前表面发射出，并用于感测障碍物，由光导22扩散的其余量的光通过光导22的下表面或后表面向下或向后发射，并用于感测地板或缓冲器13。

如图5所示，光接收传感器23A、23B和23C中的每个可以包括用于感测光的感测部231，和置于所述感测部231前面的光接收透镜232，用于确定光接收传感器23A、23B和23C的光接收区域。在该实施例中，光接收透镜232是非对称透镜，其中竖直方向上的光接收区域和水平方向上的光接收区域被独立地确定。光接收透镜232的这种非对称结构用于处理以下情况：在竖直方向上的光接收区域和在水平方向上的光接收区域根据光接收传感器23A、23B和23C的安装位置和功能而不同。

此外，如图3所示，光接收传感器23A、23B和23C包括：障碍物传感器23A，所述障碍物传感器23A用于感测是否有物体(例如墙或家具)存在于主体10的前面；地板传感器23B，用于感测布置移动机器人100的地板；和缓冲器传感器23C，用于感测缓冲器13的位置。

障碍物传感器23A感测物体是否存在于主体10的前面。障碍物传感器23A被置于光导22的上方以朝向移动机器人100前面的区域向下倾斜，因此接收来自移动机器人100前面的区域的下部的光。障碍物传感器23A的这种结构防止移动机器人100由于太阳光或从室内照射器发射的光被障碍物传感器23A接收到而导致的故障。在该实施例中，多个障碍物传感器23A设置在光导22上方，并沿着光导22在圆周方向上相互分离，如图2所示。在此，为了将盲点最小化，障碍物传感器23A中的每个的光接收区域的两侧可以与相邻的障碍物传感器23A的光接收区域交叠，在所述盲点中，障碍物不能被感测。

在应用于障碍物传感器23A的光接收透镜232的竖直方向上的光接收区域的高度对应于移动机器人100的高度，在光接收透镜232的水平方向上的光接收区域足够宽以与相邻的障碍物传感器23A的水平方向上的光接收区域交叠，如上所述。因此，应用于障碍物传感器23A的光接收透镜232配置成使得在障碍物传感器223A的水平方向上的光接收区域的宽度大于在障碍物传感器23A的竖直方向上的光接收区域。

参照图3，地板传感器23B被置于主体10的下部上，接收从光导22的下表面发射出并且之后被地板反射的光，由此感测在指定距离内是否存在地板，并因此防止移动机器人100跌倒。

如图4所示，缓冲器传感器23C被置于光导22的后面，接收从光导22的后表面发射出的光，由此检测缓冲器13的位置的改变，并因此判断障碍物是否与缓冲器13相撞。

在此，通过光导22的后表面向后发射的光被发射到宽得多的区域，但是缓冲器传感器23C仅仅感测缓冲器13的位置。因此，只要缓冲器传感器23C感测仅仅窄区域的光，缓冲器传感器23C就足以实现其自身的功能。

因此，为了防止光浪费，用于将从光导22向后发射的光向前反射的反射部件24与光导22分离地置于光导22的后面。反射部件24由白板或银板制成，并在圆周方向上延伸以对应于光导22。而且，在对应于缓冲器传感器23C的位置处，形成穿过反射部件24的通孔24a，从光导22发射的光通过所述通孔24a，以朝向缓冲器传感器23C前进。

下面，将参照图3和4对上述移动机器人100的操作进行描述。

当光源21产生光时，从光源21产生的光通过光导22的两个端表面进入光导22。然后，大量的光由形成在光导22的后表面上的反射沟槽22a向前反射，并通过光导22的前表面被发射，而其余量的光通过光导22的上、下和后表面被发射。

在移动机器人100的移动过程中，当障碍物(例如墙或某件家具)进入的障碍感测区域时，从光导22发射的光由障碍物反射，并且之后由障碍物传感器23A接收，所述障碍感测区域形成在从光导22向前发射的光所照射的光发射区域与障碍物传感器23A接收光的光接收区域之间的交叠区中。因此，实现对障碍物的感测。

进而，在移动机器人100沿着地板移动的过程中，移动机器人100所在的地板存在于地板感测区域中，并因此连续地进行地板感测，所述地板感测区域形成在通过光导22的下表面发射的光所照射的光发射区域与地板传感器23B接收光的光接收区域之间的交叠区域中。

当移动机器人100到达地板的末端位置时，地板不存在于地板感测区域中，由地板传感器23B接收的光量显著地减少，由此感测地板的末端。

进而，如果移动机器人100在移动机器人100的移动过程中不可避免地与障碍物相撞，则缓冲器13朝向主体10向后移动以对冲击进行暂时地缓冲。由于光导22被安装到缓冲器13上，光导22与缓冲器13一起朝向主体10移动，并由此减小了光导22与置于主体10上的缓冲器传感器23C之间的距离。

由于光通过光导22的后表面连续地发射，如上所述，所以光经由通孔24a传递至缓冲器传感器23C。当在光导22与置于主体10上的缓冲器传感器23C之间的距离减小时，由缓冲器传感器23C接收的光量增加，由此感测缓冲器13向后移动。

尽管该实施例示出多个反射沟槽22a形成在光导22的后表面上，以使得光导22的后表面通过反射沟槽22a反射光，但是，用于反射光的白板可以附着于光导22的后表面，而不形成反射沟槽22a，以使得光导22的后表面可以用作向前反射光的反射面。

另外，可以将白漆、银漆或光漫射墨施加至光导22的后表面而不形成反射沟槽22a，以使得光导22的后表面可以用作反射面，或者白调色剂或银调色剂被印刷到光导22的后表面上，以使得光导22的后表面可以用作反射面。

从上述描述可知，在根据一个实施例的感测系统以及具有该感测系统的移动机器人中，从光源辐照的光通过光导表面被大范围地扩散，由此允许光在少数光源的情况下被发射至宽广的区域。

另外，感测系统的感测区域显著地增加至对应于光接收传感器的光接收区域的区域，由此显著地减小了盲点，在所述盲点中，不能感测邻近的物体。

尽管已经示出和描述了几个实施例，但是本领域技术人员应当理解，可以在不背离上述实施例的原理和精神的情况下对这些实施例进行改变。本发明的范围由所附的权利要求及其等同物来限定。

Claims (11)

1.一种移动机器人，包括：

主体；和

感测系统，用于感测所述主体周围的物体，其中所述感测系统包括：

光源，用于产生光；

光导，用于接收、扩散和发射从所述光源产生的光；和

光接收传感器，用于接收从所述光导发射并且之后被所述物体反射的光；

其中，所述光导在一个方向上延伸；

所述光源安装在所述光导的两个端表面中的至少一个端表面上；并且

从所述光源发出的光进入所述光导并且通过所述光导的在所述光导的所述一个方向上形成的一个侧表面射出。

2.根据权利要求1所述的移动机器人，其中：

所述主体形成为盘形；和

所述光导在所述主体的圆周方向上延伸以便对应于所述主体，并被置于所述主体的前表面上。

3.根据权利要求1所述的移动机器人，还包括反射面，所述反射面设置在所述光导的后表面上，以便将进入所述光导的光朝向所述光导的前表面反射。

4.根据权利要求3所述的移动机器人，其中在所述光导的后表面上设置有用于形成所述反射面的多个反射沟槽。

5.根据权利要求3所述的移动机器人，还包括反射部件，所述反射部件设置在光导的后面，用于将从光导向后发射的光向前反射。

6.根据权利要求1所述的移动机器人，其中所述光接收传感器包括障碍物传感器，所述障碍物传感器置于所述光导上方以接收来自于所述光导前面的区域的下部的光。

7.根据权利要求1所述的移动机器人，其中所述光接收传感器包括地板传感器，用于接收从所述光导向下发射并且之后被地板反射的光。

8.根据权利要求1所述的移动机器人，还包括缓冲器，所述缓冲器安装在所述主体的一侧以向前和向后移动，所述光导置于所述缓冲器上，

其中所述光接收传感器包括缓冲器传感器，所述缓冲器传感器置于所述主体的光导的后面，以接收通过所述光导的后表面发射的光。

9.根据权利要求1所述的移动机器人，其中所述光接收传感器中的每个包括用于感测光的感测部以及置于所述感测部前面的光接收透镜，用于确定光接收传感器的光接收区域。

10.根据权利要求9所述的移动机器人，其中所述光接收透镜是非对称透镜，在所述非对称透镜中，在竖直方向上的光接收区域和在水平方向上的光接收区域被独立地确定。

11.根据权利要求8所述的移动机器人，其中在对应于所述障碍物传感器的位置处形成通过所述缓冲器的透明窗。