CN104345730A - 带行走状态判断装置的自移动机器人及行走状态判断方法 - Google Patents

Abstract

一种带行走状态判断装置的自移动机器人，包括自移动机器人本体，本体上设有行走状态判断装置，该装置包括驱动轮组件和微控制单元，驱动轮组件包含驱动电机和驱动轮，该装置还包括设置在本体上的随动轮组件（100），驱动轮组件和随动轮组件分别采集自移动机器人驱动轮和随动轮的运动信号，并将采集到的驱动轮和随动轮的运动信号回传给微控制单元；微控制单元根据所述驱动轮运动信号和随动轮运动信号，判断自移动机器人的行走状态。本发明结构简单紧凑，自移动机器人体积小巧、制造成本低廉；判断准确灵敏，提高了自移动机器人的工作效率。

Description

带行走状态判断装置的自移动机器人及行走状态判断方法

技术领域

本发明涉及一种带行走状态判断装置的自移动机器人及行走状态判断方法，属于小家电制造技术领域。

背景技术

传统的自移动装置，例如：擦玻璃机器人。可以通过在驱动轮上设置编码器来检测其位移的大小，具体来说是将码盘和驱动轮的驱动电机相连，当电机旋转时，码盘对应旋转，与码盘对接的光耦对应产生脉冲信号，微控制单元（MCU）根据该脉冲信号计算出自移动装置的行进距离。然而擦玻璃机器人在遇到玻璃表面有水渍等较光滑平面时，驱动轮容易原地旋转打滑，此时，驱动轮的驱动电机仍然在转动，光耦继续产生感应信号，导致擦玻璃机器人的错误判断，使其仍处于行进状态，既不能保证擦玻璃机器人的运动安全，又不利于节约能源。

其次，参阅专利文献CN102680724A，采用随动轮设置编码器来测速或测量自移动装置的行进距离，也是一种现有的技术手段。

另外，传统的自移动机器人通常还可以在机器人行进方向的前端设置撞板来碰撞感测障碍物，即：当机器人在行进过程中碰撞障碍物时，前端撞板产生感应信号，机器人判断感测障碍物。但该碰撞感测障碍物的撞板本身会造成机器人的体积增大，且该撞板设置也会产生较大的成本。

因此，亟待开发一种适用于自移动装置的、能够准确、灵敏感知自移动机器人运动状态且成本低廉的感测结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种带行走状态判断装置的自移动机器人及行走状态判断方法，该自移动机器人中设置了驱动轮组件和随动轮组件，两者相互配合，将感测信号传递给微控制单元，从而判断自移动机器人的行走状态；结构简单紧凑，保持自移动机器人体积小巧、制造成本低廉；该判断方法首先通过随动轮组件的运动信号来判定自移动机器人处于正常运动状态或停止状态，再进一步通过驱动轮组件的运动信号（包括脉冲信号或电流信号）来判定自移动机器人处于碰撞状态或打滑状态，该判断方法准确灵敏，提高了自移动机器人的工作效率。

本发明的所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种带行走状态判断装置的自移动机器人，包括自移动机器人本体，本体上设有行走状态判断装置，该装置包括驱动轮组件和微控制单元，驱动轮组件包含驱动电机和驱动轮，所述行走状态判断装置还包括设置在本体上的随动轮组件，所述驱动轮组件和随动轮组件分别采集自移动机器人驱动轮和随动轮的运动信号，并将采集到的驱动轮和随动轮的运动信号回传给微控制单元；微控制单元通过所述驱动轮运动信号和随动轮运动信号，判断自移动机器人的行走状态，根据判断结果报警或进一步控制其运动方式。

所述随动轮组件包括第一支架和分别固定在第一支架上的光耦对管、高精度码盘、齿轮组和随动轮，齿轮组中的初级齿轮与随动轮同轴设置，末级齿轮与高精度码盘一体设置，随动轮转动时，齿轮组带动高精度码盘转动，所述高精度码盘设置在光耦对管之间，所述光耦对管对应产生的随动轮运动信号为脉冲信号。

根据需要，所述齿轮组中的齿轮为一级齿轮或者多级齿轮。

为了使随动轮抵紧在自移动机器人的行走表面上，所述随动轮组件还包含弹簧块，该弹簧块固定在随动轮组件的第一支架上，第一支架固定在机体上，所述弹簧块将随动轮抵紧在自移动机器人的行走表面上。

所述的驱动轮组件包括第二支架和分别固定在第二支架上的光耦对管、高精度码盘、齿轮组和驱动轮，齿轮组中的初级齿轮与驱动轮同轴设置，末级齿轮与高精度码盘一体设置，驱动轮转动时，齿轮组带动高精度码盘转动，所述高精度码盘设置在光耦对管之间，所述光耦对管对应产生的驱动轮运动信号为脉冲信号。

另外，所述的驱动轮组件还包含电流检测单元，所述电流检测单元分别与微控制单元和驱动电机连接，所述驱动轮运动信号为所述驱动电机的电流信号。

根据需要，所述的自移动机器人包括擦玻璃机器人、扫地机器人、空气处理机器人、安全防护机器人、导购机器人或娱乐学习机器人。

本发明还提供一种自移动机器人行走状态判断方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：检测随动轮的运动状态，如果随动轮产生运动信号，则表示自移动机器人处于正常行走状态；如果随动轮无运动信号，表示自移动机器人处于停止正常行走状态，则进入步骤2；

步骤2：检测驱动轮的运动状态，从而进一步判断自移动机器人停止正常行走状态的原因。

所述的步骤2，可以具体包括：如果驱动轮产生运动信号，则表示自移动机器人处于打滑状态；如果驱动轮无运动信号，则表示自移动机器人处于与障碍物碰撞的状态。

另外，在所述步骤1之前还包括步骤001：在自移动机器人正常行走状态下检测驱动轮的驱动电流I₀。

所述的步骤2，还可以具体包括：检测驱动轮的驱动电机的驱动电流I₁，若I₁＞I₀，即：电流增大，则自移动机器人处于与障碍物碰撞的状态；若I₁＜I₀，即：电流减小，则自移动机器人处于打滑状态。

该方法还包括步骤3：根据所述步骤2的判断结果，控制自移动机器人报警、转向或后退。

综上所述，本发明提供一种带行走状态判断装置的自移动机器人及行走状态判断方法，该自移动机器人中设置了驱动轮组件和随动轮组件，两者相互配合，将感测信号传递给微控制单元，从而判断自移动机器人的行走状态。本发明结构简单紧凑，保持自移动机器人体积小巧、制造成本低廉；该判断方法首先通过随动轮组件的运动信号来判定自移动机器与行走表面之间是否存在相对位移，即自移动机器人处于正常运动状态或停止状态，再进一步通过驱动轮组件的运动信号或两端反馈的电流信号的大小来判定自移动机器人处于碰到边框状态或打滑状态，进而控制自移动机器人报警、转向或后退，该判断方法准确灵敏，提高了自移动机器人的工作效率。

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。

附图说明

图1为本发明自移动机器人随动轮组件结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明实施例一擦玻璃机器人行走状态判断方法流程图；

图4为本发明实施例二扫地机器人行走状态判断方法流程图。

具体实施方式

本发明提供一种带行走状态判断装置的自移动机器人，包括自移动机器人本体，本体上设有行走状态判断装置，该装置包括驱动轮组件和微控制单元，驱动轮组件包含驱动电机和驱动轮，所述行走状态判断装置还包括设置在本体上的随动轮组件100，所述驱动轮组件和随动轮组件分别采集自移动机器人驱动轮和随动轮的运动信号，并将采集到的驱动轮和随动轮的运动信号回传给微控制单元；微控制单元通过所述驱动轮运动信号和随动轮运动信号，判断自移动机器人的行走状态，根据判断结果报警或进一步控制其运动方式。

图1为本发明自移动机器人随动轮组件结构示意图，图2为图1的俯视图。如图1并结合图2所示，所述随动轮组件100包括第一支架110和固定在该第一支架110上的光耦对管120、高精度码盘130、齿轮组140和随动轮160。齿轮组140包含齿轮轴和多个齿轮，齿轮组140中的初级齿轮150与随动轮160同轴设置，末级齿轮与高精度码盘130一体设置，随动轮160转动时，齿轮组140带动高精度码盘130转动。根据变速需要，齿轮组140可以为一级齿轮或者多级齿轮。如果该齿轮组为多级齿轮，则该多级齿轮的最后一级齿轮也就是末级齿轮与高精度码盘130一体设置。当自移动机器人正常行走时，随动轮160转动，通过齿轮组140构成的变速机构带动高精度码盘130转动，由齿轮组140构成的变速机构的作用是提高高精度码盘130的转速。高精度码盘130设置在光耦对管120之间，所述光耦对管120产生的随动轮运动信号为脉冲信号。当然，还可以通过其他的结构形式完成变速，比如：齿轮组140和随动轮之间还可以通过传动带相互连接，随动轮通过传送带来带动齿轮组转动，进一步加大高精度码盘的转速。为了使随动轮160抵紧在自移动机器人的行走表面上，所述随动轮组件100还包含弹簧块，该弹簧块固定在随动轮组件100的第一支架110上，第一支架固定在自移动机器人的机体上，所述弹簧块将随动轮抵紧在自移动机器人的行走表面。同样地，驱动轮组件与随动轮组件的结构类似，具体来说，所述的驱动轮组件包括第二支架和分别固定在第二支架上的光耦对管、高精度码盘、齿轮组和驱动轮，齿轮组中的初级齿轮与驱动轮同轴设置，末级齿轮与高精度码盘一体设置，驱动轮转动时，齿轮组带动高精度码盘转动。所述高精度码盘设置在光耦对管之间，所述光耦对管对应产生的驱动轮运动信号为脉冲信号。当然，驱动轮也可以通过传动带来带动齿轮组转动，进一步加大高精度码盘的转速。因此，驱动轮组件与随动轮组件唯一的不同之处在于组件中的轮子分别为驱动轮或随动轮，其他结构均相同。

上述驱动轮组件通过检测脉冲信号来判断驱动轮的运动状态，该驱动轮组件还可以通过检测驱动电机的电流信号来判断驱动轮的运动状态。具体的，所述的驱动轮组件还包含电流检测单元，所述电流检测单元分别与微控制单元和驱动电机连接，所述驱动轮运动信号为所述驱动电机的电流信号。

需要强调的是，随动轮运动信号或驱动轮运动信号也可以通过其它方式来实现或检测，本发明不以此为限。简单的，如在随动轮或驱动轮的轮面上间隔设置返光涂层，光检测单元即可对应检测产生随动轮运动信号或驱动轮运动信号。

自移动机器人的种类很多，可以包括擦玻璃机器人、扫地机器人、空气处理机器人、安全防护机器人、导购机器人或娱乐学习机器人等等。但无论是哪种自移动机器人，都可以通过上述的行走状态判断装置对其行走状态进行准确地判断。

本发明还提供一种自移动机器人行走状态判断方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：检测随动轮的运动状态，如果随动轮产生运动信号，则表示自移动机器人处于正常行走状态；如果随动轮无运动信号，表示自移动机器人处于停止正常行走状态，则进入步骤2；

步骤2：检测驱动轮的运动状态，从而进一步判断自移动机器人停止正常行走状态的原因。

所述的步骤2，可以具体包括：如果驱动轮产生运动信号，则表示自移动机器人处于打滑状态；如果驱动轮无运动信号，则表示自移动机器人处于与障碍物碰撞的状态。

另外，在所述步骤1之前还包括步骤001：在自移动机器人正常行走状态下检测驱动轮的驱动电流I₀；则所述的步骤2，还可以具体包括：检测驱动轮的驱动电机的驱动电流I₁，若I₁＞I₀，即：电流增大，则自移动机器人处于与障碍物碰撞的状态；若I₁＜I₀，即：电流减小，则自移动机器人处于打滑状态。

该方法还可以包括步骤3：根据所述步骤2的判断结果，控制自移动机器人报警、转向或后退。

实施例一

图3为本发明实施例一擦玻璃机器人行走状态判断方法流程图。如图3所示，以下以擦玻璃机器人为例，对其行走状态的具体判断过程进行详细地描述。

在擦玻璃机器人的本体上设有行走状态判断装置，该行走状态判断装置包括了随动轮组件100，由于该随动轮组件在弹簧块的作用下，始终被压紧在玻璃面上，保证擦玻璃机器人运动时随动轮始终跟随着转动，这样擦玻璃机器人实际前进了多少距离，随动轮就跟随转动多少距离。高精度码盘130设置在光耦对管120之间，转动的时候会带动齿轮组140中的齿轮转动，经过一级或多级放大之后带动高精度码盘130，码盘转动经过光耦对管转换成脉冲信号返回微控制单元（MCU），该稳定的脉冲信号为随动轮的运动信号。擦玻璃机器人在行进的过程中，如果微控制单元能够接收到来自随动轮组件100稳定的脉冲信号，证明擦玻璃机器人在做正常的行走运动，如果该稳定的脉冲信号突然中断，则证明随动轮此时不再运动。随动轮不运动时，擦玻璃机器人有可能处于两种状态，一种状态是该擦玻璃机器人碰到玻璃边框无法前进；另一种状态则有可能是因为玻璃表面的水渍造成的打滑。如何对上述两种情况进行区别和判定，则需要行走状态判断装置中的驱动轮组件来配合完成。如上文所述，驱动轮组件的内部结构与随动轮组件100类似，同样可以产生脉动信号。很显然，如果微控制单元能够接收到来自驱动轮组件稳定的脉冲信号，即驱动轮有运动信号，则表示擦玻璃机器人处于打滑状态；反之，则表示擦玻璃机器人处于与障碍物碰撞的状态，比如：因与玻璃边框发生碰撞而无法继续运动，或者碰到了玻璃表面上的其他障碍物。

随后，微控制单元会根据上述过程中判断出来的擦玻璃机器人的运动状态，发出相应指令。比如：报警告知使用者，或者控制擦玻璃机器人使其执行转向、后退等动作避开障碍。

实施例二

图4为本发明实施例二扫地机器人行走状态判断方法流程图。如图4所示，以下以扫地机器人为例，对其行走状态具体判断过程进行详细地描述。

在扫地机器人的本体上设置的行走状态判断装置，包括了随动轮组件100，该随动轮组件通过弹簧块始终被抵压在地面上，保证当扫地机器人运动时随动轮始终跟着转动，使扫地机器人实际前进的距离与随动轮160转动的距离相应。同样地，随动轮160转动的时候会带动齿轮组140中的齿轮转动，经过一级或多级放大之后带动高精度码盘130，码盘转动经过光耦对管120转换成脉冲信号返回微控制单元（MCU），形成稳定的随动轮脉冲信号。如果在扫地机器人的作业过程中，该稳定的脉冲信号突然中断，则证明随动轮160此时不再运动。随动轮不运动时，扫地机器人有可能处于两种状态，一种状态是该扫地机器人碰到室内的障碍物，比如：家具或墙壁而无法前进；另一种状态则有可能是因为地面微小的浮尘或水渍造成的打滑。如何对上述两种情况进行区别和判定，则需要行走状态判断装置中的驱动轮组件来配合完成。在扫地机器人正常行走状态下，设置在驱动轮组件中的电流检测单元检测驱动轮的驱动电流为I₀。当扫地机器人的微控制单元（MCU）没有中断给驱动轮的供电，而且此时驱动轮两端反馈电流比平时小，那么就可以判断是遇到了打滑；如果MCU没有中断给驱动轮供电，而且此时驱动轮两端反馈电流比平时大，那么就可以判断是遇到了障碍物。也就是说，电流检测单元检测驱动轮的驱动电机的驱动电流I₁，若I₁＜I₀，即：驱动轮与地面的摩擦力较小，导致电流减小，则判断自移动机器人处于打滑状态；若I₁＞I₀，即：驱动轮堵转，由于其与地面的摩擦力较大，导致电流增大，则证明自移动机器人处于与障碍物碰撞的状态。

随后，微控制单元会根据上述过程中判断出来的扫地机器人的运动状态，发出相应指令。比如：报警告知使用者，或者控制扫地机器人使其执行转向、后退等动作避开障碍。

综上所述，本发明提供一种带行走状态判断装置的自移动机器人及行走状态判断方法，该自移动机器人中设置了驱动轮组件和随动轮组件，两者相互配合，将感测信号传递给微控制单元，从而判断自移动机器人的行走状态。本发明结构简单紧凑，保持自移动机器人体积小巧、制造成本低廉；该判断方法首先通过随动轮组件的运动信号来判定自移动机器与行走表面之间是否存在相对位移，即自移动机器人处于正常运动状态或停止状态，再进一步通过驱动轮组件的运动信号或两端反馈的电流信号的大小来判定自移动机器人处于碰到边框状态或打滑状态，进而控制自移动机器人报警、转向或后退，该判断方法准确灵敏，提高了自移动机器人的工作效率。

Claims (12)

1.一种带行走状态判断装置的自移动机器人，包括自移动机器人本体，本体上设有行走状态判断装置，该行走状态判断装置包括驱动轮组件和微控制单元，驱动轮组件包括驱动电机和驱动轮，其特征在于，所述行走状态判断装置还包括设置在本体上的随动轮组件（100），所述驱动轮组件和随动轮组件分别采集自移动机器人驱动轮和随动轮的运动信号，并将采集到的驱动轮和随动轮的运动信号回传给微控制单元；微控制单元通过所述驱动轮运动信号和随动轮运动信号，判断自移动机器人的行走状态。

2.如权利要求1所述的带行走状态判断装置的自移动机器人，其特征在于，所述随动轮组件（100）包括第一支架（110）和分别固定在第一支架上的光耦对管（120）、高精度码盘（130）、齿轮组（140）、和随动轮（160），齿轮组中的初级齿轮（150）与随动轮（160）同轴设置，末级齿轮与高精度码盘（130）一体设置，随动轮转动时，齿轮组带动高精度码盘转动，所述高精度码盘设置在光耦对管之间，所述光耦对管对应产生的随动轮运动信号为脉冲信号。

3.如权利要求2所述的带行走状态判断装置的自移动机器人，其特征在于，所述齿轮组（140）为一级齿轮或者多级齿轮。

4.如权利要求2所述的带行走状态判断装置的自移动机器人，其特征在于，所述随动轮组件（100）还包含弹簧块，所述弹簧块固定在随动轮组件的第一支架（110）上，第一支架固定在自移动机器人本体上，所述弹簧块将随动轮抵紧在自移动机器人的行走表面上。

5.如权利要求1所述的带行走状态判断装置的自移动机器人，其特征在于，所述的驱动轮组件包括第二支架和分别固定在第二支架上的光耦对管、高精度码盘、齿轮组和驱动轮，齿轮组中的初级齿轮与驱动轮同轴设置，末级齿轮与高精度码盘一体设置，所述驱动轮转动时，齿轮组带动高精度码盘转动，所述高精度码盘设置在光耦对管之间，所述光耦对管对应产生的驱动轮运动信号为脉冲信号；所述第二支架固定在自移动机器人本体上。

6.如权利要求1所述的带行走状态判断装置的自移动机器人，其特征在于，所述的驱动轮组件还包含电流检测单元，所述电流检测单元分别与微控制单元和驱动电机连接，所述驱动轮运动信号为所述驱动电机的电流信号。

7.如权利要求1-6任一项所述的带有行走状态判断装置的自移动机器人，其特征在于，所述的自移动机器人包括擦玻璃机器人、扫地机器人、空气处理机器人、安全防护机器人、导购机器人或娱乐学习机器人。

8.一种自移动机器人行走状态判断方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：检测随动轮的运动状态，如果随动轮产生运动信号，则表示自移动机器人处于正常行走状态；如果随动轮无运动信号，表示自移动机器人处于停止正常行走状态，则进入步骤2；

步骤2：检测驱动轮的运动状态，从而进一步判断自移动机器人停止正常行走状态的原因。

9.如权利要求8所述的自移动机器人行走状态判断方法，其特征在于，所述的步骤2，具体包括：如果驱动轮产生运动信号，则表示自移动机器人处于打滑状态；如果驱动轮无运动信号，则表示自移动机器人处于与障碍物碰撞的状态。

10.如权利要求8所述的自移动机器人行走状态判断方法，其特征在于，在所述步骤1之前还包括步骤001：在自移动机器人正常行走状态下检测驱动轮的驱动电流I₀。

11.如权利要求10所述的自移动机器人行走状态判断方法，其特征在于，所述的步骤2，具体包括：检测驱动轮的驱动电机的驱动电流I₁，若I₁＞I₀，即：电流增大，则自移动机器人处于与障碍物碰撞的状态；若I₁＜I₀，即：电流减小，则自移动机器人处于打滑状态。

12.如权利要求8所述的自移动机器人行走状态判断方法，其特征在于，该方法还包括步骤3：根据所述步骤2的判断结果，控制自移动机器人报警、转向或后退。