CN107184156A - 一种智能扫地机器人 - Google Patents

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卢勇
李瑞翔
孙娜
刘万奇
张琳琳
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Abstract

本发明实施例提供智能扫地机器人，涉及智能家居领域。该智能扫地机器人包括机身和行走模块，机身的两端分别设置有舵机和清扫模块，机身内还设置有主控制板，主控制板设置有两个红外传感器、超声波传感器以及主控芯片，两个红外传器和超声波传感器均与主控芯片电连接，超声波传感器安装于舵机上，两个红外传感器对称设置于机身两侧。在检测到前方有障碍物时，还利用舵机控制超声波传感器左右旋转，进行180度范围内固定角度下的障碍物的距离，选择最空旷的方向行驶。这种方式鲁棒性强，对硬件资源的要求较低，一切根据当前情况来做出判断，适应性较强，能应对各种未知的变化的环境。

Description

一种智能扫地机器人
技术领域
本发明涉及智能家居领域，具体而言，涉及一种智能扫地机器人。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，智能家用电器的应用越来越广泛，而且具有非常广阔的市场前景。扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘器、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。但是，现有的扫地机器人一般是由预先规划好路径，需要扫地机器人对方向和位置的感知需要达到很高的精度，这就要求有一个在水平面上精度很高的九轴传感器和性能很好的订制的激光雷达，但这对硬件资源的要求极高，目前市面上大公司的扫地机器人大多采取这种做法，开发成本高，而且效果不稳定，鲁棒性也不是很好。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种智能扫地机器人，以改善上述问题。
第一方面，本发明实施例提供的一种智能扫地机器人，包括机身和行走模块，沿所述智能扫地机器人行走方向的所述机身的两端分别设置有舵机和清扫模块，所述机身内还设置有主控制板，所述主控制板设置有两个红外传感器、超声波传感器以及主控芯片，两个所述红外传器和所述超声波传感器均与所述主控芯片电连接，所述超声波传感器安装于所述舵机上，两个所述红外传感器对称设置于所述机身两侧；两个所述红外传感器被配置成分别检测机身两侧的障碍物，所述超声波传感器被配置成检测所述机身前方的障碍物，所述主控芯片被配置成依据两个所述红外传感器和所述超声波传感器检测的障碍的物距离，控制所述行走模块行走，以及控制所述舵机转动。
进一步地，两个所述红外传感器包括第一红外传感器和第二红外传感器，所述第一红外传感器和所述第二红外传感器分别设置于所述机身的左右两侧，所述主控芯片被配置成当所述第一红外传感器检测到与障碍物的距离小于第一预设距离时，控制所述行走模块向右转动；及所述第二红外传感器检测到与障碍物的距离小于第一预设距离时，控制所述行走模块向左转动。
进一步地，若所述超声波传感器检测到与障碍物的距离小于第二预设距离，所述主控芯片控制所述舵机向左右分别旋转90°，所述超声波传感器在预设角度位置检测与障碍物的距离；所述主控芯片依据所述超声波传感器在预设角度位置与障碍物的距离，控制所述行走模块的行走方向。
进一步地，所述主控制板还设置有无线通讯模块，所述无线通讯模块与所述主控芯片电连接，所述无线通讯模块被配置成与移动设备无线通讯，所述主控芯片还用于依据所述移动设备的指令控制所述行走模块行走。
进一步地，所述无线通讯模块为WIFI模块、蓝牙模块、2.4G模块。
进一步地，所述清扫模块包括吸尘滚筒、可拆卸的电动刷及收纳盒。
进一步地，所述机身内还设置有电源，所述电源与所述主控制板电连接。
进一步地，所述主控制板还电连接有电量检测模块，所述电量检测模块被配置成检测所述电源的电量。
进一步地，所述行走模块包括两个驱动电机和四个车轮，两个所述驱动电机被配置成驱动四个所述车轮。
进一步地，所述主控制板还设置有超声波模块接口、舵机接口、红外接收模块、WIFI模块以及蓝牙串口。
与现有技术相比，本发明实施例提供的智能扫地机器人，包括机身和行走模块，所述机身的两端分别设置有舵机和清扫模块，所述机身内还设置有主控制板，所述主控制板设置有两个红外传感器、超声波传感器以及主控芯片，两个所述红外传器和所述超声波传感器均与所述主控芯片电连接，所述超声波传感器安装于所述舵机上，两个所述红外传感器对称设置于所述机身两侧。通过红外传感器检测左右两侧的障碍物，超声波传感器检测前方的障碍物，可以保证智能扫地机器人在行走时左右和前方的安全性，并且在检测到前方有障碍物时，还利用舵机控制超声波传感器左右旋转，进行180度范围内固定角度下的障碍物的距离，选择最空旷的方向行驶。这种方式鲁棒性强，对硬件资源的要求较低，一切根据当前情况来做出判断，适应性较强，能应对各种未知的变化的环境。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的智能扫地机器人的结构示意图。
图2为本发明第一实施例提供的智能扫地机器人的局部结构示意图。
图3为本发明第一实施例提供的智能扫地机器人的方框示意图。
图4为本发明第一实施例提供的智能扫地机器人的避障原理图。
图5为本发明第二实施例提供的智能扫地机器人的方框示意图。
图标：10-智能扫地机器人；100-机身；101-主控芯片；102-第一红外传感器；103-第二红外传感器；104-超声波传感器；105-主控制板；106-无线通讯模块；107-电源；108-电量检测模块；109-舵机；200-行走模块；201-车轮；301-吸尘滚筒。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一实施例
请参考图1，是本发明第一实施例提供的智能扫地机器人10的结构示意图。本发明提供一种智能扫地机器人10，所述智能扫地机器人10包括机身100和行走模块200，所述行走模块200用于控制机身100移动。
行走模块200包括两个驱动电机(图中未示出)和四个车轮201，所述车轮201将机身100支撑，通过车轮201转动控制机身100的移动。所述机身100设置有舵机109和清扫模块，舵机109和清扫模块分别设置于机身100的沿所述智能扫地机器人10行走方向的两端，清扫模块用于对地面进行清扫。本实施例中，所述舵机109设置于所述智能扫地机器人10行驶方向的前端，所述清扫模块设置于所述智能扫地机器人10行驶方向的后端，如此可以防止清扫模块干扰超声波传感器104等。
所述清扫模块可以包括可拆卸的电动刷及收纳盒，不仅可以扫灰尘，还能清扫一些比较大的颗粒，例如花生壳和绿豆大小的颗粒物。电动刷可以包括电动机和刷子，为了方便用户使用，比如当电动刷的刷子使用了一定的时间之后，能单独的更换刷子。电动机也是单独固定在机身100上的，如果电动机出了问题也能单独更换。垃圾盒也能单独的拆下来，进行垃圾清理再装上。本实施例中，清扫模块还包括有吸尘滚筒301，可以通过吸尘滚筒301对地面的垃圾进行清扫，这样效果更好。
所述机身100上设置有主控制板105，所述主控制板105上设置有两个红外传感器、超声波传感器104以及主控芯片101。红外传感器包括第一红外传感器102和第二红外传感器103，第一红外传感器102和第二红外传感器103分别设置于所述机身100的两侧，所述超声波传感器104通过舵机109安装于所述机身100的前端。
如图2，是本发明第一实施例提供的智能扫地机器人10的局部结构示意图。所述超声波传感器104安装于所述舵机109上，所述舵机109安装在机身100上。所述舵机109可以控制所述超声波传感器104转动，本实施例中，可以控制所述超声波传感器104沿智能扫地机器人10前进方向左右各旋转90度。
请参考图3，是本发明第一实施例提供的智能机器人的方框示意图。所述第一红外传感器102、第二红外传感器103和超声波传感器104通过该主控制板105与所述主控芯片101电连接，所述主控芯片101还电连接有电源107，电源107通过接入主控制板105为所述主控芯片101、第一红外传感器102、超声波传感器104以及舵机109供电，所述电源107可以是蓄电池。
本实施例中，以智能扫地机器人10行走方向为参照，所述第一红外传感器102和第二红外传感器103分别检测所述机身100左侧和右侧的障碍物。所述超声波传感器104用于检测所述机身100前方的障碍物，所述主控芯片101用于依据两个所述红外传感器和所述超声波传感器104检测的障碍的物距离，控制所述行走模块200行走，以及控制所述舵机109转动。
红外传感器比较灵敏、稳定，能快速准确地识别障碍物，而且红外传感器可以采用对阳光不灵敏的接收管，故其收太阳光的干扰较小，适用于更多的环境。所述超声波传感器104是通过测量声波的折返时间来确定与物体之间距离的，通过它获取的是一个与目标的距离值。
本实施例中，所述主控芯片101采用STM32F103ZET6芯片，属于stm32系列。stm32系列是基于为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核，在电路设计上，为了提升主控制板105的安全性及可拓展性，选取核心板与电源板相结合的方式，将主控芯片101放置在核心板上，电源107输入及各类IO输出引脚置于电源板上。
请参考图4，是本发明第一实施例提供的智能扫地机器人10的避障原理图。在所述智能扫地机器人10启动后，红外传感器和超声波传感器104分别采集左右和前方与障碍物的距离。
若机身100左边有障碍物时，控制所述行走模块200向右转动，即第一红外传感器102检测到与障碍物的距离小于第一预设距离时，主控芯片101控制行走模块200向右转动；若机身100右边有障碍物时，控制所述行走模块200向右转动，即第二红外传感器103检测到与障碍物的距离小于第一预设距离时，主控芯片101控制行走模块200向左转动。若第一红外传感器102和第二红外传感器103采集到的障碍物距离均大于第一预设距离时，智能扫地机器人10继续行驶。
若所述超声波传感器104检测到与前方的障碍物的距离小于第二预设距离，所述主控芯片101控制所述舵机109向左右分别旋转90°，所述超声波传感器104检测180°的区域的预设角度位置，超声波传感器104自身与障碍物的距离。例如，主控芯片101控制所述舵机109向左旋转30°、60°、90°时，超声波传感器104分别检测一次障碍物的距离。主控芯片101将超声波传感器104在预设角度检测的障碍物的距离作对比，选取离障碍物距离最大的方向，控制行走模块200行驶。
这种方式的鲁棒性强，对硬件资源的要求较低，一切根据当前情况来做出判断，适应性较强，能应对各种未知的变化的环境，路径虽然不确定，在时间足够时，能清扫很大的面积。
所述主控芯片101还可以连接存储器，用于存储所述第一预设距离、第二预设距离以及预设角度等，还用于存储主控芯片101可执行的程序等。其中，存储器可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(ElectricErasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。
第二实施例
请参考图5，是本发明第二实施例提供的智能扫地机器人10的方框示意图。本实施例的智能扫地机器人10与第一实施例的区别在于，本实施例的智能扫地机器人10还包括无线通讯模块106和电量检测模块108。所述无线通讯模块106和电量检测模块108均与所述主控芯片101连接。
智能扫地机器人10可以通过所述无线通讯模块106与移动设备无线通讯，所述移动设备可以是手机、平板电脑等。若为手机，用户可以通过手机向所述无线通讯模块106发送控制指令，智能扫地机器人10依据从手机接收的控制指令进行移动、清扫。
所述主控制板105还设置有超声波模块接口、舵机109接口、红外接收模块、WIFI模块以及蓝牙串口。
所述无线通讯模块106可以是WIFI模块、蓝牙模块、2.4G模块等、例如无线通讯模块106为HC-06蓝牙时，可以与用户的安卓手机相连，作为接收数据的模块，用户可以通过手机中的应用程序来完成对扫地机器人的各种控制(模式选择、运动控制等)，还可以利用手机的陀螺仪来实现前后左右的运动，不仅增加了机器人的趣味性，还能对自动清扫中的清扫盲区进行再次清扫。
所述主控制板105还电连接有电量检测模块108，所述电量检测模块108被配置成检测所述电源107的电量，方便用户及时充电。
综上所述，本发明实施例提供的智能扫地机器人，包括机身和行走模块，所述机身的两端分别设置有舵机和清扫模块，所述机身内还设置有主控制板，所述主控制板设置有两个红外传感器、超声波传感器以及主控芯片，两个所述红外传器和所述超声波传感器均与所述主控芯片电连接，所述超声波传感器安装于所述舵机上，两个所述红外传感器对称设置于所述机身两侧。通过红外传感器检测左右两侧的障碍物，超声波传感器检测前方的障碍物，可以保证智能扫地机器人在行走时左右和前方的安全性，并且在检测到前方有障碍物时，还利用舵机控制超声波传感器左右旋转，进行180度范围内固定角度下的障碍物的距离，选择最空旷的方向行驶。这种方式鲁棒性强，对硬件资源的要求较低，一切根据当前情况来做出判断，适应性较强，能应对各种未知的变化的环境。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种智能扫地机器人，其特征在于，包括机身和行走模块，沿所述智能扫地机器人行走方向的所述机身的两端分别设置有舵机和清扫模块，所述机身内还设置有主控制板，所述主控制板设置有两个红外传感器、超声波传感器以及主控芯片，两个所述红外传器和所述超声波传感器均与所述主控芯片电连接，所述超声波传感器安装于所述舵机上，两个所述红外传感器对称设置于所述机身两侧；
两个所述红外传感器被配置成分别检测机身两侧的障碍物，所述超声波传感器被配置成检测所述机身前方的障碍物，所述主控芯片被配置成依据两个所述红外传感器和所述超声波传感器检测的障碍的物距离，控制所述行走模块行走，以及控制所述舵机转动。
2.根据权利要求1所述的智能扫地机器人，其特征在于，两个所述红外传感器包括第一红外传感器和第二红外传感器，所述第一红外传感器和所述第二红外传感器分别设置于所述机身的左右两侧，所述主控芯片被配置成当所述第一红外传感器检测到与障碍物的距离小于第一预设距离时，控制所述行走模块向右转动；及所述第二红外传感器检测到与障碍物的距离小于第一预设距离时，控制所述行走模块向左转动。
3.根据权利要求1所述的智能扫地机器人，其特征在于，若所述超声波传感器检测到与障碍物的距离小于第二预设距离，所述主控芯片控制所述舵机向左右分别旋转90°，所述超声波传感器在预设角度位置检测与障碍物的距离；所述主控芯片依据所述超声波传感器在预设角度位置与障碍物的距离，控制所述行走模块的行走方向。
4.根据权利要求1所述的智能扫地机器人，其特征在于，所述主控制板还设置有无线通讯模块，所述无线通讯模块与所述主控芯片电连接，所述无线通讯模块被配置成与移动设备无线通讯，所述主控芯片还用于依据所述移动设备的指令控制所述行走模块行走。
5.根据权利要求4所述的智能扫地机器人，其特征在于，所述无线通讯模块为WIFI模块、蓝牙模块、2.4G模块。
6.根据权利要求1所述的智能扫地机器人，其特征在于，所述清扫模块包括吸尘滚筒、可拆卸的电动刷及收纳盒。
7.根据权利要求1所述的智能扫地机器人，其特征在于，所述机身内还设置有电源，所述电源与所述主控制板电连接。
8.根据权利要求7所述的智能扫地机器人，其特征在于，所述主控制板还电连接有电量检测模块，所述电量检测模块被配置成检测所述电源的电量。
9.根据权利要求1所述的智能扫地机器人，其特征在于，所述行走模块包括两个驱动电机和四个车轮，两个所述驱动电机被配置成驱动四个所述车轮。
10.根据权利要求1所述的智能扫地机器人，其特征在于，所述主控制板还设置有超声波模块接口、舵机接口、红外接收模块、WIFI模块以及蓝牙串口。
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