CN107229277A - 一种悬崖检测电路及其扫地机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种悬崖检测电路及其扫地机器人。该悬崖检测电路包括：电容式传感器，振荡电路以及状态监测电路；该电容式传感器，设置于该扫地机器人底部，用于探测地表并输出地表反馈信息；该振荡电路，用于根据该地表反馈信息输出用于反馈地表状态的指示信号；该地表状态是指该电容式传感器对应的位置是否为悬空状态，该悬空状态，即地表与电容式传感器之间的距离超出该电容式传感器的感应距离时的状态；状态监测电路，用于根据指示信号确定地表状态，并发出控制该扫地机器人作出对应动作的控制信号。本发明采用电容式检测方法不受地面颜色的影响，因此可以提高判断的准确率，对环境的适应性更强。
Description
【技术领域】
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种悬崖检测电路及其扫地机器人。
【背景技术】
目前扫地机器人由于其便利性，成为越来越多的人会选择使用的家居用品。由于被清扫的地表往往不完全是在一个平面上，通常会有一些台阶之类的结构。
因此扫地机器人一般都需具备一个功能，即，判断其是否走到地面边缘的能力。这一能力可以称之为悬崖检测功能，以防止扫地机器人从地表边缘跌落。现有的扫地机器人大多通过激光检测来识别是否有部分处于悬空状态，以此判断扫地机器人是否走到地表的边缘处，扫地机器人的控制系统则根据这个激光检测信号决定是否需要停止前行或拐弯避开前面的落空区域行走。
但是激光检测方式受地面颜色或材质影响较大，如果地面颜色太深，容易产生误判。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种不受地表等环境颜色影响的悬崖检测电路及其扫地机器人。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一方面，本发明提供一种悬崖检测电路，该悬崖检测电路用于扫地机器人，其包括：电容式传感器，振荡电路以及状态监测电路；该电容式传感器，设置于该扫地机器人底部，用于探测地表并输出地表反馈信息；该振荡电路，用于根据该地表反馈信息输出用于反馈地表状态的指示信号；该地表状态是指该电容式传感器对应的位置是否为悬空状态，该悬空状态，即地表与电容式传感器之间的距离超出该电容式传感器的感应距离时的状态；状态监测电路，用于根据指示信号确定地表状态，并发出控制该扫地机器人作出对应动作的控制信号。
另一方面，本发明提供一种扫地机器人，其包括机身本体，以及装设于该机身本体上的上述悬崖检测电路，该悬崖检测电路中的电容式传感器设置于该机身本体的底面。
本发明的有益效果在于，采用电容式检测方法不受地面颜色的影响，因此可以提高判断的准确率，对环境的适应性更强。
【附图说明】
图1为本发明具体实施方式一提供的一种悬崖检测电路的方框原理图；
图2为图1中电容式接近开关感应器工作原理示意图；
图3为本发明具体实施方式二提供的一种悬崖检测电路的电路原理图；
图4为本发明具体实施方式三提供的一种悬崖检测电路的电路原理图；
图5为本发明具体实施方式一至三提供的一种悬崖检测电路的状态监测电路与执行装置的原理框图。
附图标记：
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请看图1，本发明具体实施方式一提供的一种悬崖检测电路的方框原理图。该悬崖检测电路用于扫地机器人，其包括：电容式传感器10，振荡电路20以及状态监测电路30。
该电容式传感器10，设置于该扫地机器人底部，用于探测地表并输出地表反馈信息；
该振荡电路20，用于根据该地表反馈信息输出用于反馈地表状态的指示信号；该地表状态是指该电容式传感器10对应的位置是否为悬空状态，悬空状态，即，地表与电容式传感器10之间的距离超出该电容式传感器10的感应距离时的状态；
状态监测电路30，用于根据指示信号确定地表状态，并发出控制该扫地机器人作出对应动作的控制信号。具体的，当确定地表状态为悬空时，则控制扫地机器人停止前进或改变前进方向。进一步的，当确定地表状态为有效地表时，则继续保持扫地机器人当前的动作或行进方向。
如图2所示，其为该电容式传感器10的工作原理图。该电容式传感器10的感应面由两个同心布置的金属电极A和金属电极B组成，金属电极A和金属电极B相当于一个电容器的两个电极。金属电极A和金属电极B连接到振荡电路20的反馈支路中，使得该振荡电路20在地表状态为悬空状态时发生振荡，地表状态为有效地表时停止振荡。具体的，在反馈支路中，金属电极A接入高电平，金属电极B接入低电平，如：接地。
其工作原理是，当物体接近该电容式传感器10的感应面时，它就进入了金属电极A和金属电极B前面的电场，并引起耦合电容的介电常数发生改变，使得振荡电路20停止振荡。
工作时，电容式传感器10进行扫地机器人的悬崖检测，即悬空区域检测或防跌落地形检测。将电容式传感器10置于扫地机器人的下方，可以是1个或多个，在前进的任何方向都可安装该电容式传感器10。当扫地机器人行走于正常的地面时，由于安装于其下表面的电容式传感器10和地面的距离在一定范围内，相当于是有物体接近，按照前述原理，振荡电路20不起振；当扫地机器人的边缘行走到某一个台阶边缘时，由于电容式传感器10对应的下方区域处于悬空状态，离开实体地面，相当于物体没有接近状态，此时振荡电路20开始震荡，指示信号反馈该地表信息为悬空状态，状态监测电路30则输出控制信号使得该扫地机器人停止前进或改变前进方向。
在该具体实施方式一中，采用电容式传感器10进行扫地机器人的悬崖检测，这样就可以避免扫地机器人进入前面的落空区域而跌落。由于采用的是电容式传感器10，其检测效果不受地表颜色或材质影响，判断准确率高，适应性强。
请参看图3，本发明具体实施方式二提供的一种悬崖检测电路。具体实施方式二与具体实施方式一不同之处在于，该振荡电路20具体包括：振荡器21、检波电路22、指令转换电路23。
振荡器21，用于输出振荡信号。具体的，其包括：三极管VT1、电感L1以及调节电容C0。调节电容C0并联连接于该三极管VT1的集电极与放射极之间，该电感L1连接于三极管集电极与栅极之间，该三极管VT1的集电极连接于该电容式传感器10，该三极管VT1的发射极发出振荡信号。C0是灵敏度调节电容，调节C0的大小可以调整振荡器21起振、停振的临界值，从而来调节悬崖检测电路所控制物体的远近、大小等。具体的，电感L1可以使用电感量为1mH－6mH的任何电感，如果电感量大于4mH，就需要适当地增大C0的值，以使电路能顺利起振。
该检波电路22，用于将该振荡器21输出的振荡信号滤波转换成直流控制信号。具体的，该检波电路22包括串联连接的二极管VD2和VD1，串联连接于三极管VT1的发射极与指令转换电路23的输入端之间。
指令转换电路23，用于根据检波电路22输出的直流控制信号，输出该指示信号。具体的，该指令转换电路23包括三极管VT2与继电器K，该三极管VT2作为指令转换电路23的输入端接收直流控制信号；三极管VT2与该继电器K串联连接与电源Vcc于地之间。此处的三极管VT2为开关电子管，其可以由其他开关电子元件替代，如：MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor，金氧半场效晶体管)。
工作时，当有物体接近电容式传感器10时，由于任何靠近电容式传感器10的物体都会感应出电容式传感器10的电极片和“地”之间的电容，而电容的增加就会降低振荡器21的正反馈量直至振荡器停止，如果振荡器停振，检波电路22就不再输出直流控制信号，此时三极管VT2就会截止，使继电器K失电断开，继电器K的状态随即被后面的状态监测电路30检测到。
在没有其他物体接近电容式传感器10时，三极管VT1组成的振荡器21正常振荡，此时三极管VT1发射极输出的射频信号经二极管VD1、VD2组成的检波电路22检波后成为直流控制信号，该直流控制信号使开关管VT2导通，继电器K得电吸合，继电器K的状态随即被后面的状态监测电路30检测到。
请参看图4，本发明具体实施方式三提供的一种悬崖检测电路。具体实施方式三与具体实施方式一不同之处在于，该振荡电路20为一个多谐震荡电路，其包括：两个串联连接的反相器F1和F2，和与反相器F1并联的限流电阻R。限流电阻R是电容式传感器10的限流电阻。电容式传感器10与反相器F1、F2并联连接。该振荡电路的振荡周期T＝2*R*C*Ln3＝2.2*R*C，最终在F2的输出端输出周期为T的方波，该方波即为该振荡电路20输出的指示信号。
其工作原是，在反相器F2输出为“1”时，电容式传感器10立即使F1输入为“1”，而输出为“0”。限流电阻R为电容式传感器10对反相器输出提供了放电通路；当电容式传感器10放电到反相器F1的转折电压时，F1则立即输出变成1，从而使F2的输出变成0。由于限流电阻R连接于F1的输出端，所以通过限流电阻R对电容式传感器10进行反向充电，当电容式传感器10被充到F1的转折电压时，F1的输出又立即出现瞬变：这时F1输出为0，F2输出为1。以上过程周而复始，交替进行，于是形成了周期性多谐震荡。
当有物体接近电容式传感器10的正极板时，由于空间介电常数发生变化，则电容式传感器10的对地电容值发生改变，根据上述振荡周期计算公式可知T随着电容式传感器10电容值的变化而变化，通过后续状态监测电路30进行频率检测，即可得知是否有物体靠近电容式传感器10，从而达到悬崖检测的目的。
请参看图5，本发明具体实施方式一至三提供的一种悬崖检测电路的状态监测电路30的原理图。状态监测电路30包括：微控制器31。该微控制器31根据该振荡电路20输出的指示信号确定该扫地机器人的动作，并输出该控制信号给扫地机器人的执行装置40。该执行装置40采用现有的电机控制装置即可，其在不同的扫地机器人中会有不同的具体结构，在此我们不一一赘述。
本发明的具体实施方式采用电容式传感器检测地表距离扫地机器人的地面是否在电容式传感器可检测到的范围以内，如果不在其范围以内，则判断为悬空区域，从而控制扫地机器人停止向该方向前进或者转向，从而避免跌落至悬空区域。电容式传感器不受地面颜色和材质的影响，判断准确率高，适应性强。
上述具体实施方式说明但并不限制本发明，本领域的技术人员能在权利要求的范围内设计出多个可代替实例。所属领域的技术人员应该意识到，对在没有违反如所附权利要求书所定义的本发明的范围之内，可对具体实现方案做出适当的调整、修改等。因此，凡依据本发明的精神和原则，所做的任意修改和变化，均在所附权利要求书所定义的本发明的范围之内。
Claims (9)
1.一种悬崖检测电路，该悬崖检测电路用于扫地机器人，其特征在于，该悬崖检测电路包括：电容式传感器(10)，振荡电路(20)以及状态监测电路(30)；
该电容式传感器(10)，设置于该扫地机器人底部，用于探测地表并输出地表反馈信息；
该振荡电路(20)，用于根据该地表反馈信息输出用于反馈地表状态的指示信号；该地表状态是指该电容式传感器(10)对应的位置是否为悬空状态，该悬空状态，即地表与电容式传感器(10)之间的距离超出该电容式传感器(10)的感应距离时的状态；
状态监测电路(30)，用于根据指示信号确定地表状态，并发出控制该扫地机器人作出对应动作的控制信号。
2.如权利要求1所述的悬崖检测电路，其特征在于，该电容式传感器(10)的感应面由两个同心布置的金属电极A和金属电极B组成，该金属电极A和该金属电极B连接到该振荡电路(20)中，使得该振荡电路(20)在地表状态为悬空状态时发生振荡。
3.如权利要求1所述的悬崖检测电路，其特征在于，该状态监测电路(30)，根据指示信号确定地表状态为悬空时，用于发出该控制信号控制该扫地机器人停止前进或改变前进方向。
4.如权利要求1所述的悬崖检测电路，其特征在于，该振荡电路(20)包括：振荡器(21)、检波电路(22)、指令转换电路(23)；
该振荡器(21)，用于输出振荡信号；
该检波电路(22)，用于将该振荡器(21)输出的振荡信号滤波转换成直流控制信号；
指令转换电路(23)，用于根据该检波电路(22)输出的直流控制信号，输出该指示信号。
5.如权利要求4所述的悬崖检测电路，其特征在于，该振荡器(21)包括：三极管VT1、电感L1以及调节电容C0；
该调节电容C0并联连接于该三极管VT1的集电极与放射极之间；该电感L1连接于三极管集电极与栅极之间；该三极管VT1的集电极连接于该电容式传感器(10)；该三极管VT1的发射极发出振荡信号。
6.如权利要求4所述的悬崖检测电路，其特征在于，该检波电路(22)包括：二极管VD2和二极管VD1；
该二极管VD2和该二极管VD1串联连接于三极管VT1的发射极与指令转换电路(23)的输入端之间。
7.如权利要求4所述的悬崖检测电路，其特征在于，指令转换电路(23)包括：三极管VT2与继电器K；
该三极管VT2作为指令转换电路(23)的输入端接收直流控制信号；该三极管VT2的集电极、发射极与该继电器K串联连接于电源与地之间。
8.如权利要求1所述的悬崖检测电路，其特征在于，该振荡电路20为多谐震荡电路，其包括：两个串联连接的反相器F1和F2，和与反相器F1并联的限流电阻R；
其中，限流电阻R是电容式传感器(10)的限流电阻；该电容式传感器(10)与反相器F1、F2并联连接；该反相器F2的输出端输出周期为T的方波，该方波即该为该振荡电路(20)输出的指示信号。
9.一种扫地机器人，其包括机身本体，以及装设于该机身本体上的至少一个如权利要求1至8中任一项所述的悬崖检测电路，该悬崖检测电路中的电容式传感器(10)设置于该机身本体的底面。
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