CN107544485A - 智能移动工具及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能移动工具。智能移动工具包括振动传感器和控制装置；振动传感器用于直接检测智能移动工具受到的碰撞，并产生碰撞信号；控制装置电连接振动传感器，用于根据碰撞信号控制智能移动工具的运动状态。上述智能移动工具，振动传感器不需要与机械结构配合，不需要依赖于机械结构受到碰撞后产生的形变或位移来检测智能移动工具受到的碰撞，振动传感器直接检测智能移动工具所受的障碍物的碰撞，检测准确度高，检测效果好。本发明还提供了一种智能移动工具的控制方法，该方法根据振动传感器的碰撞信号，当碰撞参数满足预设条件，便可以控制智能移动工具调整运动状态，有效避开障碍物。

Description

智能移动工具及其控制方法

技术领域

本发明涉及智能移动技术领域，特别是涉及一种智能移动工具及控制方法。

背景技术

利用智能移动工具来协助人类进行工作，是社会发展的必然趋势。比如智能割草机、智能清洁器、智能搬运机等，智能移动工具已经有了很广泛的应用，很大程度上方便了人们的生产生活。现有的智能移动工具在智能移动机构方面的研究已经具备了良好的基础，但是在智能移动工具自动行走的过程中，如何有效地自动检测障碍物的碰撞并避障的问题方面存在很大的不足。

传统的智能移动工具采用霍尔传感器(Hall)配合机械结构检测障碍物，机械结构在受到外界碰撞后，会产生形变或位移，进而引起机械结构内部磁块的磁场变化，变化的磁场即可使得霍尔传感器产生感应信号，从而检测到碰撞。

但是，传统的智能移动工具，机械结构与霍尔传感器必须相互配合才能检测碰撞，且霍尔传感器与机械结构的配合精度要求较高，这样导致与霍尔传感器配合的机械结构复杂，霍尔传感器与机械结构的配合稍微出现偏差就容易导致碰撞检测错误，检测效果不理想。

发明内容

基于此，有必要针对传统的智能移动工具，与霍尔传感器配合的机械结构复杂，检测效果不理想的问题提供一种智能移动工具。

另外，有必要针对传统的智能移动工具，与霍尔传感器配合的机械结构复杂，检测效果不理想的问题提供一种智能移动工具的控制方法。

一种智能移动工具，包括振动传感器和控制装置；所述振动传感器用于直接检测所述智能移动工具受到的碰撞，并产生碰撞信号；所述控制装置电连接所述振动传感器，用于根据所述碰撞信号控制所述智能移动工具的运动状态。

上述智能移动工具，振动传感器不需要与机械结构配合，不需要依赖于机械结构受到碰撞后产生的形变或位移来检测智能移动工具受到的碰撞，振动传感器直接检测智能移动工具所受的障碍物的碰撞，检测准确度高，检测效果好。并且，这样可以简化智能移动工具的机械结构的设计，降低了智能移动工具整机的装配难度，降低成本。进一步地，控制装置可以根据振动传感器的碰撞信号，控制智能移动工具调整运动状态，以避开障碍物。

在其中一个实施例中，所述碰撞信号为电压信号。

在其中一个实施例中，所述碰撞信号为模拟信号或数字信号。

在其中一个实施例中，所述振动传感器能够检测所述智能移动工具受到的所述碰撞的碰撞力的大小；所述振动传感器上设置有方向检测组件，所述方向检测组件用于检测所述智能移动工具受到的所述碰撞的方向。

在其中一个实施例中，所述方向检测组件包括摆动锤，所述摆动锤悬空。

在其中一个实施例中，所述振动传感器能够检测所述智能移动工具受到所述碰撞后振动的振幅。

在其中一个实施例中，所述振动传感器的数量为多个，所述振动传感器分布于所述智能移动工具的不同部位，多个所述振动传感器配合检测所述智能移动工具受到的所述碰撞的强度与位置。

在其中一个实施例中，所述智能移动工具还包括外壳，所述振动传感器设置于所述外壳上或与所述外壳相连的部件上。

在其中一个实施例中，所述智能移动工具还包括行走组件，所述振动传感器设置于所述行走组件上。

在其中一个实施例中，所述控制装置包括单片机和控制电路；所述单片机的输入端与所述振动传感器连接，所述单片机的输出端与所述控制电路的输入端连接，所述单片机用于接收所述碰撞信号，并且发出控制指令；所述控制电路用于接收所述控制指令，并控制所述智能移动工具的移动。

在其中一个实施例中，所述智能移动工具还包括信号放大电路，所述信号放大电路的输入端与所述振动传感器连接，所述信号放大电路的输出端与所述控制装置连接，所述信号放大电路用于放大所述碰撞信号。

在其中一个实施例中，所述智能移动工具还包括信号处理电路，所述信号处理电路的输入端与所述振动传感器连接，所述信号处理电路的输出端与所述控制装置连接，所述信号处理电路将所述碰撞信号处理为具有规则波形的信号。

一种智能移动工具的控制方法，用于控制以上任一实施例的智能移动工具的运动状态，包括步骤：

接收碰撞信号；

判断所述碰撞信号反映的碰撞参数是否满足预设条件，若是，则调整所述智能移动工具的运动状态。

上述智能移动工具的控制方法，振动传感器直接检测智能移动工具所受的障碍物的碰撞，检测准确度高，检测效果好。根据振动传感器的碰撞信号，当碰撞参数满足预设条件，便可以控制智能移动工具调整运动状态，有效避开障碍物。

在其中一个实施例中，所述判断所述碰撞信号反映的碰撞参数是否满足预设条件，若是，则调整所述智能移动工具的运动状态的步骤包括：判断所述碰撞信号反映的碰撞力是否大于或等于碰撞力预设值，若是，则调整所述智能移动工具的运动状态。

在其中一个实施例中，所述判断所述碰撞信号反映的碰撞参数是否满足预设条件，若是，则调整所述智能移动工具的运动状态的步骤包括：判断所述碰撞信号反映的所述智能移动工具受到碰撞后振动的振幅是否大于或等于振幅预设值，若是，则调整所述智能移动工具的运动状态。

附图说明

图1为本发明一实施例的智能移动工具的示意图；

图2为图1所示实施例的智能移动工具的电路连接示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

请参照图1，为本发明一实施例的智能移动工具100的示意图。一种智能移动工具100，包括振动传感器110和控制装置(未示出)。振动传感器110用于直接检测智能移动工具100受到的碰撞，并产生碰撞信号。控制装置电连接振动传感器110，用于根据碰撞信号控制智能移动工具100的运动状态。

上述智能移动工具100，振动传感器110不需要与机械结构配合，不需要依赖于机械结构受到碰撞后产生的形变或位移来检测智能移动工具100受到的碰撞，振动传感器110直接检测智能移动工具100所受的碰撞，检测准确度高，检测效果好。并且，这样可以简化智能移动工具100的机械结构的设计，降低了智能移动工具100整机的装配难度，降低成本。进一步地，控制装置可以根据振动传感器110的碰撞信号，控制智能移动工具100调整运动状态，以避开障碍物。

本实施例中的智能移动工具100可以是智能割草机或智能清洁机，也可以是其它自移动的机器人。

智能移动工具100还包括外壳120，振动传感器110设置于外壳120上或与外壳120相连的部件上。通过在智能移动工具100外壳120上或与外壳120相连的部件上直接安装振动传感器110，当智能移动工具100的外壳120受到碰撞，位于外壳120上或与外壳120相连的部件上的振动传感器110直接检测该碰撞，振动传感器110不会对碰撞产生误判，检测较准确。具体地，本实施例中，智能移动工具100还包括支撑结构130，支撑结构130设置于外壳120上，振动传感器110设置于支撑结构130上，且振动传感器110位于整个智能移动工具100的中央位置，便于检测智能移动工具100各个方向受到的碰撞。

本实施例中，智能移动工具100还包括行走组件140，行走组件140用于驱动智能移动工具100行走。在其中一个实施例中，振动传感器110还可以设置于行走组件140上。当行走组件140在行走的过程中受到障碍物的碰撞，振动传感器110能够直接感应该碰撞，进而准确地检测该碰撞。例如，该行走组件140包括三个轮子，振动传感器110可以设置于每一个车轮上，以准确检测每个车轮可能受到的障碍物的碰撞。

需要说明的是，振动传感器110既可以安装在外壳120或与外壳120相连的部件上，也可以同时安装在行走组件140上，进一步使检测更为精确。

振动传感器110能够检测智能移动工具100受到碰撞的碰撞力的大小。振动传感器110上设置有方向检测组件(未标示)，方向检测组件用于检测智能移动工具100受到的碰撞的方向。这样，振动传感器110便能够检测到智能移动工具100受到碰撞的碰撞力的大小与方向。具体地，当智能移动工具100在行走过程中受到障碍物的碰撞，障碍物给以智能移动工具100特定的碰撞力。例如，根据动量定理，即智能移动工具100动量的增量等于它所受碰撞力的冲量，在碰撞发生的时间内，根据振动传感器110检测到的速度变化，即可得出智能移动工具100的动量变化，进一步计算出碰撞力的大小。进一步地，方向检测组件包括摆动锤，该摆动锤悬空。当智能移动工具100受到碰撞时，该摆动锤在惯性的作用下相对智能移动工具100摆动。由摆动锤摆动的方向，振动传感器110即可判断智能移动工具100受到的碰撞的方向。例如摆动锤相对智能移动工具100向前摆动，说明摆动锤原本是向前运动，但前方受到障碍物的碰撞。由此便能检测到障碍物的方向。根据检测到的智能移动工具100所受的碰撞力的大小与方向，提高碰撞检测的准确性，能够有效避开障碍物。

在其中一个实施例中，振动传感器110能够检测智能移动工具100受到碰撞后振动的振幅。当智能移动工具100受到障碍物的碰撞，障碍物给以智能移动工具100特定大小的碰撞力。在该碰撞力的作用下，智能移动工具100会产生机械振动，振动传感器110随着智能移动工具100振动，同时振动传感器110能够记录智能移动工具100振动时位移的大小，因此振动传感器110能够检测到该振动的振幅。例如，振动传感器110上设置有触杆，触杆随着智能移动工具100振动，利用触杆在移动的纸带上描绘智能移动工具100的位移随时间的变化曲线，根据这个变化曲线即可计算出智能移动工具100振动的位移的大小。根据该振动的振幅，判别碰撞碰撞力的大小与方向，进而检测到障碍物，以有效避开障碍物。

在其中一个实施例中，振动传感器110的数量为多个，振动传感器110分布于智能移动工具100的不同部位，多个振动传感器110配合检测智能移动工具100受到的碰撞的强度与位置。具体地，振动传感器110分布于智能移动工具100的不同位置，例如，当智能移动工具100的一个部位受到碰撞时，每个振动传感器110都能够检测到智能移动工具100受到的碰撞，每个振动传感器110发出碰撞信号，所有振动传感器110的碰撞信息所显示的碰撞位置的交叉点即为智能移动工具100受到碰撞的部位的具体位置。同时，多个振动传感器110相互配合也能够准确的检测到受到的碰撞的碰撞力的大小，比如，将每个振动传感器110检测到的碰撞力的大小求加权平均值即可准确求得碰撞力的大小，该碰撞力的大小即反应该碰撞的强度。同样地，检测碰撞力的大小可以依据动量定理来检测。这样，多个振动传感器110相互配合便能够检测到碰撞的强度和具体位置，从而对于障碍物的检测也更为精确，同时多个振动传感器110还能增大障碍物的检测范围，以有效避开障碍物。

需要说明的是，振动传感器110的数量可以为两个、三个或其它数量，振动传感器110的数量可以依据用户的需求设置。

振动传感器110的碰撞信号为电压信号。振动传感器110只有受到碰撞时，才输出碰撞信号，在没有受到碰撞时，不输出碰撞信号。具体地，振动传感器110检测到障碍物的碰撞后，比如智能移动工具100被障碍物碰撞，振动传感器110拾取到智能移动工具100的加速度变化、受到的碰撞力或被障碍物碰撞后产生振动的振幅后，通过振动传感器110内部的机电转换装置，将检测到的参量转变为电压信号，以便于后续的电路接收该碰撞信号并根据该碰撞信号做出相应处理。

在其它实施例中，碰撞信号还可以是其它信号，比如将检测到的碰撞引起的机械量的变化变换为电阻、电容、电感等电参量的变化，对于不同的电参量配以专有测量线路，便于后续的电路接收并处理该碰撞信号。同样地，用户可以根据需要选择不同的电参量作为碰撞信号。

碰撞信号为模拟信号或数字信号。具体地，模拟信号即模拟量，是指变量在一定范围连续变化的量，或在一段连续的时间间隔内，变量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。数字信号即数字量，指变量的变化在时间上是不连续的，总是发生在一系列离散的瞬间。例如，在本实施例中，振动传感器110能够检测智能移动工具100受到碰撞后加速度的变化。振动传感器110的碰撞信号为模拟信号，即碰撞信号显示加速度随时间的瞬时变化，以准确检测智能移动工具100受到的瞬时的碰撞。

在其它实施例中，碰撞信号还可以为数字信号。例如，振动传感器110具有预先设定的加速度阈值。当智能移动工具100受到碰撞后，如果加速度的值超过该阈值，则振动传感器110输出1，即碰撞信号为1，表示加速度变化。如果加速度的值未超过该阈值，则振动传感器110输出0，即碰撞信号为0，表示加速度没有变化。这样振动传感器110便能检测到智能移动工具100是否受到碰撞，使得检测简单。当然，振动传感器110预先设定的加速度阈值并不唯一，可以根据需求设置。并且，振动传感器110的输出值也不局限于1和0，也可以为其它数字量。

控制装置电连接振动传感器110，用于根据碰撞信号控制智能移动工具100的移动。控制装置接收碰撞信号，并根据该碰撞信号，控制智能移动工具100调整行走方向，以及时避开障碍物。本实施例中，控制装置与行走组件140相连，根据碰撞信号控制行走组件140及时转向，以有效避开障碍物。

请参见图2，为图1所示实施例的智能移动工具的电路连接示意图。本实施例中，控制装置150包括单片机151和控制电路152。单片机151的输入端与振动传感器110连接，单片机151的输出端与控制电路152的输入端连接，单片机151用于接收碰撞信号，并且发出控制指令。控制电路152用于接收控制指令，并控制智能移动工具100的移动。具体地，当智能移动工具100受到障碍物的碰撞，单片机151根据振动传感器110发出的碰撞信号，发出相应的控制指令。本实施例中，控制电路152与智能移动工具100的行走组件140相连，控制电路152根据接收到的控制指令相应地控制行走组件140的转向，以及时避开障碍物，继续行走。

智能移动工具100还包括信号放大电路160，信号放大电路160的输入端与振动传感器110连接，信号放大电路160的输出端与控制装置150连接，信号放大电路160用于放大碰撞信号。这样可以使得振动传感器110的碰撞信号容易被后续电路接收。

智能移动工具100还包括信号处理电路170，信号处理电路170的输入端与振动传感器110连接，信号处理电路170的输出端与控制装置150连接，信号处理电路170将碰撞信号处理为具有规则波形的信号。一般情况下，振动传感器110检测到的碰撞可能是不规则的，进而振动传感器110发出不规则的碰撞信号，这种信号与控制装置150的信号不匹配，经过信号处理电路170的处理，将碰撞信号处理为与控制装置150的电路相匹配的信号。

具体地，本实施例中，在控制装置150与振动传感器110之间连接了信号放大电路160和信号处理电路170。当智能移动工具100被障碍物碰撞，振动传感器110进行振动采样，输出碰撞信号。信号放大电路160的输入端与振动传感器110连接，该碰撞信号经信号放大电路160放大，以便于检测。信号处理电路170的输入端与信号放大电路160的输出端连接，被放大的碰撞信号被信号处理电路170处理为规则的、与后续的控制装置150的电路相匹配的信号模式，以便控制装置150正常工作。单片机151的输入端与信号处理电路170的输出端连接，单片机151根据接收到的信号，发出控制指令。控制电路152的输入端与单片机151的输出端连接，控制电路152接到控制指令，控制行走组件140转向以避开障碍物。这样的电路系统与振动传感器110相互配合，使得碰撞检测效果更好。

一种智能移动工具100的控制方法，用于控制以上任一实施例的智能移动工具100的运动状态，包括步骤：

接收碰撞信号。

判断碰撞信号反映的碰撞参数是否满足预设条件，若是，则调整智能移动工具100的运动状态。

具体地，由以上实施例可知，振动传感器110能够直接检测智能移动工具100受到的碰撞，并产生碰撞信号。控制装置150电连接振动传感器110，因此，由控制装置150接收该碰撞信号。碰撞参数可以是智能移动工具100受到的碰撞力的大小，也可以是智能移动工具100受到碰撞后产生的振动的振幅大小。在智能移动工具100执行任务的过程中，可能会受到各种各样的碰撞。其中一些碰撞会阻碍智能移动工具100的前进，例如大型石头，运动中的其它工具等障碍物，会影响智能移动工具100的工作。其中一些碰撞可能是轻微的碰撞，不会阻碍智能移动工具100的前进，也不会影响智能移动工具100的工作。对于阻碍智能移动工具100前行并工作的障碍物，控制装置150必须根据检测到的碰撞信号调整智能移动工具100的运动状态，或者停止前进，或者控制智能移动工具100及时转向，调整行走方向。对于轻微的碰撞，控制装置150可以不予理会。

上述智能移动工具100的控制方法，振动传感器110直接检测智能移动工具100所受的障碍物的碰撞，检测准确度高，检测效果好。根据振动传感器110的碰撞信号，当碰撞参数满足预设条件，便可以控制智能移动工具100调整运动状态，有效避开障碍物。

在其中一个实施例中，判断碰撞信号反映的碰撞参数是否满足预设条件，若是，则调整智能移动工具100的运动状态的步骤包括：判断碰撞信号反映的碰撞力是否大于或等于碰撞力预设值，若是，则调整智能移动工具100的运动状态。

具体地，当智能移动工具100在行走过程中受到障碍物的碰撞，障碍物给以智能移动工具100特定的碰撞力。控制装置150预先设定碰撞力的预设值，当振动传感器110检测到的碰撞力大于或等于该碰撞力预设值，控制装置150则判定受到的碰撞会影响智能移动工具100的前进及工作，为障碍物的碰撞。这时，控制装置150调整智能移动工具100的运动状态，或者使智能移动工具100停止，或者使智能移动工具100转向。当检测到的碰撞力小于该碰撞力预设值，控制装置150则判定受到的碰撞不会影响智能移动工具100的前进及工作，这时，控制装置150则不调整智能移动工具100的运动状态，使智能移动工具100沿原有前进方向执行任务。这样，控制装置150能够根据碰撞力的大小灵活控制智能移动工具100的运动状态，使智能移动工具100工作更高效。

在其中一个实施例中，判断碰撞信号反映的碰撞参数是否满足预设条件，若是，则调整智能移动工具100的运动状态的步骤包括：判断碰撞信号反映的智能移动工具100受到碰撞后振动的振幅是否大于或等于振幅预设值，若是，则调整智能移动工具100的运动状态。

具体地，当智能移动工具100受到障碍物的碰撞后，智能移动工具100会产生机械振动。控制装置150预先设定振动的振幅预设值，当振动传感器110检测到的振幅大于或等于该振幅预设值，控制装置150调整智能移动工具100的运动状态，或者使智能移动工具100停止，或者使智能移动工具100转向。当检测到的振动的振幅小于该振幅预设值，控制装置150则不调整智能移动工具100的运动状态，使智能移动工具100沿原有前进方向执行任务。这样，控制装置150能够根据振幅的值灵活控制智能移动工具100的运动状态，使智能移动工具100工作更高效。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种智能移动工具，其特征在于，包括：振动传感器，所述振动传感器用于直接检测所述智能移动工具受到的碰撞，并产生碰撞信号；控制装置，所述控制装置电连接所述振动传感器，用于根据所述碰撞信号控制所述智能移动工具的运动状态。

2.根据权利要求1所述的智能移动工具，其特征在于，所述碰撞信号为模拟信号或数字信号。

3.根据权利要求1所述的智能移动工具，其特征在于，所述振动传感器能够检测所述智能移动工具受到的所述碰撞的碰撞力的大小；所述振动传感器上设置有方向检测组件，所述方向检测组件用于检测所述智能移动工具受到的所述碰撞的方向。

4.根据权利要求3所述的智能移动工具，其特征在于，所述方向检测组件包括摆动锤，所述摆动锤悬空。

5.根据权利要求1所述的智能移动工具，其特征在于，所述振动传感器能够检测所述智能移动工具受到所述碰撞后振动的振幅。

6.根据权利要求1所述的智能移动工具，其特征在于，所述振动传感器的数量为多个，所述振动传感器分布于所述智能移动工具的不同部位，多个所述振动传感器配合检测所述智能移动工具受到的所述碰撞的强度与位置。

7.根据权利要求1所述的智能移动工具，其特征在于，还包括外壳，所述振动传感器设置于所述外壳上或与所述外壳相连的部件上。

8.根据权利要求1所述的智能移动工具，其特征在于，还包括行走组件，所述振动传感器设置于所述行走组件上。

9.根据权利要求1所述的智能移动工具，其特征在于，所述控制装置包括单片机和控制电路；所述单片机的输入端与所述振动传感器连接，所述单片机的输出端与所述控制电路的输入端连接，所述单片机用于接收所述碰撞信号，并且发出控制指令；所述控制电路用于接收所述控制指令，并控制所述智能移动工具的移动。

10.根据权利要求1所述的智能移动工具，其特征在于，还包括信号放大电路，所述信号放大电路的输入端与所述振动传感器连接，所述信号放大电路的输出端与所述控制装置连接，所述信号放大电路用于放大所述碰撞信号。

11.根据权利要求1所述的智能移动工具，其特征在于，还包括信号处理电路，所述信号处理电路的输入端与所述振动传感器连接，所述信号处理电路的输出端与所述控制装置连接，所述信号处理电路将所述碰撞信号处理为具有规则波形的信号。

12.一种智能移动工具的控制方法，用于控制基于权利要求1至11所述的智能移动工具的运动状态，其特征在于，包括步骤：

接收碰撞信号；

判断所述碰撞信号反映的碰撞参数是否满足预设条件，若是，则调整所述智能移动工具的运动状态。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述判断所述碰撞信号反映的碰撞参数是否满足预设条件，若是，则调整所述智能移动工具的运动状态的步骤包括：

判断所述碰撞信号反映的碰撞力是否大于或等于碰撞力预设值，若是，则调整所述智能移动工具的运动状态。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述判断所述碰撞信号反映的碰撞参数是否满足预设条件，若是，则调整所述智能移动工具的运动状态的步骤包括：

判断所述碰撞信号反映的所述智能移动工具受到碰撞后振动的振幅是否大于或等于振幅预设值，若是，则调整所述智能移动工具的运动状态。