CN109542092A - 自动行走设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种自动行走设备。该自动行走设备包括：设备主体；第一电容传感器，包括：第一电极，设置于所述设备主体侧表面；第一电容检测模块，与所述第一电极连接，检测所述第一电极与被检测物接近而引起的电容变化，生成第一检测信号。根据本公开的实施例，通过在设备主体的各个侧表面设置第一电容传感器的第一电极，以便在自动行走设备接近障碍物时检测电容变化而生成第一检测信号，从而准确地识别各种类型的障碍物。

Description

自动行走设备

技术领域

本公开涉及自动工作系统领域，尤其涉及一种自动行走设备。

背景技术

随着科学技术的发展，智能的自动行走设备为人们所熟知，由于自动行走设备可以基于自动预先设置的程序执行预先设置的相关任务，无须人为的操作与干预，因此在工业应用及家居产品上的应用非常广泛。工业上的应用如执行各种功能的机器人，家居产品上的应用如割草机、吸尘器等，这些智能的自动行走设备极大地节省了人们的时间，给工业生产及家居生活都带来了极大的便利。

在实际应用中，通常需要自动行走设备能够自动在一个预设的工作区域内移动，并且能够自动避开移动过程中的障碍物。

在相关技术中，通常利用自动行走设备与障碍物碰撞时设备停止，或设备本身发生形变等方式来识别碰撞，从而识别障碍物。这种方式需要障碍物具有一定的刚性，无法识别柔性障碍物，例如用户花园中的幼小树苗或花圃，其对自动行走设备的碰撞力度非常小，可能导致识别失败。相关技术的自动行走设备也存在利用超声波避障技术实现非接触避障的情况，但是超声波成本较高，探测视角有限，无法探测低于视角的障碍物，且当障碍物具有一定斜面会造成超声波散射，超声无法识别。因此，需要一种能够识别包括树苗或花圃等柔性障碍物在内的各种类型的障碍物的自动行走设备。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种自动行走设备，能够自动识别各种类型的障碍物。

根据本公开的第一方面，提供了一种自动行走设备，所述自动行走设备包括：设备主体；第一电容传感器，所述第一电容传感器包括：第一电极，设置于所述设备主体侧表面；第一电容检测模块，与所述第一电极连接，检测所述第一电极与被检测物接近而引起的电容变化，生成第一检测信号。

在一种可能的实现方式中，所述第一电极为金属带。

在一种可能的实现方式中，所述第一电极位于所述自动行走设备的前侧表面、后侧表面、左侧表面和右侧表面中的一者或多者。

在一种可能的实现方式中，所述自动行走设备还包括：磁场传感器，设置于所述自动行走设备的轮附近；磁体，设置在所述自动行走设备的轮上；其中，所述磁场传感器根据所述磁体产生的磁场的变化而生成第二检测信号。

在一种可能的实现方式中，相邻的所述磁体极性相反。

在一种可能的实现方式中，所述磁体在轮中呈环状布置。

在一种可能的实现方式中，所述自动行走设备还包括：第二电容传感器，所述第二电容传感器包括：第二电极，设置于所述设备主体下方；第二电容检测模块，与所述第二电极连接，检测所述第二电极与被检测物接近而引起的电容变化，生成第三检测信号。

在一种可能的实现方式中，所述自动行走设备还包括传感器支架，所述传感器支架一端连接所述设备主体，另一端连接所述第二电极。

在一种可能的实现方式中，所述自动行走设备还包括控制器，所述控制器根据第一检测信号控制所述自动行走设备的运动。

在一种可能的实现方式中，所述自动行走设备还包括控制器，所述控制器根据第二检测信号控制所述自动行走设备的运动。

根据本公开实施例的自动行走设备，通过在设备主体的各个侧表面设置第一电容传感器的第一电极，以便在自动行走设备接近障碍物时检测电容变化而生成第一检测信号，从而准确地识别各种类型的障碍物。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出了本公开实施例的自动行走设备的一种示例性应用环境的示意图。

图2示出了本公开实施例的一种应用示例的自动行走设备的底视图。

图3示出了根据本公开一实施例的一种自动行走设备的示意图。

图4示出了根据本公开一实施例的自动行走设备的前视图。

图5示出了根据本公开一实施例的自动行走设备的结构示意图。

图6示出了根据本公开一实施例的自动行走设备的侧视图。

图7示出了根据本公开一实施例的自动行走设备的轮的三维示意图。

图8示出了根据本公开一实施例的自动行走设备的轮的侧视图。

图9示出了根据本公开一实施例的自动行走设备的轮的前视图。

图10示出了根据本公开一实施例的自动行走设备的回归充电的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1示出了本公开实施例的自动行走设备的一种示例性应用环境的示意图。如图1所示，在一种示例性的应用环境中，根据本公开实施例的自动行走设备10可以例如为自动割草机，自动行走设备10可以在边界50范围内的工作区域30中自动行走，切割位于工作表面上的植被。当自动行走设备10在工作区域30中自动行走时，可以在接近被检测物(障碍物)70时自动检测第一电容传感器的电容变化而生成第一检测信号，从而准确地识别障碍物70，障碍物70可以包括幼小树苗或花圃等柔性障碍物在内的各种类型的障碍物。

图2示出了本公开实施例的一种应用示例的自动行走设备的底视图。图2中以割草机作为自动行走设备的示例。如图2所示，在该应用示例中，自动行走设备10可以包括设备主体11；割草刀盘21，位于设备主体11的底部中央，能够旋转并切割自动行走设备所处的位置的植被(例如草)；前轮22，位于设备主体11的底部前端，能够控制自动行走设备的前进或后退的方向；后轮23，位于设备主体11的底部后端，能够驱动自动行走设备前进或后退；支撑轮24，位于设备主体11的底部前端两侧，用于辅助支撑自动行走设备；回归传感器25，位于设备主体11的底部前端两侧，用于辅助自动行走设备感应回归引导线；充电对接口26，位于设备主体11的前端，用于为自动行走设备充电；多个第二电极15，位于设备主体11底部的左前、左后、右前及右后部，用于检测自动行走设备所处的位置的植被情况。

根据该应用示例的自动行走设备能够在指定的工作区域中自动运动并躲避障碍，对工作区域中的植被进行修剪。

实施例1

图3示出了根据本公开一实施例的一种自动行走设备的示意图。如图3所示，该自动行走设备包括：设备主体11；第一电容传感器，包括：第一电极12，设置于所述设备主体11的侧表面；第一电容检测模块13，与第一电极12连接，检测第一电极12与被检测物接近而引起的电容变化，生成第一检测信号。

根据本公开实施例的自动行走设备，通过在设备主体的各个侧表面设置第一电容传感器的第一电极，以便在自动行走设备接近障碍物时检测电容变化而生成第一检测信号，从而准确地识别各种类型的障碍物。

图4示出了根据本公开一实施例的自动行走设备的前视图。举例来说，如图4所示，自动行走设备可以具有设备主体11，多个第一电极12可以分别设置在设备主体11的各个侧表面，例如，第一电极12可以设置在设备主体11的前侧表面、后侧表面、左侧表面和右侧表面中的一个或多个位置。第一电极12可以例如为附着在各个侧表面上的金属带，紧贴在设备主体11上。在自动行走设备遇到障碍物时，障碍物会接近或接触第一电极12。

在一种可能的实现方式中，第一电极12距离地面的高度可大于被修剪的植被的高度，从而避免被修剪的植被接近或接触第一电极12，造成碰撞误触发。例如，第一电极12的高度可大于60mm。本公开对第一电极12距离地面的具体高度不作限制。

图5示出了根据本公开一实施例的自动行走设备的结构示意图。在一种可能的实现方式中，如图5所示，第一电容检测模块13可以设置在设备主体11的内部，与第一电极12连接。第一电极12可以作为第一电容传感器的一个电极，大地(地表)作为第一电容传感器的另一个电极，第一电容检测模块13通过检测第一电极12和大地之间的电容的变化，以判断障碍物的状况。在自动行走设备遇到障碍物(例如绿色植物)时，障碍物会接近或接触第一电极12(例如，障碍物与第一电极12之间的距离小于或等于预先设定的距离阈值)，第一电极12和地表之间介电常数变大，第一电极12和地表之间的电容增大；当自动行走设备未遇到障碍物时，第一电极12和地表之间的介电常数则变小，第一电极12和地表之间的电容也减小。本公开对距离阈值的具体取值不作限制。

在一种可能的实现方式中，第一电容检测模块13还可以包括专用的电容检测处理电路，能够检测各个第一电容传感器的电容大小，生成反映第一电容传感器的电容变化的第一检测信号，从而实现对障碍物的识别。

在一种可能的实现方式中，电容检测处理电路可以例如为包括多个施密特触发器、分频器和/或处理器等器件的专用电容传感器芯片。例如，电容检测处理电路可以通过多个施密特触发器分别将电容传感器的电容信号转换为电信号，例如，频率变化的方波信号。当第一电极12和地表之间的电容增大时，方波信号的频率变小；当第一电极12和地表之间的电容减小时，方波信号的频率变大。本领域技术人员应当理解，电容检测处理电路转换的电信号不局限于此，也可以是其它信号形式，比如也可以是电平变化，只要能表明第一电容传感器检测障碍物的情况即可。

在一种可能的实现方式中，可以通过分频器对施密特触发器输出的方波信号进行分频，生成低频信号，以便降低处理器的处理压力；将低频信号输入处理器进行信号处理，处理器可以通过相应的传感器滤波算法，智能调校算法等对低频信号进行滤波、校正等处理，进而对处理后的信号进行判断。如果判断结果为存在障碍物，则生成第一检测信号，并发送给自动行走设备的控制器，以使控制器控制自动行走设备执行后退或转弯等相对应的操作。本领域技术人员应当理解，可以采用本领域公知的各种方式，对第一电极12的电容变化进行检测处理，本公开对此不做限定。

如图5所示，在一种可能的实现方式中，自动行走设备还可以包括控制器14，控制器14可以根据第一电容检测模块13的第一检测信号控制自动行走设备的运动。例如，第一检测信号识别出位于设备主体11前侧存在障碍物时，控制器14可以控制自动行走设备后退一定距离后进行转弯，从而绕过位于设备主体11前侧的障碍物。

如图5所示，自动行走设备还可以包括：第二电容传感器，其包括第二电极15，设置于所述设备主体下方；第二电容检测模块16可以设置在设备主体11的内部，与所述第二电极15连接。第二电极15可以作为第二电容传感器的一个电极，大地(地表)作为第二电容传感器的的另一个电极，第二电容检测模块16通过检测第二电极15和大地之间的电容的变化，以判断被检测物(例如植被)的状况。第二电容检测模块16还可以包括专用的电容检测处理电路，能够检测第二电极15与被检测物接近或接触而引起的电容变化，生成第三检测信号。

图6示出了根据本公开一实施例的自动行走设备的侧视图。如图6所示，第二电极15可以设置在设备主体11下方的四周边缘处，例如，第二电极15可以是设置在设备主体11下方的左前、左后、右前及右后等位置的金属片。在自动行走设备的底部遇到被检测物(例如草)时，被检测物会接近或接触第二电极15。

如图6所示，自动行走设备还包括传感器支架17，所述传感器支架17一端连接所述设备主体11，另一端连接所述第二电极15。传感器支架17可以由具有弹性的橡胶等材料制成，从而在遇到障碍物时能够产生形变，避免因障碍物的碰撞而导致第二电极15的损坏，并且提高了自动行走设备的遇到障碍物时的通过性。

在一种可能的实现方式中，第二电极15可以用于识别自动行走设备的工作区域。当自动行走设备所处的位置的植被覆盖状况不同时，例如，自动行走设备所处的位置为植被覆盖区域或非植被覆盖区域，或者该位置为植被覆盖区域时具体植被高度状况不同时，第二电极15与被检测物的接近或接触情况不同，使得第二电容传感器的电容产生变化。第二电容检测模块16的电容检测处理电路能够检测各个第二电容传感器的电容变化，进而生成反映第二电容传感器的电容变化的第三检测信号，从而实现对工作区域的识别。本领域技术人员应当理解，可以采用本领域公知的各种方式，对第二电容传感器的电容变化进行检测处理，本公开对此不做限定。

在一种可能的实现方式中，第二电容检测模块16可以将第三检测信号发送给自动行走设备的控制器。如果第三检测信号的识别结果为前方植被高度大于一定的阈值，则前方为未满足植被修剪要求的区域，控制器13控制自动行走设备继续前进；如果第三检测信号的识别结果为前方植被高度小于或等于一定的阈值，则前方为满足植被修剪要求的区域或非植被覆盖区域，控制器13控制自动行走设备执行后退或转弯等相对应的操作。

在一种可能的实现方式中，第一电容检测模块13和第二电容检测模块16的电容检测处理电路可以集成在同一个处理电路中，也可以设置成相互独立的电容检测处理电路，本公开对此不做限制。

通过这种方式，可以使自动行走设备自动识别工作区域，避免了为自动行走设备设置边界线的繁琐过程，提高了设备的易用性。

图7示出了根据本公开一实施例的自动行走设备的轮的三维示意图；图8示出了根据本公开一实施例的自动行走设备的轮的侧视图；图9示出了根据本公开一实施例的自动行走设备的轮的前视图。

如图7-图9所示，在一种可能的实现方式中，自动行走设备还可以包括：

磁场传感器18，设置于所述自动行走设备的轮附近；

磁体19，设置在所述自动行走设备的所述轮上；

其中，所述磁场传感器18根据所述磁体19产生的磁场的变化而生成第二检测信号。

举例来说，在其他障碍物阻碍自动行走设备的运动时，例如，自动行走设备被某物体挂住或被某个凸起挡住时，该物体或该凸起可能未与第一电极接近，导致第一电容传感器的电容不发生变化，第一电容检测模块无法检测出该物体或该凸起的存在。

为了在这种情况下识别障碍物，可以例如在自动行走设备的轮中呈环状布置有多个磁体19，相邻的磁体19极性相反；磁体可以设置在前轮中，或者附着在前轮的侧表面上；在前轮附近(例如前轮上方、后方或侧方)可以设置有磁场传感器18(例如霍尔传感器)。当自动行走设备正常运动时，前轮不断旋转，磁体19的磁场不断变化，磁场传感器18输出变化的第二检测信号；当自动行走设备停止时，前轮停止旋转，磁体19的磁场不变，磁场传感器18输出不变化的第二检测信号。此时，控制器14可以控制自动行走设备执行后退或转弯等相对应的操作。

应当理解，以上仅为示例性的说明，并非对本公开实施例构成限制，例如可以在自动行走设备的任意一个轮或多个轮中设置磁体19，并在相对应的轮附近设置磁场传感器18；磁体不一定呈环状布置，例如也可以呈半环状；也可以每若干个磁体改变一次极性，等等，本公开对此不作限制。

通过这种方式，可以在障碍物未接触第一电容传感器的情况下识别障碍物，提高了障碍物识别的全面性和灵活性。

图10示出了根据本公开一实施例的自动行走设备的回归充电的示意图。

在一种可能的实现方式中，自动行走设备还可以包括回归传感器。如图10所示，在自动行走设备10的工作区域30中可以设置有向外发射电磁波信号的回归引导线27。当自动行走设备的具体电池电量低于一定值时，自动行走设备可以启动回归模式，自动寻找到回归引导线27，并沿回归引导线27移动，并最终回到充电站20进行充电。其中，用户房屋40可以位于工作区域30内部。本领域技术人员应当理解，可以采用本领域公知的红外引导、超声波引导、磁条引导或封闭导线引导等方式，引导自动行走设备自动回归并充电，本公开对此不做限定。

在一种可能的实现方式中，自动行走设备还可以包括台阶识别传感器，该台阶识别传感器可以放置于自动行走设备的轮(例如前轮)附近。自动行走设备的前轮可以采用悬挂轮设计，当遇到台阶时，前轮(悬挂轮)会因重力作用下沉，并远离其相对的磁场传感器(霍尔传感器)，从而触发台阶信号。控制器收到台阶信号后立刻执行割草刀盘21停机动作，自动行走设备可以通过机身自带的辅助支撑轮支撑机身后退转弯，实现台阶避让。当人为抬起自动行走设备时，同样会触发上述动作。本领域技术人员应当理解，可以采用本领域公知的其他方式(例如激光/红外/超声波测距等)实现台阶识别，本公开对此不做限定。

根据本公开实施例的自动行走设备，通过在设备主体的各个侧表面设置第一电极，以便在自动行走设备接近障碍物时检测第一电容传感器的电容变化而生成第一检测信号，从而准确地识别包括幼小树苗或花圃等柔性障碍物在内的各种类型的障碍物；通过在设备主体11下方的四周边缘处设置第二电极，能够自动识别工作区域(草坪区域)，避免了为自动行走设备设置边界线的繁琐过程；通过在自动行走设备的轮上设置磁场传感器以感测磁场变化，能够在障碍物未接近或未接触第一电极的情况下识别障碍物，提高了障碍物识别的全面性。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种自动行走设备，其特征在于，所述自动行走设备包括：

设备主体；

第一电容传感器，所述第一电容传感器包括：

第一电极，设置于所述设备主体侧表面；

第一电容检测模块，与所述第一电极连接，检测所述第一电极与被检测物接近而引起的电容变化，生成第一检测信号。

2.根据权利要求1所述的自动行走设备，其特征在于，所述第一电极为金属带。

3.根据权利要求2所述的自动行走设备，其特征在于，所述第一电极位于所述自动行走设备的前侧表面、后侧表面、左侧表面和右侧表面中的一者或多者。

4.根据权利要求1所述的自动行走设备，其特征在于，所述自动行走设备还包括：

磁场传感器，设置于所述自动行走设备的轮附近；

磁体，设置在所述自动行走设备的轮上；

其中，所述磁场传感器根据所述磁体产生的磁场的变化而生成第二检测信号。

5.根据权利要求4所述的自动行走设备，其特征在于，相邻的所述磁体极性相反。

6.根据权利要求4所述的自动行走设备，其特征在于，所述磁体在轮中呈环状布置。

7.根据权利要求1所述的自动行走设备，其特征在于，所述自动行走设备还包括：

第二电容传感器，所述第二电容传感器包括：

第二电极，设置于所述设备主体下方；

第二电容检测模块，与所述第二电极连接，检测所述第二电极与被检测物接近而引起的电容变化，生成第三检测信号。

8.根据权利要求7所述的自动行走设备，其特征在于，所述自动行走设备还包括传感器支架，所述传感器支架一端连接所述设备主体，另一端连接所述第二电极。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的自动行走设备，其特征在于，所述自动行走设备还包括控制器，所述控制器根据所述第一检测信号控制所述自动行走设备的运动。

10.根据权利要求4-8中任意一项所述的自动行走设备，其特征在于，所述自动行走设备还包括控制器，所述控制器根据第二检测信号控制所述自动行走设备的运动。