CN109938651A - 一种扫地机器人传感器模组及基于该传感器模组的扫地机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种扫地机器人传感器模组，包括安装座、透光外壳和设置在安装座上的多个红外传感器，所述红外传感器包括红外发射元件和红外感知元件，至少有一个红外传感器的发射场朝下，至少有另一个红外传感器的发射场朝前，其中各红外传感器的发射场与视场部分重合。本申请将多个传感器集成安装在一个安装座上，可以解决扫地机器人传感器分散安装所带来的安装结构复杂，走线杂乱的问题。

Description

一种扫地机器人传感器模组及基于该传感器模组的扫地机 器人

技术领域

本申请涉及智能家电领域，涉及一种扫地机器人，特别涉及一种扫地机器人传感器模组。

背景技术

扫地机器人近年来逐渐普及，但目前扫地机器人普遍存在智能化程度不高，环境适应能力弱，重复清扫和漏扫同时并存等问题。

为准确识别扫地机器人自身状态及环境信息，需要在扫地机设置各类传感器，如伊莱克斯早期三叶虫(Trilobite)扫地机器人传感器数量达七十余个，如何合理的将上述传感器安装在扫地机人上成为一个难题；随着技术的发展，扫地机器人所采用的传感器的数量有所下降，但诸如障碍物感知传感器、悬空感知传感器、碰撞感知传感器、充电对接传感器仍必不可少；因此需要研究如何在扫地机器人上合理的布设上述传感器。

发明内容

本申请提供一种扫地机器人传感器模组，以合理的将传感器安装在扫地机器人上。

为解决上述问题，本申请提供的技术方案如下：

一种扫地机器人传感器模组，安装座、透光外壳和设置在安装座上的多个红外传感器，所述红外传感器包括封装壳和设置在封装壳上的红外发射元件和红外感知元件，至少有一个红外传感器的红外发射元件的发射场朝下，至少有另一个红外传感器的红外发射元件的发射场朝前。

进一步，各红外传感器红外发射元件的发射场与红外感知元件的视场部分重合。

进一步，发射场向下的红外传感器的发射场与视场的重叠区域距离扫地机器人下底部的高度小于3.5cm。

进一步，发射场向前的红外传感器的发射场与视场的重叠区域距离扫地机器人前表面的距离小于20cm。

进一步，所述发射场朝前的红外传感器的数目为两个，且该两个红外传感器的发射场呈20-60°夹角。

进一步，所述发射场朝下的红外传感器的数目为多个，所述多个红外传感器从上至下依次设置在安装座上。

进一步，发射场朝下的红外传感器的发射场与地面的夹角为 0°-45°，且从上至下依次变小。

进一步，至少有另一个红外传感器的红外发射元件的发射场朝上。

进一步，所述发射场朝前的红外传感器设置在发射场朝下的红外传感器的上部。

本申请还提供一种基于前述传感器模组的扫地机器人，包括扫地机器人主体和设置在主体上的两个传感器模组，所述主体包括尘气分离部和外壳，所述两个传感器模组设置在外壳上且分别位于尘气分离部两侧。

本申请的传感器模组将视野朝下的红外传感器(即用于检测悬空的传感器)和视野朝前的红外传感器(即用于检测障碍物的传感器) 集成安装在一个安装座上，通过一个传感器模组即可实现悬空和障碍物监测，可以解决扫地机器人传感器分散安装所带来的安装结构复杂，走线杂乱的问题；本申请在传感器模组设置多个朝向略有差异的障碍物传感器，可以拓宽障碍物识别范围，避免视野过窄所带来的误判；本申请传感器模组集成多个悬空传感器，且各悬空传感器与地面夹角渐变，可避免发现悬空后来不及进行减速造成扫地机器人跌落。本申请的扫地机器人在尘气分离器(位于扫地机器人前侧)两侧各设置一个传感器模组，使得传感器模组位于扫地机器人前端，可以提前识别扫地机人即将驶过区域的环境状况，避免发生意外。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的扫地机器人的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的扫地机器人的爆炸图；

图3为本申请实施例提供的扫地机器人全景摄像模组剖面图；

图4为本申请实施例提供的扫地机器人全景摄像模组爆炸图；

图5为本申请实施例扫地机器人红外传感模组的爆炸图；

图6为本申请实施例红外传感模组安装座结构图；

图7为本申请实施例红外传感模组安装座结构的另一视图；

图8为本申请实施例红外传感模组红外收发单元的示意图。

附图标记说明：

1-外壳体；2-尘气分离装置；3-全景摄像模组；4-红外传感模组； 5-底座；6-驱动轮；7-刷辊腔；31-基座；32-透光罩壳；33-第一反射镜；34-第二反射镜；35-透镜组；36-感光元件；37-掩膜层；38-锁紧环套；39-弹性片；41-安装座；42-透光外壳；43-红外传感器；44-安装腔；321-第二抵接部；331-通孔；314-环形限位凸起；315-卡爪； 313-光通道；312-第二端部；311-第一端部；316-第一抵接部；381- 上抵接环；382-下抵接环；411-压扣；412/414-红外发射窗；413/415- 红外接收窗；431-封装壳；432-红外发射管；433-红外接收管；L-光轴。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

本申请实施例提供一种扫地机器人，该扫地机器人包括主体和设置在主体上的摄像头，该摄像头可以设置在扫地机器人顶部，而该摄像头可以为360°全景摄像头。

图1为本申请实施例提供的扫地机器人的结构示意图，图2为本申请实施例提供的扫地机器人的爆炸图。如图1、2所示，扫地机器人包括主体和摄像头3，其中主体可以包括底座5、壳体1和尘气分离装置2，该底座5的底部设有驱动轮6和刷辊腔7，驱动6优选向地面偏置，刷辊腔7设有朝向地面的开口；壳体1套设固定在底座5 上，其顶部设有用于安装摄像头3的第一腔室，前部设有用于安放尘气分离装置2的第二腔室，其中尘气分离装置2可拆卸的设置在第二腔室中，例如在正常清扫过程时尘气分离装置2固定在第二腔室中，而当尘气分离装置2的尘盒需清空时可以将尘气分离装置2从第二腔室移除。

图3为本申请实施例提供的扫地机器人全景摄像模组剖面图，图 4为本申请实施例提供的扫地机器人全景摄像模组爆炸图，图中虚线为光轴线，箭头线为示意光线；请参考图3、图4，本实施例的全景摄像模组，从物侧到像侧依次设置有透光罩壳32、第一反射镜33、第二反射镜34以及感光元件36，其中第一反射镜33为凹面镜，第二反射镜34为凸面镜，第一反射镜33底部设有通孔331，第一反射镜33的反射面朝向所述透光罩壳32，第二反射镜面34的反射面朝向所述通孔331，所述感光元件36位于所述通孔331的下侧；如图3 中箭头线所示，环境光线经透光罩壳32入射到第一反射镜33并随即被反射至第二反射镜34，接着第二反射镜34反射光线经通孔331进入感光元件36的感光区域，感光元件获取光线后经光电转换，数模转换后得到环境数字图像，随后扫地机器人图像处理单元根据环境数字图像进行环境识别、地图绘制、路径规划、物体识别等后续操作。

作为本实施例的优选实施方式，通孔331和感光元件36之间还设有透镜或透镜组5，对经通孔331进入的光线进行矫正后在入射至感光元件36；透镜或透镜组5的具体形式可根据需要设置；作为本实施例的优选，透镜组5的光轴与第一反射镜33、第二反射镜34的光轴重合，而感光元件36的感光面优选与光轴垂直，由此可以减小图像的畸变，降低后续图像处理的难度。

本实施例中，透光罩壳32为半球形且优选为不会改变出射光线与入射光线的方向，特别的，透光罩壳32绕前述光轴旋转对称；第一反射镜33、第二反射镜34可以为球面镜或抛物面镜，其中第二反射镜34可固定设置在透光罩壳32的内壁顶部，优选为固定在光轴与内壁顶部相交处，当然，第二反射镜33也可设置在透光罩壳32顶壁外侧或者嵌设在顶壁内；通孔331为圆形且圆心优选位于所述光轴上，特别的，第二反射镜34沿光轴方向的投影与通孔331重合或大致重合。

作为本实施例的优选实施方式，透光罩壳32的外壁顶部设有掩膜层37，当然，该掩膜层37也可设置透光罩壳32顶部内壁或嵌设在透光罩壳32顶壁中，但可以理解的，掩膜层37应当设置在第二反射镜34外侧，即掩膜层37距离感光元件36的距离大于第二反射镜 34与感光元件36的距离；掩膜层37的形状优选呈圆形饶光轴旋转对称，特别的，掩膜层37在光轴方向的投影不小于第一反射镜33在光轴方向的投影，优选的两者投影面积相等；本实施例中，掩膜层 37由光吸收材料制成，这样一方面可以阻止光线由顶部进入透光罩壳32，另一方面可以吸收由于第一反射镜33反射至该掩膜层37覆盖区域的光线，避免透光罩壳32内壁再次将该光线部分反射至第一反射镜33；本实施例中，第一反射镜33的焦距小于第二反射镜34，特别优选的，第一反射镜33的焦距小于第二反射镜34焦距的一半。本实施例中，透光罩壳32的透光区域在光轴方向的投影呈圆环状，该圆环的内径大于第一反射镜33在光轴方向投影的直径，该圆环的外径大致为前述投影直径的2倍；参照图3，第二反射镜34至通孔331的距离(即光轴在两者之间的距离)约为前述外径的1/2-3/4。由此，形成了本实施例的全景摄像模组，在垂直于光轴截面上，该摄像头的视野为360°环形区域，在平行于光轴的截面上，其视野为对称的扇形区域；该扇形区域的夹角θ可选为0°＜θ≤90°的任意角度，但考虑到夹角过小无法获取足够的特征，而夹角过大图像包含过多冗余信息，增加了图像处理的难度，因此可将该夹角优选为20°-75°；另一方面，实际工作时摄像头的光轴与地面大致垂直(与墙体大致平行)，考虑到天花板区域特征过少而墙体下部区域的特征(包括生物体和可移动家具等)容易移动且成像的图像畸变严重，因此该视野区域与光轴的最小夹角α＞10°，而该视野区域与地面的夹角β＞5°。

作为本实施例的另一种优选实施方式，如图3、4所示，本实施例的全景摄像模组还包括基座31，该基座31具有第一端部311、第二端部312以及贯穿第一端部311和第二端部312的光通道313，该透光罩壳32与第一端部311抵接配合，第一反射镜33位于透光罩壳 32内且与第一端部311固定；优选的，透镜或透镜组35位于光通道 313内部且其光轴L与光通道313的延伸方向相同，此时感光元件36 设置在第二端部312且其感光面正对与光通道313。

在另一种实施方式中，还提供一种扫地机器人全景摄像头封装结构，请参考图3、图4；本实施例的全景摄像头封装结构具有第一端部311和第二端部312的基座31，至少部分区域透光的透光罩壳32，以及第一反射镜33、第二反射镜34以及感光元件36；基座31的第一端部311设有环形限位凸起314、第一抵接部316以及位于第一抵接部316背面的多个沿圆周布置的卡爪315，基座31的第二端部312 设有感光元件安装腔，第一端部311和第二端部312之间设有贯通基座31的光通道313；第一反射镜33为凹面镜且固定在第一端部311 中部位置，其中心区域设有与光通道313连通的通孔331；透光罩壳 32包括半球形透光区域和位于半球形透光区域边缘的第二抵接部 321，该第二抵接部321内侧设有与环形限位凸起314配合限位凹槽，第二反射镜34固定在透光罩壳32顶部内壁；装配时，将透光罩壳 32扣设在第一端部311，使得第一抵接部316与第二抵接部321抵接，环形限位凸起314与透光罩壳32限位凹槽配合，从而实现镜头区域密封。

作为本实施例的优选实施方式，该全景摄像头还包括固定环套 38，所属固定环套38包括侧壁以及上抵接环381和下抵接环382，该固定环套38优选为刚性材料制成，侧壁、上抵接环381和下抵接环382可选的为一体成型的金属件；固定环套38中心设有圆形贯通孔，该圆形贯通孔在上抵接环381处的直径大于透光罩壳32半球形透光区域的直径但小于第二抵接部321的直径，与此相对的，该圆形贯通孔在下抵接环382处的直径大于第二抵接部321的直径但小于卡爪315的外围直径。装配时，将透光罩壳32和基座31的第一端部 311依次装入固定环套38并施力按压基座31的第二端部312，促使卡爪315通过第二抵接部321，从而完成装配，此时透光罩壳32的半球形透光区域经圆形贯通孔伸出固定环套38外，第二抵接部321 与上抵接环381抵接，卡爪315与下抵接环382抵接。

作为本实施例的优选实施方式，还包括设置在第二抵接部321与上抵接环381之间的弹性片38，通过设置该弹性片38可以在第二抵接部321与上抵接环381之间预留一定空间，不仅有利于卡爪315的装配，而且可以减少产品发生碰撞式损坏的可能性。

本实施例进一步在透光罩壳32外壁顶部设置掩膜层37，在光通道313中设置透镜或透镜组35，关于掩膜层37、透镜组35以及第一反射镜33、第二反射镜34的结构、位置关系及其各部件与光轴的关系与前述实施例的描述相同，在此全面引入本实施例。

需要说明的是，本实施例关于方位的说明(如上下关系)与图3 示出的方位关系相同。

在另一种实施方式中，扫地机器人本体上设有多个用于感知扫地机器人所处环境信息的传感器，具体来说，传感器可以用于感知悬空、跌落、障碍物、充电座、沿墙等信息；传感器的类型不做限制，但优选为光电传感器，可选的为红外传感器，传感器的安装位置可根据需要进行选择，优选的设置在扫地机器人底部或侧壁。图1、2示出了本实施例扫地机器人结构示意图，如图所示，本实施例扫地机器人包括主体和摄像头3，其中主体可以包括底座5、壳体1和尘气分离装置2，该底座5的底部设有驱动轮6和刷辊腔7，驱动6优选向地面偏置，刷辊腔7设有朝向地面的开口；壳体1套设固定在底座5上，其顶部设有用于安装摄像头3的第一腔室，前部设有用于安放尘气分离装置2的第二腔室，其中尘气分离装置2可拆卸的设置在第二腔室中，例如在正常清扫过程时尘气分离装置2固定在第二腔室中，而当尘气分离装置2的尘盒需清空时可以将尘气分离装置2从第二腔室移除；特别的，本实施例扫地机器人前部设有多个传感器模组4，作为一种实施方案，传感器模组4的数目为两个，且分别设置在尘气分离装置2的两侧，作为优选的实施方案，传感器模组4整体呈长条状，其长边与地面大致垂直。

图5-8示出了本实施例扫地机器人传感器模组4各部件结构。请参考图5，本实施例的传感器模组4包括传感器安装座41、透光外壳 42和红外传感器43；红外传感器43的数目为多个，传感器安装座 41设有与红外传感器43数目相对应的安装腔44，各安装腔均包括用于容纳红外传感器43的凹槽，用于固定红外传感器43的压扣411，以及与红外发射管432和红外接收管433相对应的红外发射窗 412/414和红外接收窗413/415，该红外发射窗和红外接收窗贯穿安装座41。红外传感器包括红外发射元件(即红外发射管432和红外发射器件)和红外感知元件(即红外接收管433和红外感知器件)；其中红外传感器43的结构如图8所述，包括长条状封装壳431、红外发射管432、红外接收管433以及集成红外发射器件和红外感知器件的线路板；该封装壳431的一侧安装红外发射管432和红外接收管 433(红外发射管432和红外接收管433被设置为使得红外传感器43 的红外发射元件的发射场与红外感知元件的视场部分重合)，另一侧安装线路板，安装后线路板的红外发射器件与红外发射管432对齐，红外感知器件与红外接收管433对齐；优选的，红外接收管433的外侧设有一层滤光膜以滤除与红外发射器件波长不一致的光线，避免环境光线干扰。安装时，首先将多个红外传感器43装入安装腔44的凹槽内并通过压扣411固定，此时红外发射管432与红外发射窗412/414 对齐，红外接收管433与红外接收窗413/415对齐；接着将透光外壳 42罩设在传感器安装座41前侧避免外部污物影响红外发射管432和红外接收管433的工作。工作时，由线路板的红外发射器件产生的红外光依次经红外发射管432、红外发射窗412/414、透光外壳42后到达物体表面，然后经物体反射依次经过透光外壳42、红外接收窗 413/415、红外接收管433后被红外感知器件捕获。

作为本实施例的优选实施方案，至少两个红外传感器43被布置为具有不同的视野朝向。请参照图1和图5，本实施例的多个红外传感器43中至少有一个红外传感器43的红外发射元件的发射场朝下 (图5中Y轴负方向为下，正方向为上)，具体来说至少有一个红外传感器的发射场(具体是指发射场的光轴线)与地面(图5中XOZ 平面)呈一定角度，而该红外传感器的红外接收管能够接收由地面反射的由该红外发射管发射的光线，可选的该角度为0°-45°，优选为 10-35°；作为本实施例的优选实施方案，该安装座41设有多个发射场朝向地面的红外传感器43，各红外传感器43从上至下安装在安装座41上，各红外传感器43的发射场与地面的夹角逐渐变小。

作为本实施例的优选实施方案，至少有一个红外传感器43的红外发射元件的发射场朝前(朝前是指在图1中与X轴正向大致平行，具体来讲是指发射场的朝向与X轴正向夹角小于45°，即发射场的光轴线与X轴正向夹角小于45°)，特别有两个红外传感器43的红外发射元件的发射场朝前，该两个红外传感器43的发射场呈一定夹角(即两者光轴线的夹角)，该夹角可选为20-60°，优选为30-50°；另外，上述多个红外传感器43中至少有一个红外传感器43的发射场朝上。

作为本实施例的优选实施方案，发射场向下的红外传感器43的发射场与视场的重叠区域距离扫地机器人下底部的高度小于3.5cm。发射场向前的红外传感器43的发射场与视场的重叠区域距离扫地机器人前表面的距离小于20cm。当发射场向下的红外传感器43的视野重叠区域被占用时，其红外感知元件感知相应由占用物反射的光线并发送信号至扫地机器人控制系统，控制系统由此判断该区域未出现悬空并由此控制扫地机器人继续前行；当发射场向前的红外传感器43 的视野重叠区域被占用时，证明扫地机器人行进前方出现障碍物，据此控制扫地机器人进行减速、转向、沿边等操作。

作为本实施例的优选实施方案，前述发射场朝上、发射场朝前和发射场朝下的红外传感器43从上至下依次设置在安装座41上。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种扫地机器人传感器模组，包括安装座(41)、透光外壳(42)和设置在安装座(41)上的多个红外传感器(43)，其特征在于，所述红外传感器(43)包括封装壳(431)和设置在封装壳(431)上的红外发射元件和红外感知元件，至少有一个红外传感器(43)的红外发射元件的发射场朝下，至少有另一个红外传感器(43)的红外发射元件的发射场朝前。

2.根据权利要求1所述扫地机器人传感器模组，其特征在于：各红外传感器(43)红外发射元件的发射场与红外感知元件的视场部分重合。

3.根据权利要求2所述扫地机器人传感器模组，其特征在于：发射场向下的红外传感器(43)的发射场与视场的重叠区域距离扫地机器人下底部的高度小于3.5cm。

4.根据权利要求2所述扫地机器人传感器模组，其特征在于：发射场向前的红外传感器(43)的发射场与视场的重叠区域距离扫地机器人前表面的距离小于20cm。

5.根据权利要求1所述扫地机器人传感器模组，其特征在于：所述发射场朝前的红外传感器(43)的数目为两个，且该两个红外传感器(43)的发射场呈20-60°夹角。

6.根据权利要求1所述扫地机器人传感器模组，其特征在于：所述发射场朝下的红外传感器(43)的数目为多个，所述多个红外传感器(43)从上至下依次设置在安装座(41)上。

7.根据权利要求6所述扫地机器人传感器模组，其特征在于：所述发射场朝下的红外传感器(43)的发射场与地面的夹角为0°-45°，且从上至下依次变小。

8.根据权利要求1所述扫地机器人传感器模组，其特征在于：至少有另一个红外传感器(43)的红外发射元件的发射场朝上。

9.根据权利要求1所述扫地机器人传感器模组，其特征在于：所述发射场朝前的红外传感器(43)设置在发射场朝下的红外传感器(43)的上部。

10.基于权利要求1-9任意一项传感器模组的扫地机器人，其特征在于：包括扫地机器人主体和设置在主体上的两个传感器模组，所述主体包括尘气分离部和外壳，所述两个传感器模组设置在外壳上且分别位于尘气分离部两侧。