CN110018684A - 一种固态雷达清扫机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固态雷达清扫机器人，所述清扫机器人包括控制单元、传感器单元、运动与驱动单元、清扫单元、框架单元、充电供电单元。传感器单元包括悬崖传感器、沿墙传感器、IMU惯性测量传感器、电子罗盘传感器、里程计传感器、碰撞传感器、超声波传感器、固态雷达测距传感器。清扫机器人边缘布置一个或多个固态雷达测距传感器，当清扫机器人在环境中移动时，固态雷达测距传感器可实现一段环境地图的构建，结合IMU惯性测量传感器、电子罗盘传感器、里程计传感器中的一个或多个传感器的信息，实现多传感器数据融合，再通过清扫机器人在环境中的移动，可以实现整个地图的高精度构建和导航。
Description
技术领域
本发明涉及清扫机器人领域及移动机器人领域，尤其涉及到具有雷达的能够进行地图构建和导航的清扫机器人领域。
背景技术
随着智能家居的发展，家庭用、工厂用的清扫机器人越来越受到人们的重视和喜爱。现有的家庭清扫机器人中部分不具有地图构建和导航功能，在清扫过程中“乱跑”，难以实现全覆盖清扫；另一种清扫机器人则是依靠IMU惯性测量单元、电子罗盘传感器、里程计传感器、碰撞传感器实现了低精度的地图构建和导航，效果优于前者，但依旧难以实现全覆盖清扫；现阶段，能够实现较好的地图构建和导航的家庭用清扫机器人多采用旋转式激光雷达方案，该激光雷达采用三角测距的方式实现对距离的测量，但是该方案通过电机带动测量模块旋转会面临滑环寿命问题，尽管可通过无线供电和通信的方式解决该问题，但是也增加了该方案的成本。
发明内容
针对上述问题，本发明所需要解决的问题是提供一种长寿命低成本的具有固态雷达地图构建和导航的清扫机器人，旨在以最经济的方式实现清扫机器人的地图构建和导航的功能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案，并以一种典型实施实例为例进行说明。以下实施例有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员，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。这些都属于本发明保护范围。
一种固态雷达清扫机器人，包括控制单元、传感器单元、运动与驱动单元、清扫单元、充电供电单元、框架单元；传感器单元包括悬崖传感器、沿墙传感器、IMU惯性测量传感器、电子罗盘传感器、里程计传感器、碰撞传感器、固态雷达测距传感器；控制单元实现控制、数据处理、通信的功能，固定于框架单元内部；传感器单元用于采集各类传感器数据；运动与驱动单元采用双主动轮和一个万向轮的结构方案，三者都固定于框架单元上；清扫单元固定于框架单元上；充电供电单元实现清扫机器人的充电和供电功能，固定在框架单元内部；所述的固态雷达测距传感器能够感知环境中一段区域的物体与传感器之间距离，结合清扫机器人的移动实现环境的全局地图的构建。
采用固态雷达测距传感器结合IMU惯性测量传感器、电子罗盘传感器、里程计传感器、碰撞传感器中的一种或多种传感器数据进行信息融合，实现高精度地图构建和导航；所述的地图构建和导航方法同样适用于所有移动机器人，也在权利要求保护范围内。
传感器单元中悬崖传感器位于清扫机器人前底部，数量为偶数，左右对称布置，用于检测传感器下方是否有物体，防止清扫机器人跌落；传感器单元中沿墙传感器位于清扫机器人的左侧方或右侧方，数量为1个或2个，其信号发射与接收方向平行于地面，当数量为1个时，优先布置在右侧方，当数量为2个时，左侧方和右侧方各布置一个；IMU惯性测量传感器和电子罗盘传感器固定于控制单元的主板上；里程计传感器位于运动与驱动单元上，检测主动轮转动的角度，数量为2个；碰撞传感器位于清扫机器人的前侧面，数量为偶数，左右对称布置，碰撞传感器前方有保护罩，当碰撞时，保护罩与物体碰撞，按压碰撞碰撞传感器，实现感应。
固态雷达测距传感器布置在清扫机器人的侧面或正面或反面；固态雷达测距传感器包含发射模块和接收模块，发射模块用于发射出特定波长光线，以便接收模块检测；接收模块传感器可为1XN个接收单元的条形传感器(N>1)、NXM个接收单元的面阵传感器(N>1， M>1)中的一种；机器人上固态雷达测距传感器数量至少为1个，优先布置在清扫机器人的前方、左前方、右前方，当将固态雷达测距传感器绕圆周布置多个时，可实现360度的环境建模。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明实施例提供的具有固态雷达地图构建和导航的清扫机器人方案，其用于地图构建和导航的传感器具有使用寿命长、价格成本低的优势，且通过多传感器的信息融合，能够达到满足清扫机器人的地图构建和导航功能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种固态雷达清扫机器人外观原理示意图；
图2是本发明实施例提供的固态雷达地图构建和导航功能的实现原理图。
图中，1为控制单元；2为传感器单元；21为悬崖传感器； 22为沿墙传感器；23为IMU惯性测量传感器；24为电子罗盘传感器；25为里程计传感器；26为碰撞传感器；27为固态雷达测距传感器(27) 3为运动与驱动单元；4为清扫单元；5为充电供电单元；6为框架单元。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，一种固态雷达清扫机器人，包括控制单元1、传感器单元2、运动与驱动单元2、清扫单元4、充电供电单元5、框架单元6；传感器单元2包括悬崖传感器21、沿墙传感器22、IMU惯性测量传感器23、电子罗盘传感器24、里程计传感器25、碰撞传感器26、固态雷达测距传感器27；控制单元1实现控制、数据处理、通信的功能，固定于框架单元6内部；传感器单元2用于采集各类传感器数据；运动与驱动单元3采用双主动轮和一个万向轮的结构方案，三者都固定于框架单元6上；清扫单元4固定于框架单元6上；充电供电单元5实现清扫机器人的充电和供电功能，固定在框架单元 6内部；所述的固态雷达测距传感器27能够感知环境中一段区域的物体与传感器之间距离，结合清扫机器人的移动实现环境的全局地图的构建。
在满足于固态雷达测距传感器测距范围的要求内清扫机器人已经能够高精度的识别出环境信息，但是在部分场景中，由于清扫机器人的固态雷达测距传感器的前方视野开阔，不能够识别到物体信息，此时清扫机器人就不知道自身在环境中的位置。因此，采用固态雷达测距传感器27结合IMU惯性测量传感器23、电子罗盘传感器24、里程计传感器25、碰撞传感器26中的一种或多种传感器数据进行信息融合，实现高精度地图构建和导航；所述的地图构建和导航方法同样适用于所有移动机器人。
传感器单元中悬崖传感器21位于清扫机器人前底部，数量为偶数，左右对称布置，用于检测传感器下方是否有物体，防止清扫机器人跌落；传感器单元中沿墙传感器22位于清扫机器人的左侧方或右侧方，数量为1个或2个，其信号发射与接收方向平行于地面，当数量为1个时，优先布置在右侧方，当数量为2个时，左侧方和右侧方各布置一个；IMU惯性测量传感器23和电子罗盘传感器24固定于控制单元的主板上；里程计传感器25位于运动与驱动单元3上，检测主动轮转动的角度，数量为2个；碰撞传感器26位于清扫机器人的前侧面，数量为偶数，左右对称布置，碰撞传感器26前方有保护罩，当碰撞时，保护罩与物体碰撞，按压碰撞碰撞传感器26，实现感应。
固态雷达测距传感器27布置在清扫机器人的侧面或正面或反面；固态雷达测距传感器27包含发射模块和接收模块，发射模块用于发射出特定波长光线，以便接收模块检测；接收模块传感器可为 1XN个接收单元的条形传感器(N>1)、NXM个接收单元的面阵传感器(N>1，M>1)中的一种；机器人上固态雷达测距传感器27数量至少为1个，优先布置在清扫机器人的前方、左前方、右前方，当将固态雷达测距传感器绕圆周布置多个时，可实现360度的环境建模。
如图2所示，当清扫机器人处于环境中某一点时，固态雷达测距传感器27的发射模块发射出光线信号，作用在前方一定角度范围内的物体上，光线经过反射，部分光线将作用到传感器接收模块上，通过计算即可得到前方物体的多个点到清扫机器人的距离及角度，此时便可建立物体的轮廓形状，即三维环境，如图2中的虚线部分。通过清扫机器人在环境中不断的运动，以此类推，则可构建出整个环境地图。当具有了地图信息后，依靠清扫机器人利用固态雷达测距传感器27信息、IMU惯性测量传感器23、电子罗盘传感器24、里程计传感器25等一个或多个传感器数据能够精确的定位清扫机器人在环境中的位置，从而实现导航。
Claims (4)
1.一种固态雷达清扫机器人，其特征在于包括控制单元(1)、传感器单元(2)、运动与驱动单元(2)、清扫单元(4)、充电供电单元(5)、框架单元(6)；传感器单元(2)包括悬崖传感器(21)、沿墙传感器(22)、IMU惯性测量传感器(23)、电子罗盘传感器(24)、里程计传感器(25)、碰撞传感器(26)、固态雷达测距传感器(27)；控制单元(1)实现控制、数据处理、通信的功能，固定于框架单元(6)内部；传感器单元(2)用于采集各类传感器数据；运动与驱动单元(3)采用双主动轮和一个万向轮的结构方案，三者都固定于框架单元(6)上；清扫单元(4)固定于框架单元(6)上；充电供电单元(5)实现清扫机器人的充电和供电功能，固定在框架单元(6)内部；所述的固态雷达测距传感器(27)能够感知环境中一段区域的物体与传感器之间距离，结合清扫机器人的移动实现环境的全局地图的构建。
2.根据权利要求1所述的一种固态雷达清扫机器人，其特征在于，采用固态雷达测距传感器(27)结合IMU惯性测量传感器(23)、电子罗盘传感器(24)、里程计传感器(25)、碰撞传感器(26)中的一种或多种传感器数据进行信息融合，实现高精度地图构建和导航；所述的地图构建和导航方法同样适用于所有移动机器人，也在权利要求保护范围内。
3.根据权利要求1所述的传感器单元，其特征在于，传感器单元中悬崖传感器(21)位于清扫机器人前底部，数量为偶数，左右对称布置，用于检测传感器下方是否有物体，防止清扫机器人跌落；传感器单元中沿墙传感器(22)位于清扫机器人的左侧方或右侧方，数量为1个或2个，其信号发射与接收方向平行于地面，当数量为1个时，优先布置在右侧方，当数量为2个时，左侧方和右侧方各布置一个；IMU惯性测量传感器(23)和电子罗盘传感器(24)固定于控制单元的主板上；里程计传感器(25)位于运动与驱动单元(3)上，检测主动轮转动的角度，数量为2个；碰撞传感器(26)位于清扫机器人的前侧面，数量为偶数，左右对称布置，碰撞传感器(26)前方有保护罩，当碰撞时，保护罩与物体碰撞，按压碰撞碰撞传感器(26)，实现感应。
4.根据权利要求1所述的固态雷达测距传感器，其特征在于，固态雷达测距传感器(27)布置在清扫机器人的侧面或正面或反面；固态雷达测距传感器(27)包含发射模块和接收模块，发射模块用于发射出特定波长光线，以便接收模块检测；接收模块传感器可为1XN个接收单元的条形传感器(N>1)、NXM个接收单元的面阵传感器(N>1，M>1)中的一种；机器人上固态雷达测距传感器(27)数量至少为1个，优先布置在清扫机器人的前方、左前方、右前方，当将固态雷达测距传感器绕圆周布置多个时，可实现360度的环境建模。
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