CN110091360B - 一种悬崖检测装置、移动机器人及检测控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种悬崖检测装置、移动机器人及检测控制方法，包括信号发射电路、信号接收电路和上拉支路切换电路；信号发射电路设有红外发射控制端，信号接收电路设有悬崖信号检测输出端，上拉支路切换电路设有上拉支路切换控制端，信号接收电路和上拉支路切换电路有一个公共的电压感应节点，其中，该电压感应节点不同于前述的上拉支路切换控制端和悬崖信号检测输出端；上拉支路切换电路包括第一上拉支路和第二上拉支路，第一上拉支路和第二上拉支路各自存在一个电压节点连接于电压感应节点，第一上拉支路和第二上拉支路各自存在另一个电压节点连接于上拉支路切换控制端。从而拓宽地检信号检测界限，增强应用环境的适用性，减小误判情况的发生。

Description

一种悬崖检测装置、移动机器人及检测控制方法

技术领域

本发明属于防跌落检测的技术领域，尤其涉及一种基于防强光误判的悬崖检测装置、一种移动机器人以及检测控制方法。

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。现有技术中，扫地机地检功能的实现主要使用红外发射与接收对管的形式来实现。一般在扫地机的底盘装配红外感应传感器，用来实时检测机器是否走到地面边缘，这一能力可以称之为悬崖检测功能。

红外感应传感器包括红外发射管以及红外接收管，红外发射管是以固定的时间周期持续向该感应的地面区域发射红外调制信号，例如每0.03秒一个周期，每个周期内开启发射0.015秒，关闭0.015秒。而红外接收管接收地面反射的红外光信号，然后根据接收到的红外光信号转化的电信号来实时检测机器是否有脱离地面的危险。通常检测判别的方法是在一个光信号的周期内，主控芯片在红外发射灯开启发射与关闭的时间段分别采样读取红外接收管输出的电压信号，并取这两者的电压差值作为跌落判断的幅度值，当主控芯片接收到的电压信号的幅度值接近于零或者低于设置的最小阈值，则判断机器检测到地面边缘区域，原因在于，地面边缘区域是悬空状态，红外发射管发送的红外调制信号在该区域处无法反射，导致红外接收管将接收到的幅度信号过小，以此判断出机器移动到地表面的边缘处，主控芯片会控制机器回退或者掉头等动作，从而防止机器跌落。

但是，机器在强太阳光、浴霸灯光(含有较强红外光干扰)等照射的场景下移动时，红外接收管在强光影响下容易直接进入饱和状态，导致红外接收管将接收到无变化的幅度信号传输至主控芯片，很容易造成误判；相反机器处于普通光照环境下，在黑色地板或者黑色地毯等场景中移动时，黑色地面介质吸收红外光线，使得红外接收管接收到少量红外光，红外接收信号变化幅度很小，同样容易使红外检测造成误判，致使机器不能正常行走或有跌落的风险。通常情况下，为了更好适应黑色地面的环境而调试红外发射管的工作特性，使得红外接收管对红外光的感测能力处于比较灵敏状态，但是当机器在正常地面清扫过程中又遇到像强太阳光、浴霸灯等具有较强红外光干扰的环境时，机器地检又可能出现无法正常工作，或者机器会出现误判。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提出以下技术方案：

一种悬崖检测装置，该悬崖检测装置设置于移动机器人的底面，悬崖检测装置包括信号发射电路、信号接收电路和上拉支路切换电路；信号发射电路设有调制发射控制端，用于驱动信号发射电路向地面发射红外光脉冲信号；信号接收电路设有悬崖信号检测输出端，用于根据待检测地面反馈的红外光脉冲信号，输出用于反馈地面状态的电平指示信号，其中，地面状态包括强光干扰环境、悬空状态和正常地面；上拉支路切换电路设有上拉支路切换控制端，信号接收电路和上拉支路切换电路有一个公共的电压感应节点，其中，该电压感应节点不同于前述的上拉支路切换控制端和悬崖信号检测输出端。上拉支路切换电路包括第一上拉支路和第二上拉支路，第一上拉支路和第二上拉支路各自存在一个电压节点连接于电压感应节点，第一上拉支路和第二上拉支路各自存在另一个电压节点连接于上拉支路切换控制端。该技术方案根据外部的控制信号选择接通第一上拉支路或第二上拉支路，实现强光环境或者普通室内环境的上拉支路的切换以适应当前的光强条件，防止特定的光照环境中发生误判，拓宽现有技术条件下的红外接收传感器的探测信号界限。

进一步地，所述信号发射电路包括第一供电电源、第四电阻、第五电阻、红外发射管和驱动三极管；第四电阻的一端接入第一供电电源，第四电阻的另一端连接红外发射管的正极，红外发射管的负极连接驱动三极管的集电极，第五电阻的一端连接驱动三极管的基极，第五电阻的另一端连接所述调制发射控制端，驱动三极管的发射极接地；所述信号接收电路包括第三电阻、第三电容以及红外接收管；红外接收管的正极接地，红外接收管的负极连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第三电容的一端，第三电容的另一端接地；其中，所述悬崖信号检测输出端连接于第三电阻和第三电容的连接点；所述红外接收管的负极与第三电阻的连接点作为所述电压感应节点。在所述调制发射控制端输出的信号控制下，所述信号发射电路发射调制的红外光脉冲信号，发射的红外光信号经地面反射后能够被所述红外接收管所探测到。

进一步地，所述信号发射电路包括至少三个所述红外发射管，所述红外发射管分布在移动机器人的底盘前侧的中央位置、底盘左侧边缘和底盘右侧边缘，其中，前述的红外发射管相互串联接入所述第四电阻与驱动三极管的集电极之间；对应地，所述信号接收电路包括至少三个所述红外接收管，所述红外接收管分布在移动机器人的底盘前侧的中央位置、底盘左侧边缘和底盘右侧边缘，其中，前述的红外接收管各自接入所述电压感应节点连接至各自主控的采样引脚。

进一步地，所述红外接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，配对于所述红外发射管使用，将所述悬崖检测装置的探测限制为红外光脉冲信号，防止普通环境光的干扰。

进一步地，所述上拉支路切换电路包括第一上拉支路和第二上拉支路，所述悬崖检测装置针对强光环境下在红外接收管不发射时主控采集到接收管信号电压特征，来切换第一上拉支路或第二上拉支路导通接入悬崖检测装置，使得公共的电压感应节点的电位适应特定光强环境的上拉参数；所述第二上拉支路包括第二供电电源、第二电阻、开关PMOS管和第二电容；在所述第二上拉支路中，第二电阻的一端连接所述电压感应节点，第二电阻的另一端连接开关PMOS管的漏极，第二电容的一端连接开关PMOS管的源极，第二电容的另一端接地，开关PMOS管的源极接入第二供电电源；所述第一上拉支路包括第一电容、第一电阻和开关NMOS管；在所述第一上拉支路中，第一电阻的一端连接所述电压感应节点，第一电阻的另一端连接开关NMOS管的源极，第一电容的一端连接开关NMOS管的漏极，第一电容的另一端接地，开关NMOS管的漏极接入第二供电电源；其中，所述电压感应节点连接于第一电阻的一端与第二电阻的一端的连接点，作为所述一个电压节点；所述上拉支路切换控制端连接于开关PMOS管的栅极和开关NMOS管的栅极的连接点，作为所述另一个电压节点；第一电阻的阻值是与强光环境相匹配的电阻参数，第二电阻的阻值是与黑色地面环境相匹配的电阻参数。与现有技术相比，在调制反射的红外光很弱或外界有强红外光干扰的条件下，为了让主控芯片针对各种环境尽可能获取可识别的地检信号，在此引进所述上拉支路切换电路，通过切换匹配的上拉电阻，对黑色地面环境、强光干扰环境进行针对性处理，使得机器人在适应各种材质、颜色的地面基础上，尽量拓展红外检测范围，使得强光的影响下仍发挥地检机制的作用，不易发生误判。

一种移动机器人，包括机身本体，该机身本体装设有至少一个前述的悬崖检测装置，所述悬崖检测装置中的所述红外发射管和/或所述红外接收管设置上于该机身本体的底面，且所述红外发射管和所述红外接收管的装配位置固定不变。该技术方案保留与兼容原来机器的模具结构与物料，如果机器模具设计已定型，但稍有此缺陷也不至于需要重新整改。

一种基于所述悬崖检测装置的检测控制方法，该检测控制方法用于控制所述移动机器人检测当前行走地面的状况，包括以下步骤：步骤1、控制所述调制发射控制端的信号为低电平，同时读取所述悬崖信号检测输出端的电压值，然后进入步骤2；步骤2、判断所述悬崖信号检测输出端的电压值是否低于第一预设电压阈值，是则控制所述上拉支路切换控制端由低电平转变为高电平，然后进入步骤3；否则继续保持所述上拉支路切换控制端为低电平状态，然后进入步骤3；其中，第一预设电压阈值是强光状态下所述电压感应节点P产生的临界电压值；步骤3、通过控制所述调制发射控制端来驱动所述红外发射管发射红外脉冲信号，然后进入步骤4；步骤4、在所述调制发射控制端输出的信号的每个周期内，实时读取所述悬崖信号检测输出端在所述红外发射管关闭时的电压值与发射时的电压值，然后取两者差值设置为悬崖判定信号幅度值，再进入步骤5；步骤5、判断悬崖判定信号幅度值是否低于第二预设电压阈值，是则检测到悬崖区域，否则检测到正常地面；其中，第二预设电压阈值是所述移动机器人处于正常工作状态下，所述悬崖信号检测输出端输出的用于悬崖判定的信号幅度值。与现有技术相比，该技术方案不仅让所述悬崖检测装置的地检机制更好的适应正常普通环境黑色地面/地毯，而且能够通过在强光干扰环境进行电阻阻值参数的切换处理，以避免悬崖检测功能失效或者导致误判，从而拓宽所述红外接收管探测信号的可识别范围，使得红外检测更加完善、准确。

进一步地，第一预设时间段为所述红外脉冲信号的高电平时间段，第二预设时间段为所述红外脉冲信号的低电平时间段，所述红外脉冲信号的高电平时间段和所述红外脉冲信号的低电平时间段组成所述红外脉冲信号的一个信号周期。所述步骤4中，所述悬崖判定信号幅度值，是在所述调制发射控制端输出的信号的每个周期内，所述悬崖检测信号输出端输出的第一电压值减去所述悬崖检测信号输出端输出的第二电压值取得的电压差值。所述第一电压值是：在所述红外脉冲信号的高电平时间段内，按照预设间隔读取所述悬崖信号检测输出端的信号电压值，并做平均处理得到；所述第二电压值是：在所述红外脉冲信号的低电平时间段内，按照预设间隔读取所述悬崖信号检测输出端的信号电压值，并做平均处理得到；其中，预设间隔是根据所述红外脉冲信号的脉冲频率设置的；有效地防止所述红外脉冲信号携带的噪声信号的干扰。或者，所述第一电压值是：在所述红外脉冲信号的高电平时间段的第一预设时刻，在所述悬崖信号检测输出端读取得到的电压幅度；所述第二电压值是：在所述红外脉冲信号的低电平时间段的第二预设时刻，在所述悬崖信号检测输出端读取得到的电压幅度；其中，第一预设时刻是高电平时间段的中间时刻；第二预设时刻是低电平时间段的中间时刻。降低了所述红外接收管的接收信号的干扰程度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于防强光误判的悬崖检测装置的电路示意图。

图2是本发明实施例提供的悬崖信号检测输出端signal的电压Vsignal与红外接收管L2接收的红外光脉冲信号的光强之间的变化曲线图。

图3是本发明实施例提供的移动机器人在强光条件下的运动场景示意图。

图4是本发明实施例提供的一种基于前述悬崖检测装置的检测控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。

需要说明的是，智能扫地机器人的防跌落功能主要由机器底盘下的地检传感器来实现，通常是由红外发射与接收对管来实现，但是由于各个地面环境、材质、颜色等物理因素差异，所以红外光光脉冲信号在相应的地面介质上的反射效果相差很大，比如，在同等材质及同等离地高度的情况下，白色地面的反射效果最佳，黑色地面的反射效果最差。

本发明实施例提供一种悬崖检测装置，该悬崖检测装置设置于移动机器人的底面。如图1所示，悬崖检测装置设有调制发射控制端MCU_SW、上拉支路切换控制端ctrl和悬崖信号检测输出端signal，这些端口对应连接到所述移动机器人的主控芯片上。悬崖检测装置包括信号发射电路、信号接收电路和上拉支路切换电路；信号发射电路设有调制发射控制端MCU_SW，用于驱动信号发射电路向待检测地面发射红外光脉冲信号；信号接收电路设有悬崖信号检测输出端signal，用于反馈发射电路发射的红外光脉冲信号在红外接收管上电压变化情况，并将该变化传输给所述主控芯片采样处理，其中，悬崖信号检测输出端signal连接到所述主控芯片的ADC引脚；悬崖信号检测输出端signal的电平指示信号是根据待检测地面反射的光强转换过来的电信号，用来指示所述移动机器人在所述待检测地面的状况。其中，地面状态包括强光干扰环境、悬空状态和正常地面。

如图1所示，上拉支路切换电路包括第一上拉支路和第二上拉支路，第一上拉支路和第二上拉支路各自存在一个电压节点连接于电压感应节点，第一上拉支路和第二上拉支路各自存在另一个电压节点连接于上拉支路切换控制端。上拉支路切换电路设有上拉支路切换控制端ctrl，可以连接到所述主控芯片的选通控制端。信号接收电路和上拉支路切换电路有一个公共的电压感应节点P，其中，该电压感应节点P不同于前述的上拉支路切换控制端ctrl和悬崖信号检测输出端signal；上拉支路切换电路根据信号接收电路对光强信号所能承受的敏感度而划分为第一上拉支路和第二上拉支路，上拉支路切换电路用于根据悬崖信号检测输出端signal的电平指示信号，切换第一上拉支路或第二上拉支路导通接入悬崖检测装置，使得公共的电压感应节点的电位为适应光强的变化而设置的相应上拉电阻参数，其中，第一上拉支路或第二上拉支路都配置有相应的上拉电阻和具备开关功能属性的器件，且上拉支路切换控制端ctrl都连接到开关功能属性的器件对应的端口上，在本实施例下，所述悬崖检测装置根据上拉支路切换控制端ctrl的信号选通对应的上拉支路，以适应当前的光强条件(强光环境或者普通室内环境)，特别是当光强越大，则上拉支路切换电路选通阻值越小的上拉电阻所在的上拉支路，从而防止强光照环境下发生误判。

所述信号发射电路发射的红外光脉冲信号是由主控芯片在调制发射控制端MCU_SW控制输出，为了使机器能在黑色地面环境等弱反光条件下能够正常行走而不发生误判，需要调整所述上拉支路切换电路的器件参数，使得所述信号接收电路处于相对敏感的信号识别范围，即将所述第二上拉支路导通接入悬崖检测装置，此时，即使机器工作在黑色地面，地面反射红外光脉冲信号较弱的情况下，所述信号接收电路依旧能够被上拉输出足够的幅度信号至所述主控芯片作处理判断；当机器工作遇到强光(如太阳光、浴霸灯光等)环境时，如果所述第二上拉支路保持导通接入悬崖检测装置，此时所述上拉支路切换电路的器件参数设置在相对敏感的信号识别范围，会使所述信号接收电路在强光影响下直接进入饱和状态，使得传输到悬崖信号检测输出端signal的幅度信号被拉低至接近0伏，所述主控芯片误判此时机器遇到了悬崖，做出了误动作，机器则在强光区域不能正常清扫，所以，需要将所述第一上拉支路导通接入悬崖检测装置，此时，通过调整所述上拉支路切换电路的器件参数降低所述信号接收电路的信号识别敏感度，使由机器自身调制的地检机制在强光环境、普通地面下仍然下能够正常工作。

优选地，如图1所示，所述信号发射电路包括第一供电电源VDD1、第四电阻R4、第五电阻R5、红外发射管L1和驱动三极管Q1；第四电阻R4的一端接入第一供电电源VDD1，第四电阻R4的另一端连接红外发射管L1的正极，红外发射管L1的负极连接驱动三极管Q1的集电极，第五电阻R5的一端连接驱动三极管Q1的基极，第五电阻R5的另一端连接所述调制发射控制端MCU_SW，驱动三极管Q1的发射极接地；当所述调制发射控制端MCU_SW置为高电平时，导通驱动三极管Q1，红外发射管L1的负极下拉接地，红外发射管L1的正极上拉接近第一供电电源VDD1，从而控制红外发射管L1调制并发射红外光脉冲信号，是一种射向地面的红外光调制信号；当所述调制发射控制端MCU_SW置为低电平时，驱动三极管Q1没有导通，红外发射管L1不发射红外光脉冲信号。所述红外发射管L1作为一种PWM信号发生器，可控制出射的PWM信号的占空比，在实际应用中，所述红外发射管L1的亮灭的频率取决于其出射的PWM信号的频率。

如图1所示，所述信号接收电路包括第三电阻R3、第三电容C3以及红外接收管L2；红外接收管L2的正极接地，红外接收管L2的负极连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端接地,第三电阻R3和第三电容C3组成滤波器，主要用来滤除所述悬崖信号检测输出端signal的高频噪声干扰。其中，所述悬崖信号检测输出端signal连接于第三电阻R3和第三电容C3的连接点；所述红外接收管L2的负极与第三电阻R3的连接点作为所述电压感应节点P，用来输出红外接收管L2接收的红外光脉冲信号时所产生电信号，在本实施例中，该电信号具有占空比，携带着所述红外发射管L1出射的红外光脉冲信号的频率信息，用来判断所述待检测地面的状况。

优选地，如图3所示，所述信号发射电路包括至少三个所述红外发射管，所述红外发射管分布在所述移动机器人的底盘前侧的中央位置001、底盘左侧边缘003和底盘右侧边缘002，其中，前述的红外发射管L1相互串联接入所述第四电阻R4与驱动三极管Q1的集极之间；对应地，所述信号接收电路包括至少三个所述红外接收管，所述红外接收管分布在所述移动机器人的底盘前侧的中央位置001、底盘左侧边缘003和底盘右侧边缘002，其中，前述的红外接收管相互串联接入所述电压感应节点P与地之间，且需要增加上拉电阻，从而调节所述红外接收管所在支路的对红外光脉冲信号的敏感度，使得所述悬崖检测装置在图3所示的强光场景下能够正常检测悬崖区域，不会发生误判。本发明实施例扩大所述移动机器人在同一所述待检测地面上的检测覆盖范围。

优选地，所述红外接收管是将红外光脉冲信号变成电信号的半导体器件，配对于所述红外发射管使用，红外接收管分两种，一种是红外二极管，一种是红外三极管，本发明实施例使用红外二极管，从而将所述悬崖检测装置的探测信号限制为红外光脉冲信号，使得所述红外接收管主要接收来自所述红外发射管的红外光脉冲信号，通过切换获取合适的上拉电阻参数来尽量防止外界环境强光的干扰，其中，合适的上拉电阻参数与当前环境光强度相匹配，本实施例中，当前环境光强度越大，则选择阻值越小的上拉电阻来上拉所述红外接收管，以避免所述悬崖检测装置出现误判而导致所述移动机器人无法正常工作。所述红外接收管是将红外光脉冲信号转化为电流信号输出；如果接收的所述红外光脉冲信号的强度越大，所述红外接收管输出电流增大；如果接收的所述红外光脉冲信号的强度越小，所述红外接收管输出电流减小。本实施例中，所述信号接收电路将所述红外接收管输出的电流信号转换电压信号，再通过滤波输出给所述主控芯片进行检测，以便作出地检处理判断。

如图1所示，在本实施例中，所述第二上拉支路包括第二供电电源VDD2、第二电阻R2、开关PMOS管PM1和第二电容C2；在所述第二上拉支路中，第二电阻R2的一端连接所述电压感应节点P，第二电阻R2的另一端连接开关PMOS管PM1的漏极，第二电容C2的一端连接开关PMOS管PM1的源极，第二电容C2的另一端接地，开关PMOS管PM1的源极接入第二供电电源VDD2。优选地，VDD2设置为3.3V，所述上拉支路切换控制端ctrl信号也为3.3V。所述第一上拉支路包括第一电容C1、第一电阻R1和开关NMOS管NM1；在所述第一上拉支路中，第一电阻R1的一端连接所述电压感应节点P，第一电阻R1的另一端连接开关NMOS管NM1的源极，第一电容C1的一端连接开关NMOS管NM1的漏极，第一电容C1的另一端接地，开关NMOS管NM1的漏极接入第二供电电源VDD2。其中，所述上拉支路切换控制端ctrl连接于开关PMOS管PM1的栅极和开关NMOS管NM1的栅极的连接点。其中，所述电压感应节点P连接于第一电阻R1的一端与第二电阻R2的一端的连接点，作为所述一个电压节点；所述上拉支路切换控制端ctrl连接于开关PMOS管PM1的栅极和开关NMOS管NM1的栅极的连接点，作为所述另一个电压节点。第二电容C2和第一电容C1并联连接，第二电容C2的一端和第一电容C1的一端都接入所述第二供电电源VDD2，第二电容C2的另一端和第一电容C1的另一端都接地，起到供电电源去耦去噪的作用。

在正常光照条件下，所述主控芯片将所述上拉支路切换控制端ctrl设置为低电平，导通开关PMOS管PM1，关闭开关NMOS管NM1，使得所述第二上拉支路导通接入所述悬崖检测装置，同时，需要将第二电阻R2设置为较大的阻值，具体为大于第一电阻R1的阻值，使得所述电压感应节点P处于较敏感的工作电压状态，在该工作电压状态下，即使所述悬崖检测装置工作在红外反射光强很弱的地面，所述悬崖信号检测输出端signal依然具有足够的幅度信号输出，使得正常光照环境下的机器的地检机制能够正常执行。

当所述移动机器人工作进入到具有强红外光环境时，在所述主控芯片的控制下，所述上拉支路切换控制端ctrl设置为高电平，关闭开关PMOS管PM1，导通开关NMOS管NM1，将所述第一上拉支路接入所述悬崖检测装置，第一电阻R1设置为较小的阻值，具体为小于第二电阻R2的阻值，使得所述红外接收管L2的敏感度降低，具体地，通过切换阻值较小的第一电阻R1来上拉所述电压感应节点P，使得所述红外接收管L2在接收到外界强光干扰时，避免进入饱和状态将所述电压感应节点P拉低为0V，而是将所述悬崖信号检测输出端signal钳制在一个适用于判断跌落情况的电位上。这样一来，所述移动机器人在强光干扰环境和普通地面工作时，所述移动机器人依然能够正常执行地检机制，避免此地检机制失效或误判。总的来说，通过切换所述第一上拉支路和所述第二上拉支路，控制所述移动机器人的地检机制能够扩大其判断环境。与现有技术中只用单一的上拉支路的电路结构装置相比，本发明实施例拓宽了机器人地悬崖检测的判断界限。

在本实施例中，所述第二电阻R2的阻值设置为2K欧，各机器结构不同，物料不同，所述第二电阻R2的阻值不一定合适，需针对各自情况而定，此参数让机器的地检信号在正常防跌落的情况下，各种黑色地面或者常规地毯上也能够正常行走，不发生误判。所述第一电阻R1的阻值设置为680欧，所述第二电阻R2的阻值比所述第一电阻R1的阻值大一个数量级。所述第一电阻R1的阻值可以降低所述红外接收管L2的敏感度，即使在强光作用下也不易进入饱和状态，使机器调制的地检机制在普通地面能够正常起作用。前述的强干扰光是指所述红外光成分多的强太阳光、浴霸灯光等光照场景下。

作为一种实施例，如图2所示，曲线R2代表所述红外接收管L2接入所述第二上拉支路时对应的光强敏感度曲线图，其中，所述第一电阻R1接入所述第一上拉支路；曲线R1代表所述红外接收管L2接入所述第一上拉支路时对应的光强敏感度曲线图，其中，所述第二电阻R2接入所述第二上拉支路。当所述红外接收管L2接收的红外光脉冲信号在相同的光强度变化量的前提下，所述红外接收管L2接入所述第一上拉支路时所述悬崖信号检测输出端signal的电压变化量，小于所述红外接收管L2接入所述第二上拉支路时所述悬崖信号检测输出端signal的电压变化量。其中，所述第二电阻R2的阻值比所述第一电阻R1的阻值大一个数量级。在本实施例中，所述主控芯片的所述悬崖信号检测输出端signal的电压值Vsignal需保持在V1时才能执行相应的检测程序。

如果在红外光脉冲信号的光强度极小接近0的情况下，所述红外接收管L2探测的光强度较小，此时，无论所述红外接收管L2接入所述第二上拉支路还是接入所述第一上拉支路，所述悬崖信号检测输出端signal的电压值Vsignal都被上拉至Vdd，即上拉至所述第二供电电源VDD2对应的电压值。

如果在红外光脉冲信号的光强度极大的情况下，如图2中的光强E1的场景下，所述红外接收管L2探测的光强度较大，所述红外接收管L2在接入所述第二上拉支路时直接进入饱和状态，所述红外接收管L2接收所述红外光脉冲信号的敏感度增强，导致所述悬崖信号检测输出端signal的电压值Vsignal被下拉至0，使得所述悬崖检测装置造成误判。为了控制所述悬崖信号检测输出端signal的电压值Vsignal需保持在V1，需要切换接有所述第一电阻R1的所述第一上拉支路导通接入所述悬崖检测装置，此时阻值较小的第一电阻R1作为上拉电阻，降低所述红外接收管L2的敏感度，即使在强光作用下也不易进入饱和状态，适应所述红外接收管在光强较强的场景中的实际变化情况。通过切换阻值较小的第一电阻R1来为所述悬崖信号检测输出端signal提供足够的幅度信号，使得机器自身调制的地检机制能够正常起作用，从而防止所述移动机器人在强光反射地表移动过程中出现误判。

本发明实施例还提供了一种移动机器人，包括机身本体，该机身本体上装设有至少一个前述的悬崖检测装置，所述悬崖检测装置中的所述红外发射管L1和/或所述红外接收管L2设置于该机身本体的底面，且所述红外发射管L1和所述红外接收管L2的装配位置固定不变。该技术方案保留与兼容原来机器的模具结构与物料，如果机器模具设计已定型，但稍有此缺陷也不至于需要重新整改。本发明实施例在确保机器模具不改动、保留原地检传感器的结构和尽量精简设计成本的情况下，在上拉支路切换电路上做参数调整优化，从而控制所述移动机器人在更好的适应各种材质、颜色的地面基础上，拓展检测范围，使得强光的影响下的地检机制仍能正常发挥作用，不易发生误判。

所述移动机器人在黑色地毯或黑色地板行走的情况下，所述红外接收管L2所采集到的红外光脉冲信号的强度较小，其对应转换的电压值异常无幅度信号，无法真实反映实际情况而可能导致所述移动机器人判断行走到悬崖区域；而当强光干扰导致所述红外接收管L2所采集到的红外光脉冲信号的强度较大时，所述红外接收管L2输出的转换电压值会异常无幅度信号，无法真实反映实际情况而可能导致所述移动机器人判断行走到悬崖区域。因此，为了悬崖判断更为准确可靠，本发明实施例提供一种基于前述悬崖检测装置的检测控制方法，该检测控制方法用于控制所述移动机器人检测当前行走地面的状况，在执行所述检测控制方法时，采集分析入射的红外脉冲信号的光强度时，需要将所述信号接收电路设置在相对比较敏感的红外信号识别状态，并加入排除强光环境的干扰步骤。在所述悬崖检测装置中，所述上拉切换电路配合所述信号发射电路和所述信号接收电路，有效地防止极端光照环境下的悬崖误判现象的发生，使得所述悬崖检测装置检测到的红外光脉冲信号的光强度更加准确，提升电路系统的整体性能。

如图4所示，本实施例中，所述检测控制方法依赖于所述主控芯片内部存储的程序指令以控制所述移动机器人完成地面悬崖区域的检测工作，其具体步骤如下：

步骤S1、控制所述调制发射控制端MCU_SW的信号为低电平，关闭所述红外发射管L1，同时读取所述悬崖信号检测输出端signal的电压值，然后进入步骤S2。

步骤S2、判断所述悬崖信号检测输出端的电压值是否低于第一预设电压阈值，是则进入步骤S3，确定所述移动机器人当前环境下存在较强的红外光干扰；否则确定所述移动机器人当前环境不存在较强的红外光干扰，则进入步骤S4。其中，第一预设电压阈值是强光状态下电压感应节点P产生的临界电压值。具体地，所述移动机器人默认工作在正常环境模式下。在正常环境模式下，上拉支路切换控制端ctrl默认是低电平，从而将所述第二上拉支路导通连接至所述红外接收管L2。当外界存在红外光干扰时，所述红外接收管L2会受影响，使得电压感应节点P进入饱和状态，所述悬崖信号检测输出端signal的信号幅度直接被拉低至第一预设电压阈值，此时如果保持上述的悬崖检测机制，那么所述红外接收管L2由于处于饱和状态而不能辅助执行正常的悬崖检测机制，所以需要控制所述悬崖检测装置进入步骤S3。

步骤S3、控制所述上拉支路切换控制端ctrl由低电平转变为高电平，然后进入步骤S5。具体地，当所述悬崖信号检测输出端signal的电压值低于所述第一预设电压阈值时，所述上拉支路切换控制端ctrl为高电平,从而导通所述开关NMOS管NM1，使得所述第一上拉支路导通接入所述悬崖检测装置。由于机器处于有强光干扰场景下，所述红外接收管L2探测受外界强光干扰会进入饱和状态，所以在此将所述红外接收管L2的上拉支路改为所述第一上拉支路，由所述第一电阻R1上拉所述电压感应节点P，以钳住所述悬崖信号检测输出端signal的幅度值，从而确保所述红外接收管L2不直接被外界强光拉低进入饱和状态，避免所述电压感应节点P被拉低或接近于0伏，虽然此时所述红外接收管L2对红外信号敏感度有所降低，但至少在此强光环境下所述移动机器人能够保持与在普通大多数的地面/地毯上一样，发挥所述悬崖检测装置的正常地检机制。

步骤S4、继续保持所述上拉支路切换控制端ctrl为低电平状态，然后进入步骤S5；步骤S4中，所述第二上拉支路携带的第二电阻R2将所述红外接收管L2所在的电路设置在相对比较敏感的红外信号识别状态中，当所述移动机器人在黑色地面或弱光环境下移动，且地面反射红外光脉冲信号较弱的场景下，所述悬崖信号检测输出端signal依旧能够输出足够的幅度信号至所述主控芯片做判断。

步骤S5、通过控制所述调制发射控制端MCU_SW输出的信号来驱动所述红外发射管L1发射红外光脉冲信号，然后进入步骤S6；其中，所述红外脉冲信号是所述红外发射管L1的激励信号，其占空比和频率可以固定不变，也可以随机器实际情况做调整。

步骤S6、在所述调制发射控制端MCU_SW输出的信号的每个周期内，实时读取所述悬崖信号检测输出端signal在所述红外发射管L1关闭时的电压值与发射时的电压值，然后取两者差值设置为悬崖判定信号幅度值。然后进入步骤S7；从而在所述移动机器人走到悬崖区域之前准确地检测到所述悬崖信号检测输出端signal的信号异常，防止间隔采样所述悬崖信号检测输出端signal的信号过程中出现延时，导致所述移动机器人在即将发生跌落时才检测到悬崖区域。

步骤S7、判断所述悬崖判定信号幅度值是否低于第二预设电压阈值，是则进入步骤S8，否则进入步骤S9；其中，第二预设电压值是所述移动机器人处于正常工作状态下，所述悬崖信号检测输出端signal输出的用于悬崖判定的信号幅度值。

步骤S8、确定所述移动机器人当前行走地面为悬崖区域，然后控制所述移动机器人停止前进或改变前进方向，同时返回步骤S1，继续新一轮的检测。

步骤S9、确定所述移动机器人当前行走地面为正常地面，同时返回步骤S1，继续新一轮的检测。

在本实施例中，所述第二电阻R2的阻值设置为2K欧，各机器结构不同，物料不同，所述第二电阻R2的阻值不一定合适，需针对各自情况而定，此参数让机器的地检信号在正常防跌落的情况下，各种黑色地面或者常规地毯上也能够正常行走，不发生误判。所述第一电阻R1的阻值设置为680欧，所述第二电阻R2的阻值比所述第一电阻R1的阻值大一个数量级。所述第一电阻R1的阻值可以降低所述红外接收管L2的敏感度，即使在强光作用下也不易进入饱和状态，使机器调制的地检机制能够正常起作用。前述的强干扰光、强光是指所述红外光成分多的强太阳光、浴霸灯光等光照场景下。

本发明实施例中，在关闭所述红外发射管L1的前提下，根据所述红外接收管L1探测的红外光强度来判断所述移动机器人是否处于强光、有红外光干扰的环境；然后针对机器所处的工作环境，控制所述上拉支路切换电路切换出与当前环境相匹配的上拉支路，即当前环境的光强越大，匹配的上拉支路的上拉电阻的阻值越小；再开启所述红外发射管L1发射的红外光脉冲信号，根据地面反射的红外光脉冲信号在所述上拉支路切换电路和所述信号接收电路中所处理得到的信号幅度值来判断所述移动机器人是否遇到悬崖。

所述移动机器人默认是处于正常工作环境模式中，相对现有技术所公开的处理方式，本发明实施例对强光干扰环境进行特别处理，创新性的通过实时改变上拉电阻参数来解决强光干扰容易带来误判的问题。本发明实施例中，硬件电路设计尽量简洁、成本尽量不增加、机器模具不改动的情况下，所述移动机器人的悬崖检测功能不仅更好的适应正常普通环境黑色地面/地毯的条件，而且能够通过在强光干扰环境进行切换处理以避免悬崖检测功能失效或者导致误判，从而拓宽所述红外接收管探测信号的可识别范围，使得红外检测更加完善、准确。

优选地，所述步骤S6中，所述悬崖判定信号幅度值，是在所述调制发射控制端MCU_SW输出的信号的每个周期内，所述悬崖检测信号输出端signal输出的第一电压值减去所述悬崖检测信号输出端signal输出的第二电压值而取得的电压差值。所述第一电压值是：在所述红外脉冲信号的低电平时间段内，按照预设间隔读取所述悬崖信号检测输出端的信号电压值，并做平均处理得到，本实施例中的平均处理是，将读取的最高值和最低电压值排除后，对于高电平时间段内剩余的读取的信号电压值，按照读取的个数求平均值；所述第二电压值是：在所述红外脉冲信号的高电平时间段内，按照预设间隔读取所述悬崖信号检测输出端的信号电压值，并做平均处理得到；其中，预设间隔是根据所述红外脉冲信号的脉冲频率设置的，本实施例设置为20ms；有效地防止所述红外脉冲信号的携带的突变信号的干扰。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种悬崖检测装置，其特征在于，该悬崖检测装置包括信号发射电路、信号接收电路及上拉支路切换电路；信号发射电路设有调制发射控制端，信号接收电路设有悬崖信号检测输出端，上拉支路切换电路设有上拉支路切换控制端，信号接收电路和上拉支路切换电路有一个公共的电压感应节点，其中，该电压感应节点不同于前述的上拉支路切换控制端和悬崖信号检测输出端；上拉支路切换电路包括第一上拉支路和第二上拉支路；所述第二上拉支路包括第二电容、第二电阻、开关PMOS管和第二供电电源，第二电阻的一端连接所述电压感应节点，第二电阻的另一端连接开关PMOS管的漏极，第二电容的一端连接开关PMOS管的源极，第二电容的另一端接地，开关PMOS管的源极接入第二供电电源；所述第一上拉支路包括第一电容、第一电阻和开关NMOS管，第一电阻的一端连接所述电压感应节点，第一电阻的另一端连接开关NMOS管的源极，第一电容的一端连接开关NMOS管的漏极，第一电容的另一端接地，开关NMOS管的漏极接入所述第二上拉支路的第二供电电源；其中，所述电压感应节点连接于第一电阻的一端和第二电阻的一端的连接点作为一个电压节点，所述上拉支路切换控制端连接于开关PMOS管的栅极和开关NMOS管的栅极的连接点作为另一个电压节点；第二电阻的阻值大于第一电阻的阻值一个数量级。

2.根据权利要求1所述悬崖检测装置，其特征在于，所述信号发射电路包括第一供电电源、第四电阻、第五电阻、红外发射管和驱动三极管；第四电阻的一端接入第一供电电源，第四电阻的另一端连接红外发射管的正极，红外发射管的负极连接驱动三极管的集电极，第五电阻的一端连接驱动三极管的基极，第五电阻的另一端连接所述调制发射控制端，驱动三极管的发射极接地；

所述信号接收电路包括第三电阻、第三电容以及红外接收管；红外接收管的正极接地，红外接收管的负极连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第三电容的一端，第三电容的另一端接地；其中，所述悬崖信号检测输出端连接于第三电阻和第三电容的连接点；所述红外接收管的负极与第三电阻的连接点作为所述电压感应节点。

3.根据权利要求2所述悬崖检测装置，其特征在于，所述信号发射电路包括至少三个所述红外发射管，所述红外发射管分布在移动机器人的底盘前侧的中央位置、底盘左侧边缘和底盘右侧边缘，其中，前述的红外发射管相互串联接入所述第四电阻与所述驱动三极管的集电极之间；

对应地，所述信号接收电路包括至少三个所述红外接收管，所述红外接收管分布在移动机器人的底盘前侧的中央位置、底盘左侧边缘和底盘右侧边缘，其中，前述的红外接收管相互串联接入所述电压感应节点与地之间。

4.根据权利要求3所述悬崖检测装置，其特征在于，所述红外接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，配对于所述红外发射管使用。

5.一种移动机器人，包括机身本体，其特征在于，该机身本体上装设有至少一个如权利要求2至4任一项所述悬崖检测装置，所述悬崖检测装置中的所述红外发射管和/或所述红外接收管设置于该机身本体的底面。

6.一种基于权利要求2至4任一项所述悬崖检测装置的检测控制方法，其特征在于，该检测控制方法用于控制权利要求5所述移动机器人检测当前行走地面的状况，包括以下步骤：

步骤1、控制所述调制发射控制端的信号为低电平，同时读取所述悬崖信号检测输出端的电压值，然后进入步骤2；

步骤2、判断所述悬崖信号检测输出端的电压值是否低于第一预设电压阈值，是则控制所述上拉支路切换控制端由低电平转变为高电平，然后进入步骤3；否则继续保持所述上拉支路切换控制端为低电平状态，然后进入步骤3；其中，第一预设电压阈值是强光状态下所述电压感应节点P产生的临界电压值；

步骤3、通过控制所述调制发射控制端来驱动所述红外发射管发射红外脉冲信号，然后进入步骤4；

步骤4、在所述调制发射控制端输出的信号的每个周期内，实时读取所述悬崖信号检测输出端在所述红外发射管关闭时的电压值与发射时的电压值，然后取两者差值设置为悬崖判定信号幅度值，再进入步骤5；

步骤5、判断悬崖判定信号幅度值是否低于第二预设电压阈值，是则检测到悬崖区域，否则检测到正常地面；其中，第二预设电压阈值是所述移动机器人处于正常工作状态下，所述悬崖信号检测输出端输出的用于悬崖判定的信号幅度值。

7.根据权利要求6所述检测控制方法，其特征在于，第一预设时间段为所述红外脉冲信号的高电平时间段，第二预设时间段为所述红外脉冲信号的低电平时间段，所述红外脉冲信号的高电平时间段和所述红外脉冲信号的低电平时间段组成所述红外脉冲信号的一个信号周期；

所述步骤4中，所述悬崖判定信号幅度值，是在所述调制发射控制端输出的信号的每个周期内，所述悬崖检测信号输出端输出的第一电压值减去所述悬崖检测信号输出端输出的第二电压值取得的电压差值；

所述第一电压值是：在所述红外脉冲信号的高电平时间段内，按照预设间隔读取所述悬崖信号检测输出端的信号电压值，并做平均处理得到；所述第二电压值是：在所述红外脉冲信号的低电平时间段内，按照预设间隔读取所述悬崖信号检测输出端的信号电压值，并做平均处理得到；其中，预设间隔是根据所述红外脉冲信号的脉冲频率设置的；

或者，所述第一电压值是：在所述红外脉冲信号的高电平时间段的第一预设时刻，在所述悬崖信号检测输出端读取得到的电压幅度；所述第二电压值是：在所述红外脉冲信号的低电平时间段的第二预设时刻，在所述悬崖信号检测输出端读取得到的电压幅度；其中，第一预设时刻是高电平时间段的中间时刻；第二预设时刻是低电平时间段的中间时刻。

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