CN110464255A - 应用于扫地机器人的障碍物检测系统及扫地机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于扫地机器人的障碍物检测系统及扫地机器人。该障碍物检测系统用于实现扫地机器人与障碍物之间的相对移动，包括：一发射单元，发射具有限定发射场的光束；两组接收单元，每组接收单元包括若干个子接收单元，子接收单元具有接收光束的接收场，接收单元及发射单元沿第一方向设置、且发射单元设于两组接收单元之间，发射场与接收场存在交叉区域；与所述子接收单元通信的控制电路，用于当所述障碍物占据所述交叉区域时调整所述扫地机器人的运动状态。本申请通过采用一个光发射器和多个光接收器的方式来实现障碍物的探测，可以使得本申请的检测系统具有更宽的检测范围和检测距离范围，使得扫地机器人的障碍物检测功能不会受到限制。

Description

应用于扫地机器人的障碍物检测系统及扫地机器人

技术领域

本发明涉及清洁机器人技术领域，特别是涉及一种应用于扫地机器人的障碍物检测系统及扫地机器人。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，智能家用电器的应用越来越广泛，而且具有非常广阔的市场前景。扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘器、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，依靠一定的人工智能，能对房屋的地表实行清洁作业。

传统扫地机器人的障碍物检测系统一般采用单光束发射器加单光束接收器的结构，这种障碍物检测系统虽然结构简单，但其检测范围狭小，使得感测的时候存在感知盲区，因而通常需要在扫地机器人的外周设置多个以达到更好的检测效果。但在某些情况下，扫地机器人难以给予其提供如此大的安装空间，此时扫地机器人的障碍物检测功能将受到限制。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种应用于扫地机器人的障碍物检测系统及扫地机器人。

一种应用于扫地机器人的障碍物检测系统，用于实现所述扫地机器人与障碍物之间的相对移动，包括：

一发射单元，发射具有限定发射场的光束；

两组接收单元，每组接收单元包括若干个子接收单元，所述子接收单元具有接收光束的接收场，所述接收单元及所述发射单元沿第一方向设置、且所述发射单元设于两组接收单元之间，所述发射场与所述接收场存在交叉区域；

与所述子接收单元通信的控制电路，用于当所述障碍物占据所述交叉区域时调整所述扫地机器人的运动状态。

在其中一个实施例中，所述发射单元还包括设于所述光束发射方向上的透镜，所述光束经所述透镜折射形成具有更大发射场的光束。

在其中一个实施例中，每组接收单元包括至少两个所述子接收单元，各所述子接收单元沿第一方向等间距设置。

在其中一个实施例中，所述子接收单元为光敏三极管

基于同样的发明构思，本申请还提供一种扫地机器人，所述扫地机器人包括机器人本体，与所述机器人本体行进方向相同的一侧上突出设置有两个清洁单元，两个所述清洁单元分别与所述机器人本体电连接，所述机器人本体通过所述清洁单元进行清洁作业，两个所述清洁单元之间还设置有如前述所述的应用于扫地机器人的障碍物检测系统。

在其中一个实施例中，所述机器人本体为柱状结构，所述柱状结构的两个端部分别设有一行走单元，所述机器人本体通过所述行走单元进行移动。

在其中一个实施例中，所述清洁单元设置于所述柱状结构的侧面，所述障碍物检测系统设置于所述柱状结构的中部位置，所述第一方向与所述机器人本体的延伸方向平行。

在其中一个实施例中，所述扫地机器人还包括：

集成在所述清洁单元上的辅助障碍物检测模块。

在其中一个实施例中，所述辅助障碍物检测模块为碰撞传感器，所述碰撞传感器通过与障碍物产生机械接触以实现障碍物的检测。

在其中一个实施例中，所述辅助障碍物检测模块为红外传感器，所述红外传感器通过发射、接收返回的红外光线的方式来实现障碍物的检测。

上述应用于扫地机器人的障碍物检测系统及扫地机器人，通过采用一个发射单元和两组接收单元，并且每组接收单元包括若干个子接收单元，所述子接收单元具有接收光束的接收场，所述接收单元及所述发射单元沿第一方向设置、且所述发射单元设于两组接收单元之间，也就是采用一个光发射器和多个光接收器的方式来实现障碍物的探测，并且，光发射器和多个光接收器均沿第一方向设置，可以使得本申请的检测系统在第一方向上具有更宽的检测范围和检测距离范围，使得扫地机器人的障碍物检测功能不会受到空间限制。

附图说明

图1为一实施例中的应用于扫地机器人的障碍物检测系统中部分结构的爆炸图；

图2为一实施例中的透镜的截面示意图；

图3为一实施例中的扫地机器人的结构示意图；

图4为一实施例中的辅助障碍物检测模块的爆炸图；

图5为另一实施例中的辅助障碍物检测模块的爆炸图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

请参阅图1，为一实施例中的应用于扫地机器人的障碍物检测系统中部分组件的结构示意图。该应用于扫地机器人的障碍物检测系统主要用于实现所述扫地机器人(图未示)与障碍物(图未示)之间的相对移动。该检测系统可以包括：一发射单元131，两组接收单元132a、132b及控制电路(图未示)；其中，所述发射单元131发射具有限定发射场的光束，每组接收单元包括若干个子接收单元(图未示)，所述子接收单元具有接收光束的接收场，所述接收单元及所述发射单元沿第一方向设置、且所述发射单元131设于两组接收单元132a、132b之间，所述发射场(图未示)与所述接收场(图未示)存在交叉区域(图未示)，也就是说，光束从发射单元131发射后可由接收单元132a、132b中的子接收单元接收到。发射单元131可以采用发光二极管，该发光二极管用于发射红外光线，相应的，发射单元131发射的具有限定发射场的光束就为红外光束。进一步地，每组接收单元包括至少两个子接收单元(图未标示)，本申请优选每组接收单元包括三个子接收单元，各所述子接收单元沿第一方向等间距设置，通过采用多个子接收单元来接收经障碍物反射回来的红外光线，可以使得接收的红外光线可以更多，使得扫地机器人可以更准确的甄别障碍物。更进一步地，本申请的子接收单元可以选用光敏三极管。

在本具体实施例中，所述控制电路与所述子接收单元进行通信，所述控制电路主要用于当所述障碍物占据所述交叉区域时调整所述扫地机器人的运动状态。也就是说，当存在障碍物的区域与所述交叉区域存在交集时，说明该检测系统检测到障碍物，此时，控制电路就据此调整扫地机器人的运动状态，其中，运动状态包括但不限于运动方向和运动速度等。

由于发射单元131设于两组接收单元132a、132b之间，并且每组接收单元包括若干个子接收单元，所以可以实现更宽的检测范围；并且当障碍物距离扫地机器人较远时，经发射单元131发射的光束经发射后，距离发射单元131较近的子接收单元将接收到该反射光束；当障碍物距离较近时，经发射单元131发射的光束经发射后，距离发射单元131较远的子接收单元将接收到该反射光束。因而在一定距离范围内，无论障碍物距离远近，沿一定方向上分布设置的子接收单元均能接收到障碍物信号给到控制电路，控制电路控制扫地机器人做出反应，因此，本申请亦可扩大障碍物检测系统的检测距离范围。

在一个实施例中，请继续参阅图1。该障碍物检测系统还可以包括设于所述光束发射方向上的透镜133。所述红外光束经所述透镜133折射后形成具有更大发射场的光束。可同时参阅图1和图2，发射单元131产生的入射光束R0经入射端S1射入透镜133内，经透镜133的折射扩大成具有更大发射场的出射光束R1，并由出射端S2射出，在与透镜的截面平行的平面上，出射光束R1沿着第一方向扩散，使得本申请的检测系统在第一方向上具有更宽的检测范围。更进一步地，在透镜133和发射单元131之间还可以设置一个遮光罩134，该遮光罩134主要用于去除环境中对红外光线有影响的光线。同样，将红外传感器设置在机器人本体的侧面上之后，通过安装镜片136，使得该红外传感器处于相对封闭的空间。发射单元131和两组接收单元132a、132b主要设置在PCB板135上，并且与PCB板135电连接，PCB板与控制电路电连接，从而实现控制信号的传输。

本申请通过采用一个发光二极管发出一束红外线，并通过透镜使得光束产生折射，从而扩散成为一个具有更大发射场的光束；由该光束照射在障碍物上产生反射，任意一条反射光反射回来并由矩阵式设计的红外接收单元来接收反射光，依据反射信号来判断是否碰到障碍物。可以解决现有设计中红外探测系统探测面积小且需要多组红外传感器，导致探测系统的成本高昂及对结构有一定要求的问题，并且还可以避免采用超声波探测技术和激光雷达探测技术所导致成本高昂的问题。

请参阅图3，为一实施例中的扫地机器人的结构示意图。所述扫地机器人包括机器人本体(图未示)，与所述机器人本体行进方向相同的一侧上突出设置有两个清洁单元210、220，两个所述清洁单元210、220分别与所述机器人本体电连接，所述机器人本体通过所述清洁单元进行清洁作业，两个所述清洁单元210、220之间还设置有如前述所述的应用于扫地机器人的障碍物检测系统。由于前述的障碍物检测系统具有更大的检测距离范围，因而其可以避免两个清洁单元210、220与障碍物发生碰撞。

进一步地，请继续参阅图3，可以看出，所述机器人本体的主要形状结构为圆柱状。圆柱状结构的两个端部分别设有一行走单元，换句话说，机器人本体主要包括两个行走单元，其分别设于圆柱形机器人本体的端部。与普通的圆盘形的扫地机器人不同，本申请的扫地机器人更为狭长，并且行走单元设置于柱状结构的两个端部，使得本申请的扫地机器人能利用的空间非常有限，而障碍物检测系统无法安装在行走单元上，因而障碍物检测系统仅可安装于两个行走单元之间，但是，由于本申请在与机器人本体行进方向相同的一侧还设置有两个清洁单元210、220，因此在安装空间进一步缩小的情况下，本申请通过采用前述的障碍物检测系统可以保证检测范围不受安装空间的限制。

为了便于描述和区分，两个行走单元分别记为行走单元112和行走单元114。行走单元112和行走单元114可以是履带结构，也可以为轮式结构，本申请选择轮式结构，为了进一步增大行走单元的抓地力，本申请在轮式结构与地面接触的面上还开设有多条凹槽。同时，本申请的轮式结构的内部中空，里面设置有相应的驱动装置(图未示)，例如，电机、齿轮等；也就是说，每一个行走单元的内部均设有一个驱动装置，两个行走单元112、114在驱动装置的带动下进行转动。所述机器人本体通过所述行走单元112和行走单元114进行移动。将机器人本体的形状设置为圆柱状并且在圆柱结构的端部分别设置两个行走单元112、114可以增大机器人的过障能力和抓地力，使得机器人在清扫毛毯等物件时能够更容易通过。

在一个实施例中，请继续参阅图3，该扫地机器人的清洁单元设置于柱状结构的侧面，所述障碍物检测系统设置于所述柱状结构的中部位置，所述第一方向与所述机器人本体的延伸方向平行。为了便于描述和区分，两个清洁单元分别记为清洁单元122，清洁单元124。其中，清洁单元122、清洁单元124分别与所述机器人本体通过可拆卸方式实现电连接，也就是说，清洁单元122、清洁单元124与机器人本体之间可拆卸，或者是可通过插拔的方式装配；并且，请继续参阅图3，在清洁单元122、清洁单元124与机器人本体接触的位置，机器人本体是设置预设大小的凹槽(图未标示)，而清洁单元122、清洁单元124是通过插入该凹槽实现接触，为了实现电连接，在清洁单元122、清洁单元124上还分别设有导电和不导电的凸起(图未标示)，不导电的凸起主要用以起固定作用，导电的凸起为弹性的，当清洁单元122、清洁单元124分别插入机器人本体时，该导电的凸起与凹槽内的导电接触片(图未标示)接触，从而实现电连接。进一步地，请参阅图4或图5，以清洁单元122为例对其组成结构进行描述。所述清洁单元122可以包括电机1222和侧刷1224，所述侧刷1224在所述电机1222的带动下进行顺时针或逆时针的旋转以实现清洁作业。为了实现清洁作业，清洁单元122与清洁单元124中的侧刷的旋转方向应当是相反的，也就是说，如果清洁单元122的侧刷1224是逆时针旋转，那么清洁单元124中的侧刷应当是顺时针旋转，从而能够实现对地面的清洁。

在一个实施例中，该扫地机器人还可以包括集成在所述清洁单元上的辅助障碍物检测模块，由于扫地机器人包括两个清洁单元122、124，所以辅助障碍物检测模块的数量也为两个，为了便于描述和区分，两个辅助障碍物检测模块分别记为辅助障碍物检测模块210和辅助障碍物检测模块220。辅助障碍物检测模块210和辅助障碍物检测模块220随着清洁单元突出设置于与所述机器人本体行进方向相同的一侧，也就是说，辅助障碍物检测模块210和辅助障碍物检测模块220被前置于机器人本体的行进方向上，辅助障碍物检测模块210和辅助障碍物检测模块220均用于检测位于所述机器人本体行进方向上的障碍物信息。所述机器人本体除了可以通过前述的障碍物检测系统进行障碍物的检测之外，也可以通过辅助障碍物检测模块210和辅助障碍物检测模块220进行障碍物的检测，机器人本体还可以同时结合障碍物检测系统和辅助障碍物检测模块获取的障碍物信息来调整运动状态。

在一个实施例中，请参照图4，辅助障碍物检测模块可以为碰撞传感器，所述碰撞传感器通过与障碍物产生机械接触以实现障碍物的检测。请参阅图4，为一实施例中的辅助障碍物检测模块的爆炸图。以辅助障碍物检测模块210为例，该障碍物检测模块210为碰撞传感器。所述碰撞传感器可以包括铝基板线阵2112a和碰撞盖帽2114a，所述碰撞盖帽2114a的内侧设置有导电碳粒面(图未标示)，所述导电碳粒面(图未标示)与所述铝基板线阵2112a连通时，判定与障碍物发生机械接触。也就是说，当碰撞盖帽2114a受到障碍物的挤压产生形变，使得位于内侧的导电碳粒面随着碰撞盖帽2114a的形变与铝基板线阵2112a发生接触，相当于接通所处的电路，从而判断此时与障碍物发生机械接触。更进一步地，所述辅助障碍物检测模块210还可以为红外传感器，所述红外传感器通过发射、接收返回的红外光线的方式来实现障碍物的检测。请参阅图5，为另一实施例中的辅助障碍物检测模块的爆炸图。同样以辅助障碍物检测模块210为例，该第一障碍物检测模块210为红外传感器，所述红外传感器可以包括发射单元2112b和接收单元2114b，所述发射单元2112b用于发射预设波长的红外光线，所述接收单元2114b用于接收经障碍物反射回的红外光线。可以理解，第一障碍物检测模块210和第一障碍物检测模块220还可以为其他现有的但是本申请并未提到的传感器，同时，其数量也可以根据产品的实际性能进行选择和调整。

尽管未示出，机器人本体在两个行走单元112、114之间还可以设置其他常规的扫地机器人所具备的电气系统，例如控制系统，处理系统，导航及定位系统，避障探测系统，行走单元的驱动系统；以及结构组件，例如吸尘盒等，在此不再赘述。

本申请还提供一种扫地机器人甄别障碍物的方法流程，其主要基于扫地机器人的电气系统和前述实施例中的方案来实现。其中，发光二极管、光敏三极管等均与控制系统连接，并接受控制系统的控制。该方法流程具体可以为：控制系统(主要为单片机)发出频率为500HZ，50％占空比的电压信号给发光二极管，发光二极管接收电压信号后发射红外光线，红外光线经透镜折射后形成矩形光斑，照射到障碍物上，部分光线经障碍物反射后被光敏三极管接收，光敏三极管接收到反射信号后，经过转换、放大后，送入控制系统处理，再以十进制的形式显示出来，控制系统根据处理结果做出相应的动作来规划行进路线，从而实现避障。

本申请通过控制系统(主要为单片机)发出信号频率为500HZ，50％的占空比，控制发光二极管不停地闪烁，50％的时间处于关断状态，50％的时间处于开启状态，使得LED灯的寿命更长。可以理解，为了使得二极管和三极管的电性能更加稳定，在扫地机器人的电气系统中还应当具备相应的恒流恒压电路。

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 (10)

1.一种应用于扫地机器人的障碍物检测系统，用于实现所述扫地机器人与障碍物之间的相对移动，其特征在于，包括：

一发射单元，发射具有限定发射场的光束；

两组接收单元，每组接收单元包括若干个子接收单元，所述子接收单元具有接收光束的接收场，所述接收单元及所述发射单元沿第一方向设置、且所述发射单元设于两组接收单元之间，所述发射场与所述接收场存在交叉区域；

与所述子接收单元通信的控制电路，用于当所述障碍物占据所述交叉区域时调整所述扫地机器人的运动状态。

2.根据权利要求1所述的应用于扫地机器人的障碍物检测系统，其特征在于，所述发射单元还包括设于所述光束发射方向上的透镜，所述光束经所述透镜折射形成具有更大发射场的光束。

3.根据权利要求1所述的应用于扫地机器人的障碍物检测系统，其特征在于，每组接收单元包括至少两个所述子接收单元，各所述子接收单元沿第一方向等间距设置。

4.根据权利要求1所述的应用于扫地机器人的障碍物检测系统，其特征在于，所述子接收单元为光敏三极管。

5.一种扫地机器人，其特征在于，所述扫地机器人包括机器人本体，与所述机器人本体行进方向相同的一侧上突出设置有两个清洁单元，两个所述清洁单元分别与所述机器人本体电连接，所述机器人本体通过所述清洁单元进行清洁作业，两个所述清洁单元之间还设置有如权利要求1-4任一项所述的应用于扫地机器人的障碍物检测系统。

6.根据权利要求5所述的扫地机器人，其特征在于，所述机器人本体为柱状结构，所述柱状结构的两个端部分别设有一行走单元，所述机器人本体通过所述行走单元进行移动。

7.根据权利要求6所述的扫地机器人，其特征在于，所述清洁单元设置于所述柱状结构的侧面，所述障碍物检测系统设置于所述柱状结构的中部位置，所述第一方向与所述机器人本体的延伸方向平行。

8.根据权利要求5所述的扫地机器人，其特征在于，还包括：

集成在所述清洁单元上的辅助障碍物检测模块。

9.根据权利要求8所述的扫地机器人，其特征在于，所述辅助障碍物检测模块为碰撞传感器，所述碰撞传感器通过与障碍物产生机械接触以实现障碍物的检测。

10.根据权利要求8所述的扫地机器人，其特征在于，所述辅助障碍物检测模块为红外传感器，所述红外传感器通过发射、接收返回的红外光线的方式来实现障碍物的检测。