CN111165158A - 一种碰撞检测装置及自行走设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碰撞检测装置及自行走设备，其在自行走设备机壳的四周设置压力传感装置，通过压力传感装置将自行走设备所接收的外力触碰转换为碰撞识别信号，根据该碰撞识别信号相应的控制自行走设备转向或暂停。本发明的碰撞检测装置不占用自行走设备机壳内部空间，有助于自行走设备小型化。并且，本发明能够全方位的检测自行走设备在360°范围内受到的碰撞，并能够通过碰撞识别信号识别出具体碰撞的位置，相应的控制自行走设备转向远离碰撞位置的方向或掉头。

Description

一种碰撞检测装置及自行走设备

技术领域

本发明涉及花园工具领域，具体而言涉及一种碰撞检测装置及自行走设备。

背景技术

智能型割草机器人等自行走设备已经得到广泛普及。当自行走设备碰到障碍物时，会通过安装于自行走设备上的碰撞检测装置感应到碰撞，由此触发自行走设备进行掉头或转向等动作。

现有的自行走设备的碰撞检测装置通常采用霍尔感应单元。其包括分别设置在底盘和上机壳上的霍尔元件和对应的磁铁。当发生碰撞时，上机壳相对于底盘移动，霍尔元件感应到磁铁位置的变化，从而输出电信号表示检测到碰撞的发生。现有的碰撞检测装置通常安装在自行走设备的前侧或后侧，因而只能够感应到自行走设备前后两侧的碰撞，无法判断自行走设备在360°方向上的碰撞，更无法判断碰撞来自于哪个角度。

并且，采用霍尔感应类的碰撞检测单元，需要在自行走设备的上机壳和底盘之间设计可相对移动的结构。由于需要对机壳进行匹配设计，往往会使得自行走设备整体结构复杂，无法满足小巧美观的要求。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种碰撞检测装置及自行走设备。本发明具体采用如下技术方案。

为实现上述目的，提出一种自行走设备，其包括：机壳；压力传感装置，其设置在自行走设备的机壳四周，用于将自行走设备所接收的外力触碰转换为碰撞识别信号。

可选的，如上任一所述的自行走设备，其中，所述机壳的四周设置有检测区域，所述检测区域围绕机壳一周设置在机壳最外侧轮廓处，所述检测区域中分布有碰撞检测装置，所述碰撞检测装置包括所述压力传感装置。

可选的，如上任一所述的自行走设备，其中，所述压力传感装置包括压阻式压力传感器、陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器、压电式压力传感器、电阻触摸传感器、安全触边、矩阵式压力传感器、电容式压力传感器。

可选的，如上任一所述的自行走设备，其中，所述电阻触摸传感器包括：内层电极，其连接第一电平；外层电极，其设置在内层电极之外，连接第二电平；隔离点层，其设置在内层电极和外层电极之间，包括绝缘材质阵列；外力触碰所述电阻触摸传感器时，外层电极被按压与内层电极接触导通，输出碰撞识别信号；外力撤销时，绝缘材质阵列支撑所述外层电极脱离与内层电极的接触。

可选的，如上任一所述的自行走设备，其中，所述电阻触摸传感器还包括保护层，其包覆在外层电极之外，设置在自行走设备的机壳表面。

可选的，如上任一所述的自行走设备，其中，所述矩阵式压力传感器可以是柔性面压力传感器，其包括：条形压力传感器，其沿不同方向排列为至少一组，每一个条形压力传感器上分别设置有多个压力检测点；连接排线，对应条形压力传感器设置为至少一组，每一组连接排线分别连接该组中的各条形压力传感器；外力触碰所述柔性面压力传感器时，各组条形压力传感器中对应触碰位置的压力检测点向连接排线输出碰撞识别信号，各组连接排线所输出的碰撞识别信号共同标记对应的碰撞位置。

可选的，如上任一所述的自行走设备，其中，所述矩阵式压力传感器可以是矩阵式多点力传感器，其包括：多个压力传感单元，各所述压力传感单元呈矩阵式分布在机壳四周的检测区域内，任一压力传感单元被外力触碰时输出碰撞识别信号，所述碰撞识别信号通过矩阵式检测电路输出对应的碰撞位置。

可选的，如上任一所述的自行走设备，其中，所述压力传感装置连接自行走设备的控制单元，所述控制单元接收到碰撞识别信号后，确认碰撞识别信号所对应的碰撞位置，控制自行走设备转向远离碰撞位置的方向或掉头或暂停。

同时，本发明还提供一种碰撞检测装置，其设置在自行走设备的机壳四周，用于将自行走设备所接收的外力触碰转换为碰撞识别信号，输出所述碰撞识别信号至自行走设备的控制单元。

可选的，如上任一所述的碰撞检测装置，其包括：内层电极，其连接第一电平；外层电极，其设置在内层电极之外，连接第二电平；隔离点层，其设置在内层电极和外层电极之间，包括绝缘材质阵列；外力触碰所述碰撞检测装置时，外层电极被按压与内层电极接触导通，输出碰撞识别信号；外力撤销时，绝缘材质阵列支撑所述外层电极脱离与内层电极的接触。

可选的，如上任一所述的碰撞检测装置，其中，还包括保护层，其包覆在外层电极之外，设置在自行走设备的机壳表面。

可选的，如上任一所述的碰撞检测装置，其包括：条形压力传感器，其沿不同方向排列为至少一组，每一个条形压力传感器上分别设置有多个压力检测点；连接排线，对应条形压力传感器设置为至少一组，每一组连接排线分别连接该组中的各条形压力传感器；外力触碰所述碰撞检测装置时，各组条形压力传感器中对应触碰位置的压力检测点向连接排线输出碰撞识别信号，各组连接排线所输出的碰撞识别信号共同标记对应的碰撞位置。

有益效果本发明在自行走设备机壳的四周设置压力传感装置，通过压力传感装置将自行走设备所接收的外力触碰转换为碰撞识别信号，根据该碰撞识别信号相应的控制自行走设备转向或暂停。本发明的碰撞检测装置结构简单，不占用自行走设备机壳内部空间，有助于自行走设备小型化。并且，本发明能够全方位的检测自行走设备在360°范围内受到的碰撞，并能够通过碰撞识别信号识别出具体碰撞的位置，相应的控制自行走设备转向远离碰撞位置的方向或掉头。

进一步，利用电阻触摸传感器实现压力传感的方式下，本发明可通过内、外层电极层之间接触导所产生的碰撞识别信号实现单点具体碰撞位置的检测，根据所识别的具体碰撞位置，控制自行走设备进行避让动作。发明可以通过内、外层电极层之间的隔离点层在外力碰撞撤销时快速恢复。

矩阵式多点力传感器实现压力传感的方式下，本发明可将多个压力传感单元呈矩阵式分布于机壳四周，将各个压力传感单元利用集成电路板的方式进行电性连接，减少机壳内的线路分布，合理化机壳内空间布局。当任一压力传感单元感应被外力触碰时触发输出碰撞识别信号，碰撞识别信号通过矩阵式检测电路获得被触发的压力传感器位置，进而获得具体的碰撞位置和碰撞方向，触发自行走设备进一步作出避让动作。这种方式下，所述压力传感单元的具体元器件选择较为便捷，可以任意选用任何形式的压力传感器。

本发明还可以通过柔性面压力传感器实现上述对外力碰撞的检测。该方式下，由于柔性面压力传感器由多组条形压力传感器组成，各组条形压力传感器之间交叉形成矩阵网络，外力碰撞时，两组条形压力传感器对应碰撞的位置相互挤压，能够在其各自所对应的连接排线上直接产生相应的电信号，标识出碰撞位置。这种方式下，由于连接排线上所相应产生的电信号能够明确标识碰撞位置因此，这种方式下能够快速判断碰撞位置和碰撞方向，从而快速地对碰撞进行响应。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的自行走设备在第一视角下的整体结构示意图；

图2是本发明的自行走设备在第二视角下的整体结构示意图；

图3是本发明的自行走设备中电阻触摸传感器的剖面结构示意图；

图4是本发明中采用了矩阵式多点力传感器的机壳结构的示意图；

图5是本发明的矩阵式多点力传感器在平面分布的示意图；

图6是本发明的柔性面压力传感器立体视图；

图7是本发明的柔性面压力传感器平面结构示意图；

图中，1表示机壳；2表示压力传感装置；2-1表示内层电极；2-2表示外层电极；2-3表示隔离点层；2-4表示保护层；3表示压力传感单元；4-1表示条形压力传感器；4-2表示压力检测点；4-3表示连接排线；5、检测区域。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于自行走设备本身而言，由机壳指向自行走设备内部的方向为内，反之为外；而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本发明提供一种自行走设备，包括行走驱动单元、控制单元、压力传感装置2。行走驱动单元与控制单元相连，控制单元与压力传感装置2相连，压力传感装置2将压力信号转换为可用的输出电信号，然后发送给控制单元，控制单元根据压力传感器输出的电信号判断是否发生碰撞，若发生碰撞，则控制行走驱动单元转向或暂停，转向的方向为朝向远离碰撞位置的方向掉头。

如图1以及图2所示，本发明在机壳1的四周设置有检测区域5，所述检测区域围绕机壳一周设置在机壳最外侧轮廓处，所述检测区域5中分布有碰撞检测装置，所述碰撞检测装置包括所述压力传感装置2，还可包括其他各种传感器。本发明在设备发生碰撞时，通过将压力传感装置2设置在自行走设备的机壳1四周，利用压力传感装置2将自行走设备所接收的外力触碰转换为碰撞识别信号，在发生碰撞时相应的触发该自行走设备的控制单元，控制单元在接收到碰撞识别信号后，可相应的检测出碰撞发生的具体位置，从而控制自行走设备转向或暂停。

由此，本发明能够通过压力传感装置2的设置，利用简单的压力传感装置2结构替代现有技术的霍尔感应式碰撞检测装置，实现全方位360°检测碰撞，并获得碰撞发生的位置，以控制自行走设备转向远离碰撞位置的方向或掉头。

该压力传感器可采用矩阵式设置的传感器，能够检测识别出发生碰撞的具体位置，使得自行走设备能够根据发生碰撞的具体位置进行避让。

在一种实现方式下，所述的压力传感装置2可设置为压阻式压力传感器、陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器、压电式压力传感器、电阻触摸传感器、安全触边、矩阵式压力传感器、电容式压力传感器中的一种或其组合。

上述的各压力传感装置2可分别单独独立设置，也可组成碰撞传感器组，共同连接控制单元，由控制单元识别哪一个碰撞传感器受到碰撞，从而识别出碰撞位置和方向。

在此种实现方式下，第一种实施方式是，压力传感装置2采用电阻触摸传感器。其所采用的电阻触摸传感器的导电结构是由上下两层ITO(Indium tin oxide，铟锡氧化物)薄膜构成，当发生碰撞时，平常绝缘的两层导电层在碰撞触摸点位置相互接触连通，控制器侦测到这个接触连通后，其中一面导电层接通y轴方向的预设均匀电压场，另一导电层将接触点的电压引至控制单元进行A/D转换，得到电压值后与预设的电信号，比如，预设均匀电压场的电压值相比较。如此即可得碰撞点的y轴坐标。同理通过对x轴方向上的碰撞识别信号进行比较，得出x轴的坐标，两坐标轴结合即可检测碰撞，确认碰撞识别信号所对应的碰撞位置，控制自行走设备转向远离碰撞位置的方向或掉头。

所述的电阻触摸传感器具体结构如图3所示，其可设置为包括：

内层电极2-1，其连接第一电平；

外层电极2-2，其设置在内层电极2-1之外，连接第二电平；

隔离点层2-3，其设置在内层电极2-1和外层电极2-2之间，包括绝缘材质阵列，用于隔离两层电极，以保证该力传感器在没有碰撞时，两层电极是相互隔绝的；

当机器发生碰撞时，外力触碰所述电阻触摸传感器，外层电极2-2被按压，按压碰撞位置会形成电极接触，与内层电极2-1接触导通，输出碰撞识别信号；外力撤销时，绝缘材质阵列支撑所述外层电极2-2脱离与内层电极2-1的接触。

在更为优选的方式下，所述电阻触摸传感器还可进一步的设置有保护层2-4。保护层包覆在外层电极2-2之外，设置在自行走设备的机壳表面，用于保护内层电极2-1、外层电极2-2、隔离点层2-3构成的碰撞导电层。

为保证内外电极层可相应碰撞发生形变，并在碰撞外力撤销后恢复原先的形状，并在此过程中保障电极导电性，上述电阻触摸传感器的内层电极和外层电极的材质例如为ITO（氧化铟锡）薄膜等导电材料。

第二种实施方式如图4和5所示，采用矩阵式多点力传感器作为压力传感装置。比如，所述的矩阵式压力传感器可选择为矩阵式多点力传感器。其采用多个压力传感单元3，将压力传感单元3呈矩阵式分布于机壳四周，每个压力传感单元可利用集成电路板的方式进行电性连接，减少机壳内的线路分布，合理化机壳内空间布局。当任一压力传感单元感应到外力触碰时触发输出碰撞识别信号，碰撞识别信号通过矩阵式检测电路获得被触发的压力传感单元的具体位置，进而获得具体的碰撞位置和碰撞方向，机体由此能够进一步作出避让动作。所述压力传感单元可以是任意形式的压力传感器。其中，所述的矩阵式检测电路可参考键盘按键的矩阵式检测电路原理设置。

第三种实施方式是采用矩阵式多点触控力传感器，其中传感器的型号可以选择为peratech50x24-4.5，传感器设置于机壳四周，当机壳某一处感应到碰撞信号时，识别信号处于机壳位置，进而获得具体的碰撞位置和碰撞方向，机体进一步作出避让动作。

第四种实施方式如图6和7所示，采用柔性面压力传感器作为压力传感装置。所述柔性面压力传感器可以是将条形压力传感器4-1并列排布，组成分别位于两个平面的两组，每个条形压力传感器4-1上均分别均匀分布有若干压力检测点4-2，两组条形压力传感器4-1分别连接两个连接排线4-3，两组条形压力传感器4-1所分别形成的两个平面上下相叠。上下相叠的状态下，传感器平面上任意一点的上下两层的条形压力传感器成交叉来组成二维面传感器。外力触碰所述柔性面压力传感器时，各组条形压力传感器4-1中对应触碰位置的压力检测点4-2分别向其所连接的连接排线4-3输出碰撞识别信号，各组连接排线4-3分别输出相应压力检测点4-2的信号，由组连接排线4-3所分别输出的碰撞识别信号共同标记对应的碰撞位。

在更为具体的实现方式下，所述条形压力传感器可以是液体封入型压力传感器，每一平面上的条形压力传感器4-1通过连接排线连接。在使用过程中，当某一点发生碰撞时，碰撞点触发上下堆叠的两个压力检测点4-2信号，可以利用两个压力检测点4-2信号对应构成定位碰撞点的两轴坐标，准确判断碰撞点位置，进而获得具体的碰撞位置和碰撞方向，使得自行走设备进一步作出避让动作。

在又一种实现方式下，所述的压力传感装置2还可以采用类似于AGV小车上的安全边缘开关或安全触边的形式，用于检测碰撞。

这种方式下，将压敏元件设置在橡胶材质的条带结构中，条带结构内可相应的设置压敏元件的固定部件，如内部支撑筋条，将压敏元件的触发电极设置在支撑筋条的端部和条带结构的底面之间。外力挤压碰撞条带结构，使得其内部的固定部件挤压触碰到条带结构的底面，电极接触输出碰撞识别信号。由此，本发明可通过识别碰撞识别信号所对应的压敏元件的位置获得具体的碰撞位置和碰撞方向，相应的驱动自行走设备转向或掉头或停止。

本发明在自行走设备壳体外侧设置压力传感装置2，替代现有技术的霍尔感应式碰撞检测装置，简化割草机结构，不需要设计可相对移动的上壳和底盘结构，易于实现割草机的小巧精致和轻量化。尤其，所述的压力传感装置2设置在自行走设备的壳体四周，能够检测360°全方位的碰撞，满足IEC60335-2-107标准要求。实施例中列举了几种所述压力传感装置2可选用的具体结构及设置方式，通过对碰撞识别信号的检测可进一步得到机体具体的碰撞位置和碰撞方向，并根据上述信息驱动自行走设备转向或掉头或停止。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种自行走设备，其特征在于，包括：

机壳（1）；

压力传感装置（2），其设置在自行走设备的机壳（1）四周，用于将自行走设备所接收的外力触碰转换为碰撞识别信号。

2.如权利要求1所述的自行走设备，其特征在于，所述机壳（1）的四周设置有检测区域（5），所述检测区域围绕机壳一周设置在机壳最外侧轮廓处，所述检测区域（5）中分布有碰撞检测装置，所述碰撞检测装置包括所述压力传感装置（2）。

3.如权利要求1或2所述的自行走设备，其特征在于，所述压力传感装置包括压阻式压力传感器、陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器、压电式压力传感器、电阻触摸传感器、安全触边、矩阵式压力传感器、电容式压力传感器。

4.如权利要求3所述的自行走设备，其特征在于，所述电阻触摸传感器包括：

内层电极（2-1），其连接第一电平；

外层电极（2-2），其设置在内层电极（2-1）之外，连接第二电平；

隔离点层（2-3），其设置在内层电极（2-1）和外层电极（2-2）之间，包括绝缘材质阵列；

外力触碰所述电阻触摸传感器时，外层电极（2-2）被按压与内层电极（2-1）接触导通，输出碰撞识别信号；外力撤销时，绝缘材质阵列支撑所述外层电极（2-2）脱离与内层电极（2-1）的接触。

5.如权利要求4所述的自行走设备，其特征在于，所述电阻触摸传感器还包括保护层（2-4），其包覆在外层电极（2-2）之外，设置在自行走设备的机壳表面。

6.如权利要求3所述的自行走设备，其特征在于，所述矩阵式压力传感器为柔性面压力传感器，所述柔性面压力传感器包括：

条形压力传感器（4-1），其沿不同方向排列为至少一组，每一个条形压力传感器（4-1）上分别设置有多个压力检测点（4-2）；

连接排线（4-3），对应条形压力传感器（4-1）设置为至少一组，每一组连接排线（4-3）分别连接该组中的各条形压力传感器（4-1）；

外力触碰所述柔性面压力传感器时，各组条形压力传感器（4-1）中对应触碰位置的压力检测点（4-2）向连接排线（4-3）输出碰撞识别信号，各组连接排线（4-3）所输出的碰撞识别信号共同标记对应的碰撞位置。

7.如权利要求3所述的自行走设备，其特征在于，所述矩阵式压力传感器为矩阵式多点力传感器，所述矩阵式多点力传感器包括：

多个压力传感单元（3），各所述压力传感单元呈矩阵式分布在机壳四周的检测区域（5）内，任一压力传感单元（3）被外力触碰时输出碰撞识别信号，所述碰撞识别信号通过矩阵式检测电路输出对应的碰撞位置。

8.如权利要求1-7所述的自行走设备，其特征在于，所述压力传感装置连接自行走设备的控制单元，所述控制单元接收到碰撞识别信号后，确认碰撞识别信号所对应的碰撞位置，控制自行走设备转向远离碰撞位置的方向或掉头或暂停。

9.一种碰撞检测装置，其特征在于，设置在自行走设备的机壳四周，用于将自行走设备所接收的外力触碰转换为碰撞识别信号，输出所述碰撞识别信号至自行走设备的控制单元。

10.如权利要求9所述的碰撞检测装置，其特征在于，包括：

内层电极（2-1），其连接第一电平；

外层电极（2-2），其设置在内层电极（2-1）之外，连接第二电平；

隔离点层（2-3），其设置在内层电极（2-1）和外层电极（2-2）之间，包括绝缘材质阵列；

外力触碰所述碰撞检测装置时，外层电极（2-2）被按压与内层电极（2-1）接触导通，输出碰撞识别信号；外力撤销时，绝缘材质阵列支撑所述外层电极（2-2）脱离与内层电极（2-1）的接触。

11.如权利要求10所述的碰撞检测装置，其特征在于，还包括保护层（2-4），其包覆在外层电极（2-2）之外，设置在自行走设备的机壳表面。

12.如权利要求9-10所述的碰撞检测装置，其特征在于，所述碰撞检测装置包括：

条形压力传感器（4-1），其沿不同方向排列为至少一组，每一个条形压力传感器（4-1）上分别设置有多个压力检测点（4-2）；

连接排线（4-3），对应条形压力传感器（4-1）设置为至少一组，每一组连接排线（4-3）分别连接该组中的各条形压力传感器（4-1）；

外力触碰所述碰撞检测装置时，各组条形压力传感器（4-1）中对应触碰位置的压力检测点（4-2）向连接排线（4-3）输出碰撞识别信号，各组连接排线（4-3）所输出的碰撞识别信号共同标记对应的碰撞位置。

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