CN112631284A - 用于自移动设备的障碍方向传感装置及具有其的自移动设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种障碍方向传感装置及具有其的自移动设备。自障碍方向传感装置包括：障碍检测组件，用于检测自移动设备的浮动盖与机座相对位移，障碍检测组件包括安装于浮动盖上的磁钢，设置于机座上的多个霍尔元件，至少包括第一霍尔元件和第二霍尔元件；计算模块，用于在碰撞事件发生的情况下计算磁钢相对第一霍尔元件的距离r1，以及磁钢相对第二霍尔元件的距离r2，并计算满足上述距离r1和距离r2的交点坐标；控制模块，用于根据所述交点坐标确定磁钢的位置坐标，根据磁钢的位置坐标计算浮动盖相对机座的位移，进而得出障碍物相对自移动设备的方位信息。本申请提供的障碍方向传感装置能够准确的辨识出障碍物所处方向，实现精确避障。

Description

用于自移动设备的障碍方向传感装置及具有其的自移动设备

【技术领域】

本发明涉及一种自动工作设备领域，尤其涉及一种用于自移动设备的障碍方向传感装置及具有其的自移动设备。

【背景技术】

随着科学技术的发展，能够自动工作的自移动设备日益受到人们的关注，由于自移动设备可以自动预先设置的程序执行预先设置的相关任务，无须人为的操作与干预，因此在工业应用及家居产品上的应用非常广泛。工业上的应用如执行各种功能的机器人，家居产品上的应用如自动割草机、自动吸尘器等，这些自移动设备极大地节省了人们的时间，给工业生产及家居生活都带来了极大的便利。在自移动设备的工作场景中，经常会遇到障碍物，通常自移动设备检测到碰撞事件发生，或执行一系列的碰撞反应，比如倒退、改变方向等控制动作。

目前，自移动设备通常通过浮动盖碰撞检测来实现障碍物的检测和判断，并基于检测和判断的结果来避开障碍物。但是，这种检测方式的检测精度不够且无法辨识出障碍物所处的方向，当碰撞发生时，自移动设备随机调整方向，难免出现转向方向不正确或者角度不对导致的再次碰撞，降低了工作效率，甚至无法避开障碍物；进一步地，这种避障的方式并不能避免碰撞，在自移动设备下次再走到相同位置时，自移动设备需要再次碰触障碍物，在碰触后检测和判断再避开障碍物，大大降低自移动设备的工作效率。

【发明内容】

针对上述技术中存在的不足之处，本申请提供了一种具有能够辨识出障碍物所处方向从而精确避障的障碍方向传感装置。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：

一种用于自移动设备的障碍方向传感装置，所述自移动设备包括：机座，安装在所述机座上的浮动盖，所述浮动盖在外力作用下能够相对所述机座在二维平面内发生相对位移；所述障碍方向传感装置包括：

障碍检测组件，用于检测所述相对位移；所述障碍检测组件包括安装于所述浮动盖上的磁钢，设置于所述机座上的多个霍尔元件，多个所述霍尔元件位于所述磁钢下方，用于感应所述磁钢的磁场强度，至少包括第一霍尔元件和第二霍尔元件，所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件均为线性霍尔；

计算模块，用于在碰撞事件发生的情况下计算所述磁钢相对所述第一霍尔元件的距离r1，以及所述磁钢相对所述第二霍尔元件的距离r2，并计算满足所述距离r1和距离r2的交点坐标；

控制模块，与所述计算模块电连接，用于从至少一个所述交点坐标中确定一个所述交点坐标作为所述磁钢的位置坐标，根据所述磁钢的位置坐标计算所述浮动盖相对所述机座的位移，进而得出障碍物相对所述自移动设备的方位信息。

在其中一实施例中，当所述交点坐标的数量为两个，所述控制模块根据所述自移动设备的行驶方向从两个所述交点坐标中确定一个所述交点坐标作为所述磁钢的位置坐标。

在其中一实施例中，所述障碍检测组件还包括用于检测碰撞事件的第三霍尔元件，当所述磁钢相对所述第三霍尔元件的位移超过预设阈值，所述第三霍尔元件发出识别信号，所述控制模块接收所述识别信号并判断碰撞事件发生。

在其中一实施例中，当所述浮动盖相对所述机座在未发生相对位移的情况下，所述第三霍尔元件位于所述磁钢的正下方。

在其中一实施例中，所述第一、二、三霍尔元件呈一字型排布，所述第三霍尔元件位于所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件之间。

在其中一实施例中，所述第三霍尔元件与所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件的距离相同。

在其中一实施例中，所述第一、二、三霍尔元件的排列方向大致垂直于所述自移动设备的前进方向。

在其中一实施例中，所述第三霍尔元件为线性霍尔或者开关霍尔。

在其中一实施例中，所述第三霍尔元件为双霍尔元件。

本申请还提供了一种自移动设备，包括：机座，安装在所述机座上的浮动盖，所述浮动盖在外力作用下能够相对所述机座在二维平面内发生相对位移，所述自移动设备包括上述任意实施例所提供的障碍方向传感装置。

在其中一实施例中，还包括地图模块，与所述控制模块连接，接收障碍物的所述方位信息并基于所述方位信息在存储的地图中标记障碍物位置坐标。

在其中一实施例中，根据多次碰撞获取的所述障碍物位置坐标得到所述障碍物的外轮廓坐标序列，在所述地图中标记所述障碍物的所述外轮廓坐标序列。

在其中一实施例中，所述自移动设备还包括导航模块，所述导航模块基于所述地图进行导航，并根据实时检测的位置坐标在碰撞事件发生前避开所述地图中的所述障碍物的所述外轮廓坐标序列。

本申请与现有技术相比，其有益效果是：

本申请提供的障碍方向传感装置及具有其的自移动设备，能够基于障碍物检测组件的障碍物检测信号获得障碍物方位信息，具有较高检测精度且能够辨识出障碍物所处方向。进一步地，本申请提供的自移动设备，能够将障碍物位置坐标标记在存储的地图中，采用标记后的地图进行导航，使得自移动设备在下次再走到相同位置时，能够避开障碍物的位置，从而提高工作效率。

【附图说明】

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本申请第一实施例的自移动设备的立体分解结构示意图；

图2是图1所示实施例中自移动设备的障碍检测组件的剖视示意图；

图3是图2所示实施例的自移动设备的障碍检测组件的俯视示意图；

图4是图2所示实施例的自移动设备与一方位的障碍物碰撞后的障碍检测组件的俯视示意图；

图5是图2所示实施例的自移动设备与另一不同方位的障碍物碰撞后的障碍检测组件的俯视示意图；

图6是本申请另一实施例提供的自移动设备的障碍检测组件的剖视示意图；

图7是图6所示实施例的自移动设备的障碍检测组件的俯视示意图；

【具体实施方式】

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请一实施例提供了一种用于自移动设备的障碍方向传感装置。其中，图1示出了一自移动设备100，具体为自动割草机，本申请以该障碍方向传感装置应用至自动移动设备100为例进行说明。

如图1所示，自移动设备100包括机座51、行走模块50、浮动盖10。

其中，行走模块50安装于机座51，用于带动所述自移动设备100行走和转向。在图1所示实施例中，行走模块50包括4个车轮(其中一个未展示出)，其中两个前轮为万向轮，两个后轮为驱动轮，用于驱动自移动设备100前进。

浮动盖10安装于机座51，具体为机座51的上方且可大致罩住机座51。浮动盖10在受到外力作用时，浮动盖10在外力作用下可相对机座51发生位置偏移，具体而言，当碰撞发生时，浮动盖10在障碍物抵推作用下相对机座在二维平面内相对位移，这个二维平面为碰撞平面，基本平行于自移动设备的当前工作平面。浮动盖10与机座51通过弹性元件30连接，弹性元件30包括橡胶摆动脚、弹簧杆、扭簧或其他具有弹性的连接件。在该具体实施例中，浮动盖10的四个角部通过四个橡胶摆动脚与机座51连接。橡胶摆动脚的一端通过压板20固定在机座51的安装耳板40上，橡胶摆动脚的另一端通过螺栓固定于浮动盖10上。当自移动设备100发生碰撞时，摆动脚产生变形，浮动盖10相对机座51发生位置偏移，在二维平面内发生前后或左右摆动，当外力消失后，在弹性元件30的作用下浮动盖10自动复位。

障碍方向传感装置用于检测浮动盖10相对机座51在二维平面内的相对位移。障碍方向传感装置包括障碍检测组件，计算模块(未示出)和控制模块(未示出)。

障碍检测组件用于检测自移动设备100所处工作区域内的障碍物；当浮动盖10相对机座51发生位置偏移时，障碍检测组件生成障碍物检测信号。继续参考图2和图3，本申请中一种障碍检测组件的剖视图和俯视图。在该实施例中，障碍检测组件包括磁钢60和多个霍尔元件，多个霍尔元件包括第一霍尔元件62、第二霍尔元件66和第三霍尔元件64。磁钢60安装于浮动盖10上，具体地，浮动盖10的下面伸出一安装柱，磁钢60嵌装在安装柱内。第一霍尔元件62、第二霍尔元件66和第三霍尔元件64安装于机座51上，大致位于同一平面上。优选地，多个霍尔元件与机座51之间设置有霍尔板63。第三霍尔元件64与磁钢60沿上下轴线A-A对齐，当浮动盖10相对机座51在未发生相对位移的情况下，第三霍尔元件64位于磁钢60的正下方。磁钢60位于第三霍尔元件64的正上方，距离第三霍尔元件64的高度为D。第三霍尔元件64用于检测碰撞事件的发生，即用于检测浮动盖10是否相对机座51发生位置偏移，当磁钢60相对第三霍尔元件64的位移超过预设阈值，第三霍尔元件64发出识别信号，控制模块接收识别信号并判断碰撞事件发生。

第一霍尔元件62和第二霍尔元件66为线性霍尔，能够感应磁钢60的磁场信号输出不同幅值的电压，根据电压值的大小可以计算出磁钢60相对第一霍尔元件62和第二霍尔元件66的距离。

请参见图4，计算模块，用于在碰撞事件发生的情况下计算磁钢60相对第一霍尔元件62的距离r1，以及磁钢60相对第二霍尔元件66的距离r2，计算满足上述距离r1和距离r2的交点坐标。具体而言，在二维平面内模拟以第一霍尔元件62为圆心以r1为半径的第一定位圆圈72的轨迹坐标，和以第二霍尔元件66为圆心以r2为半径的第二定位圆圈73的轨迹坐标，计算第一定位圆圈72与第二定位圆圈73的交点坐标。具体而言，当第三霍尔元件64被触发，控制模块识别到碰撞事件发生，计算模块通过计算第一定位圆圈72和第二定位圆圈73的交点坐标来锁定磁钢60的位置坐标。可以理解的，在数据正常的情况下，第一定位圆圈72和第二定位圆圈73相交或相切，因此至少具有一个交点坐标，该交点坐标可能有两个，也可能有一个，当交点坐标仅有一个，也就是说第一定位圆圈72和第二定位圆圈73相切，那么以该交点坐标作为磁钢60的位置坐标，若交点坐标有两个，那么磁钢60的位置坐标为这两个交点坐标中的一个，为了确定磁钢60的位置坐标，控制模块根据自移动设备100的行驶方向从两个交点坐标中确定一个交点坐标作为磁钢60的位置坐标。当自移动设备在沿着前进方向F行驶的过程中碰到障碍物，以在机身前后方向上位于后方的交点坐标为磁钢60的位置坐标，当自移动设备100在后退时碰到障碍(参见图5所示后退方向T)，以机身前后方向上位于前方的交点坐标为磁钢60的位置坐标。

为了保证识别精度，使得当第一定位圆圈72和第二定位圆圈73在相交的情况下，两个交点坐标沿前后方向分布，如此方便结合前进或后退可靠的判断磁钢60具体位于哪一个交点坐标上。请参见图2，第一霍尔元件62，第二霍尔元件66、第三霍尔元件64呈一字型排布，如图轴线C-C所示，排列方向大致垂直于自移动设备100的前后方向，如轴线B-B所示，轴线C-C垂直于轴线B-B。轴线C-C贯穿第一霍尔元件62，第二霍尔元件66、第三霍尔元件64，更具体的，第一霍尔元件62，第二霍尔元件66、第三霍尔元件64的几何中心大致位于轴线C-C上。第三霍尔元件64位于第一霍尔元件62和第二霍尔元件66之间。第三霍尔元件64位于第一霍尔元件62和所述第二霍尔元件66之间。为了保证霍尔元件的有效识别范围均匀分布，更具体的，第三霍尔元件64与第一霍尔元件62和第二霍尔元件66的距离相同。如图2和图3所示，第一霍尔元件64、第二霍尔元件62和第三霍尔元件66沿同一轴线C-C等距分布。

第一霍尔元件62、第二霍尔元件66和第三霍尔元件64通过接收磁钢60的磁感应强度转换为输出电压。第一霍尔元件62和第二霍尔元件66为线性霍尔。第一霍尔元件62产生第一输出电压、第二霍尔元件66产生第二输出电压。霍尔元件感应的磁感强度与输出电压在一定范围内呈线性关系。当磁钢60相对机座51发生位移变化时，第一输出电压、第二输出电压也随之变化，即输出电压与磁钢距第一、二霍尔元件的距离相关，可根据每个霍尔元件感应的电压值可对应计算出该霍尔元件距磁钢60的距离，即可根据第一霍尔元件62和第二霍尔元件66的感应电压得出第一霍尔元件相对磁钢60的距离r1和第二霍尔元件66相对磁钢60的距离r2。

第三霍尔元件64可以为线性霍尔也可以为开关霍尔，当为线性霍尔时，设其输出电压为第三输出电压，若第三输出电压超过预设电压阈值，控制模块判断碰撞事件发生。在碰撞事件发生的情况下，如前所述，计算单元计算r1和r2，并计算第一定位圆圈72和第二定位圆圈73的交点坐标。

在另一实施例中，如图6和图7所示，第三霍尔元件64为双霍尔元件，双霍尔元件即两个霍尔元件，包括双霍尔元件的a霍尔641和双霍尔元件的b霍尔643，在图6和图7所述实施例中，两个霍尔元件641和643并排布置，沿着中心线B-B对称设置，其均作为检测碰撞事件，两个霍尔元件能够降低只有一个霍尔元件的情况下，霍尔元件发生损坏导致碰撞检测功能失效的风险。在另一实施例中，两个霍尔元件641和643也可以沿着上下方向布置，即沿着轴线A-A上下布置，其中一个霍尔元件位于其中另一个霍尔元件的正下方，这样在未发生碰撞的情况下，两个霍尔元件均位于磁钢60的正下方，其感应磁钢60的信号强度大致相同，有利于保证两个霍尔元件检测碰撞事件的可靠性和一致性。

在另一实施例中，也可不设置第三霍尔元件64，碰撞事件的检测利用第一霍尔元件62和第二霍尔元件66的感应信号的范围来判断，当第一霍尔元件62和第二霍尔元件66的感应信号满足预设条件，则认为碰撞事件未发生，当第一霍尔元件62和第二霍尔元件66的感应信号不满足预设条件，则判断碰撞事件发生。具体而言，第二霍尔元件62的电压和第三霍尔元件66可用于检测浮动盖10是否相对机座51发生位置偏移，当浮动盖10相对机座51静止不动时，第二霍尔元件62的电压和第三霍尔元件66的电压相等。当浮动盖10相对机座51发生位置偏移时，第二霍尔元件62的感应电压和第三霍尔元件66的感应电压不相等。在感应电压不相等的情况下，根据感应电压是否满足预设条件，作为触发碰撞事件反应的阈值。因此，障碍检测组件可以仅包括第一霍尔元件62和第二霍尔元件66。

在另一优选实施例中，结合图3所示进行说明，以图3所示的图纸上方为上，下方为下，多个霍尔元件还包括第四霍尔元件(未示出)，第四霍尔元件设置于第三霍尔元件64的正上方。结合第四霍尔元件可以准确的识别出磁钢60是向上移动还是向下移动的，无需结合自移动设备100前进方向或后退方向了。

然而，根据霍尔元件的感应电压计算出的距离r1和r2难免存在误差，在数据误差的情况下，可能出现，以第一霍尔元件62为圆心以r1为半径的第一定位圆圈72的轨迹坐标，和以第二霍尔元件66为圆心以r2为半径的第二定位圆圈73的轨迹坐标不相交的情况，即第一定位圆圈72与第二定位圆圈73没有交点，第一定位圆圈72与第二定位圆圈73相离。为了能够保证磁钢60位置坐标的计算，进一步的，计算模块还用于在第一定位圆圈72与第二定位圆圈73的相离的情况下，按照预设算法对r1和r2的值进行补偿，使补偿后模拟的第一定位圆圈72与第二定位圆圈73相交或相切，得出至少一个交点坐标，从而方便定位磁钢60的位置坐标。

在另一实施例中，请参见图5，图5示出了自移动设备100沿着后退方向T行驶，碰到障碍物的情况。当第一定位圆圈72与第二定位圆圈73相离，计算模块计算第三霍尔元件64与磁钢60的距离，并以第三霍尔元件64为圆心，以该距离为半径做第三定位圆圈71，计算出第三定位圆圈71未落入第一定位圆圈72和第二定位圆圈73范围内的轨迹坐标，通常该轨迹坐标为两段位置坐标序列，结合行驶方向确定磁钢60位于哪一段位置坐标序列，即当自移动设备100前进状态，以位于后方的位置坐标序列的中点作为磁钢60的位置坐标，当自移动设备100处于后退状态，以位于前方的位置坐标序列的中点作为磁钢60的位置坐标。根据磁钢60的位置坐标计算浮动盖10相对机座51的位移，进而得出障碍物相对自移动设备100的方位信息。

本申请还提供了一种自移动设备100，请参见图1，自移动设备100包括机座51，安装在机座51上的浮动盖10，浮动盖10在外力作用下能够相对机座51在二维平面内发生相对位移，还包括上述任意实施例所提供的障碍方向传感装置。

自移动设备100还包括地图模块，用于存储工作区域的地图。地图模块与控制模块电连接，用于接收控制模块获取的障碍物的方位信息，并将该方位信息标记在地图中，作为障碍物的位置坐标。在自移动设备在工作区域内自动行走，发生多次碰撞，会产生一组障碍物的位置坐标，根据多次碰撞获取的障碍物位置坐标可以得到障碍物的外轮廓坐标序列，从而在地图中标记障碍物的外轮廓坐标序列，得到更新后的地图。

自移动设备100还包括导航模块，导航模块基于更新的地图进行导航，导航模块获取自移动设备100的实时位置坐标，并根据实时检测的位置坐标与已标记的障碍物的外轮廓坐标序列相比较，能够在碰撞事件发生前避开地图中的障碍物，即自移动设备100在工作区域内移动时能够避开地图中的障碍物标识的位置。当自移动设备100在工作区域内多次行走并经过多次碰撞后，地图模块会将工作区域内的所有障碍物都标注完成，从而自移动设备100再工作时，就不会再碰触到障碍物。本发明实施例提供的自移动设备100中的地图模块能够基于障碍物方位信息更新原地图，使得自移动设备100在下次再走到相同位置时，避免与障碍物发生再次碰撞，提高自移动设备100的工作效率。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种用于自移动设备的障碍方向传感装置，所述自移动设备包括：机座，安装在所述机座上的浮动盖，所述浮动盖在外力作用下能够相对所述机座在二维平面内发生相对位移；其特征在于，所述障碍方向传感装置包括：

障碍检测组件，用于检测所述相对位移；所述障碍检测组件包括安装于所述浮动盖上的磁钢，设置于所述机座上的多个霍尔元件，多个所述霍尔元件位于所述磁钢下方，用于感应所述磁钢的磁场强度，至少包括第一霍尔元件和第二霍尔元件，所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件均为线性霍尔；

计算模块，用于在碰撞事件发生的情况下计算所述磁钢相对所述第一霍尔元件的距离r1，以及所述磁钢相对所述第二霍尔元件的距离r2，并计算满足所述距离r1和距离r2的交点坐标；

控制模块，与所述计算模块电连接，用于从至少一个所述交点坐标中确定一个所述交点坐标作为所述磁钢的位置坐标，根据所述磁钢的位置坐标计算所述浮动盖相对所述机座的位移，进而得出障碍物相对所述自移动设备的方位信息。

2.根据权利要求1所述的障碍方向传感装置，其特征在于，当所述交点坐标的数量为两个，所述控制模块根据所述自移动设备的行驶方向从两个所述交点坐标中确定一个所述交点坐标作为所述磁钢的位置坐标。

3.根据权利要求1所述的障碍方向传感装置，其特征在于，所述障碍检测组件还包括用于检测碰撞事件的第三霍尔元件，当所述磁钢相对所述第三霍尔元件的位移超过预设阈值，所述第三霍尔元件发出识别信号，所述控制模块接收所述识别信号并判断碰撞事件发生。

4.根据权利要求3所述的障碍方向传感装置，其特征在于，当所述浮动盖相对所述机座在未发生相对位移的情况下，所述第三霍尔元件位于所述磁钢的正下方。

5.根据权利要求3所述的障碍方向传感装置，其特征在于，所述第一、二、三霍尔元件呈一字型排布，所述第三霍尔元件位于所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件之间。

6.根据权利要求5所述的障碍方向传感装置，其特征在于，所述第三霍尔元件与所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件的距离相同。

7.根据权利要求5所述的障碍方向传感装置，其特征在于，所述第一、二、三霍尔元件的排列方向大致垂直于所述自移动设备的前进方向。

8.根据权利要求3所述的障碍方向传感装置，其特征在于，所述第三霍尔元件为线性霍尔或者开关霍尔。

9.根据权利要求3所述的障碍方向传感装置，其特征在于，所述第三霍尔元件为双霍尔元件。

10.一种自移动设备，包括：机座，安装在所述机座上的浮动盖，所述浮动盖在外力作用下能够相对所述机座在二维平面内发生相对位移，其特征在于，所述自移动设备包括上述权利要求1-9任意一项所述的障碍方向传感装置。

11.根据权利要求10所述的自移动设备，其特征在于，还包括地图模块，与所述控制模块连接，接收障碍物的所述方位信息并基于所述方位信息在存储的地图中标记障碍物位置坐标。

12.根据权利要求11所述的自移动设备，其特征在于，根据多次碰撞获取的所述障碍物位置坐标得到所述障碍物的外轮廓坐标序列，在所述地图中标记所述障碍物的所述外轮廓坐标序列。

13.根据权利要求12所述的自移动设备，其特征在于，所述自移动设备还包括导航模块，所述导航模块基于所述地图进行导航，并根据实时检测的位置坐标在碰撞事件发生前避开所述地图中的所述障碍物的所述外轮廓坐标序列。

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