CN116172440A - 自移动机器人 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种自移动机器人，包括主机和传感器模块。传感器模块设置在主机的防撞板上，其中防撞板设置有固定座，传感器模块沿投影方向设置在固定座上，使传感器模块可随着防撞板在水平方向上运动，并且在投影方向上受到固定座的阻挡，可避免传感器模块产生抖动或震动的问题，从而提升感测可靠度，增进用户体验。

Description

自移动机器人

技术领域

本申请涉及清洁设备领域，尤其涉及一种自移动机器人。

背景技术

市面上移动清洁机器人包含各种导航和避障等传感器。各类传感器由于其功能的需求和结构外形的限制被安装在机器人的前方、侧方和上方等位置。当主机受到路面粗糙产生震动或受到撞击时，连带的使这些传感器产生上下方向的位移，而上下抖动或震动，导致传感器的稳定性差，感测数据的准确度不稳定，造成误判，影响产品规划，从而降低用户体验。

发明内容

本申请的多个方面提供一种自移动机器人，可解决传感器容易随着主机的工况产生抖动或震动，导致稳定性差、感测数据的准确度不稳定以及容易造成误判等问题。

本申请实施例提供一种自移动机器人，包括：主机，包括底座和设置在所述底座的防撞板，所述防撞板可相对所述底座沿水平方向往复位移；以及传感器模块，设置于所述防撞板上。其中，所述防撞板包括固定座，所述固定座的相对二侧分别设置有限位部，所述传感器模块的相对二侧分别设置有结合部，所述结合部沿所述投影方向设置于相对应的所述限位部，并且可相对所述限位部沿所述水平方向运动。

可选地，所述限位部包括承载台和盖体，所述结合部设置于所述承载台和所述盖体之间，并且在所述投影方向上受到所述承载台和所述盖体的阻挡。

可选地，所述结合部面向所述承载台的一侧和面向所述盖体的一侧分别设置有压力轴承，所述结合部通过所述压力轴承相对所述限位部位移。

可选地，所述传感器模块包括发射器、接收器和透光组件，所述发射器和所述接收器沿投影方向上下排列，所述透光组件包括隔板和位于所述隔板相对二侧的第一透光板和第二透光板，其中所述第一透光板和所述第二透光板分别对应于所述发射器和所述接收器，且所述第一透光板和所述第二透光板相互倾斜。

可选地，所述第一透光板和所述第二透光板分别连接于所述隔板的相对二侧，且倾斜角度相互对称。

可选地，所述传感器模块还包括壳体、反光组件和电机，所述反光组件沿所述投影方向轴设于所述壳体内，所述电机连接于所述反光组件，用以带动所述反光组件相对所述发射器和所述接收器转动。

可选地，所述反光组件包括转轴、第一反光镜和第二反光镜，所述转轴的一端轴设于所述壳体的底部，另一端于所述壳体的顶部连接于所述电机，所述第一反光镜和所述第二反光镜沿所述转轴的径向设置于所述转轴上，并且分别对应于所述第一透光板和所述第二透光板。

可选地，所述第一反光镜和所述第二反光镜之间相隔一间距，所述间距对应于所述隔板，并且当所述反光组件转动时用以供所述隔板通过。

可选地，所述自移动机器人还包括控制单元，且所述传感器模块还包括第一光传感器、第二光传感器和角位移传感器，所述第一光传感器包括所述发射器和所述接收器，所述第二光传感器设置于所述发射器的一侧，所述角位移传感器和所述转轴同轴设置，用以探测所述转轴的转角位置信号，所述控制单元电性连接于所述角位移传感器，用以根据所述转角位置信号选择性地启动所述第一光传感器和所述第二光传感器。

可选地，所述角位移传感器的齿数为5或5的倍数，且所述每一齿具有相对应的所述转角位置信号。

可选地，所述控制单元用以根据所述齿数中第一齿的转角位置信号启动所述第一光传感器以及根据其余齿的转角位置信号启动所述第二光传感器。

可选地，所述传感器模块还包括人工智能传感器，设置在所述透光组件的一侧，并且电性连接于所述控制单元。

本申请实施例同时提供一种自移动机器人，包括主机和传感器模块，所述主机设置有可沿水平方向往复位移的防撞板，所述防撞板包括固定座，所述传感器模块沿投影方向设置于所述固定座上，其中所述传感器模块可相对所述固定座沿所述水平方向运动，并且在所述投影方向上受到所述固定座阻挡。

在本申请实施例中，将传感器模块设置在主机最前侧的防撞板上，使其可随着防撞板共同运动，即沿着水平方向运动。同时，通过传感器模块沿着投影方向设置在防撞板的固定座的方式，让传感器模块在投影方向受到固定的阻碍，避免产生投影方向的位移，例如因上下往复位移而产生抖动或震动，从而能稳定的保持在水平方向运动。因此可以提升传感器模块在执行感测任务时的稳定性和准确度，降低误判风险。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例的自移动机器人的分解图。

图2为本申请实施例的自移动机器人的另一视角分解图。

图3为本申请实施例的自移动机器人的前视图。

图4为本申请实施例的传感器模块的前视图。

图5为图4的剖面图。

图6为本申请实施例的传感器模块的立体图。

图7为本申请实施例的传感器模块的分解图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本申请保护的范围。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请实施例提供的自移动机器人可以是，但不局限于，包括有主机和供主机停靠的基站的扫地机器人、拖地机器人或扫拖一体式机器人，或者是空气净化机器人等具有空间感测能力并且可依据清洁路径行走的清洁设备。

请参阅图1至图3，本申请实施例提供的自移动机器人1包括主机10和传感器模块20，传感器模块20可以选择性的设置在主机10的机体、底座110或者是防撞板120上。防撞板120包括板体121、触发机构以及缓冲机构，其中板体121活动设置在底座110的前侧，并且具有沿水平方向朝底座110靠拢的第一行程和第二行程。触发机构用以在板体121受外力作用并产生第一行程的位移时，触发主机的暂停行进信号。缓冲机构提供防撞板120具有相对底座110往复位移的弹性力和弹性回复力，用以在板体121产生第二行程位移的情况下，对板体121提供缓冲作用并使板体121回复至起始位置。因此，当防撞板120遭遇外力撞击时，可以提供第一行程和第二行程的溃缩保护，并触发停止信号，让主机110减速、停止前进，以避免主机110受挤压而损坏。

在本实施例中，传感器模块20设置在主机10的防撞板120上。防撞板120设置有固定座122，且固定座122的相对二侧分别设置有限位部123，用以供传感器模块20固定。例如，限位部123包含可相互结合的承载台1231和盖体1232，并且在传感器模块20的相对二侧分别设置有结合部201，其可以是但不限于从传感器模块20的相对二侧边沿水平方向向外延伸的耳片。因此，当传感器模块20与固定座122相结合时，可通过结合部201沿投影方向设置在承载台1231上，再将盖体1232覆盖在结合部201上，使结合部201在投影方向上的活动空间受到阻挡，并且被限制在承载台1231和盖体1232之间的水平位置活动，从而达到对传感器模块20的限位作用，使传感器模块20只会随着防撞板120沿水平方向相对底座110在水平面上运动，例如前后运动或左右运动等，不会产生投影方向的上下运动，因此避免传感器模块20产生震动，并且始终维持在水平状态，如此，可改善传感器模块20运作时所测得数据的稳定性，降低误判风险。

由于现有地面清洁机器人的传感器模块多为固定在主机上方，用于探测前方环境信息，因此配置上会突出于整机顶面，从而增加整体高度，影响清洁机器人在清洁路径上行走时的通过率。另外，对于将传感器模块配置在主机前侧面板的现有的清洁机器人而言，传感器模块的视场角空间容易受到主机下方的突出结构影响，例如突出主机表面的驱动轮组或具有移动行程的防撞板，因此在主机上需要预留较大的视场角空间。如此将造成主机的空间浪费，并且使主机的整体结构造型怪异，并影响防撞板的防撞性能下降。

在本申请实施例所提供的自移动机器人中，将传感器模块20设置在防撞板120上，使传感器模块20可以随着防撞板120在水平方向同步运动，因此在进行感测工作时，其视场角空间不会因为防撞板120的移动而被遮蔽，从而可以在主机10前侧实时感测待清洁空间的环境信息，提供稳定的感测效能，因此可以克服前述现有的清洁机器人所存在的问题。

此外，在本申请的一些实施例中，在传感器模块20的结合部201和防撞板120的固定座122之间还可以选择性的设置润滑导向部件124，例如在结合部201面向承载台1231的一侧和/或面向盖体1232的一侧设置压力轴承，让传感器模块20在固定座122上被限制只能沿水平方向进行平面运动，避免其在投影方向上下震动，并且减少结合部201和限位部123之间的摩擦力。同时，润滑导向部件124除了上述的限位作用外，还可以起到使结合部201和限位部123之间形成密封状态的效果，可节省相关零件的设置数量，简化工作方式，提高工作效能。

在上述关于将传感器模块固定在主机上方的现有地面清洁机器人中，一般采用直接飞行时间(DTOF)或激光直接成型技术(Laser Direct Structuring，LDS)的激光雷达，其通过电机传动使发射接收光路绕器轴心360°旋转一周，360°旋转过程中，每隔一个固定的角度进行一次测距。因此，采用这种方案的传感器模块一般放置在机器人的顶部，增加了机器人的高度。

请参照图4至图6，本申请实施例提供了一种传感器模块20，可克服上述问题。在本实施例中，传感器模块20包括壳体210以及设置于壳体210内的发射器220、接收器230和透光组件240，其中传感器模块20的结合部201即设置在壳体210的相对二侧边上。发射器220和接收器230彼此作为传感器的一部分设置在壳体210内，例如作为光传感器的光发射器和光接收器，且发射器220和接收器230在壳体210内沿投影方向上下排列，而分别位于壳体210内朝向壳体210顶部的一侧以及朝向壳体210底部的一侧。

透光组件240覆盖在壳体210的前侧，并且与壳体210结合为一整体，使壳体210内部形成容置空间，用以供发射器220、接收器230和其他零部件安装。透光组件240包括第一透光板241和第二透光板242，分别朝向透光组件240远离壳体210的一侧相互倾斜连接。两者间的倾斜角度可以是但不限于相互对称，使第一透光板241和第二透光板242在透光组件240上构成近似于锥状的立体结构。其中，第一透光板241和发射器220位于传感器模块20的同一侧，用以供发射器220所产生的信号穿透至外界环境；第二透光板242和接收器230位于传感器模块20的同一侧(即相异于第一透光板241的一侧)，用以供从外界环境反射的信号穿透至传感器模块20内，并传递至接收器230。

举例而言，当传感器模块20中所配置的传感器类型为光传感器时，例如DTOF激光雷达，其发射器220和接收器230分别为光发射器和光接收器。当发射器220驱动激光管发射一束脉冲激光，透过传感器模块20前方的第一透光板241到达外界环境中的障碍物，经过反射后，透过第二透光板242到达接收器230。一般在光线传递的过程中，容易在第一透光板241和第二透光板242上出现多重反射的问题，以及在光透射第一透光板241和第二透光板242表面的同时也会出现反射的现象。这样容易使接收器230接收到多余杂散光信号，导致传感器的感测信号误触发，增加误判的风险。但是在本申请实施例中，通过第一透光板241和第二透光板242之间呈现对称角度的倾斜配置方式，可以改变光线在第一透光板241和第二透光板242上的反射路径，使杂散光不能进入接收器230的透镜，从而解决杂散光的问题。

请参照图7，在本申请的其他实施例中，透光组件240还包括隔板243。第一透光板242和第二透光板243分别位于隔板243的相对二侧，并且以相互倾斜的方式连接于隔板243远离壳体210的一侧。第一透光板241和第二透光板242可以是但并不局限于以相互对称的倾斜角度连接于隔板243，使第一透光板241和第二透光板242在透光组件240上构成近似于锥状的立体结构。其中，隔板243在壳体210内介于发射器220和接收器230之间，将发射器220分隔在对应于第一透光板241的一侧，以及将接收器230分隔在对应于第二透光板242的一侧。因此，在传感器作动时，发射器220所发射的信号穿透第一透光板241传递至外界环境，并且经外界环境中的物体反射至第二透光板242，让接收器230在相异于发射器220的一侧接收反射信号。

例如，在本申请中某些配置光传感器的实施例中，发射器220驱动激光管朝向第一透光板241发射一束脉冲激光，使其透过第一透光板241到达外界环境中。此脉冲激光在外界环境中经过障碍物反射后，透过第二透光板242传递至接收器230。在此过程中，当光线通过第一透光板241时，其在第一透光板241表面所形成的反射光除了受到第一透光板241的倾斜角度导引外，还被隔板243阻隔在发射器220的一侧，因此不会被传递至接收器的一侧。同时，当光线经反射后穿透第二透光板242时，其在第二透光板242表面所形成的杂散光受到第二透光板242的倾斜角度导引，而消散在外界环境中，免除了杂散光对接收器230的干扰，从而提高感测精度。

值得说明的是，在本申请实施例中，通过传感器的发射器和接收器沿投影方向上下排列的设置方式，让传感器模块中可以集成感测方式相接近的多个传感器来使用，从而起到多个传感器相互协同工作的多工效能。

请参阅图4至图7，在本申请某些实施例所提供的自移动机器人中，传感器模块20内设置有第一光传感器S、第二光传感器250、反光组件260以及连接于反光组件260的电机270，其中第一光传感器S、第二光传感器250和电机270分别电性连接于主机10上的控制单元，以通过控制单元对这些组件进行系统化的调控，从而提供多个传感器可协同工作的多工运行模式。

在本实施例中，第一光传感器S可以是但不局限于DTOF激光雷达，其主要用于定位，并且可以实现厘米级的建图和导航。第二光传感器250可以是但不局限于3D结构光传感器，其可以实现毫米级的避障感测。

第一光传感器S包括设置在传感器模块20底部的接收器230以及位于接收器230上方的发射器220，其中发射器220对应于第一透光板，接收器对应于第二透光板。第二光传感器250设置在传感器模块的20顶部，包括位于传感器模块的20左右两侧的激光发射器251以及设置在二个激光发射器220之间的结构光接收器252。虽然第一光传感器S和第二光传感器250的感测方式都是通过光信号传递，但是在本申请实施例中，通过透光组件240和反光组件260的协同作用，让第一光传感器S和第二光传感器250可以集成在传感器模块20的顶部，使传感器模块20的其他空间获得释放，从而可以扩增其他类型的传感器，达到空间利用率的最大化，同时让传感器模块20具备更全面的感测效能。因此，在传感器模块20前侧靠近第一透光板241和第二透光板242的一侧还可以设置人工智能(AI)传感器280，其可以配合深度学习算法对物体进行精确的识别。

有别于现有传感器的发射器和接收器在主机顶部绕轴心360°转动的感测方式，本申请采用了离轴旋转的方式进行感测。例如在本实施例中第一光传感器和第二光传感器250固定在传感器模块20上，使两者用以进行感测的光路受到固定。通过电机270驱动反光组件260在传感器模块20内相对第一光传感器和第二光传感器250旋转，让光线受到反光组件260的折射和/或反射后，透过第一透光板241传递至外界环境，以及透过第二透光板242传递至接收器230。

反光组件260包括第一反光镜261、第二反光镜262和转轴263。第一反光镜261和第二反光镜262分别沿转轴263的径向方向设置于转轴263上，且第一反光镜261和第二反光镜262可以是但不局限于沿径向方向从转轴263的相对二侧延伸形成。此外，第一反光镜261和第二反光镜262之间还可以相隔一间距，此间距的位置恰好对应于透光组件240的隔板243，使第一反光镜261和第二反光镜262分别对应于发射器220和接收器230，同时让反光组件260在壳体210内旋转时可以将此间距作为避让空间，供隔板243通过，以避免对反光组件260的旋转造成干涉。因此，在反光组件260的配置上，可以让隔板243伸入间距内，使反光组件260的转轴263更加的靠近隔板243，从而使传感器模块20的整体体积获得进一步缩减。

另外，转轴261的相对二端可以是但不限于通过轴承264可转动的设置在传感器模块20的壳体210内。其中，转轴261的一端轴设于壳体210的底部，另一端在壳体210的顶部连接于电机270，从而可以在电机270的驱动下，在壳体210内带动第一反光镜261和第二反光镜262相对发射器220和接收器230旋转。

在本申请的一些实施例中，在反光组件260的转轴261上还配置有角位移传感器290，例如码盘，其一侧通过轴承264连接于转轴261上，另一侧连接于电机270，以便于在电机270的带动下跟随转轴261同步转动，从而感测反光组件260旋转角度的变化。同时，角位移传感器290电性连接于主机10上的控制单元，用以将所感测的转轴261的转角位置信号(即转轴的旋转角度信号)传送至控制单元，使控制单元可根据此信号选择性地启动第一光传感器S和第二光传感器250。通过这种配置方式，可以避免两个传感器之间的信号相互干扰。举例而言，可以在反光组件260的转轴261上配置齿数为5或5的倍数的码盘，在齿数转动至第一齿时，控制单元接收第一齿的转角位置信号，启动第一光传感器S的发射器220发射光信号，以及通过接收器230接收反射光信号。以及，在齿数转动至其他齿的位置时，控制单元接收其转角位置信号，启动第二光传感器250的激光发射器251发出光信号，以及在相异于接收器230的另一侧通过结构光接收器252接收反射光信号。使第一光传感器S和第二光传感器250的启闭时间受到调控，以避免相互干扰。

以下通过应用场景的描述对本申请实施例作进一步说明。

请参照图1、3、5和7，在进行清洁任务时，当自移动机器人1的主机10电源开启，控制单元根据角位移传感器290所传送的转角位置信号对应的启动第一传感器S和第二传感器250。例如，使用码盘的信号分时来确认是要启动DTOF激光雷达工作，还是要启动3D结构光传感器工作。其中，3D结构光传感器通常需要多帧图像，通过后端算法计算出光斑所在区域的3D深度信息。假设3D结构光需要4帧图像才能计算一帧3D深度信息，通过码盘设计为5或5的倍数个齿的方式，当码盘转动至第一个齿时，控制单元启动DTOF激光雷达连续驱动发射器220发射脉冲激光测距建图，并且在第二、三、四、五齿时，DTOF激光雷达停止工作，并启动3D结构光传感器的摄像头分别采样图像1、2、3、4.从而实现了DTOF激光雷达和3D结构光传感器的分时复用。

其中，DTOF激光雷达的发射器220和接收器230呈现上下排列方式使光路固定，并且配合反光组件260相对于发射器220和接收器230的离轴旋转的方式来实现扫描、感测。因此，当DTOF激光雷达启动时，其发射器220驱动激光管发射一束脉冲激光，经过离轴旋转的第一反光镜261反射，实现一定角度范围的扫描。实际上，通过反光镜的反射方式可以让实际的扫描角度扩大1倍。当脉冲激光透过第一透光板241到达障碍物经过反射后，再透过第二透光板242到达第二反光镜262，经反射后到达接收器230。在此过程中，由于第一透光板241、第二透光板242分别和第一反光镜261、第二反光镜262的平面呈现一个对称的角度θ，例如取值范围大约在1°到10°的角度，其可通过透光板的组成材质、反光镜的镜片大小以及光路的长度参数来进行调整与设置。这样经第一透光板241和第二透光板242反射的杂散光经过第一反光镜261和第二反光镜262的反射后，角度会偏转2θ，从而使杂散光不能进入接收器230的透镜，也不会对发射器220造成干扰。因此，可以消除接收器230接收到多余杂散光导致信号的误触发，并使感测精准度获得提升。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种自移动机器人，其特征在于，包括：

主机，包括底座和设置在所述底座的防撞板，所述防撞板可相对所述底座沿水平方向往复位移；以及

传感器模块，设置于所述防撞板上；

其中，所述防撞板包括固定座，所述固定座的相对二侧分别设置有限位部，所述传感器模块的相对二侧分别设置有结合部，所述结合部沿所述投影方向设置于相对应的所述限位部，并且可相对所述限位部沿所述水平方向运动。

2.如权利要求1所述的自移动机器人，其特征在于，所述限位部包括承载台和盖体，所述结合部设置于所述承载台和所述盖体之间，并且在所述投影方向上受到所述承载台和所述盖体的阻挡。

3.如权利要求2所述的自移动机器人，其特征在于，所述结合部面向所述承载台的一侧和面向所述盖体的一侧分别设置有压力轴承，所述结合部通过所述压力轴承相对所述限位部位移。

4.如权利要求1所述的自移动机器人，所述传感器模块包括发射器、接收器和透光组件，所述发射器和所述接收器沿投影方向上下排列，所述透光组件包括隔板和位于所述隔板相对二侧的第一透光板和第二透光板，其中所述第一透光板和所述第二透光板分别对应于所述发射器和所述接收器，且所述第一透光板和所述第二透光板相互倾斜。

5.如权利要求4所述的自移动机器人，其特征在于，所述第一透光板和所述第二透光板分别连接于所述隔板的相对二侧，且倾斜角度相互对称。

6.如权利要求4所述的自移动机器人，其特征在于，所述传感器模块还包括壳体、反光组件和电机，所述反光组件沿所述投影方向轴设于所述壳体内，所述电机连接于所述反光组件，用以带动所述反光组件相对所述发射器和所述接收器转动。

7.如权利要求6所述的自移动机器人，其特征在于，所述反光组件包括转轴、第一反光镜和第二反光镜，所述转轴的一端轴设于所述壳体的底部，另一端于所述壳体的顶部连接于所述电机，所述第一反光镜和所述第二反光镜沿所述转轴的径向设置于所述转轴上，并且分别对应于所述第一透光板和所述第二透光板。

8.如权利要求7所述的自移动机器人，其特征在于，所述第一反光镜和所述第二反光镜之间相隔一间距，所述间距对应于所述隔板，并且当所述反光组件转动时用以供所述隔板通过。

9.如权利要求7所述的自移动机器人，其特征在于，还包括控制单元，且所述传感器模块还包括第一光传感器、第二光传感器和角位移传感器，所述第一光传感器包括所述发射器和所述接收器，所述第二光传感器设置于所述发射器的一侧，所述角位移传感器和所述转轴同轴设置，用以探测所述转轴的转角位置信号，所述控制单元电性连接于所述角位移传感器，用以根据所述转角位置信号选择性地启动所述第一光传感器和所述第二光传感器。

10.如权利要求9所述的自移动机器人，其特征在于，所述角位移传感器的齿数为5或5的倍数，且所述每一齿具有相对应的所述转角位置信号。

11.如权利要求10所述的自移动机器人，其特征在于，所述控制单元用以根据所述齿数中第一齿的转角位置信号启动所述第一光传感器以及根据其余齿的转角位置信号启动所述第二光传感器。

12.如权利要求9所述的自移动机器人，其特征在于，所述传感器模块还包括人工智能传感器，设置在所述透光组件的一侧，并且电性连接于所述控制单元。

13.一种自移动机器人，其特征在于，包括主机和传感器模块，所述主机设置有可沿水平方向往复位移的防撞板，所述防撞板包括固定座，所述传感器模块沿投影方向设置于所述固定座上，其中所述传感器模块可相对所述固定座沿所述水平方向运动，并且在所述投影方向上受到所述固定座阻挡。

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