CN207636816U - 光学模组及具有其的智能移动设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光学模组及具有其的智能移动设备，光学模组包括光学组件和套设在光学组件外侧的屏蔽筒；光学组件包括用于发射第一光信号的第一光信号发射器，用于发射第二光信号的第二光信号发射器、透镜以及光信号接收器，第一光信号经由屏蔽筒后被反射进入光信号接收器，第二光信号经由屏蔽筒后被反射通过透镜后进入光信号接收器。根据本实用新型的光学模组包括光学组件和套设在所述光学组件外侧的屏蔽筒，光学组件具有第一光信号发射器、第二光信号发射器和光信号接收器，光信号接收器能够根据环境切换不同的照明光源，以使定位更加精准。

Description

光学模组及具有其的智能移动设备

技术领域

本实用新型涉及机器人定位领域，具体地，涉及一种光学模组及具有其的智能移动设备。

背景技术

移动机器人上往往加装各种各样的传感器，以通过感测环境中的物体对自身进行定位。通常的定位的方式包括相对定位法，例如航位推算法、码盘法、通过IMU(惯性传感器)进行定位等，还有绝对定位法，例如基于信标的定位、环境地图模型匹配定位、视觉定位，而其中，视觉系统是机器人与人类感知环境最接近的探测方式。受益于模式识别、机器视觉的发展，基于视觉的机器人定位近年来成为研究热点。

然而，单一的一种定位方法往往不能对机器人进行精准定位，其产生的累计误差或突然发生故障均会影响机器人的定位，导致机器人无法正常运行。通过多种定位方法进行融合，使得移动机器人可以根据不同的环境特征或实际需要选择适当的定位方法，如此可以提高机器人定位的精确性。

在家庭环境中，地面可以为光滑瓷砖面、地板面或其上铺设地毯面，一般机器人会携带一些附件，比如水箱从而组成扫拖一体机，有时并不希望机器人行进至地毯面，或者在地毯上需要关闭水箱出水，然而机器人并不能判断当前处于何种材质的地面上，因此也就不能切换不同模式配合其是否行进至地毯上。

因此，有必要提出一种光学模组及具有其的智能移动设备，以至少部分地解决现有技术中存在的以上问题。

实用新型内容

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施例部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种光学模组，其特征在于，所述光学模组包括光学组件和套设在所述光学组件外侧的屏蔽筒；

所述光学组件包括：

第一光信号发射器，所述第一光信号发射器用于发射第一光信号；

第二光信号发射器，所述第二光信号发射器用于发射第二光信号；

透镜；以及

光信号接收器，所述第一光信号经由所述屏蔽筒后被反射进入所述光信号接收器，所述第二光信号经由所述屏蔽筒后被反射通过所述透镜后进入所述光信号接收器。

根据本实用新型的光学模组包括光学组件和套设在所述光学组件外侧的屏蔽筒，光学组件具有第一光信号发射器、第二光信号发射器和光信号接收器，光信号接收器能够根据环境切换不同的照明光源，以使定位更加精准。

可选地，所述第一光信号发射器为激光发射器；所述第二光信号发射器为发光二极管。

可选地，所述光信号接收器为图像传感器。

可选地，所述第一光信号发射器和所述光信号接收器设置在同一芯片上，所述透镜位于所述第二光信号发射器和所述芯片之间。

可选地，所述光学模组还包括电路板，所述第一光信号发射器、所述第二光信号发射器和所述光信号接收器均电连接至所述电路板。

可选地，所述光学模组还包括支撑构件，所述支撑构件安装在所述电路板上，所述透镜嵌设在所述支撑构件上，所述屏蔽筒套设在所述支撑构件的外侧。

可选地，所述支撑构件包括依次相邻的第一台阶部、第二台阶部和第三台阶部，所述第二台阶部的高度大于所述第一台阶部的高度，所述第三台阶部的高度大于所述第二台阶部的高度，所述透镜嵌设在所述第二台阶部。

可选地，所述第一台阶部开设与所述第一光信号发射器对应的第一光信号发射器开口和与所述光信号接收器对应的光信号接收器开口，所述第一光信号发射器开口和所述光信号接收器开口之间设置有隔光板。

可选地，所述第二光信号发射器设置在所述第三台阶部中，所述第三台阶部设置有与所述第二光信号发射器对应的第二光信号发射器开口。

可选地，所述屏蔽筒远离所述光学组件的第一端设置有屏蔽筒开口，所述屏蔽筒靠近所述光学组件的第二端设置有滤光镜，所述第一光信号和所述第二光信号穿过所述滤光镜。

可选地，所述滤光镜构造为红外透镜。

可选地，所述滤光镜包括第一滤光部和与所述第一滤光部相接的第二滤光部，所述第一滤光部与所述第二滤光部成预定角度设置。

可选地，所述第一滤光部正对所述第一光信号发射器和所述光信号接收器，并且所述第一滤光部沿倾斜于水平方向的方向设置；

所述第二滤光部正对所述第二光信号发射器和所述透镜，并且所述第二滤光部沿所述水平方向设置。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种智能移动设备，其包括上述的光学模组，所述光学模组设置在所述智能移动设备的底部。

根据本实用新型的智能移动设备包括光学模组，光学模组包括光学组件和套设在所述光学组件外侧的屏蔽筒，光学组件具有第一光信号发射器、第二光信号发射器和光信号接收器，光信号接收器能够根据环境切换不同的照明光源，以使定位更加精准。

可选地，所述智能移动设备根据所述光信号接收器采集的特征值控制所述第一光信号发射器或第二光信号发射器进行光信号发射。

可选地，所述智能移动设备为清洁用机器人。

附图说明

从下面结合附图对本实用新型示意性实施方式的描述中，本实用新型的上述和其它方面将变得更明显和更容易理解，在附图中：

图1为装配有根据本实用新型的一种优选实施方式的光学模组的智能移动设备的仰视示意图；

图2为图1示出的智能移动设备的剖视示意图；

图3为图2中的A部分的放大视图；

图4为根据本实用新型的一种优选实施方式的光学模组的光学组件的放大视图；

图5为图4的俯视示意图；以及

图6为光学模组的立体示意视图。

附图标记说明：

1： 智能移动设备 2： 底部开口

3： 地面 9： 光学模组

10： 电路板 20： 芯片

21： 激光发射器 22： 光信号接收器

30： 发光二极管 40： 透镜

50： 支撑构件 51： 第一台阶部

511： 激光发射器开口 512： 图像传感器开口

513： 隔光板 52： 第二台阶部

521： 透镜收容槽 53： 第三台阶部

531： 发光二极管开口 60： 屏蔽筒

61： 第一滤光部 62： 第二滤光部

63： 屏蔽筒开口

具体实施方式

以下参照附图对本实用新型的优选实施方式进行说明。需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

在本文中，本申请中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其它含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

请参阅图1至图3，其示例性地示出了根据本实用新型的光学模组9，其被整体配置在智能移动设备1上，智能移动设备1可以为扫地机器人或擦地机器人等清洁用机器人。光学模组9可通过设置在智能移动设备1的底部的底部开口2，对智能移动设备1所在地面3进行感测。光学模组9包括光学组件和套设在光学组件外侧的屏蔽筒60，光学组件包括下文将详细描述的第一光信号发射器、第二光信号发射器、透镜40以及光信号接收器。屏蔽筒60用于屏蔽周围的杂散光，屏蔽筒60的开口朝向地面3。

请结合参阅图3和图5，第一光信号发射器用于发射第一光信号，第二光信号发射器用于发射第二光信号，第一光信号可不同于第二光信号。例如在图示实施方式中，第一光信号发射器为激光发射器21，第二光信号发射器为发光二极管30。

请结合参阅图6，激光发射器21发出的第一光信号经由屏蔽筒60后被反射进入光信号接收器，发光二极管30发出的第二光信号经由屏蔽筒60后被反射通过透镜40后进入光信号接收器。

具体地，光信号接收器为图像传感器22。激光发射器21和发光二极管30能够发射红外光照射至地面3，图像传感器22用于对地面3进行连续拍摄，智能移动设备1通过对拍摄到的图像进行分析，可以判断出智能移动设备1所在地面3的材质，例如，瓷砖或地毯。

结合参阅图5，激光发射器21和图像传感器22可以设置在同一芯片20上，透镜40位于发光二极管30和芯片20之间。该芯片20可以与发光二极管30协同工作，例如，开启激光发射器21和发光二极管30中的一个用于照射地面3，即，激光发射器21和发光二极管30不同时工作(发射光信号)以照射地面3。

此外，光学模组9还包括电路板10(例如印刷电路板)，激光发射器21、发光二极管30和图像传感器22均电连接至电路板10。电路板10可以与智能移动设备1的主控制器(未示出)电连接，光学模组9可连续不断地捕获图像。

现将简述光学模组9的工作原理。在智能移动设备1工作时，仅开启激光发射器21和发光二极管30中的一个。换句话说，激光发射器21和发光二极管30不允许同时开启。主控制器可根据图像传感器22拍摄到的图像特征来确定选择激光发射器21或者发光二极管30来照亮地面3。特别地，在智能移动设备1初始启动时，可默认选择激光发射器21工作。

通常，当激光发射器21工作时，图像传感器22拍摄瓷砖表面的图像特征值为高，而拍摄地毯表面的图像特征值为低。当发光二极管30工作时，图像传感器22拍摄地毯表面的图像特征值为高，而拍摄瓷砖表面的图像特征值为低。

以此方式，光学组件可以识别从白色光滑的瓷砖到粗毛地毯等不同材料的表面。由于室内家庭的地板材料各不相同，根据本实用新型的光学模组9可以识别更加广泛的材料表面，使得智能移动设备1的应用范围更加广泛，定位更加精准。除此之外，还能提供更高的DOF(景深，depth of field)范围来适应不平坦的表面。

在图示实施方式中，光学模组9还包括支撑构件50，支撑构件50安装在电路板10上，透镜40嵌设在支撑构件50上，屏蔽筒60套设在支撑构件50的外侧。进一步，在图示实施方式中，支撑构件50可包括依次相邻的第一台阶部51、第二台阶部52和第三台阶部53。支撑构件50具有内部空间，用于容纳激光发射器21、发光二极管30以及图像传感器22等部件。

如图4所示，第二台阶部52的高度大于第一台阶部51的高度，第三台阶部53的高度大于第二台阶部52的高度，透镜40嵌设在第二台阶部52。第二台阶部52开设有与透镜40对应的透镜收容槽521，透镜40嵌设在透镜收容槽521中，透镜收容槽521的底部开始透光孔(图未示)，透光孔与部分图像传感器22对正。

此外，第一台阶部51开设有与激光发射器21对应的激光发射器开口511(第一光信号发射器)和与图像传感器22对应的图像传感器开口512(光信号接收器开口)。激光发射器开口511用于供激光发射器21发出的光信号照射至地面3。而图像传感器开口512供被地面3反射的光信号直接进入图像传感器22。此外，为了提高感测效果，避免干扰，激光发射器开口511和图像传感器开口512之间设置有隔光板513，隔光板513突设在激光发射器开口511和图像传感器开口512之间。

由于发光二极管30的体积相对较大，因此发光二极管30可设置在第三台阶部53中，第三台阶部53设置有与发光二极管30对应的发光二极管开口531(第二光发射器开口)，发光二极管开口531用于供发光二极管发出的光信号照射至地面3，该发光二极管30部分露出该发光二极管开口531，使得一半发光二极管30外露，一半发光二极管30被遮挡，透镜40的形状与外露的一半发光二级管30的形状相似，以有效接收发光二级管30的发出的第二光信号。

请参阅图6，屏蔽筒60远离光学组件的一端开设屏蔽筒开口63，屏蔽筒60靠近光学组件的一端设置有滤光镜，屏蔽筒60成逐渐过渡的喇叭口状。第一光信号和第二光信号穿过滤光镜。

可选地，在激光发射器21和发光二极管30均发射红外光线的情形中，滤光镜构造为红外透镜。例如，红外透镜40可以由仅允许红外光通过的材料，以此便于屏蔽其他光束，有利于图像传感器22拍摄出更清晰的图像。

在图示实施方式中，滤光镜包括第一滤光部61和与第一滤光部61相接的第二滤光部62，第一滤光部61与第二滤光部62成预定角度设置。第一滤光部61正对激光发射器21和图像传感器22，并且第一滤光部61沿倾斜于水平方向的方向设置；第二滤光部62正对发光二极管30和透镜40，并且第二滤光部62沿水平方向设置。

容易理解的是，激光发射器21和图像传感器22的间距较小，倾斜设置的第一滤光部61能够使得激光发射器21发出的激光在通过第一滤光部61时产生一定的折射。发光二极管30与图像传感器22的间距较大，沿水平方向设置的第二滤光部62能够使得发光二极管30发出的光在通过第二滤光部62时产生尽量少的折射。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种智能移动设备1，其包括上述的光学模组9，光学模组9设置在智能移动设备1的底部。

请参阅图3，下面以光学模组9安装在扫地机器人上为例加以说明，屏蔽筒60的底边可以与扫地机器人的底面大致平齐，屏蔽筒60的底边与地面3的距离H为1到1.5CM，此距离根据物距可进行适应性调整。

当扫地机器人在地上行进时，控制光学模组9中的激光发射器21优先工作。当开启激光发射器时，图像传感器22拍摄图像后发送至主控制器后，由主控制器分析后判断图像特征值是高还是低，如果分析后的图像特征值高于主控制器内存储的预设特征值范围，则证明当前扫地机器人在瓷砖表面，继续使用激光进行定位；随着扫地机器人在地面继续行进，不断追踪图像，一旦分析后的图像特征值低于主控制器内存储的预设特征值范围，则证明当前扫地机器人已经由瓷砖表面行进到地毯表面。此时，切换至发光二极管30工作，关闭激光发射器21，由图像传感器22持续拍摄图像，经主控制器分析图像特征值，如果分析后的图像特征值高于主控制器内存的预设特征值范围，则证明当前扫地机器人仍然行进在地毯表面，随着扫地机器人在地面继续行进，不断追踪图像，一旦分析后的图像特征值低于主控制器内存储的预设特征值范围，则证明当前扫地机器人已经由地毯表面行进到瓷砖表面。如此，可根据图像特征值控制激光发射器21或发光二极管30进行光信号发射。

对于扫拖一体的清洁机器人，其内可设置清扫模式和拖地模式，基于上述光学模组配置的扫拖一体的清洁机器人，其可以根据光学模组反馈的信息智能切换清扫模式和拖地模式。例如：当主控制器切换至发光二极管30工作，关闭激光发射器21时，则证明清洁机器人已经行进在地毯表面，此时同时切换清洁机器人至清扫模式，关闭拖地模式，从而避免水箱在进行洒水；当主控制器切换至激光发射器21工作，关闭发光二极管30工作时，则证明清洁机器人已经行进在瓷砖等较为光滑的表面，此时同时切换清洁机器人之拖地模式，关闭清扫模式，从而控制开启水箱继续洒水。

可以理解的是，清洁模式仅为清洁机器人开启清扫模式，即通过滚刷边刷等对地面的垃圾碎屑等进行清扫，拖地模式则为对清扫过的地面通过洒水抹布等进行再次擦拭，如此使得地面更加干净，然而当清洁机器人行进至地毯表面则必须关闭拖地模式，同时地毯表面粗糙，垃圾碎屑在地毯表面不宜被吸入清洁机器人内部，故需要加大风力，清扫模式也可以进一步设置一般清扫模式和强进清扫模式，如此配合清洁机器人行进至地毯表面需要大风力支持清扫的需要，通过判断清洁机器人在不同地面环境配合切换不同的清洁模式，以有效提供清洁效果，其更加智能化。

根据本实用新型的光学模组及具有其的智能移动设备可以根据不同材质的表面切换不同的光信号发射器工作并进行图像拍摄，经过图像特征识别后在两种照明方式中自动切换，以便适应不同地面的表面材质，从而可与其他定位方式配合，减少累计误差，以便定位更加精准。

根据本实用新型的智能移动设备包括光学模组，光学模组包括光学组件和套设在所述光学组件外侧的屏蔽筒，光学组件具有第一光信号发射器、第二光信号发射器和光信号接收器，光信号接收器能够根据环境切换不同的照明光源，以使定位更加精准。针对扫拖一体的清洁机器人，往往需要知道清洁机器人在何种地面行驶，以切换不同的模式，不如清扫模式还是拖地模式，本实施方式中的光学模组可以判断地面材质，以在不同的地面环境配合适当的清洁模式，保证清洁器机器人在地毯上不会洒水，更加智能化。

需要说明的是本申请通过设置第一光信号发射器可以结合第二光信号发射器配合扫地机器人在光滑地面行驶，避免了仅设置第二光信号发射器而仅能在地毯上行驶的限制，从而配合扫地机器人的模式切换拓宽了其清扫的面积及应用场景，更加适应家庭地面复杂多变的情况。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中出现的诸如“部件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本实用新型已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。

Claims (16)

1.一种光学模组，其特征在于，所述光学模组包括光学组件和套设在所述光学组件外侧的屏蔽筒；

所述光学组件包括：

第一光信号发射器，所述第一光信号发射器用于发射第一光信号；

第二光信号发射器，所述第二光信号发射器用于发射第二光信号；

透镜；以及

光信号接收器，所述第一光信号经由所述屏蔽筒后被反射进入所述光信号接收器，所述第二光信号经由所述屏蔽筒后被反射通过所述透镜后进入所述光信号接收器。

2.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第一光信号发射器为激光发射器；所述第二光信号发射器为发光二极管。

3.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述光信号接收器为图像传感器。

4.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述第一光信号发射器和所述光信号接收器设置在同一芯片上，所述透镜位于所述第二光信号发射器和所述芯片之间。

5.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括电路板，所述第一光信号发射器、所述第二光信号发射器和所述光信号接收器均电连接至所述电路板。

6.根据权利要求5所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括支撑构件，所述支撑构件安装在所述电路板上，所述透镜嵌设在所述支撑构件上，所述屏蔽筒套设在所述支撑构件的外侧。

7.根据权利要求6所述的光学模组，其特征在于，所述支撑构件包括依次相邻的第一台阶部、第二台阶部和第三台阶部，所述第二台阶部的高度大于所述第一台阶部的高度，所述第三台阶部的高度大于所述第二台阶部的高度，所述透镜嵌设在所述第二台阶部。

8.根据权利要求7所述的光学模组，其特征在于，所述第一台阶部开设与所述第一光信号发射器对应的第一光信号发射器开口和与所述光信号接收器对应的光信号接收器开口，所述第一光信号发射器开口和所述光信号接收器开口之间设置有隔光板。

9.根据权利要求8所述的光学模组，其特征在于，所述第二光信号发射器设置在所述第三台阶部中，所述第三台阶部设置有与所述第二光信号发射器对应的第二光信号发射器开口。

10.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述屏蔽筒远离所述光学组件的第一端设置有屏蔽筒开口，所述屏蔽筒靠近所述光学组件的第二端设置有滤光镜，所述第一光信号和所述第二光信号穿过所述滤光镜。

11.根据权利要求10所述的光学模组，其特征在于，所述滤光镜构造为红外透镜。

12.根据权利要求10或11所述的光学模组，其特征在于，所述滤光镜包括第一滤光部和与所述第一滤光部相接的第二滤光部，所述第一滤光部与所述第二滤光部成预定角度设置。

13.根据权利要求12所述的光学模组，其特征在于，

所述第一滤光部正对所述第一光信号发射器和所述光信号接收器，并且所述第一滤光部沿倾斜于水平方向的方向设置；

所述第二滤光部正对所述第二光信号发射器和所述透镜，并且所述第二滤光部沿所述水平方向设置。

14.一种智能移动设备，其特征在于，包括根据权利要求1至13中的任一项所述的光学模组，所述光学模组设置在所述智能移动设备的底部。

15.根据权利要求14所述的智能移动设备，其特征在于，

所述智能移动设备根据所述光信号接收器采集的特征值控制所述第一光信号发射器或第二光信号发射器进行光信号发射。

16.根据权利要求14所述的智能移动设备，其特征在于，所述智能移动设备为清洁用机器人。