CN212675199U - 一种传感检测装置及行驶稳定的扫地机 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种传感检测装置，该检测装置通过透镜增强光密度，降低地面颜色的影响，并且通过固定夹持结构，对光学传感器件进行夹持定位，使传感器保持稳定。通过控制板和固定板的预装固定，让传感器获得进一步稳定，相较于焊接的连接方式安装方式更简单，稳定可靠。还提供了一种行驶稳定的扫地机，该装置如此设置，当光学传感器件的光源与扫地机的前方的地面的投射高度大于判断检测高度时，光学传感器件的检测光照强度将低于一光强预设阈值，以此来判断前方是否有悬崖，防止扫地机意外跌落。

Description

一种传感检测装置及行驶稳定的扫地机

技术领域

本申请涉及传感器领域，尤其涉及一种传感检测装置及行驶稳定的扫地机。

背景技术

市面上现有的扫地机都设置有诸多传感检测装置例如跌落检测装置，可以检测到机器前进方向上是否有悬崖或者障碍物，防止机器意外跌落或发生碰撞，影响机器正常的清扫工作。

常见的跌落检测装置的工作原理是其内部设置有一组红外对管，包括发射管和接收管，发射管射出红外线后会被地面(或者是其它介质)反射，接收管用于接收被反射回来的红外线信号，通常是以反射回来的红外线信号强度的大小来判断前方是否有悬崖，现实的家庭环境中，红外线信号较容易被深色的物体吸收(比如深色的地毯)，导致信号强度变小，造成机器把深色地毯误判为悬崖的问题，不会爬上该地毯进行清扫，降低了产品的清扫性能。

多数厂家为了解决该问题，通常在跌落检测装置上设置凸透镜，使发射管射出和接收管接收的红外线更为聚焦，对悬崖的判断更为准确，更不容易受到深色物体的影响，机器不易发生悬崖误判的问题。但多数的跌落检测装置光学传感器件和凸透镜是通过焊接的方式连接在检测装置上的，这种连接方式较为复杂且不够稳定可靠。

发明内容

针对上述不足，本申请提出了一种传感检测装置，该检测装置通过透镜增强光密度，降低地面颜色的影响，并且通过固定夹持结构，对光学传感器件进行夹持定位，使传感器保持稳定。通过控制板和固定板的预装固定，让传感器获得进一步稳定，相较于焊接的连接方式安装方式更简单，稳定可靠。

本申请还提供了一种包含该装置的扫地机，该扫地机主机的底部边缘位置设置有至少一个该跌落检测装置，该装置如此设置，当光学传感器件的光源与扫地机的前方的地面的投射高度大于判断检测高度时，光学传感器件的检测光照强度将低于一光强预设阈值，以此来判断前方是否有悬崖，防止扫地机意外跌落。

本申请是通过以下技术方案实现的：

一种传感检测装置，包括外壳，外壳包括透明或半透明的底部，与外壳底部相对的顶部开口，形成于底部与顶部开口之间的环形侧壁，其中，外壳底部形成有凸透镜结构；能够由外壳顶部开口装入外壳内部的传感器组件，包括控制板，控制板上设置有光学传感器件；还包括固定板，固定板与控制板通过定位结构相对固定，固定板上形成有夹持部，能够对光学传感器件进行夹持定位，以使光学传感器的投射和/或接收方向指向凸透镜结构。通过透镜增强光密度，降低地面颜色的影响，并且通过固定夹持结构，使传感器保持稳定。通过控制板和固定板的预装固定，进一步增强传感器的稳定性，相较于焊接的连接安装方式更简单，稳定可靠。

进一步的，光学传感器件包括对称布置的发射管及接收管，发射管与接收管的布置方向形成10°-80°的夹角。发射管和接收管对称布置且夹角设定为10°-80°，可以保证发射管和接受管射出和接收的红外线在这一角度内信号最为强烈和有效，从而保障了传感器检测光强变化的敏锐性。

进一步的，夹持部包括形成于固定板的内夹持壁及外夹持壁，内夹持壁与外夹持壁之间形成有与光学传感器件形成匹配的限位空间。内夹持壁与外夹持壁之间有与光学传感器件匹配的限位空间，避免了了发射管和接受管的安装时发生大的角度偏差，导致红外线信号的区域精度变差，造成机器的悬崖误判，同时限位空间可以保证传感器稳定可靠。

进一步的，内夹持壁与外夹持壁之间还形成有与限位空间连通的光路通道，光路通道为喇叭口形状，透镜结构位于光路通道开阔的一端。发射管射出的红外线信号经过光路通道射向地面(或其他介质)，红外信号被地面(或其它介质)反射后经过光路通道由接收管接收，光路通道设置为喇叭口形状且透镜位于光路通道开阔的一端，这种设计可以使发射管射出的红外信号范围更加广，从而增强了射向地面(或其他介质)红外信号的强度，同时还可增强接收管信号的接收范围，使接收的信号更加聚焦，从而降低了地面颜色的影响。

进一步的，外壳底部形成有挡光筋，透镜结构数量为两个，对称分布于所述挡光筋的两侧。挡光筋一般为黑色不透明材质，防止发射管射出的红外信号直接经由外壳串扰到旁边的接收管，影响跌落检测装置的判断。

进一步的，透镜结构包括靠近挡光筋的截断柱形部，远离挡光筋的截断球形部。凸透镜发射管半球形一端是将发射管射出的圆锥状红外线转换为平行红外线，接收管是将反射回来的平行红外线转换为圆锥状红外线，凸透镜的半圆柱形一端只用于单一方向光线的聚焦。这样的设计可以防止来自外部的光线对跌落检测装置信号的干扰，保证跌落监测装置检测的准确性。

进一步的，挡光筋至少部分凸出于底部靠近外壳内部的一侧，内夹持壁呈V型或者U型，并且内夹持壁较窄的一端形成有能够与挡光筋形成卡合的卡槽。挡光筋至少部分凸出靠近外壳内部的一侧也是为了防止发射管射出的红外信号串扰到接收管接受的信号，同时能够提高红外线发射和接收形成的交叉区域对称精度，从而提高发射与接受信号的一致性。

进一步的，定位结构包括形成于控制板上的定位孔，形成于固定板上的能够与定位孔配合的定位杆；或者定位结构包括形成于控制板上的定位杆，形成于固定板上的能够与定位杆配合的定位孔。定位孔和与定位孔配合的定位杆的设置更进一步的限定了控制板和固定版的位置关系，增强了控制板的安装精度和稳定性。

进一步的，透镜结构的突出方向指向外壳内部。发射管射出的圆锥状红外线经过透镜后转换为平行红外线，接收管上的透镜讲反射回来的平行红外线转换为圆锥状红外线，使发射管射出和接收管接收的红外线更为聚焦，信号强度的范围更为集中，对悬崖的判断更为准确。

本申请还提供了一种行驶稳定的扫地机，该扫地机包括主机，主机的底部的边缘处设置有如上述所说的传感检测装置，跌落检测装置被如此设置，当光学传感器件的光源与扫地机的前方的地面的投射高度大于判断检测高度时，光学传感器件的检测光照强度将低于一光强预设阈值，从而判断出前方有悬崖，扫地机进而停止在该方向上前进，防止扫地机意外跌落，保证扫地机正常的清扫工作。

附图说明

图1和图2用以说明本实用新型跌落检测装置的一种示意性实施方式的结构示意图。

图3用以说明本实用新型跌落检测装置的外壳的俯视图。

图4用以说明本实用新型跌落检测装置的纵向剖视图。

图5用以说明本实用新型跌落检测装置的横向剖视图。

图6用以说明本实用新型跌落检测装置的红外线信号区域示意图。

图7用以说明本实用新型跌落检测装置透镜的圆柱形一端工作原理。

图8用以说明本实用新型跌落检测装置在扫地机的安装位置。

图9用以说明本实用新型扫地机跌落检测装置工作示意图。

图10和图11用以说明不同方案的跌落检测装置在不同材质、不同颜色、不同距离尺寸下实际测得的信号值变化曲线图。

标号说明：外壳10、凸透镜11、固定板20、定位杆21、夹持部22、外夹持壁22a、内夹持壁22b、控制板30、发射管31、接收管32、定位孔33、挡光筋40、跌落检测装置50。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。

需要说明的是，本申请实施例中的左、右、上、下、前、后等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态，即产品的行进方向为参考的，而不应该认为是具有限定性的。

如图1至图5所示的一种跌落检测装置，包括外壳10，外壳10包括透明或半透明的底部，与外壳10底部相对的顶部开口，形成于底部与顶部开口之间的环形侧壁，其中，外壳10底部形成有凸透镜结构；能够由外壳顶部开口装入外壳内部的传感器组件，包括控制板30，控制板30上设置有光学传感器件；还包括固定板20，固定板20与控制板30通过定位结构相对固定，固定板上形成有夹持部22，能够对光学传感器件进行夹持定位，以使光学传感器的投射和/或接收方向指向凸透镜11结构。通过凸透镜11增强学传感器的投射和/或接收光的强度，降低地面颜色的影响。在固定板20上设置夹持部22，对传感器进行夹持定位，保证了传感器的稳定性和安装精度，并且通过控制板30和固定板20的预装固定，使控制板30和固定板20的相对位置保持稳定，从而使传感器的稳定性进一步提高，相较于焊接的连接安装方式更简单，稳定可靠。除图所示光学传感器包括发射管和位于另一侧的接收管外，传感器还可为单个或多个，只要能实现信号的投射与接收即可。

如图5所示的跌落检测装置的横向剖视图，光学传感器件包括对称布置的发射管31及接收管32，发射管31与接收管32的布置方向形成10°-80°的夹角。图中可以看到发射管31和接收管32呈一定的对称角度α(一般是在10°-80°之间，此方案为30°)且被夹持部22卡住，可以保证发射管31和接受管32射出和接收的红外线在这一角度内信号最为强烈和有效，从而保障了传感器检测光强变化的敏锐性。

如图5所示的跌落检测装置的横向剖视图，夹持部22包括形成于固定板20的内夹持壁及外夹持壁，内夹持壁22b与外夹持壁22a之间形成有与光学传感器件形成匹配的限位空间。内夹持壁22b与外夹持壁22a之间有与光学传感器件匹配的限位空间，避免了发射管31和接受管32的在安装时发生大的角度偏差，导致红外线信号的区域精度变差，造成机器的悬崖误判，同时限位空间可以保证传感器稳定可靠且方便了传感器的拆卸安装。

如图5所示的跌落检测装置的横向剖视图，内夹持壁22b与外夹持壁22a之间还形成有与限位空间连通的光路通道，光路通道为喇叭口形状，透镜结构位于光路通道开阔的一端。发射管31射出的红外线信号经过光路通道射向地面(或其他介质)，红外信号被地面(或其它介质)反射后经过光路通道由接收管接收，光路通道设置为喇叭口形状且透镜位于光路通道开阔的一端，这种设计可以使发射管31射出的红外信号范围更加广，从而增强了射向地面(或其他介质)红外信号的强度，同时还可增强接收管信号的接收范围，使接收的信号更加聚焦，从而降低了地面颜色的影响。

如图5所示的跌落检测装置的横向剖视图，外壳10底部形成有挡光筋40，凸透镜11结构数量为两个，对称分布于所述挡光筋40的两侧。挡光筋一般为黑色不透明材质，防止发射管31射出的红外信号直接经由外壳10串扰到旁边的接收管32，影响跌落检测装置的判断。

如图6和图7所示的跌落检测装置的凸透镜11结构，凸透镜11结构包括靠近挡光筋的截断柱形部，远离挡光筋的截断球形部。凸透镜11发射管31半球形一端是将发射管射出的圆锥状红外线转换为平行红外线，接收管32半球形一端是将反射回来的平行红外线转换为圆锥状红外线，从而实现限号的检测。凸透镜11的半圆柱形一端只用于单一方向光线的聚焦(即图6所示的正视方向光线不聚焦，图7所示的侧视方向聚焦)。凸透镜11这样的设计可以防止来自外部的光线对跌落检测装置信号的干扰，保证跌落监测装置检测的准确性。

如图5所示的跌落检测装置的横向剖视图，挡光筋40至少部分凸出于外壳10底部靠近外壳内部的一侧，内夹持壁22b呈V型或者U型，并且内夹持壁22b较窄的一端形成有能够与挡光筋40形成卡合的卡槽。挡光筋40至少部分凸出靠近外壳10内部的一侧也是为了防止发射管射出的红外信号串扰到接收管接受的信号，同时能够提高红外线发射和接收形成的交叉区域对称精度，从而提高发射与接受信号的一致性。

如图1和图2所示的跌落检测装置的一种示意性实施方式的结构示意图，定位结构包括形成于控制板30上的定位孔33，形成于固定板20上的能够与定位孔33配合的定位杆22；或者定位结构包括形成于控制板上的定位杆，形成于固定板上的能够与定位杆配合的定位孔(未图示)。定位孔33和与定位孔33配合的定位杆22的设置更进一步的限定了控制板和固定版的位置关系，防止跌落检测装置在使用过程中由于机器的震动而导致控制板30和固定板20位置发生变化，增强了控制板的安装精度和稳定性。

如图5所示的跌落检测装置的横向剖视图，透镜11结构的突出方向指向外壳10内部。发射管31射出的圆锥状红外线经过凸透镜11后转换为平行红外线，接收管上的凸透镜11讲反射回来的平行红外线转换为圆锥状红外线，使发射管31射出的红外线更为强烈和有效，同时接收管32接收的红外线更为聚焦，降低了地面颜色对信号强度的削弱，从而提高了跌落检测装置对悬崖的判断的准确性。

如图6所示的跌落检测装置红外线信号区域示意图，红外线从发射管31的灯珠射出后会经由凸透镜11的半球形端面折射后向中间偏转(接收管32同样的工作原理，另外，灯珠距离凸透镜11的尺寸要符合焦距f的设计要求)，由于发射管31和接收管32、两组凸透镜11呈对称设置，红外线发射和接收形成的交叉区域形成如图中所示的网格状对称四边形(夹持部22的设置保证了该四边形的对称精度，对称精度越高，信号的一致性也就越好)，这也是红外线信号的主要有效区域，宽度尺寸l表示红外线信号的强度大小，a表示灯珠到机器底盘的高度尺寸(该尺寸一般比较固定)，b表示灯珠到地面的高度尺寸(该尺寸一般比较固定)，c表示灯珠到悬崖的高度尺寸，该尺寸可以通过软件设置，尺寸过大会导致机器从比较高的悬崖上跌落，存在安全隐患，尺寸过小又会导致机器越障的时候(此时机器的头部会翘起)误触发悬崖检测，降低机器的越障能力，一般取60～70mm。通过该对称四边形可以直观的看出机器悬崖检测的性能，如果机器前方是低于地面的悬崖，红外线信号的强度会有一个明显的衰减(尺寸c减去尺寸b的三角形区域)，表示机器对悬崖判断的准确性和及时性；如果机器前方是高于地面的地毯，红外线信号的强度会衰减的比较慢(尺寸b减去尺寸a的三角形区域)，表示机器对地毯检测的有效性，不会造成误将地毯判断为悬崖的情况。

如图8和图9所示的跌落检测装置在扫地机上的安装位置以及扫地机跌落检测装置工作示意图，主机的底部的边缘处设置有如上述所说的跌落检测装置，跌落检测装置被如此设置，当光学传感器件的光源与扫地机的前方的地面的投射高度大于判断检测高度时，光学传感器件的检测光照强度将低于一光强预设阈值，从而判断出前方有悬崖，扫地机进而停止在该方向上前进，防止扫地机意外跌落，保证扫地机正常的清扫工作。

如图10和图11所示为不同方案的跌落检测装置在不同材质、不同颜色、不同距离尺寸下实际测得的信号值变化曲线图，竖坐标表示红外线信号强度(单位mV)，横坐标表示悬崖检测的高度(单位mm)，红线代表软件设定的红外信号的检测阈值(该曲线图也是阈值具体设定大小的主要参考)，即跌落检测装置的红外信号值小于此阈值时，机器会判断前方为悬崖，执行后退转弯的工作。

图10是该方案(带凸透镜)的信号值变化曲线图，以白色A4纸做为参考介质(代表木地板、瓷砖等)，悬崖检测高度以70mm为例，可以得出该方案的红外信号阈值为150mV左右，同时对黑色EVA(代表深黑色地毯)和各种深色地毯都能有效检测到，不会发生误判悬崖的情况；图11是某公司扫地机跌落检测装置(不带凸透镜)的信号值变化曲线图，同样以白色A4纸做为参考介质(代表木地板、瓷砖等)，悬崖检测高度以35mm为例(该方案的信号强度较弱，35mm的高度就会判断前方为悬崖，实际使用场景中，机器在翻过家中门槛石的时候会因为其前端翘起导致误判悬崖的问题，影响机器的越障能力，让本该进入清扫的房间没有被清扫到，大幅度降低用户体验)，可以得出该方案的红外信号阈值为30mV左右，机器在黑色EVA(代表深黑色地毯)上的信号值要小于阈值，即机器会将深黑色地毯误判为悬崖，深灰色地毯被误判为悬崖的概率也非常大。因此该方案(带凸透镜)的信号强度较大，不容易发生悬崖误判的问题！

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 (10)

1.一种传感检测装置，其特征在于，包括

外壳，所述外壳包括透明或半透明的底部，与所述底部相对的顶部开口，形成于所述底部与所述顶部开口之间的环形侧壁，其中，所述底部形成有凸透镜结构；

能够由所述顶部开口装入所述外壳内部的传感器组件，包括控制板，所述控制板上设置有光学传感器件；固定板，所述固定板与所述控制板通过定位结构相对固定，所述固定板上形成有夹持部，能够对光学传感器件进行夹持定位，以使所述光学传感器的投射和/或接收方向指向所述凸透镜结构。

2.如权利要求1所述的传感检测装置，其特征在于，所述光学传感器件包括对称布置的发射管及接收管，所述发射管与接收管的布置方向形成10°-80°的夹角。

3.如权利要求1或2所述的传感检测装置，其特征在于，所述夹持部包括形成于所述固定板的内夹持壁及外夹持壁，所述内夹持壁与外夹持壁之间形成有与光学传感器件形成匹配的限位空间。

4.如权利要求3所述的传感检测装置，其特征在于，所述内夹持壁与外夹持壁之间还形成有与所述限位空间连通的光路通道，所述光路通道为喇叭口形状，所述透镜结构位于所述光路通道开阔的一端。

5.如权利要求1或2所述的传感检测装置，其特征在于，所述底部形成有挡光筋，所述透镜结构数量为两个，对称分布于所述挡光筋的两侧。

6.如权利要求5所述的传感检测装置，其特征在于，所述透镜结构包括靠近所述挡光筋的截断柱形部，远离所述挡光筋的截断球形部。

7.如权利要求5所述的传感检测装置，其特征在于，

所述夹持部包括形成于所述固定板的内夹持壁及外夹持壁；

所述挡光筋至少部分凸出于所述底部靠近外壳内部的一侧，所述内夹持壁呈V型或者U型，并且所述内夹持壁较窄的等一端形成有能够与所述挡光筋形成卡合的卡槽。

8.如权利要求1或2中任一项所述的传感检测装置，其特征在于，所述定位结构包括形成于所述控制板上的定位孔，形成于所述固定板上的能够与所述定位孔配合的定位杆；或者

所述定位结构包括形成于所述控制板上的定位杆，形成于所述固定板上的能够与所述定位杆配合的定位孔。

9.如权利要求1或2中任一项所述的传感检测装置，其特征在于，所述透镜结构的突出方向指向所述外壳内部。

10.一种行驶稳定的扫地机，其特征在于，包括主机，所述主机的底部的边缘处设置有至少一个如权利要求1-9任一项所述的传感检测装置。

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