CN215728850U - Tof组件及扫地机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于传感器领域，尤其涉及一种TOF组件及扫地机器人。一种TOF组件包括TOF本体，在TOF本体的一侧设有至少一个发射端和至少一个接收端；发射端的视场角至少为120°；在TOF本体的另一侧设有散热结构。由于，TOF组件中的发射端的视场角至少为120°，提高了前方避障能力的广度，提高了避障的效率。同时，TOF组件设置了散热结构，在机器人工作时，TOF组件产生的热量可以通过散热片散出，降低TOF组件的温度，提高了TOF组件工作的稳定性。

Description

TOF组件及扫地机器人

技术领域

本实用新型属于传感器领域，尤其涉及一种TOF组件及扫地机器人。

背景技术

自动清洁装置通过在移动时抽吸灰尘或异物来清洁房屋和办公室等特定区域。自动清洁装置在要清洁的区域周围行进，从而无需用户操作即可清洁地板。通常自动清洁装置包括用于抽吸灰尘或异物的真空吸尘器单元、用于移动该自动清洁装置的左右电动机的移动单元、用于检测待清洁区域内的各种障碍物的检测传感器以及用于执行该操作的控制器，通过控制移动单元和检测传感器进行清洁过程。

传统的扫地机器人设有清洁表面检测传感器，目前清洁表面检测传感器较为流行的技术为TOF激光传感器。当扫地机器人沿着清洁表面移动或执行清洁过程时，清洁表面检测传感器允许扫地机器人执行清洁过程而不会与前方清洁表面上的障碍物碰撞。然而，传统的扫地机器人中的TOF激光传感器的视场角为60-80°，在检测障碍物反射的信号的范围和角度方面受到限制，从而不能识别具有大反射角的障碍物，现有技术中有的扫地机器人中的TOF激光传感器的视场角为大视场角即视场角大于120°，但由于大视角场发热功率大，影响了扫地机器人的整体散热。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种TOF组件及扫地机器人，其解决了现有大视场角扫地机器人发热功率大的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

一方面，本实用新型实施例提供一种TOF组件，包括TOF本体，在TOF本体的一侧设有至少一个发射端和至少一个接收端；发射端的视场角至少为120°；在TOF本体的另一侧设有散热结构。

优选地，散热结构包括散热板和设置在散热板上依次连接的多个散热片，散热板与TOF本体的一侧连接；多个散热片连接形成波浪形结构。

优选地，波浪形结构的表面积为波浪形结构在投影方向上的投影面积的倍以上；或散热片的高度不超过其投影面短边的六分之一。

优选地，还包括安装支架；安装支架形成具有开口的保护腔，TOF本体与安装支架卡接，发射端和接收端安装于保护腔内。

优选地，保护腔上设有与发射端位置对应的发射视窗及与接收端位置对应的接收口；发射视窗的左边沿所在平面和右边沿所在平面之间的夹角大于120°。

优选地，发射视窗的上边沿所在平面与水平面的夹角大于60°；和/或发射视窗的下边沿所在平面与水平面的夹角为0°。

优选地，还包括第一壳体和与第一壳体扣合的第二壳体，第一壳体和第二壳体扣合后形成容纳TOF本体和安装支架的容纳腔；安装支架与第一壳体上的通孔相对设置。

优选地，第二壳体上设有与散热板相配合的安装槽，散热板安装在安装槽内。

优选地，还包括防尘盖板；防尘盖板与第一壳体上的凹槽相扣合。

另一方面，本实用新型还提供了一种扫地机器人，包括机器人主体和上述的TOF组件；TOF组件安装于机器人主体的前侧。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种TOF组件，由于发射端的视场角至少为120°，提高了前方避障能力的广度，提高了避障的效率。同时，本申请中设置了散热结构，在扫地机器人工作时，TOF组件产生的热量可以通过散热结构散出，降低TOF组件的温度，提高了TOF组件的稳定性。

本实用新型提供的一种扫地机器人，由于在TOF组件中设置了散热结构，在扫地机器人工作时，TOF组件产生的热量可以通过散热结构散出，降低TOF组件的温度，进而提高了扫地机器人工作的稳定性。

附图说明

图1为实施例1中扫地机器人的结构示意图；

图2为实施例2中TOF组件的分解示意图；

图3为实施例2中安装支架、TOF本体及散热结构的组合示意图；

图4为实施例2中散热结构与第二壳体的组合示意图；

图5为图2中第二壳体的结构示意图；

图6为图2中散热结构的结构示意图；

图7为图6中散热结构的主视图，其中C向为其投影方向。

【附图标记说明】

1：TOF组件；

11：TOF本体；111：发射端：112：接收端；12：散热结构；121：散热板；122：散热片；13：安装支架；131：发射视窗；132：接收口；14：第一壳体；141：通孔；142：凹槽；15：第二壳体；151：安装槽；152：安装孔；16：防尘盖板；

2：机器人主体；

3：上盖。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。其中，本文所提及的“左”、“右”、“上”、“下”等方位名词以图1的定向为参照。

实施例1

本实施例中，扫地机器人的电力系统，用于为扫地机器人提供动力。动力系统(驱动结构)，用于为扫地器人进行清洁操作提供推力。控制模块，用于控制扫地机器人进行清洁操作。清洁系统在清洁操作期间使得扫地机器人在清洁区域吸取颗粒。上述结构均为现有技术。

如图1所示，本实施例中，扫地机器人包括包机器人主体2、扣合在机器人主体2上的上盖3，和安装于机器人主体2前侧的实施例2中的TOF组件1(在实施例2中详细介绍)。其中，TOF组件1的发射端111的视场角至少为120°，提高了前方避障能力的广度，提高了避障的效率。同时，在TOF组件1中设置了散热结构12，在扫地机器人工作时，TOF组件1产生的热量可以通过散热片122散出，从而降低TOF组件1的温度，进而提高了扫地机器人工作的稳定性。

在实际应用的过程中，扫地机器人除了包括机器人主体2还包括清洁系统、感知系统、控制系统、驱动系统、能源系统和人机交互系统。下面将对扫地机器人的各主要部进行详细说明。

机器人主体2包括机架、前部、后部和底盘等。机器人主体2具有近似圆形形状即前后都为圆形，也可具有其他形状，包括但不限于前方后圆的近似D形形状。

感知系统包括位于机器人主体2上方的位置传感器、位于机器人主体2的前部的缓冲器、避障传感器、红外传感器、磁力计、加速度计、陀螺仪、里程计等传感装置。这些传感装置向控制系统提供机器的各种位置信息和运动状态信息。在一个优选实施方式中，位置传感器包括但不限于激光发射器、视觉摄像器、动态视觉传感器、激光测距装置。

清洁系统包括干式清洁部和湿式清洁部。其中，湿式清洁部为第一清洁部，其主要作用是通过含有清洁液的清洁布对被清洁表面例如底面进行擦拭。干式清洁部为第二清洁部，其主要作用是通过清扫刷等结构清扫被清洁表面的固体颗粒污染物。

作为干式清洁部，主要的清洁功能源于滚刷、尘盒、风机、出风口以及四者之间的连接部件所构成的第二清洁部。与地面具有一定干涉的主刷将地面上的颗粒扫起并卷带到主刷与尘盒之间的吸尘口前方，然后被风机产生并经过尘盒的有吸力的气体吸入尘盒。扫地机器人的除尘能力可用垃圾的清扫效率DPU(Dust pick up efficiency)进行表征，清扫效率DPU受主刷结构和材料影响，受吸尘口、尘盒、风机、出风口以及四者之间的连接部件所构成的风道的风力利用率影响，受风机的类型和功率影响。干式清洁系统还可包含具有旋转轴的边缘刷，旋转轴相对于地面成一定角度，以用于将碎屑移动到第二清洁部的主刷的清扫区域中。

作为湿式清洁部，第一清洁部主要包括液体容置箱和清洁布等。液体容置箱作为承载第一清洁部的其他部件的基础。清洁布可拆地设置在液体容置箱上。液体容置箱内的液体流向清洁布，清洁布对滚刷等清扫后的底面进行擦拭。

驱动系统用以驱动机器人主体2及其上的部件移动，以进行自动行走和清扫。驱动系统包括驱动轮模块，驱动系统可基于距离和角度信息，发出驱动命令而操纵扫地机器人跨越地面行驶。驱动轮模块可以同时控制左轮和右轮，为了更为精确地控制机器的运动，优选驱动轮模块分别包括左驱动轮模块和右驱动轮模块。左、右驱动轮模块沿着由机器人主体2界定的横向轴对置且对称设置。为了使扫地机器人能够在地面上更为稳定地运动或者具有更强的运动能力，扫地机器人可以包括一个或者多个从动轮，从动轮包括但不限于万向轮。

驱动轮模块包括行走轮和驱动马达以及控制驱动马达的控制电路，驱动轮模块还可以连接测量驱动电流的电路和里程计。驱动轮模块可以可拆卸地连接到机器人主体2上，方便拆装和维修。驱动轮可具有偏置下落式悬挂系统，以可移动方式紧固，例如以可旋转方式附接，到机器人主体2上，且接受向下及远离机器人主体2偏置的弹簧偏置。弹簧偏置允许驱动轮以一定的着地力维持与地面的接触及牵引，同时扫地机器人的清洁元件例如滚刷，也以一定的压力接触地面。

机器人主体2的前部可承载缓冲器，在清洁过程中驱动轮模块推进扫地机器人在地面行走时，缓冲器经由系列触发原理，例如光折断原理，检测扫地机器人的行驶路径中的一个或多个事件，扫地机器人可通过由缓冲器检测到的事件，例如障碍物、墙壁，而控制驱动轮模块使扫地机器人来对事件做出响应，例如远离障碍物。

一般在使用扫地机器人的过程中，为了防止扫地机器人进入家庭中的禁区即有易碎物品摆放处区域、卫生间等地面含水区域，优选地，扫地机器人中还包括禁区探测器。禁区探测器包括虚拟墙传感器，虚拟墙传感器会根据用户的设定设置虚拟墙从而限定禁区，当虚拟墙传感器检测到虚拟墙时可控制驱动轮模块，以限制扫地机器人越过禁区的边界即虚拟墙而进入禁区。

此外，在使用扫地机器人的过程中，为了防止扫地机器人在例如室内楼梯、较高的台阶等处掉落，禁区探测器还包括悬崖传感器，悬崖传感器会根据用户的设定设置边界从而限定禁区，当悬崖传感器检测到禁区边界即悬崖边缘时可控制驱动轮模块，以限制扫地机器人越过禁区的边界，从而避免扫地机器人从台阶上掉落下去。

控制系统设置在机器人主体2内的电路主板上，包括与非暂时性存储器，例如硬盘、快闪存储器、随机存取存储器，通信的计算处理器，例如中央处理单元、应用处理器，应用处理器根据激光测距装置反馈的障碍物信息利用定位算法，绘制扫地机器人所在环境中的即时地图。并且结合缓冲器、悬崖传感器和超声传感器、红外传感器、激光传感器、磁力计、加速度计、陀螺仪、里程计等传感装置反馈的距离信息、速度信息综合判断扫地机器人当前处于何种工作状态，如过门槛，上地毯，位于悬崖处，上方或者下方被卡住，尘盒满，被拿起等等，还会针对不同情况给出具体的下一步动作策略，使得扫地机器人的工作更加符合主人的要求，有更好的用户体验。进一步地，控制系统能基于SLAM绘制的即时地图信息规划最为高效合理的清扫路径和清扫方式，大大提高扫地机器人的清扫效率。

能源系统包括充电电池，例如锂电池和聚合物电池。充电电池可以连接有充电控制电路、电池组充电温度检测电路和电池欠压监测电路，充电控制电路、电池组充电温度检测电路、电池欠压监测电路再与单片机控制电路相连。主机通过设置在机身侧方或者下方的充电电极与充电桩连接进行充电。如果裸露的充电电极上沾附有灰尘，会在充电过程中由于电荷的累积效应，导致电极周边的塑料机体融化变形，甚至导致电极本身发生变形，无法继续正常充电。

扫地机器人在前端设置了信号接收器，以用于接收充电桩发出的信号，该信号通常为红外信号，在一些更先进的技术中，该信号可以为图形信号。正常来说，当扫地机器人从充电桩出发时，系统会记住充电桩的位置，因此，在扫地机器人打扫完毕，或者电量不足时，会控制驱动轮系统往其内存中存储的充电桩位置处驱动，进而上桩充电。

人机交互系统包括主机面板上的按键，按键供用户进行功能选择，还可以包括显示屏和/或指示灯和/或喇叭，显示屏、指示灯和喇叭向用户展示当前机器所处状态或者功能选择项，还可以包括手机客户端程序。对于路径导航型清洁设备，在移动可以向用户展示设备所在环境的地图，以及机器所处位置，可以向用户提供更为丰富和人性化的功能项。

为了更加清楚地描述扫地机器人的行为，进行如下方向定义：扫地机器人可通过相对于由机器人主体2界定的如下三个相互垂直轴的移动的各种组合在地面上行进：前后轴X即沿机器人主体2的前部和后部方向的轴线、横向轴Y即垂直于轴X且与轴X在同一水平面的轴及中心垂直轴Z即垂直于轴X和轴Y所组成的平面的轴。沿着前后轴X的前向驱动方向标示为“前向”，且沿着前后轴X的向后驱动方向标示为“后向”。横向轴Y实质上是沿着由驱动轮模块的中心点界定的轴心在扫地机器人的右轮与左轮之间延伸。

扫地机器人可以绕Y轴枢转地。当扫地机器人的前向部向上倾斜，后向部向下倾斜时为“上仰”，且当扫地机器人的前向部向下倾斜，后向部向上倾斜时为“下俯”。另外，扫地机器人可以绕Z轴枢转地。在扫地机器人的前向方向上，当扫地机器人向X轴的右侧倾斜为“右转”，当扫地机器人向X轴的左侧倾斜为“左转”。

尘盒以机械抠手卡接的方式安装在机器主体部后部的容纳腔中，抠手被抠住时卡件收缩，抠手放开时卡件伸出卡在容纳腔中容纳卡件的凹槽中。

实施例2

如图2所示，本实施例提供了一种TOF组件1，TOF的基本原理是通过发射端111发射调制过的光脉冲，遇到物体反射后，用接收端112接收反射回来的光脉冲，并根据光脉冲的往返时间计算与物体之间的距离。

在本实施例中，TOF组件1包括TOF本体11，在TOF本体11的一侧设有一个发射端111和一个接收端112，发射端111为信号发射源，发射端111设置在TOF本体11前部中心处上侧，接收端112设置在TOF本体11前部中心处的下侧，以便扫地机器人检测障碍物，进而采取合理的避障路线。

其中，发射端111的视场角至少为120°，发射端111包括喇叭形等形状的信号发送传感器，由于较大的视场角喇叭形状的信号发送传感器的设置，使TOF组件1在工作时能够识别大反射角的障碍物，从而实现扫地机器人良好的避障效果。接收端112包括镜头组件和感光件，镜头组件用于辐射发射端111发射的线阵激光及接受经障碍物反射的反射光信号。感光件用于将反射光信号转换为电信号。其中，镜头组件可采用超广角镜头。

由于本实施例中TOF组件1具有较大的视场角，较大的视场角，意味着较大的功率，因此会引发较多的热量，故在TOF本体11的另一侧即发射端111和接收端112的相反侧设有散热结构12，用于TOF本体11的散热。

本实施例提供的一种TOF组件1，由于发射端111的视场角至少为120°，提高了前方避障能力的广度，提高了避障的效率。同时，本申请中设置了散热结构12，在扫地机器人工作时，TOF组件1产生的热量可以通过散热结构12散出，降低TOF组件1的温度，提高了TOF组件1的稳定性。

如图3所示，为了提高散热效率，散热结构12包括散热板121和设置在散热板121上依次连接的多个散热片122，如图6所示，散热板121可以直接与TOF本体11的一侧连接，多个散热片122连接形成波浪形结构，波浪形结构的散热片122具有较大的表面积，能够起到很好的散热效果。

具体地，如图7所示，波浪形结构的表面积为波浪形结构在投影方向上的投影面积的倍以上，或散热片122的高度不超过其投影面短边的六分之一，这样进一步的保证了散热结构12的散热效率，其中图7中C方向为投影方向。

如图2所示，为了便于TOF本体11的安装，TOF组件1还包括安装支架13，安装支架13形成具有开口的保护腔，TOF本体11与安装支架13卡接，发射端111和接收端112安装于保护腔内。其中，保护腔上设有与发射端111位置对应的发射视窗131及与接收端112位置对应的接收口132，为了实现TOF组件1具有较大的视场角，发射视窗131的左边沿所在平面和右边沿所在平面之间的夹角大于120°。发射视窗131的上边沿所在平面与水平面的夹角大于60°和/或发射视窗131的下边沿所在平面与水平面的夹角为0°。应当说明的是，本实施例中发射视窗131的设置能够保证TOF组件1的较大视角场，使发射端111扫描到障碍物，进而保证扫地机器人在扫地时避开障碍物。本实施例中的水平方向指的是，当扫地机器人扫地时，扫地机器人所处的水平面的延展方向为水平方向。

如图2所示，TOF组件1还包括第一壳体14和与第一壳体14扣合的第二壳体15，第一壳体14和第二壳体15扣合后形成容纳TOF本体11和安装支架13的容纳腔，安装支架13与第一壳体14上的通孔141相对设置。

如图4和图5所示，第二壳体15上设有与散热板121相配合的安装槽151，散热板121安装在安装槽151内。散热板121直接安装在第二壳体15上简化了扫地机器人的整体结构，第二壳体15上左右两侧均设有一个安装孔152，螺丝通过安装孔152将第二壳体15安装在TOF本体11上发射端111相反的一侧。

为了避免灰尘杂物进入TOF本体11的发射端111和接受端，TOF组件1还包括防尘盖板16，防尘盖板16与第一壳体14上的凹槽142相扣合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种TOF组件，包括TOF本体(11)，在所述TOF本体(11)的一侧设有至少一个发射端(111)和至少一个接收端(112)；其特征在于：

所述发射端(111)的视场角至少为120°；

在所述TOF本体(11)的另一侧设有散热结构(12)。

2.如权利要求1所述的TOF组件，其特征在于：

所述散热结构(12)包括散热板(121)和设置在所述散热板(121)上依次连接的多个散热片(122)，所述散热板(121)与所述TOF本体(11)的一侧连接；

多个所述散热片(122)连接形成波浪形结构。

3.如权利要求2所述的TOF组件，其特征在于：

所述波浪形结构的表面积为所述波浪形结构在投影方向上的投影面积的2倍以上；

或所述散热片(122)的高度不超过其投影面短边的六分之一。

4.如权利要求2所述的TOF组件，其特征在于：

还包括安装支架(13)；

所述安装支架(13)形成具有开口的保护腔，所述TOF本体(11)与所述安装支架(13)卡接，所述发射端(111)和所述接收端(112)安装于所述保护腔内。

5.如权利要求4所述的TOF组件，其特征在于：

所述保护腔上设有与所述发射端(111)位置对应的发射视窗(131)及与所述接收端(112)位置对应的接收口(132)；

所述发射视窗(131)的左边沿所在平面和右边沿所在平面之间的夹角大于120°。

6.如权利要求5所述的TOF组件，其特征在于：

所述发射视窗(131)的上边沿所在平面与水平面的夹角大于60°；和/或

所述发射视窗(131)的下边沿所在平面与水平面的夹角为0°。

7.如权利要求4所述的TOF组件，其特征在于：

还包括第一壳体(14)和与所述第一壳体(14)扣合的第二壳体(15)，所述第一壳体(14)和所述第二壳体(15)扣合后形成容纳所述TOF本体(11)和所述安装支架(13)的容纳腔；

所述安装支架(13)与所述第一壳体(14)上的通孔(141)相对设置。

8.如权利要求7所述的TOF组件，其特征在于：

所述第二壳体(15)上设有与所述散热板(121)相配合的安装槽(151)，所述散热板(121)安装在所述安装槽(151)内。

9.如权利要求7所述的TOF组件，其特征在于：

还包括防尘盖板(16)；

所述防尘盖板(16)与所述第一壳体(14)上的凹槽(142)相扣合。

10.一种扫地机器人，其特征在于：包括机器人主体(2)和权利要求1-9任一项所述的TOF组件(1)；

所述TOF组件(1)安装于所述机器人主体(2)的前侧。

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