CN113854900B - 一种自移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种自移动机器人，包括：设置于自移动机器人底部的地面检测装置，地面检测装置包括具有视场向下的发射部和接收部；其中，发射部包括第一发射部和第二发射部，在第一预设范围内，接收部的接收视场仅与第一发射部的发射视场至少部分交叠；在第二预设范围内，接收部的接收视场分别与第一发射部的发射视场和第二发射部的发射视场至少部分交叠，这样使接收部接检测到的信号强度值为由第一发射部发出并由反射面反射回的信号强度值与第二发射部发出并由反射面反射回的信号强度值的差值，从而在悬崖处为高反材质时，接收部检测到的信号强度仍然很弱，由此可准确的识别悬崖，避免将悬崖误判为地面而导致自移动机器人跌落而造成损坏。

Description

一种自移动机器人

技术领域

本发明涉及自移动机器人领域，具体而言涉及一种自移动机器人。

背景技术

自移动机器人是其本体自带各种传感器、控制器，在其运行过程中无外接人为信息输入和控制的条件下，可以独立完成预定任务的机器人，如清洁机器人。

其中，悬崖传感器是自移动机器人的一个重要的组成部分，用于感知自移动机器人周围平面是否存在明显下降，防止自移动机器人跌落，导致机器损坏。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明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。

本发明实施例提供了一种自移动机器人，适用于在地面进行移动，包括：设置于所述自移动机器人底部的地面检测装置，所述地面检测装置包括具有视场向下的发射部和接收部；

其中，所述发射部包括第一发射部和第二发射部，在第一预设范围内，所述接收部的接收视场仅与所述第一发射部的发射视场至少部分交叠；

在第二预设范围内，所述接收部的接收视场分别与所述第一发射部的发射视场和所述第二发射部的发射视场至少部分交叠。

可选地，所述第二预设范围的顶点与所述自移动机器人的底部之间的距离大于或等于所述地面与所述自移动机器人底部之间的距离。

可选地，所述第一发射部和所述第二发射部分时间段周期性激活。

可选地，所述第一发射部的发射视场与所述地面的角度小于所述第二发射部的发射视场与所述地面的角度。

可选地，所述第一发射部和所述第二发射部并排设置，所述接收部设置于所述第一发射部和所述第二发射部之间。

可选地，所述第一发射部与所述第二发射部包括光线准直部。

可选地，所述第一发射部与所述第二发射部为红外发射器或激光发射器。

可选地，所述自移动机器人包括多个地面检测装置。

可选地，所述多个地面检测装置分布于所述自移动机器人底部边缘。

可选地，所述多个地面检测装置的发射部分时间段周期性激活。

可选地，所述自移动机器人还包括控制模块，所述控制模块根据所述地面检测装置的检测结果控制所述驱动设备的运动状态。

根据本发明实施例所提供的一种自移动机器人，在第二预设范围内，接收部的接收视场分别与第一发射部的发射视场及第二发射部的发射视场至少部分交叠，这样使接收部接检测到的信号强度值为由第一发射部发出并由反射面反射回的信号强度值与第二发射部发出并由反射面反射回的信号强度值的差值，从而在悬崖处为高反材质时，接收部检测到的信号强度仍然很弱，由此可准确的识别悬崖，提高检测的准确性，避免将悬崖误判为地面而导致自移动机器人跌落而造成损坏。

附图说明

本公开的下列附图在此作为本发明实施例的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为根据本发明的一个可选实施例的地面检测装置的一种使用状态图；

图2为第一发射部的发射视场与所述地面的角度与第二发射部的发射视场与所述地面的角度的示意图；

图3为据本发明的一个可选实施例的清洁机器人的立体示意图；

图4为图3的仰视示意图；

图5为根据本发明的一个可选实施例的第一发射部和第二发射部的激活时序图。

附图标记说明：

10-清洁机器人；110-机器主体；111-前向部分；112-后向部分；120-感知系统；121-位置确定装置；122-缓冲器；130-控制模块；140-驱动系统；141-驱动轮模块；142-从动轮；150-清洁系统；151-干式清洁系统；152-边刷；153-湿式清洁系统；160-能源系统；170-人机交互系统；180-地面检测装置；181-第一发射部；182-接收部；183-第二发射部；184-光线准直部。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。

如图1、图2和图4所示，一种自移动机器人，适用于在地面进行移动，包括：设置于自移动机器人底部的地面检测装置180，地面检测装置180包括具有视场向下的发射部和接收部182；其中，发射部包括第一发射部181和第二发射部183，在第一预设范围内，接收部182的接收视场仅与第一发射部181的发射视场至少部分交叠；在第二预设范围内，接收部182的接收视场分别与第一发射部181的发射视场和第二发射部183的发射视场至少部分交叠。

在本公开实施例中，自移动机器人可以是清洁机器人10，例如扫地机、拖地机、扫拖一体机等。除此以外，自移动机器人还可以是自动送餐机、仓储机器人等。如图3和图4所示，本公开实施例以清洁机器人10为例介绍本公开所涉及技术方案。本公开实施例中清洁机器人10可以包括机器主体110、感知系统120、控制模块130、驱动系统140、清洁系统150、能源系统160和人机交互系统170。可以理解的是，清洁机器人10可以为自移动清洁机器人10或满足要求的其他清洁机器人10。自移动清洁机器人10是在无使用者操作的情况下，在某一待清洁区域自动进行清洁操作的设备。

其中，如图3所示，机器主体110包括前向部分111和后向部分112，具有近似圆形形状(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形形状及前方后方的矩形或正方形形状。

如图3所示，感知系统120包括位于机器主体110上的位置确定装置121、设置于机器主体110的前向部分111的缓冲器122上的碰撞传感器、近距离传感器，设置于机器主体110下部的地面检测装置180，以及设置于机器主体110内部的磁力计、加速度计、陀螺仪、里程计等传感装置，用于向控制模块130提供机器的各种位置信息和运动状态信息。位置确定装置121包括但不限于摄像头、激光测距装置(LDS，全称Laser Distance Sensor)。

如图3和图4所示，机器主体110的前向部分111可承载缓冲器122，在清洁过程中驱动轮模块141推进清洁机器人10在地面行走时，缓冲器122经由设置在其上的传感器系统，例如红外传感器，检测清洁机器人10的行驶路径中的一个或多个事件，清洁机器人10可通过由缓冲器122检测到的事件，例如障碍物、墙壁，而控制驱动轮模块141使清洁机器人10来对事件做出响应，例如远离障碍物。

如图4所示，控制模块130设置在机器主体110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，例如即时定位与地图构建(SLAM，全称SimultaneousLocalization And Mapping)，绘制清洁机器人10所在环境中的即时地图。并且结合缓冲器122上所设置传感器、悬崖传感器、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、速度信息综合判断清洁机器人10当前处于何种工作状态、位于何位置，以及清洁机器人10当前位姿等，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，使得清洁机器人10有更好的清扫性能和用户体验。

如图4所示，驱动系统140可基于具有距离和角度信息(例如x、y及θ分量)的驱动命令而操纵机器主体110跨越地面行驶。驱动系统140包含驱动轮模块141，驱动轮模块141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141分别包括左驱动轮模块141和右驱动轮模块141。左、右驱动轮模块141沿着由机器主体110界定的横向轴设置。为了清洁机器人10能够在地面上更为稳定地运动或者更强的运动能力，清洁机器人10可以包括一个或者多个从动轮142，从动轮142包括但不限于万向轮。驱动轮模块141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141还可以连接测量驱动电流的电路和里程计。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主体110，且接收向下及远离机器主体110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，同时清洁机器人10的清洁元件也以一定的压力接触地面。

如图4所示，清洁系统150可为干式清洁系统151和/或湿式清洁系统153。作为干式清洁系统151，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清扫系统。与地面具有一定干涉的滚刷将地面上的垃圾扫起并卷带到滚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。干式清洁系统151还可包含具有旋转轴的边刷152，旋转轴相对于地面成一定角度，以用于将碎屑移动到清洁系统150的滚刷区域中。

如图4所示，能源系统160包括充电电池，例如保氢电池和锂电池。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。

如图3所示，人机交互系统170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；还可以包括子机客户端程序。对于路径导航型自动清洁设备，在于机客户端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。

在本公开实施例中，地面检测装置180包括第一发射部181和第二发射部183、以及接收部182，其中第一发射部181及第二发射部183均被配置为向下发射光线，光线照向地面，接收部182的接收视场也朝向地面，从而能够接收到反射回的光信号。发射视场为发射部所发出的光线能够照射的最大范围，接收视场为接收部182能够检测到反射的光信号的最大范围。第一发射部181的发射视场与第二发射部183的发射视场的大小可以相同，也可以不同，本申请不做严格限定。

在本公开实施例中，第一发射部181和第二发射部183分时间段周期性激活。具体地如图5所示，其中，位于上方的细实线曲线为第一发射部181的激活时序曲线，位于下方的粗实线曲线为第二发射部183的激活时序曲线，由此可按照图5所示的时序进行第一发射部181和第二发射部183的激活。由图5可以看出，第一发射部181在0-t1时间段内的部分时间处于高电平(即图5中的V1)，也就是第一发射部181被激发，发出光信号，而第二发射部183在0-t1时间段内均处于低电平，也就是第二发射部183没有被激发，不发出光信号；同样的，在t1-t2、t3-t4以及t5-t6的时间段内，第一发射部181不发出光信号，在t2-t3以及t4-t5的时间段内的部分时间，第一发射部181发出光信号；在t1-t2、t3-t4以及t5-t6的时间段内，第二发射部183发出光信号，在t2-t3以及t4-t5的时间段内的部分时间，第二发射部183不发出光信号。在本实施例中，当清洁机器人10运行于平坦地面时，接收部182只能接收到第一发射部181发出的光信号。当清洁机器人10运行至悬崖附近时，接收部182可以接收到第一发射部181和第二发射部183所发出的光信号。并且由于第一发射部181和第二发射部183按照不同的时序被激活，接收部182可以在不同时间段收到第一发射部181和第二发射部183所发出的信号。因此，接收部182可初步判断清洁机器人10处于悬崖附近。进一步，接收部182在接收到第一发射部181所发出的光信号和第二发射部183所发出的光信号后，可以对其进行相减操作，以进一步区分当清洁机器人10运行在平坦地面时接收部182所接收到的光信号的强度。在本公开其他实施例中，还可以设定第一发射部181所发射的光的频率与第二发射部183所发射的光的频率不同，从而使接收部182能够准确区分反射回的光信号是由第一发射部181发射的光，还是由第二发射部183发射的光，并作后续相似判定。

可以理解的是，当清洁机器人10运行于平坦地面时，第一发射部181及第二发射部183向下发射定向的光束，接收部182能够仅接收到第一发射部181所发射并经由地面反射回的光线。具体地，如图1所示，图1中的阴影部分B为接收器的接收视场与第一发射部181的发射视场相交叠的区域，即第一预设范围，第一预设范围处于地面之上。在第一预设范围内，接收视场仅与第一发射部181的发射视场至少部分交叠，所以接收部182可检测到第一发射端所发出的光信号，并获取所接收到的光信号的强度第一信号强度值由第一发射部181发出并由反射面反射回的信号强度值，由于地面检测装置180的安装位置与地面之间的距离是一定的，所以接收部182检测到的第一信号强度值也是一定的，且地面检测装置180的安装位置与地面距离较近，所以第一信号强度值也较大。如图1所示，图1中的阴影部分C为接收器的接收视场分别与第一发射部181的发射视场及第二发射部183的发射视场相交叠的区域，即第二预设范围，第二预设范围处于地面之下。在第二预设范围，接收视场分别与第一发射部181的发射视场及第二发射部183的发射视场至少部分交叠，这样接收部182能够检测到第二信号强度值，第二信号强度值为由第一发射部181发出并由反射面反射回的信号强度值与第二发射部183发出并由反射面反射回的信号强度值的差值，这样即使悬崖的反射面采用高反材料制成，由第一发射部181及第二发射部183发出并由反射面反射回的信号强度值都较大，但是其做差值之后，信号强度值大大减弱，从而控制器根据接收部182检测的信号强度值的大小，确定反射面为地面还是悬崖来控制清洁机器人10进行相应的运动，即如果信号强度值大于预设值，则控制清洁机器人10继续行进并进行清扫作业；如果信号强度值小于预设值，确定反射面为悬崖，从而控制清洁机器人10进行规避，例如绕过悬崖或者返回，这样就可以不受反射面材料的限制，提高探测的准确性。另外，本地面检测装置180仅采用一个接收部182，不仅使结构更加紧凑，还仅占用模数转换器的一路资源，降低运算量，从而降低对模数转换器的硬件要求。

综上，根据本发明实施例所提供的一种自移动机器人，在第二预设范围内，接收部182的接收视场分别与第一发射部181的发射视场及第二发射部183的发射视场至少部分交叠，这样使接收部182接检测到的信号强度值为由第一发射部181发出并由反射面反射回的信号强度值与第二发射部183发出并由反射面反射回的信号强度值的差值，从而在悬崖处为高反材质时，接收部182检测到的信号强度仍然很弱，由此可准确的识别悬崖，提高检测的准确性，避免将悬崖误判为地面而导致自移动机器人跌落而造成损坏。

在上述实施例中，第二预设范围的顶点与自移动机器人的底部之间的距离大于或等于地面与自移动机器人底部之间的距离，即如图1所示，地面与第二预设范围的顶点A之间的距离d大于或等于零。在具体应用中，d的取值大于0，这样可避免在遇到一些机器人可以通过的较小凹陷时，自移动机器人进行避障动作而影响自移动机器人的作业。而第一预设范围为地面与自移动机器人底部之间的区域，具体地，如图1所示的区域B。

进一步地，如图2所示，第一发射部181的发射视场与地面的角度α小于第二发射部183的发射视场与地面的角度β，从而可以实现在第一预设范围内，接收部182的接收视场与第一发射部181的发射视场交叠，第二发射部183的发射视场不与接收部182的接收视场交叠，而在在第二预设范围内，接收部182的接收视场的部分与第一发射部181的发射视场及第二发射部183的发射视场交叠。在本公开其他实施例中，第一发射部181和第二发射部183可以具有不同的发射视场，从而形成，在第一范围内，接收部182只能与第一发射部181的发射视场交叠，在第二范围内，接收部182能够与第一发射部181和第二发射部183的发射视场交叠。

在一些实施例中，如图1和图2所示，第一发射部181和第二发射部183并排设置，接收部182设置于第一发射部181和第二发射部183之间。在本公开其他实施例中，还可以按照其他方式排布第一发射部181、第二发射部183和接收部182，本公开对此不做限制。

第一发射部181与第二发射部183并排设置，从而可降低地面检测装置180的体积，减少占用空间。

接收部182设置在第一发射部181与第二发射部183之间，从而便于调整接收部182的接收视场与第一发射部181的发射视场及第二发射部183的发射视场之间的交叠区域，以实现在第一预设范围内，接收部182的接收视场仅与第一发射部181的发射视场至少部分交叠；在第二预设范围内，接收部182的接收视场分别与第一发射部181的发射视场和第二发射部183的发射视场至少部分交叠。

在一些实施例中，如图1和图2所示，第一发射部181与第二发射部183包括光线准直部184，以提高光线的准直度，从而提高探测的准确性。进一步地，光线准直部184为准直透镜。具体地，第一发射部181及第二发射部183分别设置单独的面积较小准直透镜，也可设置一个较大面积的共用的准直透镜，以降低组装的繁复性，提高组装效率。

进一步地，第一发射部181与第二发射部183为红外发射器或激光发射器。其中，红外发射器具有安装简单、成本低廉的优点；激光发射器具有光束质量高、检测准确的优点，工作人员可根据实际需求采用相应的发射器，本实施例不做严格限定。可以理解的是，在第一发射部181与第二发射部183为红外发射器的情况下，适应性的，接收部182为红外接收器；在第一发射部181与第二发射部183为激光发射器的情况下，接收部182为激光接收器。

在另一些实施例中，自移动机器人包括多个地面检测装置180。

多个地面检测装置180可设置在自移动机器人下部的不同位置，从而能够对自移动机器人周围的地面进行全面的检测，进一步提高了检测的准确性。

进一步地，多个地面检测装置180分布于自移动机器人底部边缘，例如可以设置于清洁机器人10底部的前端，以及驱动轮模块141附件的边缘，可以使清洁机器人10在前进或调整方向时尽早检测到悬崖的存在，避免清洁机器人10从高处坠落，从而损坏清洁机器人10。

进一步地，多个地面检测装置180的发射部分时间段周期性激活，也就是说在一部分地面检测装置180的发射部发出光线的情况下，另一部分的地面检测装置180的发射部不发出光线，这样不仅可避免地面检测装置180的发射部的出射光相互干扰而影响检测结果的情况发生，而且也降低了功耗，节约能源。

在又一些实施例中，自移动机器人还包括控制模块130，控制模块1

30根据地面检测装置180的检测结果控制驱动设备的运动状态。

在本实施例中，在该自移动机器人在工作的过程中，控制器根据接收部182检测的信号强度值的大小，确定反射面为地面还是悬崖来控制自移动机器人进行相应的运动，即如果信号强度值大于预设值，则控制自移动机器人继续行进并进行作业；如果信号强度值小于预设值，确定反射面为悬崖，从而控制自移动机器人进行规避，例如绕过悬崖或者返回。

在上述实施例中，自移动机器人包括自动清洁机器人10、自动割草机器人、自动抛光机器人。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明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发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (11)

1.一种自移动机器人，适用于在地面进行移动，其特征在于，包括：设置于所述自移动机器人底部的地面检测装置，所述自移动机器人包括机器主体，所述地面检测装置包括具有视场向下的发射部和接收部；

其中，所述发射部包括第一发射部和第二发射部，在第一预设范围内，所述接收部的接收视场仅与所述第一发射部的发射视场至少部分交叠，所述接收部接收到第一信号强度值，所述第一信号强度值为由所述第一发射部发出并由反射面反射回的信号强度；

在第二预设范围内，所述接收部的接收视场分别与所述第一发射部的发射视场和所述第二发射部的发射视场至少部分交叠，所述接收部接收到第二信号强度值，所述第二信号强度值为由所述第一发射部发出并由所述反射面反射回的信号强度值与所述第二发射部发出并由所述反射面反射回的信号强度值的差值；

所述第二预设范围的顶点与所述自移动机器人的底部之间的距离大于或等于所述地面与所述自移动机器人底部之间的距离。

2.根据权利要求1所述的自移动机器人，其特征在于，所述第一发射部和所述第二发射部分时间周期性激活。

3.根据权利要求1所述的自移动机器人，其特征在于，所述第一发射部的发射视场与所述地面的角度小于所述第二发射部的发射视场与所述地面的角度。

4.根据权利要求1所述的自移动机器人，其特征在于，所述第一发射部和所述第二发射部并排设置，所述接收部设置于所述第一发射部和所述第二发射部之间。

5.根据权利要求1所述的自移动机器人，其特征在于，所述第一发射部与所述第二发射部包括光线准直部。

6.根据权利要求2所述的自移动机器人，其特征在于，所述第一发射部与所述第二发射部为红外发射器或激光发射器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的自移动机器人，其特征在于，所述自移动机器人包括多个地面检测装置。

8.根据权利要求7所述的自移动机器人，其特征在于，所述多个地面检测装置分布于所述自移动机器人底部边缘。

9.根据权利要求8所述的自移动机器人，其特征在于，所述多个地面检测装置的发射部分时间段周期性激活。

10.根据权利要求1所述的自移动机器人，其特征在于，所述自移动机器人还包括控制模块，所述控制模块根据所述地面检测装置的检测结果控制驱动设备的运动状态。

11.根据权利要求1所述的自移动机器人，其特征在于，所述自移动机器人包括自动清洁机器人、自动割草机器人、自动抛光机器人。

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