CN101446832B

CN101446832B - 机器人吸尘器自动避障控制方法

Info

Publication number: CN101446832B
Application number: CN2007101906193A
Authority: CN
Inventors: 周军; 朱灯林; 梅志千
Original assignee: CHANGZHOU CHANGGONG DEVIL-BOX Co Ltd
Current assignee: CHANGZHOU CHANGGONG ELECTRONIC TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2027-11-27
Also published as: CN101446832A

Abstract

一种机器人吸尘器自动避障控制方法，包括吸尘本体、基站和控制电路，吸尘本体上设置有左、右轮，所述基站顶端设置有红外发射器，吸尘本体上部设置有红外接收器，接收来自基站发出的红外通信信号；控制电路包括单片机、驱动电路、电流反馈电路、防坠落电路、红外接收电路、电压监视电路。根据吸尘本体与基站的相对位置，由单片机控制吸尘器的运行。在遇到障碍时，单片机判断并控制吸尘本体避障及其下一步的运动方向，吸尘一段时间后，吸尘本体自动返回基站抽尘和充电。采用本发明制作的机器人吸尘器，其结构简单、控制可靠、性能稳定，可以完成无人值守、智能化的清洁工作。

Description

机器人吸尘器自动避障控制方法

技术领域

本发明涉及一种机器人吸尘器自动避障控制方法。

背景技术

常用的机器人吸尘器，在遇到家具或墙壁等障碍时，往往采用超声波传感器避障。但这种避障方法遇到的问题是：为了确定工作区域的范围，必须沿着工作区域的轮廓行驶而不实际执行清洁工作，所以减少了机器人吸尘器本体实际有效的操作时间。另外，采用红外测距传感器也是一种较为普遍的避障方法，但是采用红外测距传感器的清洁机器人，除了前述的问题外，容易受到环境的影响。同时，它需要增设光电码盘或遥控器控制，其元器件价格较高、算法程序复杂，增加了机器人吸尘器***的复杂性，其可靠性将受到影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种机器人吸尘器自动避障控制方法。该机器人吸尘器由吸尘本体和基站组成。在吸尘本体的整个吸尘过程中，既能避障，同时也能与基站之间保持通信联系，使吸尘本体吸尘、避障，并能自主地回到基站进行抽尘和充电。

为解决上述技术问题，本发明的一种机器人吸尘器自动避障控制方法，包括吸尘本体、基站和控制电路，吸尘本体上设置有左、右轮，吸尘本体自动吸尘后返回基站充电和抽尘，所述基站顶端设置有红外发射器，向吸尘本体不断发出红外线波，在吸尘本体上部设置有四个红外接收器，接收来自基站发出的红外通讯信号，其发明点在于：

所述控制电路包括单片机U5、驱动电路、电流反馈电路、防坠落电路、红外接收电路、电压监视电路，所述驱动电路与单片机U5相连接，用于驱动左轮电机D1、右轮电机D2；所述电流反馈电路分别与驱动电路以及单片机U5输入接口相连接，用于检测左、右轮电机D1、D2的电枢电流，经电压放大器放大后输入单片机U5；所述防坠落电路与单片机U5相连接，用于判断吸尘本体运动方向的高度差是否超出限高范围，防止吸尘本体从高处坠落；所述红外接收电路与单片机U5相连接，用于接收来自基站上的红外发射器发出的红外通信信号，由单片机U5判断出吸尘本体与基站的相对位置，决定吸尘本体是否需要避开障碍及其下一步的运动方向；所述电压监视电路与单片机U5相连接，用于监视电池电压，起着充电保护作用。

作为本发明的另一种改进，所述红外接收电路包括红外接收模块F1、F2、电阻R41、R42、R43、电容C23，所述红外接收模块F1分别与电阻R42、单片机U5的P1.0接口相连接，所述红外接收模块F2分别与电阻R43、单片机U5的P1.1接口相连；

作为本发明的另一种改进，所述驱动电路包括功率集成模块U6、左轮电机D1、右轮电机D2、风泵电机D3，所述功率集成模块U6与单片机U5相连接，所述左、右轮电机D1、D2、风泵电机D3分别接至单片机U5的输入接口；所述电流反馈电路包括采样电阻R32、R33、电压放大器N1、N2，采样电压经放大后再通过驱动电路中的功率集成模块U6输入到单片机U5的A/D接口；所述防坠落电路包括安装在吸尘本体底部的红外传感器S1、S2、S3、S4，电阻R4-R15，放大器O3-O6，通过放大器O3-O6与单片机U5的输入接口相接。

采用这样的技术方案以后，机器人吸尘器的吸尘本体通过其上的红外接收器与基站上的红外发射器之间的通信，即吸尘本体的红外接收器接收来自安装在基站上的红外发射器发射的经过调制后的红外通信信号，经过红外接收电路的解调后，传送到单片机和存储器，存储器用于存储吸尘器的控制程序、自动避障算法和红外通信算法，由单片机判断机器人吸尘器本体与基站的相对位置关系，以决定机器人吸尘器本体的下一步运动方向，再由单片机控制，驱动左、右轮前进、后退、左转、右转，完成各种避障动作；底部装有四个红外传感器，在吸尘本体遇到楼梯、台阶时，用于判断吸尘本体运动方向的高度差是否超出限高范围，防止吸尘本体从高处坠落；吸尘本体清洁和吸尘到预设的工作时间后，与基站间的通信将决定吸尘本体向基站移动，到达基站后进行抽尘或充电。然后，继续在下一点检测红外信号，重复上述操作。本发明通过吸尘本体上的红外接收器与基站上的红外发射器之间的通信，由单片机判断并完成吸尘器的避障，能够实现无人值守、智能化的清洁工作。与常用的清洁机器人相比，本发明不使用光电码盘和遥控器，其控制电路结构简单，性能稳定可靠。

附图说明

下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

图1为本发明的一种机器人吸尘器自动避障控制方法的程序框图。

图2为本发明的一种机器人吸尘器自动避障控制方法的电气原理图。

图3为本发明的吸尘本体遇到正前方障碍时的避障示意图。

图4为本发明的吸尘本体遇到左前方障碍时的避障示意图。

图5为本发明的吸尘本体遇到右前方障碍时的避障示意图。

图6为本发明的吸尘本体遇到两面形成的障碍时的避障示意图。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明的一种机器人吸尘器自动避障控制方法，包括吸尘本体1、基站2和控制电路，吸尘本体1上设置有左、右轮，吸尘本体1自动吸尘后返回基站2充电和抽尘，所述基站2顶端设置有红外发射器201，向吸尘本体1不断发出红外线波，在吸尘本体1上部设置有四个红外接收器101、102、103、104，接收来自基站2发出的红外通讯信号。

所述控制电路包括单片机U5、驱动电路3、电流反馈电路4、防坠落电路5、红外接收电路6、电压监视电路7，所述驱动电路3与单片机U5相连接，用于驱动左轮电机D1、右轮电机D2；所述电流反馈电路4分别与驱动电路3以及单片机U5输入接口相连接，用于检测左、右轮电机D1、D2的电枢电流，经电压放大器放大后输入单片机U5；所述防坠落电路5与单片机U5相连接，用于判断吸尘本体1运动方向的高度差是否超出限高范围，防止吸尘本体1从高处坠落；所述红外接收电路6与单片机U5相连接，用于接收来自基站2上的红外发射器201发出的红外通信信号，由单片机U5判断出吸尘本体1与基站2的相对位置，决定吸尘本体1是否需要避开障碍及其下一步的运动方向；所述电压监视电路7与单片机U5相连接，用于监视电池电压，起着充电保护作用。

所述红外接收电路6包括红外接收模块F1、F2、电阻R41、R42、R43、电容C23，所述红外接收模块F1分别与电阻R42、单片机U5的P1.0接口相连接，所述红外接收模块F2分别与电阻R43、单片机U5的P1.1接口相连。

所述驱动电路3包括功率集成模块U6、左轮电机D1、右轮电机D2、风泵电机D3，所述功率集成模块U6与单片机U5相连接，所述左、右轮电机D1、D2、风泵电机D3分别接至单片机U5的输入接口。设定所述电机D1、D2正转，吸尘器前进；所述电机D1、D2反转，则吸尘器后退。

所述电流反馈电路4包括采样电阻R32、R33、电压放大器N1、N2，采样电压经放大后输入到单片机U5的A/D接口；所述防坠落电路5包括安装在吸尘本体1底部的红外传感器S1、S2、S3、S4，电阻R4-R15，放大器O3-O6，通过放大器O3-O6与单片机U5的输入接口相连。

由图1可以看出，本发明的避障程序是：接通电源，避障次数K＝0，基站2上的红外发射器201不断地发出红外通信信号，吸尘本体1首先判断安装在正面的两个红外接收器101、103是否接收到高电平，如果都接收到高电平，则驱动吸尘本体1向前运动；如果只有一个红外接收器接收到高电平，

在吸尘过程中，与家具或墙壁或人或宠物将会发生碰撞，分别有以下几种避障情况，图中虚线部分表示避障后吸尘本体的位置：

一.障碍在吸尘本体的正面

参见图1和图3，吸尘本体1上的四个红外接收器101、102、103、104中的两个红外接收器101、103接收到红外信号，采样电阻R32、R33的信号经电压放大器N1、N2放大后，通过驱动电路中的功率集成模块U6送入单片机U5，当左、右轮电机采样电压U1大于3V并持续超过0.3秒，则判断出障碍在吸尘本体1的正前方，此时单片机U5发出指令，驱动吸尘本体1向后退一小段距离，然后向右旋转135°后继续运行。

二. 障碍在吸尘本体的左前方

参见图1和图4，吸尘本体1上的四个红外接收器101、102、103、104中的两个红外接收器101、103接收到红外信号，采样电阻R32、R33的信号经电压放大器N1、N2放大后，通过驱动电路中的功率集成模块U6送入单片机U5，当左轮电机采样电压U1大于3V并持续超过0.3秒，而右轮电机采样电压未大于3V或虽然电压大于3V但持续时间小于0.3秒，则判断出障碍在吸尘本体1的左前方，此时单片机U5发出指令，驱动吸尘本体1向后退一小段距离，然后向右旋转90°后继续运行。

三、障碍在吸尘本体的右前方

参见图1和图5，此时检测到右轮电机采样电压大于3V且持续时间超过0.3秒，左电机采样电压小于3V或虽然电压大于3V但持续时间小于0.3秒，则表明障碍在机器人的右前方，单片机U5发出指令，驱动吸尘本体1向后退一小段距离，然后向左旋转90°后继续运行。

四、吸尘本体遇到两面形成的障碍物

参见图1和图6，此时检测到左、右轮电机采样电压均大于3V且持续时间超过0.3秒，则表明此障碍是一由两面形成的障碍物，单片机U5的指令驱动吸尘本体转过180°，再向后退继续运动。

本发明的单片机建议采用Cygnal公司的八位C8051F015芯片，内含64KFLASH程序存储器，16位可编程定时器/计数器列阵，可用于脉宽调制波发生器和12位多通道ADC转换器。

Claims

1.一种机器人吸尘器自动避障控制方法，包括吸尘本体(1)、基站(2)和控制电路，吸尘本体(1)上设置有左、右轮，吸尘本体(1)自动吸尘后返回基站(2)充电和抽尘，所述基站(2)顶端设置有红外发射器(201)，向吸尘本体(1)不断发出红外通信信号，在吸尘本体(1)上部设置有四个红外接收器(101、102、103、104)，接收来自基站(2)发出的红外通讯信号，其特征在于：所述控制电路包括单片机U5、驱动电路(3)、电流反馈电路(4)、防坠落电路(5)、红外接收电路(6)、电压监视电路(7)，所述驱动电路(3)与单片机U5相连接，用于驱动左轮电机D1、右轮电机D2；所述电流反馈电路(4)分别与驱动电路(3)以及单片机U5输入接口相连接，用于检测左、右轮电机D1、D2的电枢电流，经电压放大器放大后输入单片机U5；所述防坠落电路(5)与单片机U5相连接，用于判断吸尘本体(1)运动方向的高度差是否超出限高范围，防止吸尘本体(1)从高处坠落；所述红外接收电路(6)与单片机U5相连接，用于接收来自基站(2)上的红外发射器(201)发出的红外通信信号，由单片机U5判断出吸尘本体(1)与基站(2)的相对位置，决定吸尘本体(1)是否需要避开障碍及其下一步的运动方向；所述电压监视电路(7)与单片机U5相连接，用于监视电池电压，起着充电保护作用。

2.根据权利要求1所述的机器人吸尘器自动避障控制方法，其特征在于：所述红外接收电路(6)包括红外接收模块F1、F2、电阻R41、R42、R43、电容C23，所述红外接收模块F1分别与电阻R42、单片机U5的P1.0接口相连接，所述红外接收模块F2分别与电阻R43、单片机U5的P1.1接口相连。

3.根据权利要求1所述的机器人吸尘器自动避障控制方法，其特征在于：所述驱动电路(3)包括功率集成模块U6、左轮电机D1、右轮电机D2、风泵电机D3，所述功率集成模块U6与单片机U5相连接，所述左、右轮电机D1、D2，风泵电机D3分别接至单片机U5的输入接口。

4.根据权利要求1所述的机器人吸尘器自动避障控制方法，其特征在于：所述电流反馈电路(4)包括采样电阻R32、R33、电压放大器N1、N2，采样电压经放大后输入到单片机U5的A/D接口。

5.根据权利要求1所述的机器人吸尘器自动避障控制方法，其特征在于：所述防坠落电路(5)包括安装在吸尘本体(1)底部的红外传感器S1、S2、S3、S4，电阻R4～R15，放大器O3～O6，通过放大器O3～O6与单片机U5的输入接口相连。