CN108051824B - 检测组件、扫地机器人及检测其行走路况的方法和*** - Google Patents

检测组件、扫地机器人及检测其行走路况的方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种检测组件、扫地机器人及检测其行走路况的方法和***，所述检测组件包括：光发射器，光发射器用于发射测试光线；暗室，暗室具有供光线进入的进入孔；多个光接收器，多个光接收器在暗室内成对设置，光接收器用于接收经光发射器发射并被外界反射面反射以经进入孔进入暗室内的光，并将光强信号转换为电信号；检测电路，检测电路与多个光接收器电连接，以将每对光接收器的电信号进行差分运算处理，并生成输出信号。根据本发明实施例的扫地机器人的检测组件，使外界环境对光强产生的影响被剔除掉，以减少外界反射面颜色以及外界光强等因素对检测组件的检测结果造成的影响。

Description

检测组件、扫地机器人及检测其行走路况的方法和***
技术领域
本发明涉及背光测试技术领域，具体而言，涉及一种检测组件、扫地机器人及检测其行走路况的方法和***。
背景技术
相关技术中，目前扫地机使用PSD传感器(即位置距离传感器)或红外传感器来检测障碍物或地面。反射光的强弱会对传感***的输出信号结果产生影响。当障碍物或地面材质为深颜色时，如黑色，地面会吸收掉一部分光，使得反射光强度减弱，干扰传感***检测结果；当外界存在强光源，如日光、室内灯光等，会使得反射光强度增强，也会干扰传感***检测结果。此外，PSD传感器售价较贵，造成成本压力。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种能够降低外界环境对行走路况的检测结果的干扰的扫地机器人的检测组件。
本发明还提出了一种扫地机器人、检测扫地机器人行走路况的方法、检测扫地机器人行走路况的***。
根据本发明第一方面实施例的扫地机器人的检测组件包括：光发射器，所述光发射器用于发射测试光线；暗室，所述暗室具有供光线进入的进入孔；多个光接收器，所述多个光接收器在所述暗室内成对设置，所述光接收器用于接收经所述光发射器发射并被外界反射面反射以经所述进入孔进入所述暗室内的光，并将光强信号转换为电信号；检测电路，所述检测电路与所述多个光接收器电连接，以将每对所述光接收器的电信号进行差分运算处理，并生成输出信号。
根据本发明实施例的扫地机器人的检测组件，通过在暗室内设置成对分布的光接收器，以采集经光发射器发射并经外界反射面反射的光线的光强信息，并将光强信息转化为电信号反馈到检测电路，检测电路对每对光接收器反馈的电信号进行差分运算处理，每对光接收器的电信号经差分运算处理后，通过共模信号的方式使外界环境对光强产生的影响被剔除掉，以减少外界反射面颜色以及外界光强等因素对检测组件的检测结果造成的影响。
根据本发明一个实施例的扫地机器人的检测组件，所述检测电路包括用于差分运算处理的差分放大器，所述差分放大器具有同相输入端、反相输入端、输出端，所述同相输入端与每对光接收器中的一个电连接，所述反相输入端与每对光接收器中的另一个电连接，所述输出端用于输出所述输出信号。
根据本发明另一个实施例的扫地机器人的检测组件，所述光接收器为光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、色彩传感器、图像传感器中的任一种。
在一些实施例中，所述光接收器为光敏电阻，所述光敏电阻接入所述检测电路中，所述控制器将所述光敏电阻的电阻信号转化为电压信号并对所述电压信号进行差分处理。
根据本发明实施例的扫地机器人的检测组件，所述光接收器的个数为两个，两个所述光接收器相对于所述进入孔的中心轴线对称分布。
根据本发明实施例的扫地机器人的检测组件，还包括透镜，所述透镜朝向所述光发射器设置，以对所述光发射器发出的测试光线进行汇聚。
可选地，所述光发射器、所述光接收器、所述暗室、所述检测电路、所述透镜集成为一体。
根据本发明第二方面实施例的扫地机器人的行走路况检测***，包括：所述的检测组件；以及控制器，所述控制器与所述检测电路电连接以接收所述输出信号，且在接收到所述输出信号时将输出信号运算转换为检测组件与外界反射面之间的间距值。
在一些实施例中，当所述外界反射面为障碍物时，所述控制器被构造成在所述检测组件与外界反射面之间的间距值落在预设阈值范围内时判断存在障碍物且在所述检测组件与外界反射面之间的间距值未落在预设阈值范围内时判断不存在障碍物。
在一些实施例中，当所述外界反射面为行走地面时，所述控制器被构造成在所述检测组件与外界反射面之间的间距值落在预设阈值范围内时判断行走地面平坦且在所述检测组件与外界反射面之间的间距值未落在预设阈值范围内时判断行走地面不平。
在一些实施例中，所述控制器被构造成在存在障碍物或者行走地面不平时发出停止指令或拐弯指令，以控制所述扫地机器人停止运动或拐弯。
根据本发明第三方面实施例的扫地机器人包括：机体；以及所述的行走路面检测***，所述检测组件位于所述机体的底部和/或侧部，以通过设于底部的检测组件对行走地面是否正常进行检测，以通过设于侧部的检测组件对外侧障碍物进行检测。
根据本发明第四方面实施例的检测扫地机器人行走路况的方法包括：向外界反射面发射测试光线；成对接收到经外界反射面反射的光线，并将光强信号转化为电信号；对每对电信号进行差分运算处理并发出输出信号；将输出信号运算转换为检测组件与外界反射面之间的间距值，并根据所述间距值是否落在预设阈值范围内以判断外界反射面的位置信息。
在一些实施例中，当所述检测组件与外界反射面之间的间距值落在预设阈值范围内时，判断行走路面平坦或检测到障碍物；当所述检测组件与外界反射面之间的间距值未落在预设阈值范围内时，判断行走路面不平或未检测到障碍物。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的扫地机器人的检测组件的示意图。
附图标记：
检测组件100，
光发射器1，暗室2，进入孔21，光接收器3，检测电路4，透镜5，外界反射面a。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的单元或具有相同或类似功能的单元。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1描述根据本发明实施例的扫地机器人的检测组件100。
如图1所示，根据本发明第一方面实施例的扫地机器人的检测组件100包括：光发射器1、暗室2、多个光接收器3以及检测电路4。
光发射器1用于发射测试光线，光发射器1可以采用能够发射某种颜色的光线的光源，如550nm绿色光源，光发射器1可以朝向扫地机器人的下方发射光线或者朝向扫地机器人的左侧、右侧、前侧或后侧发射光线。
暗室2具有供光线进入的进入孔21，暗室2为经光发射器1发射并被外界反射面a反射的光线提供了较好的采集环境。暗室2可选用遮光黑盒，遮光黑盒留有狭缝，仅使在检测范围内的光束通过狭缝，其中狭缝形成为进入孔21。
多个光接收器3在暗室2内成对设置，光接收器3用于接收经光发射器1发射并被外界反射面a反射以经进入孔21进入暗室2内的光，并将光强信号转换为电信号。
需要说明的是，外界反射面a是指能够对光发射器1发出的光线进行反射的反射面，当外界反射面a处于检测组件100的检测量程内时，光发射器1发出的光线经外界反射面a反射后从进入孔21进入暗室2内；反之，当外界反射面a不处于检测组件100的检测量程内时，光发射器1发出的光线经外界反射面a反射后不能从进入孔21进入暗室2。
检测电路4与多个光接收器3电连接，以将每对光接收器3的电信号进行差分运算处理，并生成输出信号，以使成对设置的两个光接收器3采集到的外界环境里的光强信息被过滤掉，提出了外界环境对输出信号的影响。
根据本发明实施例的扫地机器人的检测组件100，通过在暗室2内设置成对分布的光接收器3，以采集经光发射器1发射并经外界反射面a反射的光线的光强信息，并将光强信息转化为电信号反馈到检测电路4，检测电路4对每对光接收器3反馈的电信号进行差分运算处理，每对光接收器3的电信号经差分运算处理后，通过共模信号的方式使外界环境对光强产生的影响被剔除掉，以减少外界反射面a颜色以及外界光强等因素对检测组件100的检测结果造成的影响。
由此，本发明的扫地机器人的检测组件100具有如下优点：1、通过构建共模信号，利用检测电路4处理运算掉干扰信号部分(一部分是无关外界光源影响，一部分是障碍物材质颜色影响)，提高传感检测精度；2、PSD传感器或红外传感器检测仅仅检测是否接收到发射器发来的光束，而本发明实施例的检测组件100是通过光接收器3(包括但不限于CDS光敏电阻)检测光的强度，并进行差分运算；3、成本较低。
为方便进行差分运算，检测电路4包括差分放大器，差分放大器具有同相输入端、反相输入端、输出端，同相输入端与每对光接收器3中的一个电连接，反相输入端与每对光接收器3中的另一个电连接，输出端用于输出输出信号。
差分放大器在检测电路4上形成有差分电路，差分电路是具有这样一种功能的电路。该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的。
根据本发明另一个实施例的扫地机器人的检测组件100，光接收器3为光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、色彩传感器、图像传感器中的任一种。
具体地，光接收器3可以是光敏电阻，光敏电阻会随着接收到的光的强弱发生电阻值改变，被检测电路4检测到。光敏电阻接入检测电路4中，控制器将光敏电阻的电阻信号转化为电压信号并对电压信号进行差分处理。
在图1所示的具体实施例中，光接收器3的个数为两个，两个光接收器3相对于进入孔21的中心轴线对称分布。
根据本发明实施例的扫地机器人的检测组件100还包括透镜5，透镜5朝向光发射器1设置，以对光发射器1发出的测试光线进行汇聚。其中，透镜5可采用测试用的shift菲涅尔透镜5。
光发射器1、光接收器3、暗室2、检测电路4、透镜5可以集成为一体，以形成检测组件100，整个检测组件100安装在扫地机器人上。
根据本发明第二方面实施例的扫地机器人的行走路况检测***，包括：上述实施例的检测组件100以及控制器，控制器与检测电路4电连接以接收输出信号，且在接收到输出信号时将输出信号运算转换为检测组件100与外界反射面a之间的间距值。
当外界反射面a为障碍物时，控制器被构造成在检测组件100与外界反射面a之间的间距值落在预设阈值范围内时判断存在障碍物且在检测组件100与外界反射面a之间的间距值未落在预设阈值范围内时判断不存在障碍物。
当外界反射面a为行走地面时，控制器被构造成在检测组件100与外界反射面a之间的间距值落在预设阈值范围内时判断行走地面平坦且在检测组件100与外界反射面a之间的间距值未落在预设阈值范围内时判断行走地面不平。
相应地，光发射器1可以被设置成朝向扫地机器人的下方发射光线，以在对机器人行走路面是否平坦进行检测，光发射器1还可以被设置成朝向扫地机器人的左侧、右侧、前侧或后侧发射光线以实现对四周的障碍物的检测。
作为优选实施方式，控制器被构造成在存在障碍物或者行走地面不平时发出停止指令或拐弯指令，以控制扫地机器人停止运动或拐弯。
根据本发明实施例的扫地机器人的检测***，光源发出的光是发散的，经过透镜5的会聚作用，形成发射光束，当光束碰到障碍物表面或地面表面，发生反射。当外界反射面a在检测量程内时，反射光束可通过进入孔21摄入暗室2，有机会照射在光接收器3上，光接收器3接收到光束后发生电参数改变，被检测电路4检测到，差分处理运算得到输出信号并将该输出信号发送给控制器进行分析，控制器根据分析结果判断检测到外界反射面a信息，并根据判断结果控制扫地机器人的行走部件(如驱动轮、万向轮)执行相应的操作；当反射面不在设定合适范围内，反射光束无法通过狭缝摄入暗室2，光接收器3未接收到光束，电参数不会发生改变，检测电路4的输出信号不会发生变化，控制器判断未检测到外界反射面a信息。
根据本发明第三方面实施例的扫地机器人包括：机体以及上述实施例的行走路面检测***，检测组件100位于机体的底部和/或侧部，以通过设于底部的检测组件100对行走地面是否正常进行检测，以通过设于侧部的检测组件100对外侧障碍物进行检测。
具体地，扫地机器人的外壳内还设有电路板，电路板用于安装并集成扫地机器人的一些电器元件，并实现各个电器元件的电连接。
其中，扫地机器人可以包括机体、设于机体内的尘盒、风机、电路板等，尘盒用来容纳并储存扫地机器人清理的灰尘、毛发等，用于实现扫地机器人的清洁功能，机体外设有驱动轮、万向轮等组件，驱动轮用于实现扫地机器人的移动，万向轮用于实现扫地机器人的转向，控制器在接收到检测组件100反馈的输出信号后相应控制万向轮以及驱动轮执行相应地操作。
举例而言，当设于扫地机器人左侧的检测组件100发出指示碰到障碍物的输出信号后，控制器可以控制驱动轮朝向右侧拐弯以避开障碍物。
根据本发明第四方面实施例的检测扫地机器人行走路况的方法包括：
S1：向外界反射面发射测试光线。
S2：成对接收到经外界反射面反射的光线，并将光强信号转化为电信号。
S3：对每对电信号进行差分运算处理并发出输出信号；
S4：将输出信号运算转换为检测组件与外界反射面之间的间距值，并根据所述间距值是否落在预设阈值范围内以判断外界反射面的位置信息。
由此，通过对每对光接收器反馈的电信号进行差分运算处理，每对光接收器的电信号经差分运算处理后，通过共模信号的方式使外界环境对光强产生的影响被剔除掉，以减少外界反射面颜色以及外界光强等因素对检测组件的检测结果造成的影响。
根据本发明实施例的检测扫地机器人行走路况的方法，当检测组件100与外界反射面a之间的间距值落在预设阈值范围内时，判断行走路面正常或检测到障碍物；当检测组件100与外界反射面a之间的间距值未落在预设阈值范围内时，判断行走路面不平或未检测到障碍物。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构或单元必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意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发明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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求机器等同物限定。

Claims (13)

1.一种扫地机器人的检测组件，其特征在于，包括：
光发射器，所述光发射器用于发射测试光线；
暗室，所述暗室具有供光线进入的进入孔；
多个光接收器，所述多个光接收器在所述暗室内成对设置，所述光接收器用于接收经所述光发射器发射并被外界反射面反射以经所述进入孔进入所述暗室内的光，并将光强信号转换为电信号；
检测电路，所述检测电路与所述多个光接收器电连接，以将每对所述光接收器的电信号进行差分运算处理，并生成输出信号；
透镜，所述透镜朝向所述光发射器设置，以对所述光发射器发出的测试光线进行汇聚。
2.根据权利要求1所述的扫地机器人的检测组件，其特征在于，所述检测电路包括用于差分运算处理的差分放大器，所述差分放大器具有同相输入端、反相输入端、输出端，所述同相输入端与每对光接收器中的一个电连接，所述反相输入端与每对光接收器中的另一个电连接，所述输出端用于输出所述输出信号。
3.根据权利要求1或2所述的扫地机器人的检测组件，其特征在于，所述光接收器为光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、色彩传感器、图像传感器中的任一种。
4.根据权利要求3所述的扫地机器人的检测组件，其特征在于，所述光接收器为光敏电阻，所述光敏电阻接入所述检测电路中，控制器将所述光敏电阻的电阻信号转化为电压信号并对所述电压信号进行差分处理。
5.根据权利要求1所述的扫地机器人的检测组件，其特征在于，所述光接收器的个数为两个，两个所述光接收器相对于所述进入孔的中心轴线对称分布。
6.根据权利要求1所述的扫地机器人的检测组件，其特征在于，所述光发射器、所述光接收器、所述暗室、所述检测电路、所述透镜集成为一体。
7.一种检测扫地机器人行走路况的***，其特征在于，包括：
如权利要求1-6中任一项所述的检测组件；以及
控制器，所述控制器与所述检测电路电连接以接收所述输出信号，且在接收到所述输出信号时将输出信号运算转换为检测组件与外界反射面之间的间距值。
8.根据权利要求7所述的检测扫地机器人行走路况的***，其特征在于，当所述外界反射面为障碍物时，所述控制器被构造成在所述检测组件与外界反射面之间的间距值落在预设阈值范围内时判断存在障碍物且在所述检测组件与外界反射面之间的间距值未落在预设阈值范围内时判断不存在障碍物。
9.根据权利要求7所述的检测扫地机器人行走路况的***，其特征在于，当所述外界反射面为行走地面时，所述控制器被构造成在所述检测组件与外界反射面之间的间距值落在预设阈值范围内时判断行走地面平坦且在所述检测组件与外界反射面之间的间距值未落在预设阈值范围内时判断行走地面不平。
10.根据权利要求8或9所述的检测扫地机器人行走路况的***，其特征在于，所述控制器被构造成在存在障碍物或者行走地面不平时发出停止指令或拐弯指令，以控制所述扫地机器人停止运动或拐弯。
11.一种扫地机器人，其特征在于，包括：
机体；以及
如权利要求7-10中任一项所述的检测扫地机器人行走路况的***，所述检测组件位于所述机体的底部和/或侧部，以通过设于底部的检测组件对行走地面是否正常进行检测，以通过设于侧部的检测组件对外侧障碍物进行检测。
12.一种检测扫地机器人行走路况的方法，其特征在于，所述检测扫地机器人行走路况的方法适于控制权利要求11所述的扫地机器人，包括：
向外界反射面发射测试光线；
成对接收到经外界反射面反射的光线，并将光强信号转化为电信号；
对每对电信号进行差分运算处理并发出输出信号；
将输出信号运算转换为检测组件与外界反射面之间的间距值，并根据所述间距值是否落在预设阈值范围内以判断外界反射面的位置信息。
13.根据权利要求12所述的检测扫地机器人行走路况的方法，其特征在于，当所述检测组件与外界反射面之间的间距值落在预设阈值范围内时，判断行走路面平坦或检测到障碍物；当所述检测组件与外界反射面之间的间距值未落在预设阈值范围内时，判断行走路面不平或未检测到障碍物。
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