CN111973067A - 一种智能防撞和低电量红外捕获充电源的扫地机器人 - Google Patents

Abstract

一种智能防撞和低电量红外捕获充电源的扫地机器人，所述红外接收装置包括左红外接收头、右红外接收头和后红外接收头，所述扫地机器人底部设有第一边刷、第二边刷和吸尘口，所述扫地机器人前端弹性连接有防撞缓冲板，所述防撞缓冲板通过分布在扫地机器人左前端、右前端和正前端的弹簧弹性连接，所述扫地机器人左端位于防撞缓冲板后设有左接触开关，所述扫地机器人右端位于防撞缓冲板后设有右接触开关，所述扫地机器人左端外侧设有左红外接收头，所述扫地机器人右端外侧设有右红外接收头，所述扫地机器人后端外侧设有后红外接收头，所述扫地机器人左、右两端分别转动连接有受两个独立驱动电机控制的左驱动轮和右驱动轮。

Description

一种智能防撞和低电量红外捕获充电源的扫地机器人

技术领域

本发明涉及扫地机器人，尤其涉及只能防撞和带红外线捕获功能的扫地机器人。

背景技术

目前，经济与社会的发展改变了人们的生活方式。智能家电产品在行业竞争，用户需求，技术发展和市场商机巨大得到快速发展，而且越来越智能化。智能化产品已经开始进入社会和家庭，在家电行业中，智能化也是其发展的必然趋势。而且这种趋势如今已经初见端倪，消费者对智能家电的兴趣与日俱增，同时也给家电企业提出了更高的要求，智能家电和穿戴设备的消费潮流突然袭来，而扫地机器人正是其中的排头兵。

而扫地机器人经常用于分摊家务，在扫除地面杂物时经常在房屋内各种家具、墙体等复杂环境中来回穿梭，因而只能防撞***就显得尤为重要，而目前市面上的防撞扫地机器人主要是通过更改机械结构，增加防撞罩等防撞装置，单纯提高扫地机器人的物理防撞性能，而没有智能避让防撞功能的扫地机器人在触碰障碍物时使用者如果继续长期违规操作可能对障碍物造成损坏。通常情况下电器设备，尤其是这种扫地机器人智能家用电器一般是通过内置充电电池的方式提供电能，而扫地机器人不一定经常使用，众所周知如果充电电池长时间处于低电量会影响电池性能，影响扫地机器人性能，所以当电池处于低电量的时候需要给充电电池及时充电保证健康电量。

发明内容

本发明要解决上述现有技术存在的问题，提供了一种智能防撞和低电量红外捕获充电源的扫地机器人，这种机器人前部左右两侧设有防撞接触开关，在两侧防撞接触开关外侧设有弧形的防撞缓冲板，如果触发防撞开关会控制机器人内部的单片机进行左右转向或后退运动，当处于低电量时此发明的机器人能通过红外自动捕获充电器，移动并对接充电器进行充电。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种智能防撞和低电量红外捕获充电源的扫地机器人，包括扫地机器人、位于扫地机器人前端的防撞装置与内部的***、扫地机器人低电量红外捕获装置与内部的***，所述低电量红外捕获装置包括左红外接收头、右红外接收头和后红外接收头，所述防撞装置包括防撞缓冲板、弹簧、左接触开关和右接触开关，所述扫地机器人底部设有第一边刷、第二边刷和吸尘口，所述扫地机器人左、右两端分别转动连接有受两个独立驱动电机控制的左驱动轮和右驱动轮；

为了进一步完善，所述扫地机器人前端弹性连接有防撞缓冲板，所述防撞缓冲板通过分布在扫地机器人左前端、右前端和正前端的弹簧弹性连接，所述扫地机器人左端位于防撞缓冲板后设有左接触开关，所述扫地机器人右端位于防撞缓冲板后设有右接触开关，防撞***的内部电路包括；

进一步完善，所述防撞***响应过程是当左侧触碰障碍物时左侧弹簧受挤压收缩防撞缓冲板触发左接触开关闭合触发信号至单片机，单片机发出右转信号，左驱动轮受独立电机控制保持原有运行方向转动，右驱动轮受独立电机控制向反方向转动，所述扫地机器人向右运动，同理当防撞缓冲板右侧触碰障碍物时扫地机器人左转，所述防撞缓冲板正面触碰障碍物时左接触开关和右接触开关同时闭合，单片机发出后退信号，左驱动轮和右驱动轮反转；

进一步完善，所述扫地机器人左端外侧设有左红外接收头，所述扫地机器人右端外侧设有右红外接收头，所述扫地机器人后端外侧设有后红外接收头，所述扫地机器人后端内部设有12V锂电池，所述12V锂电池在扫地机器人后端从内向外延伸出两个充电头，所述扫地机器人外部设有独立存在的充电坞，所述充电坞顶部设有红外信号发射口，所述充电坞底部设有充电底座，所述充电底座上端位于充电坞外侧设有与充电头匹配的充电接触头；

进一步完善，所述低电量红外捕获***带有检测12V锂电池电压的AD采样电路，所述AD采样电路检测到所述12V锂电池电压低于10.5V时，所述红外接收装置开始捕获红外信号，所述红外信号发射口发射的信号被红外接收装置捕获后扫地机器人向充电坞移动，所述充电头与充电接触头对接；

进一步完善，一种智能防撞和低电量红外捕获充电源的***控制步骤主要包括：

步骤1、机器人在驱动芯片的PWM脉宽调制下控制驱动电机的转速和方向，使扫地机器人正常行驶；

步骤2、正常情况下单片机连接左、右两边防撞接触开关与3.3V外接电源并联，I/O口为高电平，当外部发生碰撞左或右防撞接触开关闭合短接3.3V电源，I/O口拉低为低电平，单片机将左或右撞击信号传回步骤1的驱动芯片；

步骤3、当左、右防撞接触开关的I/O口同时检测到低电平时，单片机将前方撞击信号传回步骤1的驱动芯片；

步骤4、霍尔信号个数匹配法，提前测得扫地机器人两个驱动轮之间的直径的圆为周长S1和机器人行走S1时产生的霍尔信号个数为N1

N＝(θ/360°)×N1

当单片机捕获到霍尔信号个数为(60°/360°)*N1时，单片机发出直行信号，机器人停止转向；

步骤5、当单片机捕捉到左、右防撞接触开关I/O口同时为低电平时，发出后退信号给驱动芯片，两个驱动电机同时反转2s后执行步骤4向右转180°后直行；

步骤6、PI闭环控制，正常行驶情况下，采用PI闭环控制原理，使两个驱动电机转速、频率一致，保证扫地机器人稳速运行；

步骤7、AD调理电路，用来检测12V锂电池电压，当电源电压大于10.5V时，扫地机器人在步骤6的PI闭环控制下正常速度行驶，当检测到电源电压小于10.5V时，扫地机器人低速行驶，红外接收模块开始捕获红外信号

步骤8、霍尔信号捕获，将捕获的的霍尔信号送入单片机，让单片机计算出驱动电机的转速移动至充电坞，使扫地机器人与充电坞上的充电触头对接。

进一步完善，所述扫地机器人前端底部左边设有受一台边刷电机独立控制的第二边刷右边设有受另一台边刷电机独立控制的第一边刷。

进一步完善，所述第一边刷和第二边刷之间位于扫地机器人底部设有吸尘口，所述吸尘口内部设有风机。

进一步完善，所述扫地机器人中部底端转动连接有从动轮，从动轮不设有驱动电机，在后排两个驱动轮的带动下转动。

进一步完善，所述驱动电机采用空间电压矢量脉宽调制技术的永磁同步电机，所述永磁同步电机可采用空间电压矢量脉宽调制技术，优化谐波的程度高，提高了动态响应速度，更加适用于数字化的控制***。

本发明有益的效果是：本发明提供了一种智能防撞和监测电量低电量能通过红外收发装置捕获充电坞的智能扫地机器人，现阶段大部分防撞扫地机器人主要是通过改变结构，例如在机器人前端设置缓冲罩或保护罩防止扫地机器人内部收到过大冲击，为保护扫地机器人本身和被撞障碍物，扫地机器人主动避让***是本发明的主要有益效果，本发明提供了两个触碰开关，防撞触碰开关会根据自身状态给单片机传递信号，单片机根据状态做出避让障碍物相应调整，防撞缓冲板在弹簧的连接下得以缓冲同时及时避让障碍物，防止对家具造成破坏，为了防止长时间低电量状态对电源造成损坏，充电坞的红外发射装置持续释放红外信号，扫地机器人低电量时触发红外线接收装置捕捉红外信号，并向信号源移动，能及时为低电量的扫地机器人找到充电坞，及时充电。

附图说明

图1为本发明的扫地机器人的***结构图；

图2为本发明的扫地机器人的俯视图；

图3为本发明的扫地机器人的仰视图；

图4为本发明的充电坞的俯视图。

附图标记说明：1、扫地机器人，2、防撞缓冲板，3、左接触开关，4、右接触开关，5、弹簧，6、左红外接收头，7、右红外接收头，8、后红外接收头，9、左驱动轮，10、右驱动轮，11、12V锂电池，12、充电头，13、第一边刷，14、第二边刷，15、吸尘口，16、从动轮，17、充电坞，171、充电底座，172、红外信号发射口，173、充电接触头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参照附图：本实施例中一种智能防撞和低电量红外捕获充电源的扫地机器人，包括扫地机器人1、位于扫地机器人1前端的防撞装置与内部的***、扫地机器人1低电量红外捕获装置与内部的***，所述低电量红外捕获装置包括左红外接收头6、右红外接收头7和后红外接收头8，所述防撞装置包括防撞缓冲板2、弹簧5、左接触开关3和右接触开关4，所述扫地机器人1底部设有第一边刷13、第二边刷14和吸尘口15，所述扫地机器人1左、右两端分别转动连接有受两个独立驱动电机控制的左驱动轮9和右驱动轮10；

所述扫地机器人1前端弹性连接有防撞缓冲板2，所述防撞缓冲板2通过分布在扫地机器人1左前端、右前端和正前端的弹簧5弹性连接，所述扫地机器人1左端位于防撞缓冲板2后设有左接触开关3，所述扫地机器人1右端位于防撞缓冲板2后设有右接触开关4，防撞***的内部电路包括；

所述防撞***响应过程是当左侧触碰障碍物时左侧弹簧5受挤压收缩防撞缓冲板2触发左接触开关3闭合触发信号至单片机，单片机发出右转信号，左驱动轮9受独立电机控制保持原有运行方向转动，右驱动轮10受独立电机控制向反方向转动，所述扫地机器人1向右运动，同理当防撞缓冲板2右侧触碰障碍物时扫地机器人1左转，所述防撞缓冲板2正面触碰障碍物时左接触开关3和右接触开关4同时闭合，单片机发出后退信号，左驱动轮9和右驱动轮10反转；

所述单片机接收到碰撞信号时，硬件防撞控制程序如下：

所述扫地机器人1左端外侧设有左红外接收头6，所述扫地机器人1右端外侧设有右红外接收头7，所述扫地机器人1后端外侧设有后红外接收头8，所述扫地机器人1后端内部设有12V锂电池11，所述12V锂电池11在扫地机器人1后端从内向外延伸出两个充电头12，所述扫地机器人1外部设有独立存在的充电坞17，所述充电坞17顶部设有红外信号发射口172，所述充电坞17底部设有充电底座171，所述充电底座171上端位于充电坞17外侧设有与充电头12匹配的充电接触头173；

所述低电量红外捕获***带有检测12V锂电池11电压的AD采样电路，所述AD采样电路检测到所述12V锂电池11电压低于10.5V时，所述红外接收装置开始捕获红外信号，所述红外信号发射口172发射的信号被红外接收装置捕获后扫地机器人1向充电坞17移动，所述充电头12与充电接触头173对接；

进一步完善，当AD模块检测到电源母线电压MV≥电压标准值时，SPEED_MODE＝0,当AD模块检测到电源母线电压MV≤电压标准值时，SPEED_MODE＝1,其相应程序如下：

一种智能防撞和低电量红外捕获充电源的***控制步骤主要包括：

步骤1、机器人在驱动芯片的PWM脉宽调制下控制驱动电机的转速和方向，使扫地机器人正常行驶；

步骤2、正常情况下单片机连接左、右两边防撞接触开关与3.3V外接电源并联，I/O口为高电平，当外部发生碰撞左或右防撞接触开关闭合短接3.3V电源，I/O口拉低为低电平，单片机将左或右撞击信号传回步骤1的驱动芯片；

步骤3、当左、右防撞接触开关的I/O口同时检测到低电平时，单片机将前方撞击信号传回步骤1的驱动芯片；

步骤4、霍尔信号个数匹配法，提前测得扫地机器人两个驱动轮之间的直径的圆为周长S1和机器人行走S1时产生的霍尔信号个数为N1

N＝(θ/360°)×N1

当单片机捕获到霍尔信号个数为(60°/360°)*N1时，单片机发出直行信号，机器人停止转向；

步骤5、当单片机捕捉到左、右防撞接触开关I/O口同时为低电平时，发出后退信号给驱动芯片，两个驱动电机同时反转2s后执行步骤4向右转180°后直行；

步骤6、PI闭环控制，正常行驶情况下，采用PI闭环控制原理，使两个驱动电机转速、频率一致，保证扫地机器人稳速运行；

步骤7、AD调理电路，用来检测12V锂电池电压，当电源电压大于10.5V时，扫地机器人在步骤6的PI闭环控制下正常速度行驶，当检测到电源电压小于10.5V时，扫地机器人低速行驶，红外接收模块开始捕获红外信号

步骤8、霍尔信号捕获，将捕获的的霍尔信号送入单片机，让单片机计算出驱动电机的转速移动至充电坞，使扫地机器人与充电坞上的充电触头对接。

所述扫地机器人1前端底部左边设有受一台边刷电机独立控制的第二边刷14右边设有受另一台边刷电机独立控制的第一边刷13。

所述第一边刷13和第二边刷14之间位于扫地机器人1底部设有吸尘口15，所述吸尘口15内部设有风机。

所述扫地机器人1中部底端转动连接有从动轮16。

所述驱动电机采用空间电压矢量脉宽调制技术的永磁同步电机。

本发明采用12V锂电池供电，基于STM32F103RCT6单片机主控板控制各个模块电路，主控板控制驱动电机控制电路控制两边独立的驱动电机稳定运行保证两边驱动轮转速一致能沿直线运行，主控板控制边刷电机控制电路保证左边刷顺时针转动、右边刷逆时针转动将灰尘扫入中间部分，此两个控制电路保证扫地机器人的基本功能。本发明提供了防撞控制***和低电量捕获充电源的控制***，防撞控制***主要步骤是防撞接触开关将碰撞信号传入主控板，主控板根据信号做出左转、右转或后退的信号给驱动电机控制电路，扫地机器人做出相应的避障处理，低电量捕获充电源的控制***主要步骤是通过AD采样电路采样电源电压为标准计算电池电量，当电量低时本发明标准是电压低于10.5V，红外捕获信号开始工作，充电坞上的红外发射信号不断发射红外信号，扫地机器人的霍尔信号捕获电路和红外信号捕获电路捕捉到红外信号方位，扫地机器人的驱动***驱使扫地机器人向充电坞移动，达到及时充电目的。

虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。

Claims (6)

1.一种智能防撞和低电量红外捕获充电源的扫地机器人，包括扫地机器人(1)、位于扫地机器人(1)前端的防撞装置、防撞***、扫地机器人(1)低电量红外捕获装置、低电量红外捕获***，其特征是：所述低电量红外捕获装置包括左红外接收头(6)、右红外接收头(7)和后红外接收头(8)，所述防撞装置包括防撞缓冲板(2)、弹簧(5)、左接触开关(3)和右接触开关(4)，所述扫地机器人(1)底部设有第一边刷(13)、第二边刷(14)和吸尘口(15)，所述扫地机器人(1)左、右两端分别转动连接有受两个独立驱动电机控制的左驱动轮(9)和右驱动轮(10)；

所述防撞装置包括弹性连接在扫地机器人(1)前端的防撞缓冲板(2)，所述防撞缓冲板(2)通过分布在扫地机器人(1)左前端、右前端和正前端的弹簧(5)弹性连接，所述扫地机器人(1)左端位于防撞缓冲板(2)后设有左接触开关(3)，所述扫地机器人(1)右端位于防撞缓冲板(2)后设有右接触开关(4)；

所述防撞***包括：所述防撞***响应过程是当左侧触碰障碍物时左侧弹簧(5)受挤压收缩防撞缓冲板(2)触发左接触开关(3)闭合触发信号至单片机，单片机发出右转信号，左驱动轮(9)受独立电机控制保持原有运行方向转动，右驱动轮(10)受独立电机控制向反方向转动，所述扫地机器人(1)向右运动，同理当防撞缓冲板(2)右侧触碰障碍物时扫地机器人(1)左转，所述防撞缓冲板(2)正面触碰障碍物时左接触开关(3)和右接触开关(4)同时闭合，单片机发出后退信号，左驱动轮(9)和右驱动轮(10)反转；

所述低电量红外捕获装置包括设在扫地机器人(1)左端外侧的左红外接收头(6)，所述扫地机器人(1)右端外侧设有右红外接收头(7)，所述扫地机器人(1)后端外侧设有后红外接收头(8)，所述扫地机器人(1)后端内部设有12V锂电池(11)，所述12V锂电池(11)在扫地机器人(1)后端从内向外延伸出两个充电头(12)，所述扫地机器人(1)外部设有独立存在的充电坞(17)，所述充电坞(17)顶部设有红外信号发射口(172)，所述充电坞(17)底部设有充电底座(171)，所述充电底座(171)上端位于充电坞(17)外侧设有与充电头(12)匹配的充电接触头(173)；

所述低电量红外捕获***包括：用于检测12V锂电池(11)电压的AD采样电路，所述AD采样电路检测到所述12V锂电池(11)电压低于10.5V时，所述红外接收装置开始捕获红外信号，所述红外信号发射口(172)发射的信号被红外接收装置捕获后扫地机器人(1)向充电坞(17)移动，所述充电头(12)与充电接触头(173)对接。

2.根据权利要求1所述的一种智能防撞和低电量红外捕获充电源的扫地机器人，其特征是：所述扫地机器人(1)前端底部左边设有受一台边刷电机独立控制的第二边刷(14)右边设有受另一台边刷电机独立控制的第一边刷(13)。

3.根据权利要求2所述的一种智能防撞和低电量红外捕获充电源的扫地机器人，其特征是：所述第一边刷(13)和第二边刷(14)之间位于扫地机器人(1)底部设有吸尘口(15)，所述吸尘口(15)内部设有风机。

4.根据权利要求1所述的一种智能防撞和低电量红外捕获充电源的扫地机器人，其特征是：所述扫地机器人(1)中部底端转动连接有从动轮(16)。

5.根据权利要求1所述的一种智能防撞和低电量红外捕获充电源的扫地机器人，其特征是：所述驱动电机采用空间电压矢量脉宽调制技术的永磁同步电机。

6.一种智能防撞和低电量红外捕获充电源的***控制步骤主要包括：

步骤1、机器人在驱动芯片的PWM脉宽调制下控制驱动电机的转速和方向，使扫地机器人正常行驶；

步骤2、正常情况下单片机连接左、右两边防撞接触开关与3.3V外接电源并联，I/O口为高电平，当外部发生碰撞左或右防撞接触开关闭合短接3.3V电源，I/O口拉低为低电平，单片机将左或右撞击信号传回步骤1的驱动芯片；

步骤3、当左、右防撞接触开关的I/O口同时检测到低电平时，单片机将前方撞击信号传回步骤1的驱动芯片；

步骤4、霍尔信号个数匹配法，提前测得扫地机器人两个驱动轮之间的直径的圆为周长S1和机器人行走S1时产生的霍尔信号个数为N1

N＝(θ/360°)×N1

当单片机捕获到霍尔信号个数为(60°/360°)*N1时，单片机发出直行信号，机器人停止转向；

步骤5、当单片机捕捉到左、右防撞接触开关I/O口同时为低电平时，发出后退信号给驱动芯片，两个驱动电机同时反转2s后执行步骤4向右转180°后直行；

步骤6、PI闭环控制，正常行驶情况下，采用PI闭环控制原理，使两个驱动电机转速、频率一致，保证扫地机器人稳速运行；

步骤7、AD调理电路，用来检测12V锂电池电压，当电源电压大于10.5V时，扫地机器人在步骤6的PI闭环控制下正常速度行驶，当检测到电源电压小于10.5V时，扫地机器人低速行驶，红外接收模块开始捕获红外信号

步骤8、霍尔信号捕获，将捕获的的霍尔信号送入单片机，让单片机计算出驱动电机的转速移动至充电坞，使扫地机器人与充电坞上的充电触头对接。

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