CN115500738A - 一种地面检测传感器和扫地机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种地面检测传感器和扫地机器人，所属智能清扫设备技术领域，传感器包括：加热源、传感元件和处理电路；通过加热源使被测物体温度升高，然后通过传感元件输出对应的电压值，以检测出待测物体的温度，再通过处理电路判断传感元件输出的对应电压值，将输出的电压值与数据库中提前测好的不同材质单位时间内的升高温度后的电压值进行对比，从而分辨待测物体材质，并将最终信号输出，能够准确区分不同材质的地面，以使扫地机器人根据地面情况做出相应的扫洗动作，保证清洁效率。能够无视被测地形变化，当该传感器在探测不平整材质或地面上有水渍时也能够正常工作，不受影响，有较强的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于智能清扫设备技术领域，具体涉及一种地面检测传感器和扫地机器人。
背景技术
目前，随着科技水平的提高，智能清扫设备逐渐普及，随着产品清洁模块的升级迭代，扫地机器人的清洁功能从以前单一的地面吸尘，逐步增加了防缠绕结构，拖地功能并升级了自清洁能力。
智能清扫设备的清洁功能日益完善，使扫地机器人已不再局限于吸尘功能，而是能够承担绝大部分地面清洁工作。这就需要扫地机器人能够根据不同地面材质，做出相对应的扫洗动作。然而，现有的大部分扫地机器人采用的是红外传感器和超声波传感器进行材质识别，不仅无法准确区分地板和地砖等材质，而且在地面不平整的情况下也无法进行有效判断，不能做出相对应的扫洗动作，扫地机器人工作效率受到影响。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的扫地机器人无法准确区分地板和地砖等材质，在地面不平整的情况下也无法进行有效判断，不能做出相对应的扫洗动作等问题，本发明提供一种地面检测传感器和扫地机器人，通过加热源加热待测物体，传感元件和处理电路再根据傅里叶定律，通过不同材质之间导热系数K不同来进行材质判断，进而准确判断不同材质的地面，使扫地机器人根据地面情况做出相应的扫洗动作，保证了清洁效率。其具体技术方案为：
一种地面检测传感器，传感器固定在扫地机器人的外壳底部，传感器包括：加热源、传感元件和处理电路；加热源固定在外壳的底部；传感元件位于加热源的一侧，且传感元件设置在外壳底部；处理电路设置在外壳的底部，处理电路与传感元件电连接。
另外，本发明提供的上述技术方案中的一种地面检测传感器还可以具有如下附加技术特征：
可选的，地面检测传感器还包括：聚能罩；聚能罩罩设在加热源的外侧，且聚能罩安装在加热源上。
可选的，聚能罩的内壁设置有反射层。
可选的，加热源为光源。
可选的，加热源为气体放电光源。
可选的，传感元件为热释电红外传感器。
可选的，加热源与外壳的底面呈角度设置。
可选的，地面检测传感器还包括：护罩；护罩同时罩设在加热源、传感元件和处理电路的外侧，且护罩与外壳相连接。
可选的，地面检测传感器还包括：检测孔；检测孔设置在护罩上，检测孔位于传感器的正下方；其中，加热源产生的射线能够穿过检测孔。
本申请的另一方面，提供了一种扫地机器人，包括如上述的地面检测传感器。
本发明的一种地面检测传感器和扫地机器人，与现有技术相比，有益效果为：
本申请通过加热源使被测物体温度升高，然后通过传感元件输出对应的电压值，以检测出待测物体的温度，再通过处理电路判断传感元件输出的对应电压值，将输出的电压值与数据库中提前测好的不同材质单位时间内的升高温度后的电压值进行对比，从而分辨待测物体材质，并将最终信号输出，能够准确区分不同材质的地面，以使扫地机器人根据地面情况做出相应的扫洗动作，保证清洁效率。
与现有的红外传感器和超声波传感器相比，能够无视被测地形变化，当该传感器在探测不平整材质(如鹅卵石地板)或地面上有水渍时也能够正常工作，不受影响，依旧可以准确探测。在面对复杂多变的条件下，根据傅里叶定律，通过不同材质之间导热系数K不同来进行材质判断，进而准确判断不同材质的地面，有较强的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明一个实施例的一种地面检测传感器的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的一种地面检测传感器的处理电路的工作原理图；
其中，图1至图2中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：
9、扫地机器人外壳；10、加热源；11、传感元件；12、处理电路；13、聚能罩；14、护罩；15、检测孔。
具体实施方式
在本申请的描述中，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”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装置或元件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，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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，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，或一体地连接；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。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发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
结合参见图1-图2所示，根据本申请的实施例，一种地面检测传感器，传感器固定在扫地机器人的外壳底部，传感器包括：加热源10、传感元件11和处理电路12；加热源10固定在外壳的底部；传感元件11位于加热源10的一侧，且传感元件11设置在外壳底部；处理电路12设置在外壳的底部，处理电路12与传感元件11电连接。通过加热源10对被测物体进行局部加热，使被测物体温度升高，然后通过传感元件11，输出对应的电压值，以检测出待测物体的温度。根据傅里叶原理，不同材质的导热性不同，相同时间内升温速度和升高温度有差异，通过处理电路12判断传感元件11输出的对应电压值，将输出的电压值与数据库中提前测好的不同材质单位时间内的升高温度后的电压值进行对比，从而分辨待测物体材质，并将最终信号输出。
需要说明的是，传感元件11利用塞贝克原理，即当待测物体与环境之间存在温度差时，传感元件11输出对应的电压，从而检测出待测物体的温度。
进一步的，根据傅里叶定律：JT＝-kdT/dX，不同导热率的物体，在相同时间内通过给定截面的热量，正比例于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。即待测物体的导热系数越高，升温速度越快，通过传感元件11探测待测物体的温度，输出对应电压值，再经过处理电路12判断被测物体材质，输出最终信号。
具体的，信号放大过程如图2所示，供电电压VCC通过R1、R2分压后，加到VT的基极，为基极提供直流偏置电压，基极电压Ub≈VCCR2/(R1+R2)。通过R1的电流分两路到地：一路通过R2到地，另外一路通过VT的发射极到地。
传感元件11输出信号Ui经过C1耦合到VT的基极，使得VT的电流Ib随Ui变化而变化，使VT的集电极电流Ic随之变化，并且变化量是Ib的K倍。Ic在R3两端产生随之改变的压降U3，而VCC减去U3就是VT的集电极电压Uc。Uc经过C2耦合后得到输出信号U0，最后输出信号会进入到单片机中。单片机根据输入的信号大小做出材质判断。
作为一种实施例，聚能罩13罩设在加热源10的外侧，且聚能罩13安装在加热源10上。通过在加热源10外设置聚能罩13，聚集加热源10放射出的能量，减少能量散失，使能量汇集在待测物体上，从而实现快速对待测物体加热的效果，提高加热效率，使待测物体快速升温，从而提高传感器的检测效率，快速分别待测物体的材质。而且，设置聚能罩13后，待测物体被加热的面积更小，待测物体与周围环境温度差能够更快地形成温度差，且温度差更明显，能够提高传感元件11检测的准确性。
聚能罩13的内壁设置有反射层。通过在聚能罩13内壁设置反射层，减少聚能罩13对加热源10放射出能量的吸收，进一步减少能量散失，提高加热效率，从而提高检测效率。
作为另一种实施例，加热源10为光源。通过使加热源10为光源，能够对待测物体进行局部加热，加热面积小，能够提高检测的准确性。
进一步的，当加热源10为光源时，聚能罩13为聚光杯，反射层为反光层。
进一步的，光源为大功率光源，照射在待测物体上时，待测物体能够快速升温。
加热源10为气体放电光源。气体放电光源光体较小，近似高亮度点光源，加热面积小，便于控光，有利于提高传感元件11检测的准确性。
进一步的，气体放电光源为气体卤素放电光源。气体卤素放电光源无需预热可以直接启动，能够保证检测的及时性，进而提高传感器工作的连续性。
作为另一种实施例，传感元件11为热释电红外传感器。热释电红外传感器本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，输出电荷信号，再通过电阻转换为电压形成，得到对应的电压值。
作为另一种实施例，加热源10与外壳的底面呈角度设置。通过使加热源10与外壳的底面呈角度设置，使加热源10产生的放射出的能量倾斜射出，确保传感元件11与加热源10有足够的距离，防止传感元件11直接收到加热源10的影响，从而保证传感元件11检测的准确性。
作为另一种实施例，护罩14同时罩设在加热源10、传感元件11和处理电路12的外侧，且护罩14与外壳相连接。通过在加热源10、传感元件11和处理电路12外设置护罩14，避免精密元件与外部直接接触，起到对内部结构的保护作用，延长使用寿命。
检测孔15设置在护罩14上，检测孔15位于传感器的正下方；其中，加热源10产生的射线能够穿过检测孔15。通过在护罩14上设置检测孔15，加热源10确保放射出的能量能够穿过护罩14直接对待测物体进行加热，并确保传感元件11能够检测到待测物体的温度。
本实施例的另一方面，提供了一种扫地机器人，包括如上述的地面检测传感器。
本发明的一个实施例中所提上供的一种地面检测传感器和扫地机器人，其中，传感器安装在扫地机器人壳体的底部，加热源10加热局部地面，使地面温度升高，通过传感元件11，输出对应的电压值，检测出地面的温度。根据傅里叶原理，不同材质的导热性不同，相同时间内升温速度和升高温度有差异，通过处理电路12判断传感元件11输出的对应电压值，将输出的电压值与数据库中提前测好的不同材质单位时间内的升高温度后的电压值进行对比，分辨地面材质，并将最终信号输出，扫地机器人根据检测出的地面情况做出相应的扫洗动作，保证清洁效率。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种地面检测传感器，传感器固定在扫地机器人的外壳底部，其特征在于，所述传感器包括：
加热源(10)，所述加热源(10)固定在所述外壳的底部；
传感元件(11)，所述传感元件(11)位于所述加热源(10)的一侧，且所述传感元件(11)设置在所述外壳底部；
处理电路(12)，所述处理电路(12)设置在所述外壳的底部，所述处理电路(12)与所述传感元件(11)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种地面检测传感器，其特征在于，所述地面检测传感器还包括：
聚能罩(13)，所述聚能罩(13)罩设在所述加热源(10)的外侧，且所述聚能罩(13)安装在所述加热源(10)上。
3.根据权利要求2所述的一种地面检测传感器，其特征在于：
所述聚能罩(13)的内壁设置有反射层。
4.根据权利要求1所述的一种地面检测传感器，其特征在于：
所述加热源(10)为光源。
5.根据权利要求4所述的一种地面检测传感器，其特征在于：
所述加热源(10)为气体放电光源。
6.根据权利要求1所述的一种地面检测传感器，其特征在于：
所述传感元件(11)为热释电红外传感器。
7.根据权利要求1所述的一种地面检测传感器，其特征在于：
所述加热源(10)与所述外壳的底面呈角度设置。
8.根据权利要求1所述的一种地面检测传感器，其特征在于，所述地面检测传感器还包括：
护罩(14)，所述护罩(14)同时罩设在所述加热源(10)、所述传感元件(11)和所述处理电路(12)的外侧，且所述护罩(14)与所述外壳相连接。
9.根据权利要求8所述的一种地面检测传感器，其特征在于，所述地面检测传感器还包括：
检测孔(15)，所述检测孔(15)设置在所述护罩(14)上，所述检测孔(15)位于所述传感器的正下方；
其中，所述加热源(10)产生的射线能够穿过所述检测孔(15)。
10.一种扫地机器人，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的地面检测传感器。
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