CN218247101U - 测距设备及机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及机器人测距技术，具体涉及一种测距设备和机器人。所述测距设备包括基座、电机和转动检测组件，基座中设有容纳电机的空腔，转动检测组件设置于基座并与所述电机通讯连接，其中，转动检测组件包括设置于电机转子的零度检测点、设置于基座的零度检测元件和主控设备。该设备不仅可以基于零度检测点和零度检测组件获取零度检测点转动至预定位置时对应的检测结果，并通过主控模块获取检测结果和电机的换相信号，能方便的测量出电机的转子的转动速度和转动角度，而且整体设备的体积小、价格低，使用方法简单，适用于各种小型设备。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人测距技术，具体涉及一种测距设备及机器人。
背景技术
测距设备广泛应用于机器人领域，以扫地机器人为例，扫地机器人在工作过程中，其雷达测距装置需要进行360°旋转，以实现对各个方位障碍物距离的采集，其中光电传感装置必然需要相对于其他模块做旋转运动。在现有的一些激光雷达(激光测距装置)中，转动角度和转动速度的测量主要通过光电码盘进行计算，然后将转动数据打包后通过光通讯的方式下发给主控模块，该方式使得主控模块获取转动数据的效率较低，数据传输的稳定性也较差，而且光电码盘有一定的槽宽和厚度，体积较大，不适合小型设备的使用，应用场景受限。
实用新型内容
本实用新型实施方式主要解决现有的激光雷达获取转动数据效率低、数据传输稳定性差，以及激光雷达体积较大，应用场景受限的技术问题。
为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种测距设备，包括：
基座，所述基座设有用于容纳电机的空腔；
电机，设置于所述基座的空腔中；
转动检测组件，设置于所述基座并与所述电机通讯连接，所述转动检测组件被配置为通过所述电机的换相信号检测所述电机的转子的转动角度和转动速度。
可选的，所述转动检测组件包括：
零度检测点，所述零度检测点固定设置于所述电机的转子上，且位于所述转子朝向所述基座的一侧，所述零度检测点随所述转子转动而转动；
零度检测元件，所述零度检测元件固定设置于所述基座，所述零度检测元件被构造为检测所述零度检测点，并在所述零度检测点转动至预定位置时产生检测结果；
主控模块，设置于所述基座，所述主控模块分别与所述零度检测元件和所述电机通讯连接，以根据所述检测结果和所述换相信号确定所述转子的起始角度和转动速度。
可选的，所述零度检测点设置为不同于所述转子的颜色或区别结构，所述零度检测元件包括光电开关，所述基座对应所述光电开关的位置设置有通孔，以使所述光电开关根据所述颜色或所述区别结构对应反射光的变化检测所述零度检测点，并发送所述检测结果至所述主控模块。
可选的，所述零度检测点包括固定设置于所述转子的磁性元件，所述零度检测元件包括磁场检测器件，所述磁场检测器件用于根据磁场的变化检测所述零度检测点，并发送所述检测结果至所述主控模块。
可选的，所述区别结构为设置在所述转子上的凸块或凹槽。
可选的，所述电机为直流无刷电机。
可选的，所述主控模块被配置为检测所述检测结果的间隔时刻，以根据所述间隔时刻确定所述电机的转子的转动速度。
可选的，所述主控模块被配置为检测所述电机一个周期内转子的旋转角度与换相次数，以确定所述转子转动过程中的实时角度。
可选的，所述测距设备还包括设置在所述电机的转子上的测距模块，所述测距模块随着所述转子的转动而转动。
为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的又一个技术方案是：提供一种机器人，包括如上述所述的测距设备。
区别于相关技术的情况，本实用新型提供一种测距设备及机器人。所述测距设备包括基座、电机和转动检测组件，基座中设有容纳电机的空腔，转动检测组件设置于所述基座，并与所述电机通讯连接，其中，转动检测组件包括设置于电机转子的零度检测点、设置于基座的零度检测元件和主控模块。该设备不仅可以基于零度检测点和零度检测组件获取零度检测点转动至预定位置时对应的检测结果，并通过主控模块获取检测结果和电机的换相信号，方便的测量出电机的转子的转动速度和转动角度，省去了通过光通讯方式传输转动数据的过程，使得主控模块可快速、准确的获取转动数据，而且可取消现有技术中用于检测转动速度和转动角度的光电码盘，使得整体设备的体积小、价格低，使用方法简单，适用于各种小型设备。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种基座的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的基座的结构的另一视角；
图3是本实用新型实施例提供的一种电机转子的结构示意图；
图4是本实用新型实施例提供的一种电机换相信号示意图；
图5是本实用新型实施例提供的一种测距设备的结构示意图；
图6是本实用新型实施例提供的一种扫地机器人的控制***的示意图。
图中：1、测距设备；10、基座；11、空腔；12、通孔；13、光电开关；15、测距模块；2、电机；21、转子；22、零度检测点；3、扫地机器人。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，而不是用于限制本实用新型。
请参阅图1-图3，本实用新型实施例提供一种测距设备1，包括基座10、转动检测组件和电机2，基座10设有用于容纳电机2的空腔11，转动检测组件设置于所述基座，并与所述电机2通讯连接。可以理解的是，图1是展示空腔11的视角，图2是图1对应位置背面的视角，图3是电机的转子21的结构示意图，图2中显示的是电机的转子21已经安装在空腔11内的示意图。其中，所述转动检测组件被配置为通过所述电机2的换相信号检测所述电机2的转子21的转动角度和转动速度，包括零度检测点22、零度检测元件(图中以通孔12和光电开关13为例)和主控模块(图中未示出)。
具体的，如图3所示，所述零度检测点22固定设置于所述电机2的转子21上，且位于所述转子21朝向所述基座10的一侧，所述零度检测点22随所述转子21转动而转动。即当所述电机2的所述转子21被安装在所述空腔11内时，所述零度检测点22距离所述基座10的底部最近，如图2所示。
所述零度检测元件固定设置于所述基座10，所述零度检测元件被构造为检测所述转子21上的所述零度检测点22，并在所述零度检测点22转动至预定位置时产生检测结果。其中，所述预定位置是指：沿平行于所述转子的轴线方向，所述零度检测元件与所述零度检测点22的旋转轨迹至少部分重合时的位置，即所述零度检测元件能够检测到所述零度检测点22的位置，并产生检测结果，产生检测结果表示所述零度检测元件在此时刻检测到了所述零度检测点22，即所述零度检测点22经过了所述零度检测元件对应的位置。
在一些实施例中，所述零度检测元件可以是光电开关13，所述基座10对应所述光电开关13的位置设置有通孔12，以使所述光电开关13能够接收到转子21和/或零度检测点22的反射光。可以理解的是，由于光电开关13为电子元件，其单独存在时无法实现本身的功能作用，因此，本实用新型实施例中所说的光电开关13不仅是指单独的一个光电开关13，还包括光电开关13的***电路。如图2所示，图2中的零度检测元件以光电开关13为例，所述零度检测点22可以是一处与所述转子21颜色不同的涂层，不同颜色的反射光对应的反射率也不同。其中，为了方便光电开关13检测出二者反射光的不同，所述零度检测点22的颜色可以设置的与所述转子21的颜色区别较大，例如转子21为黑色，零度检测点22为白色。所述光电开关13检测转动的所述转子21，当所述光电开关13检测到反射光出现较大变化时，说明此时检测到了零度检测点22，产生检测结果。
在一些实施例中，对应所述光电开关13，所述零度检测点22还可以是不同于所述转子21的区别结构，例如所述转子21上设置的凹槽或者凸块等不同形状，或者粗糙程度明显区别于转子21的表面刻痕等设计。当所述零度检测点22转动至预定位置时，所述光电开关13能够检测到此时反射光明显的变化，并产生检测结果，以示此时检测到了零度检测点22。
在其他一些实施例中，所述零度检测元件还可以是磁场检测器件，例如霍尔器件等，所述零度检测点22可以是固定设置于所述转子21的磁性元件，例如小磁铁。与上述光电开关13类似，本实用新型实施例中所说的磁场检测器件不仅是指单独的一个霍尔器件，还包括器件的***电路。所述磁场检测器件检测转动的所述转子21，当所述磁场检测器件检测到磁场出现较大变化时，说明此时检测到了零度检测点22，产生检测结果。
所述主控模块设置于所述基座10，所述主控模块分别与所述零度检测元件和所述电机2通讯连接，以根据所述检测结果和所述换相信号确定所述电机2的所述转子21的起始角度和转动速度。所述电机2工作时转子21转动，同时会产生换相信号，所述主控模块与所述电机2电连接或者通讯连接可以检测到电机2的换相信号相关数据，包括换相时刻和转子21的转动时间等，所述主控模块与所述零度检测元件电连接或者通讯连接可以获取所述零度检测元件产生的检测结果，包括所述零度检测元件检测到所述零度检测点22的时间和次数。所述主控模块可以是MCU、单片机或其他控制芯片及芯片电路，具有发送和接收信号和数据的功能，以及处理信号和数据的功能，并基于获取到的信息确定所述电机2的起始角度和转动速度。
所述电机2可以是直流无刷电机，直流无刷电机的换相信号是均匀的，如图4所示，图中的短箭头符号可以表示换相的相位时刻，图中的长箭头符号可以表示零度检测点的相位时刻，可以理解的是，零度检测点22可以固定设置于转子21转动路径的任何位置(朝向所述基座的一侧)，图中仅为一种相位时刻示例，每当主控模块获取到检测结果时，将当前转动角度置为0度。
所述主控模块可以检测所述检测结果的间隔时刻，并根据所述间隔时刻确定所述电机2的所述转子21的转动速度，例如根据所述检测结果对应时刻和相邻两次检测结果间的时间差，可以得出每转一圈的时间，计算出单位时间内转的圈数，得到转动速度(转/秒，或转/分)。
所述主控模块还可以检测所述直流无刷电机的换相信号，所述主控模块检测所述电机2一个周期内转子21的旋转角度与换相次数，以确定所述转子21转动过程中的实时角度。例如，假设电机使用14极直流无刷电机时，转子转一圈就会有14个换相信号产生，主控模块连续检测到两次检测结果的时间差即为14个信号的总时间，主控模块记录下这个总时间，就可以知道电机2转动的周期和频率(即转动速度)，每检测到一次换相信号说明电机转动了360°/14＝25.7°，当检测到检测结果时该角度被清零。当没有换相信号触发时，当前时刻的瞬时角度为上一帧的角度加上转动速度与上一帧的时间差的乘积，即：angleN＝angleO+speeds*TIME，其中，angleN为瞬时的角度，angleO为上一帧的角度，speeds为转子的转动速度，TIME为当前帧与上一帧的时间差，所述主控模块根据上述公式实时计算转子21的转动角度，转子21的转动角度即电机2的转动角度。
本实用新型实施例提供的测距设备包括基座、电机和转动检测组件，基座中设有容纳电机的空腔，转动检测组件设置于所述基座，并与所述电机通讯连接，其中，转动检测组件包括设置于电机转子的零度检测点、设置于基座的零度检测元件和主控模块。该设备不仅可以基于零度检测点和零度检测组件获取零度检测点转动至预定位置时对应的检测结果，并通过主控模块获取检测结果和电机的换相信号，方便的测量出电机的转子的转动速度和转动角度，省去了通过光通讯方式传输转动数据的过程，使得主控模块可快速、准确的获取转动数据，而且可取消现有技术中用于检测转动速度和转动角度的光电码盘，使得整体设备的体积小、价格低，使用方法简单，适用于各种小型设备。
在一些实施例中，所述测距设备1还包括与所述电机2的转子21连接的测距模块15，所述测距模块15随着所述转子21的转动而转动，所述测距模块15与所述基座10可拆卸连接，所述电机2与所述基座10可拆卸连接，所述测距模块15可以测量所述测距设备1与环境障碍物的距离数据，并提供所述距离数据至所述主控模块。可以理解的是，当所述测距模块15需要转动测量(例如某些场景中需要360°测量周围环境情况)周围环境对应的各距离数据时，所述电机2可以是控制所述测距模块15转动的电机。根据所述距离数据，结合所述测距设备提供的电机转动速度和实时转动角度等数据，所述测距设备可以精确探测周围环境中的物体与测距设备的距离，从而得出环境物体与测距设备的相对位置。
本实用新型实施例提供的测距设备避免了常见测距设备(例如激光雷达)需要在电机体向外延伸以安装光电码盘等器件的麻烦，省去了通过光通讯方式传输转动数据的过程，使得主控模块可快速、准确的获取转动数据，减小了测距设备的体积和成本，使得整体设备的体积小、价格低，使用方法简单，适用于各种小型设备。
本实用新型实施例提供一种机器人，包括上述所述的测距设备1。具体的，以扫地机器人3为例，请结合图5和图6，图6是所述扫地机器人内部控制部分的***框图示例，所述扫地机器人3包括上述实施例中的测距设备1。在扫地机器人的控制***中，主控模块获取直流无刷电机的换相信号和零度检测部分电路(转动检测组件相关电路)的零度点信号(检测结果对应的信号)，由此计算出电机转动的相关数据，包括电机的转动速度和实时转动角度，并基于相关数据规划实时扫地机器人接下来的移动方向或行动路线等。本实用新型实施例提供的扫地机器人可以基于所述测距设备精确探测周围环境中的物体与测距设备的距离，从而得出物体与所述扫地机器人的相对位置，以使扫所述地机器人在工作中可以主动避开房间内的墙壁或者其他障碍物，实现智能清扫功能。
上述产品具备本实用新型实施例所提供的测距设备的有益效果，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见上述实施例所提供的测距设备。
需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种测距设备，其特征在于，包括：
基座，所述基座设有用于容纳电机的空腔；
电机，设置于所述基座的空腔中；
转动检测组件，设置于所述基座并与所述电机通讯连接，所述转动检测组件被配置为通过所述电机的换相信号检测所述电机的转子的转动角度和转动速度。
2.根据权利要求1所述的测距设备，其特征在于，所述转动检测组件包括：
零度检测点，所述零度检测点固定设置于所述电机的转子上，且位于所述转子朝向所述基座的一侧，所述零度检测点随所述转子转动而转动；
零度检测元件，所述零度检测元件固定设置于所述基座，所述零度检测元件被构造为检测所述零度检测点，并在所述零度检测点转动至预定位置时产生检测结果；
主控模块，设置于所述基座，所述主控模块分别与所述零度检测元件和所述电机通讯连接，以根据所述检测结果和所述换相信号确定所述转子的起始角度和转动速度。
3.根据权利要求2所述的测距设备，其特征在于，所述零度检测点设置为不同于所述转子的颜色或区别结构，所述零度检测元件包括光电开关，所述基座对应所述光电开关的位置设置有通孔，以使所述光电开关根据所述颜色或所述区别结构对应反射光的变化检测所述零度检测点，并发送所述检测结果至所述主控模块。
4.根据权利要求2所述的测距设备，其特征在于，所述零度检测点包括固定设置于所述转子的磁性元件，所述零度检测元件包括磁场检测器件，所述磁场检测器件用于根据磁场的变化检测所述零度检测点，并发送所述检测结果至所述主控模块。
5.根据权利要求3所述的测距设备，其特征在于，所述区别结构为设置在所述转子上的凸块或凹槽。
6.根据权利要求2所述的测距设备，其特征在于，所述电机为直流无刷电机。
7.根据权利要求6所述的测距设备，其特征在于，所述主控模块被配置为检测所述检测结果的间隔时刻，以根据所述间隔时刻确定所述电机的转子的转动速度。
8.根据权利要求6所述的测距设备，其特征在于，所述主控模块被配置为检测所述电机一个周期内转子的旋转角度与换相次数，以确定所述转子转动过程中的实时角度。
9.根据权利要求1所述的测距设备，其特征在于，所述测距设备还包括设置在所述电机的转子上的测距模块，所述测距模块随着所述转子的转动而转动。
10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的测距设备。
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Cited By (1)
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2022
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