CN106502241A - 一种扫地机器人智能避障及定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扫地机器人智能避障及定位系统，包括壳体、红外光发射模块、红外光发射透镜组、红外光接收透镜组，光信号处理单元，无线信号传输模块，单相直流电机，定比平行轴齿轮箱，滑环和对应的驱动电路组成。本发明结构紧凑，可准确、具体的识别障碍物距离和判断障碍物大小，为扫地机器人的智能判断提供了可靠的物理依据。
Description
本发明涉及一种扫地机器人智能避障及定位领域，特别是涉及一种扫地机器人避障定位系统及其方法。
背景技术
障碍物规避，环境地图绘制与工作规划是机器人领域目前研究的重要课题，扫地机器人为了更好的完成任务，要生成一个它的工作环境地图，然后根据对此环境地图的理解规划出最合理的工作路径，提高清洁效率。
目前市场流行的扫地机器人是基于碰撞传感器的接触式导航的，扫地机器人在发生碰撞后即转换工作路径，由于无法对障碍物做出智能判断，如障碍物的体积，类型等，因此存在清洁覆盖率低等缺点。并且和易碎物发生碰撞时会造成危险或损失。
目前已有的扫地机器人智能避障方法，主要是基于超声波测距避障技术或激光测距避障技术。
超声波测距方法首先由超声波发生器发出超声波，遇到障碍物时即返回到接收器中，根据发射接收的信号差，基于声波的传播速度从而计算出到目标的距离；但是超声波测距：1）声音的速度受温度和方向的干扰；2）原理限制，存在至少几十毫米的测距盲区，3）而且在不平滑的固体物如室内的地毯上无法正常的发射信号和接收信号。
激光测距避障技术是基于三角测量原理，激光按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体后，光束会反射回来；反射回来的光线被CCD检测器检测到以后，利用三角关系，基于发射角度、滤镜的角度f、偏移距、传感器到障碍物的距离通过几何关系计算出来，且精度可以达到毫米级；由激光测距的原理可知：1）激光测距同样存在检测盲区；2）激光的能量聚集在一束光束上，容易对人或者动物造成安全伤害。
综上所述，对于扫地机器人，现有技术的障碍物规避，环境地图绘制与工作规划，效果并非很理想，在实际的应用中尚有很多问题需要解决。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，提供一种扫地机器人在工作过程中准确的发现障碍物、测量障碍物距离、规避障碍物和有效合理的规划工作路线，本发明提供了一种扫地机器人智能避障及定位系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案，是通过以下技术方案来实现的，本发明包括壳体、红外光发射模块、红外光发射透镜组、红外光接收透镜组，光信号处理单元(epc芯片)，无线发射模块，单相直流电机，定比平行轴齿轮箱，滑环和对应的驱动电路组成，所述方法包括以下步骤。
(1)红外发射模块处于发射端，接收到测量命令后，以电流调制方式驱动红外LED发出860 nm红外线，经镜头透镜组聚焦后，直接射向环境中。
(2)红外光在空气中传播，途中遇到障碍物即被反射和散射,红外光接收器收到反射光并将信号发送至光信号处理器（epc芯片）。
（3）光信号处理器将上述接收到的红外光与发出的光进行比相，获取发射红外光和接收红外光的相位差，使用TOF法计算得到相对距离,并通过环境光和温度的数据校准为精确距离数值，然后将距离值传送给机器人行走控制模块，实现智能设备自动测距避让障碍物的功能。
本发明中，TOF测距系统会一直保持快速旋转，在旋转的过程中系统可以完成对周围有效半径的360度快速扫描，从而发现障碍，然后对扫地机器人发出调整位置的指令，避免对周围的人或财物造成伤害。
本发明中，信号处理模块，由光电转换电路、放大器等组成，实现光电转换、放大、输入阻抗匹配、自动增益控制等功能。经障碍物反射回来的红外光波聚焦在epc芯片后，光信号转换成电信号，经阻抗变换放大器与主放大器耦合，由差动放大器作互补输出。同时为了使系统保持稳定工作状态，依靠单片机，采用了较大范围的自动增益控制，进行动态补偿。
与现有技术相比，本发明的有益效果是。
本发明所述的一种扫地机器人智能避障及定位系统，测量障碍物的距离和大小等信息准确，为扫地机器人的智能判断提供了可靠的物理依据。
本发明所述的一种扫地机器人智能避障及定位系统，使得扫地机器人自动智能，无需人为管理，即可有效的完成预期的自动清理的功能，且能够规划出合理的清洁区域。
本发明所述的一种扫地机器人智能避障及定位系统，结构紧凑，制作成本低，可以后期程序调制优化升级。
附图说明
图1为本发明的工作原理图。
图2为本发明的示意图。
图3为本发明的一种实例的爆炸示意图。
图4为本发明的一种实例的结构图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图2所示，在本发明的一个实例中，包括壳体、红外光发射模块1、红外光发射透镜组2、红外光接收透镜组3，光信号处理单元(epc芯片)4，单相直流电机5，定比平行轴齿轮箱，滑环和对应的驱动电路组成。
(1)红外发射模块1接收到测量命令后，以电流调制方式驱动红外LED发出红外线，经红外光发射透镜组2聚焦后，直接射向环境中。
(2)红外光在空气中传播，途中遇到障碍物即被反射和散射,经红外光接收透镜组收到反射光并将信号发送至光信号处理器。
（3）光信号处理器将所述接收到的红外光与发出的光进行比相，获取发射红外光和接收红外光的相位差，使用TOF法计算得到相对距离,并通过环境光和温度的数据校准为精确距离数值，然后将距离值传送给扫地机器人行走控制模块，为扫地机器人的智能判断提供了可靠的物理依据。
本发明中，TOF测距系统会一直保持快速旋转，在旋转的过程中系统可以完成对周围有效半径的360度快速扫描，从而发现障碍，然后对扫地机器人发出调整位置的指令，避免对周围的人或财物造成伤害。
以上所述的仅是本发明的实际实施方式，本发明不限于以上实际实施例子。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种扫地机器人智能避障及定位系统，其特征在于：本发明包括壳体、红外光发射模块、红外光发射透镜组、红外光接收透镜组，光信号处理单元，无线信号传输模块，单相直流电机，定比平行轴齿轮箱，滑环及对应的驱动电路组成。
2.根据权利要求1所述的一种扫地机器人智能避障及定位系统，其特征在于：扫地机器人基于TOF方法准确测量自身和障碍物之间的距离，判断障碍物的位置，并将信号传送至扫地机器人的行走控制模块。
3.根据权利要求2所述的一种扫地机器人智能避障及定位系统，其特征在于：测距系统会一直保持快速匀速旋转，在旋转的过程中系统可以完成对周围有效半径的360度持续快速扫描，从而发现障碍。
4.根据权利要求3所述的一种扫地机器人智能避障及定位系统，其特征在于：测距系统得到的数据信号会通过无线装置传输至扫地机器人的行走控制模块，可以不经过滑环；无线信号传输装置可以为蓝牙模块，Wi-Fi模块，NRF24L01模块和红外模块等。
5.根据权利要求3所述的一种扫地机器人智能避障及定位系统，其特征在于：单相直流电机通过定比平行轴齿轮箱带动TOF系统进行360度旋转，单相直流电机外有磁屏蔽组件，用于避免电机的漏磁干扰。
6.根据权利要求3所述的一种扫地机器人智能避障及定位系统，其特征在于：单相直流电机旋转一周编码器输出多个检测点信号，定比平行轴齿轮箱减速比为1: x（x为大于1的自然数），即探头旋转一周均匀得到多个检测点。
7.根据权利要求2所述的一种扫地机器人智能避障及定位系统，其特征在于：红外发射端发出的红外线发光峰位于780 nm-1500nm的近红外区。
8.根据权利要求1所述的一种扫地机器人智能避障及定位系统，其特征在于：光信号处理单元为TOF计算距离的芯片。
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