CN113303733B - 清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种清洁机器人，包括机器人主体及设置于所述机器人主体内的控制单元，进一步包括：固定单元，所述固定单元设置于所述机器人主体前端底部；所述固定单元包括套筒；及超声波传感器，所述超声波传感器固定于所述套筒内，且与所述控制单元电连接，所述超声波传感器用于向下发射超声波并接收不同地面形态反射的回波。所述清洁机器人能够提高地毯识别的准确度和精确度。

Description

清洁机器人

技术领域

本发明涉及智能家居领域，具体而言，涉及一种清洁机器人。

背景技术

近年来，随着计算机技术与人工智能科学的飞速发展，智能机器人技术逐渐成为现代机器人研究领域的热点。其中，扫地机器人作为智能机器人中最实用化的一种，能凭借一定的人工智能，自动完成地面的清理工作。扫地机器人的发展方向，将是更加高级的人工智能带来的更好的清扫效果、更高的清扫效率、更大的清扫面积。

目前，越来越多的家庭铺设了地毯，由于扫地机器人在地毯和正常地面的清扫模式不同，因此需要对地毯进行识别。现有的智能扫地机器人，一般采用单一的悬崖感知红外传感器来识别地毯，但是该红外传感器容易受材质颜色或者环境光干扰，从而导致识别准确率低。

因此，在长期的研发当中，发明人对清洁机器人的结构进行了大量的研究，提出了一种清洁机器人，以解决上述技术问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种清洁机器人，能够解决上述提到的至少一个技术问题。具体方案如下：

根据本发明的具体实施方式，第一方面，本发明提供一种清洁机器人，包括机器人主体及设置于所述机器人主体内的控制单元，进一步包括：固定单元，所述固定单元设置于所述机器人主体前端底部；所述固定单元包括套筒；及超声波传感器，所述超声波传感器固定于所述套筒内，且与所述控制单元电连接，所述超声波传感器用于向下发射超声波并接收不同地面形态反射的回波。

可选的，所述套筒为中空圆柱状，所述中空圆柱的中心轴线垂直于地面。

可选的，所述套筒为所述机器人主体前端底部开设的圆筒。

可选的，所述套筒底部边沿为斜面。

可选的，所述套筒设有固定部，所述固定部用于固定所述超声波传感器。

可选的，所述固定单元进一步包括垫圈，所述垫圈设置于所述固定部与所述超声波传感器的接触位置。

可选的，所述固定单元进一步包括盖板，该盖板放置于所述超声波传感器顶部，用于固定所述超声波传感器。

可选的，所述盖板设有连接开口，所述连接开口用于所述超声波传感器与所述控制单元电性连接。

可选的，所述盖板的上表面设有加强筋，该加强筋用于支撑所述清洁机器人中除所述超声波传感器外的传感器。

可选的，当所述地面形态为正常地面时，所述超声波传感器接收的回波波峰数为6～10个；或，当所述地面形态为地毯表面时，所述超声波传感器接收回波的波峰数量为1～2个。

与现有技术相比，本发明实施例的上述方案通过在清洁机器人前方下侧设置向下发射的超声波传感器，且将所述超声波传感器固定于一套筒中，实现了正常表面的多重回波，从而使正常表面的超声波回波波形与地毯表面的超声波回波波形偏差更大，因此能够提高清洁机器人识别地毯的准确度和精确度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1A示出了根据本发明一实施例示出的一种清洁机器人的俯视示意图；

图1B示出了根据本发明一实施例示出的一种清洁机器人的仰视示意图；

图2示出了在根据图1A和1B示出的所述清洁机器人前方底部开设圆筒的立体图；

图3示出了根据本发明一实施例示出的超声波传感器装配至固定单元后的立体图；

图4A示出了根据本发明一实施例示出的设置套筒及没有设置套筒的两种超声波传感器接收到正常地面的回波波形图；

图4B示出了根据本发明一实施例示出的设置套筒及没有设置套筒的两种超声波传感器接收到地毯表面的回波波形图；

图5示出了根据本发明一实施例示出的固定单元中套筒与垫圈装配之后的立体图；

图6示出了根据本发明一实施例示出的盖板固定超声波传感器后的立体图；

图7示出了根据本发明一实施例示出的一种清洁机器人地毯识别方法的流程图；

图8示出了根据本发明一实施例示出的一种清洁机器人根据所述清洁机器人在指定正常地面的实际清扫情况，通过智能学习调整所述标准回波波形的方法流程图；

图9示出了根据本发明一实施例示出的一种清洁机器人根据所述正常地面的回波数据及地毯表面的回波数据，获取所述正常地面的标准回波信号的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述……，但这些……不应限于这些术语。这些术语仅用来将……区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一……也可以被称为第二……，类似地，第二……也可以被称为第一……。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。

实施例1

图1A和1B是根据一示例性实施例示出的一种清洁机器人10的结构示意图，图1A示例性的示出了该清洁机器人10的俯视示意图，图1B示例性的示出了该清洁机器人10的仰视示意图。如图1A和图1B所示，所述清洁机器人10包括：机器人主体1、控制单元(图中未示)、固定单元2及超声波传感器3。

所述机器人主体1形成所述清洁机器人10的外壳，并且容纳其它部件，例如其它传感单元、驱动单元、清洁单元、能源单元和人机交互单元等，上述各单元并未图示，可以采用现有的任何清洁机器人所包括的各单元部件集成于本发明的机器人主体上，以完成本发明实施例所述的清洁机器人10的整体运行功能，上述各单元的集成或位置关系可以参考现有技术获得，在此不做赘述。可选的，所述机器人主体呈扁平的圆柱形，进一步所述圆柱形底部边缘设有倒角，用于实现越障功能。

所述控制单元设置于所述机器人主体1内，具体设置于所述机器人主体1内的电路板上。所述控制单元包括处理器，处理器可以根据所述超声波传感器反馈的回波信号综合判断当前地面形态。可选的，所述处理器是MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)或AP(电子运算处理器)。

上述地面形态包括正常地面和地毯表面。所述正常地面包括木地板、地砖、瓷砖等光滑地面。所述地毯表面是指地面表面铺设有地毯，这里，所述地毯可作广义理解，包括含有毛绒的衣、物等物品。

所述固定单元2设置于所述机器人主体1底盘前方，用于固定所述超声波传感器3，方便第一时间判断地面形态。具体地，所述固定单元2包括一套筒21，所述套筒21为两边通透的中空圆柱状，所述中空圆柱的中心轴线垂直于地面，该结构使所述超声波传感器3的回波信号在所述中空圆柱体内能够发生均匀的漫反射，进而使所述回波信号返回的时间固定。可选的，如图2所示，所述套筒为所述机器人主体1前端底部直接开设的圆筒，若所述超声波传感器3底部穿过圆筒外露，则可在所述圆筒底部增设相同尺寸的中空圆筒，这种套筒结构既能够节约制作成本，又能够节省安装时间。在其它实施例中，所述套筒21与所述机器人主体1可以为独立的两个结构，并对这两个结构进行装配。

优选的，所述套筒21面向地面的一侧表面为平面，即平行于地面，这样能够在清扫过程中能够接收更多有效的回波。但是，在一些实施例中，所述清洁机器人10底盘边缘设置有倒角，为了贴合该清洁机器人10的整体造型，所述套筒21面向地面的那个平面需要设置为与倒角一致的形状，不然在所述清洁机器人10运动过程中设置为平面的套筒21容易被损。可选的，所述套筒21底部边沿设置为斜面。

如图3所示，所述超声波传感器3固定于所述套筒21内，且与所述控制单元电性连接。所述超声波传感器3用于向地面发射超声波信号并接收地面反射的回波信号。所述超声波传感器3还用于向所述控制单元发送接收的回波信号。所述超声波传感器类型可根据实际需要进行选择，此处不作限制。

可选的，所述超声波传感器3的顶部设置有两个金属插头31，该金属插头31用于与所述控制单元电连接，进行信号传输，具体可通过接线的方式与所述控制单元电连接。在其它实施例中，所述超声波传感器3的顶部可设置金手指(图中未示)，所述金手指由多个金黄色的导电触片组成，所述超声波传感器3的信号可以通过所述金手指传送给所述控制单元。

在本发明示例性实施例中，通过将所述超声波传感器3固定于所述套筒21内，能够提高所述清洁机器人识别地毯的准确度。下面，通过图4A和图4B说明提高地毯识别准确率的具体原理。图4A示例性的示出了设置套筒及没有设置套筒的两种超声波传感器接收到正常地面的回波波形图；图4B示例性的示出了设置套筒及没有设置套筒的两种超声波传感器接收到地毯表面的回波波形图。如图4A所示，在所述超声波传感器3外围不增设套筒21，即将超声波传感器3进行外露，则通过所述控制单元控制所述超声波传感器3向正常地面发射超声波信号并接收回波；同样地，在上述超声波传感器3外围增设套筒21后，通过所述控制单元控制所述超声波传感器3向所述正常地面发射超声波信号并接收回波，接收到的回波波峰数为6～10个。相较于没有增设套筒21的超声波传感器3，上述增设套筒21的超声波传感器3实现了正常表面的多重回波。如图4B所示，所述设置套筒和没有设置套筒的超声波传感器3在地毯表面的反射，由于超声波几乎被地毯完全吸收，因此两种回波的反射都短促，仅有1-2次波峰。

故，由上述图4A和4B的对比可以看出，在设置套筒的情况下，正常表面的超声波回波波形与地毯表面的超声波回波波形偏差更大，这样使地毯识别的精确度和准确度都能够大幅度提升。

进一步，所述固定单元2包括固定部22，所述固定部22用于将所述超声波传感器3固定于所述套筒21内。可选的，所述固定部22为一台阶，该台阶位于所述套筒21内壁，与所述套筒21为注塑成型的一体结构，所述台阶可以支撑所述超声波传感器3，从而实现固定。所述台阶的形状与所述超声波传感器3的外形相匹配，具体不作限定。当然，所述固定部22不限于在所述套筒21内部，也可以在所述套筒21外部，只要能够实现所述超声波传感器3不掉落即可。

可选的，所述固定单元2还包括固定锚点23和活动锚点24，所述固定锚点23和活动锚点24间隔设置于所述套筒21顶部外侧，用于所述超声波传感器3的固定。

可选的，如图5所示，所述固定单元2还包括垫圈25，所述垫圈25设置于所述固定部22与所述超声波传感器3的接触位置。具体地，在安装所述超声波传感器3时，先将所述垫圈25放置于所述台阶，再放置所述超声波传感器3，这样，所述清洁机器人10在执行清扫任务时，所述垫圈25能够起到减震作用，进而延长所述超声波传感器3的使用寿命。

可选的，如图6所示，所述固定单元2包括一盖板26，该盖板26放置于所述超声波传感器3顶部，用于从上方固定所述超声波传感器3。具体地，所述盖板26上设置有螺钉孔260，用于通过螺钉固定所述超声波传感器3。可选的，所述盖板26上还设置有与所述固定锚点23对应的第一槽/孔261，与所述活动锚点24对应的第二槽/孔262，所述第一槽/孔261与所述固定锚点23恰好匹配，安装后固定不动，所述第二槽/孔262用于容纳所述活动锚点24，并使所述活动锚点24可以在所述第二槽/孔262内微调，以便于上述螺钉安装，安装后所述盖板26与所述机器人主体1固定连接。所述盖板26的形状不限，具体可以根据所述超声波传感器或机器人主体的内部结构进行选择。

可选的，所述盖板26还设有连接开口263，该连接开口263用于所述超声波传感器3与所述控制单元电连接。当将所述盖板26固定于所述超声波传感器3顶部后，所述超声波传感器3顶部的金属插头或金手指可以通过所述连接开口263与所述控制单元电连接。

可选的，所述盖板26的上表面设有加强筋264，该加强筋264一方面可以强化盖板26的结构，另一方面可以用于支撑所述清洁机器人10的其他传感器，例如将部分所述加强筋264设置为侧曲面结构，可以方便协助固定设置于所述机器人主体1正前方的障碍传感器(图中未示)。当然，所述加强筋的具体结构可根据其它传感器外形进行加工，此处不作限制。

需要说明的是，所述清洁机器人10不仅可以为扫地机器人、拖地机器人，还可以是具有自主行走机构、且需要识别地面形态的其它智能机器人。

最后，本发明实施例提供的所述清洁机器人10通过在前方下侧设置向下发射的超声波传感器，且将所述超声波传感器固定于套筒中，实现了正常表面的多重回波，使正常表面的超声波回波波形与地毯表面的超声波回波波形偏差更大，从而能够提高清洁机器人识别地毯的准确度和精确度。

实施例2

请参阅图7，其示出了一示例性实施例示出的一种清洁机器人地毯识别方法。本实施例的清洁机器人地毯识别方法应用于图1A和1B所示的清洁机器人。如图7所示，所述清洁机器人地毯识别方法包括如下步骤：

S71，设置正常地面的标准回波信号；其中，所述标准回波信号包括标准回波波形、标准回波波峰数等能够表征声波的信号。

可选的，在所述清洁机器人执行清洁任务之前，先根据所述清洁机器人的出厂标准设置，获取所述正常地面的标准回波波形。其中，所述出厂标准包括基于用户大数据下正常地面的回波特征，也可以包括地毯地面的回波特征，例如回波的波峰数，以便更准确地设置所述正常地面的标准回波信号。

可选的，在根据出厂标准获取正常地面的标准回波波形的基础上，所述设置正常地面的标准回波信号进一步包括：根据所述清洁机器人在指定正常地面的实际清扫情况，通过智能学习调整所述标准回波波形。具体地，如图8所示，所述根据所述清洁机器人在指定正常地面的实际清扫情况，通过智能学习调整所述标准回波波形，包括：

S711，预先建立房间地图，该房间地图包括至少一个区域。若包括多个区域时，此时，每个区域对应的回波波形均为所述标准回波波形。当然，也可以不建立房间地图，将整个房间视为一个区域。

S712，控制所述超声波传感器向指定正常地面发射超声波信号并接收反射的指定回波。具体地，用户将所述清洁机器人放置于房间内的正常地面上，实际执行一次或多次清扫过程，则接收到一个或多个指定回波。其中，所述指定正常地面是用户主观选择待清扫的正常地面，所述指定回波是所述指定正常地面对应的回波。

S713，通过智能学习所述指定回波并调整所述标准回波波形，生成每个所述区域的标准回波波形并自动保存在所述房间地图的相应位置。可以理解的是，所述设置的正常地面的标准回波波形可以根据用户使用的地面的实际情况进行调整，随着用户清扫次数的增多，则所述标准波形会自动学习，并保存在相应的房间地图上。

可选的，所述设置正常地面的标准回波信号为用户自定义信号。具体地，所述设置正常地面的标准回波信号，包括：向用户提供学习模式，并引导用户收集正常地面的回波数据及地毯表面的回波数据；及根据所述正常地面的回波数据及地毯表面的回波数据，获取所述正常地面的标准回波信号。其中，引导用户收集所述地毯表面的回波数据，是为了进一步更准确地确定所述正常地面标准回波信号的临界值，如最小波峰数、标准回波波形的粗糙度。

为了避免用户在学习过程中出现较大误差，导致所述清洁机器人地毯模式无法开启，可进一步结合出厂标准数据进行判断，获取所述正常地面的标准回波信号，从而能够实现更准确的地毯识别。请参阅图9，所述根据所述正常地面的回波数据及地毯表面的回波数据，获取所述正常地面的标准回波信号，包括：

S714，将所述正常地面的回波数据及地毯表面的回波数据与所述清洁机器人的出厂标准数据进行比较，判断所述正常地面的回波数据及地毯表面的回波数据是否超出预设误差范围。其中，所述预设误差范围根据实际情况设置，此处不作限制。

S715，若所述正常地面的回波数据及地毯表面的回波数据超出预设误差范围，则根据所述出厂标准数据调整所述正常地面的回波数据及地毯表面的回波数据。例如，如果预设误差范围设为1-2个，用户收集所述正常地面的回波波峰数为11个，所述出厂标准数据中正常地面的回波波峰数为5-9个时，则判断用户收集的正常地面回波数据是错误的。

S716，根据调整后的所述正常地面的回波数据及地毯表面的回波数据，获取所述正常地面的标准回波信号。

S72，控制所述超声波传感器向当前地面垂直发射超声波信号，并接收所述当前地面反射的实际回波信号；

具体地，在完成设置正常地面的标准回波信号后，所述控制单元控制向所述超声波传感器传输电信号，所述超声波传感器将所述电信号转换成超声波信号向下发射至地面，所述超声波信号经地面反射被所述超声波传感器接收并转换成电信号传送给所述控制单元。

S73，判断所述实际回波信号是否区别于所述标准回波信号，若有区别，则识别所述当前地面为地毯表面。

在该步骤中，所述判断实际回波波形是否区别于所述标准回波信号来识别当前地面是否为地毯表面，包括：

判断所述实际回波信号中的波峰数量是否小于所述标准回波信号中的波峰数量，若所述实际回波信号中的波峰数量小于所述标准回波信号中的波峰数量，则识别所述当前地面为地毯表面。具体地，对于不同的区域，可以将所述实际回波信号与当前区域对应的标准回波信号进行单独对比，提高地毯识别的准确度。

可选的，在进行判断识别过程之前，可以调整所述实际回波信号。具体地，根据已接收的所述当前地面的多个实际回波信号，通过智能学习调整当前接收到的实际回波信号。可以理解为，所述清洁机器人根据用户地面进行多次识别，并自动学习每次识别接收到的实际回波信号，以提升地毯识别的准确度。

可选的，若所述当前地面反射的超声波信号在所述套筒底部边沿发生散射，则对接收到的所述实际回波信号进行波形补偿处理。可以理解为，当所述套筒的底部下沿为斜面时，经地面反射的回波会在所述斜面处发生一定程度的散射，因此，在进行识别判断之前，可以对所述接收到的实际回波信号进行波形补偿处理。具体的波形补偿处理方法包括：设置波幅阈值；对小于所述波幅阈值的波峰进行加权补偿，以使所述实际回波信号与底部下沿为平面时接收的实际回波信号一致。当然，也不限于该方法，只要能够使所述实际回波信号与底部下沿为平面时接收的实际回波信号一致即可。

可选的，所述清洁机器人在运行过程中会发出工作噪音，比如风机、主刷转动、边刷转动、轮子前进等，这些工作噪音均会影响所述实际回波信号的判断，因此需要对所述实际回波信号进行去噪处理。可选的，所述控制单元可以对接收到的所述实际回波信号进行中值滤波处理。在其它实施例中，可对所述超声波传感器发射的超声波信号进行编码，并根据所述编码去除所述实际回波信号中的工作噪音。这里，所述去噪过程具体可参阅现有技术的除燥方法，此处不再一一赘述。

进一步，当识别出当前地面为地毯表面时，所述控制单元可以控制所述清洁机器人执行地毯模式，例如增大风机吸力，以便能够更好的清理地毯；或者，若所述清洁机器人带有拖地功能，则控制所述清洁机器人将拖地工具升起或让其停止工作，防止地毯浸湿。

最后，本发明实施例提供的所述清洁机器人的地毯识别方法通过在机器人前端下方设置向下的超声波传感器，通过超声波对地面情况进行探测，若探测结果为地毯，则对扫地机器人的行动模式进行调整，解决了红外传感器对地毯的识别准确度低和识别效果差的问题，能够提高所述清洁机器人识别地毯的准确度和精确度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种清洁机器人，包括机器人主体及设置于所述机器人主体内的控制单元，其特征在于，进一步包括：

固定单元，所述固定单元设置于所述机器人主体前端底部；所述固定单元包括套筒，所述套筒为两边通透的中空圆柱状；及

超声波传感器，所述超声波传感器固定于所述套筒内，且与所述控制单元电连接，所述超声波传感器用于向下发射超声波并接收不同地面形态反射的回波，当所述回波射向套筒内壁时能够发生均匀的漫反射。

2.根据权利要求1所述的清洁机器人，其特征在于，所述中空圆柱的中心轴线垂直于地面。

3.根据权利要求1所述的清洁机器人，其特征在于，所述套筒为所述机器人主体前端底部开设的圆筒。

4.根据权利要求1所述的清洁机器人，其特征在于，所述套筒底部边沿为斜面。

5.根据权利要求1所述的清洁机器人，其特征在于，所述套筒设有固定部，所述固定部用于固定所述超声波传感器。

6.根据权利要求5所述的清洁机器人，其特征在于，所述固定单元进一步包括垫圈，所述垫圈设置于所述固定部与所述超声波传感器的接触位置。

7.根据权利要求1所述的清洁机器人，其特征在于，所述固定单元进一步包括盖板，该盖板放置于所述超声波传感器顶部，用于固定所述超声波传感器。

8.根据权利要求7所述的清洁机器人，其特征在于，所述盖板设有连接开口，所述连接开口用于所述超声波传感器与所述控制单元电性连接。

9.根据权利要求7所述的清洁机器人，其特征在于，所述盖板的上表面设有加强筋，该加强筋用于支撑所述清洁机器人中除所述超声波传感器外的传感器。

10.根据权利要求1所述的清洁机器人，其特征在于，当所述地面形态为正常地面时，所述超声波传感器接收的回波波峰数为6～10个；或，当所述地面形态为地毯表面时，所述超声波传感器接收回波的波峰数量为1～2个。

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