本實(shí)用新型涉及一種掃地機(jī)器人智能避障及定位領(lǐng)域，特別是涉及一種掃地機(jī)器人避障定位系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

障礙物規(guī)避，環(huán)境地圖繪制與工作規(guī)劃是機(jī)器人領(lǐng)域目前研究的重要課題，掃地機(jī)器人為了更好的完成任務(wù)，要生成一個(gè)它的工作環(huán)境地圖，然后根據(jù)對(duì)此環(huán)境地圖的理解規(guī)劃出最合理的工作路徑，提高清潔效率。

目前市場(chǎng)流行的掃地機(jī)器人是基于碰撞傳感器的接觸式導(dǎo)航的，掃地機(jī)器人在發(fā)生碰撞后即轉(zhuǎn)換工作路徑，由于無(wú)法對(duì)障礙物做出智能判斷，如障礙物的體積，類型等，因此存在清潔覆蓋率低等缺點(diǎn)。并且和易碎物發(fā)生碰撞時(shí)會(huì)造成危險(xiǎn)或損失。

目前已有的掃地機(jī)器人智能避障方法，主要是基于超聲波測(cè)距避障技術(shù)或激光測(cè)距避障技術(shù)。

超聲波測(cè)距方法首先由超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，遇到障礙物時(shí)即返回到接收器中，根據(jù)發(fā)射接收的信號(hào)差，基于聲波的傳播速度從而計(jì)算出到目標(biāo)的距離；但是超聲波測(cè)距：1）聲音的速度受溫度和方向的干擾；2）原理限制，存在至少幾十毫米的測(cè)距盲區(qū)，3）而且在不平滑的固體物如室內(nèi)的地毯上無(wú)法正常的發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)。

激光測(cè)距避障技術(shù)是基于三角測(cè)量原理，激光按照一定的角度發(fā)射紅外光束，當(dāng)遇到物體后，光束會(huì)反射回來(lái)；反射回來(lái)的光線被CCD檢測(cè)器檢測(cè)到以后，利用三角關(guān)系，基于發(fā)射角度、濾鏡的角度f(wàn)、偏移距、傳感器到障礙物的距離通過(guò)幾何關(guān)系計(jì)算出來(lái)，且精度可以達(dá)到毫米級(jí)；由激光測(cè)距的原理可知：1）激光測(cè)距同樣存在檢測(cè)盲區(qū)；2）激光的能量聚集在一束光束上，容易對(duì)人或者動(dòng)物造成安全傷害。

綜上所述，對(duì)于掃地機(jī)器人，現(xiàn)有技術(shù)的障礙物規(guī)避，環(huán)境地圖繪制與工作規(guī)劃，效果并非很理想，在實(shí)際的應(yīng)用中尚有很多問(wèn)題需要解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種掃地機(jī)器人在工作過(guò)程中準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)障礙物、測(cè)量障礙物距離、規(guī)避障礙物和有效合理的規(guī)劃工作路線，本實(shí)用新型提供了一種掃地機(jī)器人智能避障及定位系統(tǒng)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案，是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，本實(shí)用新型包括：殼體、紅外光發(fā)射模塊、紅外光發(fā)射透鏡組、光信號(hào)處理單元、掃地機(jī)器人行走控制模塊、單相直流電機(jī)、定比平行軸齒輪箱，滑環(huán)及對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路；其中，紅外光發(fā)射模塊接收到測(cè)量命令后，以電流調(diào)制方式驅(qū)動(dòng)紅外LED發(fā)出860 nm紅外線，經(jīng)過(guò)紅外光發(fā)射透鏡組聚焦后，射向環(huán)境中；紅外光遇到障礙物被反射，經(jīng)過(guò)紅外光接收透鏡組后，將信號(hào)發(fā)送至光信號(hào)處理單元；光信號(hào)處理單元將接收到的紅外光與發(fā)出的紅外光進(jìn)行比相，使用TOF法計(jì)算得到相對(duì)距離，然后將距離值傳送給掃地機(jī)器人行走控制模塊；單相直流電機(jī)通過(guò)定比平行軸齒輪箱帶動(dòng)包括紅外光發(fā)射模塊、紅外光發(fā)射透鏡組、紅外光接收透鏡組和光信號(hào)處理單元的TOF測(cè)距系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)。

本實(shí)用新型中，包括紅外光發(fā)射模塊、紅外光發(fā)射透鏡組、紅外光接收透鏡組和光信號(hào)處理單元的TOF測(cè)距系統(tǒng)會(huì)一直保持快速旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中系統(tǒng)可以完成對(duì)周圍有效半徑的360度快速掃描，從而發(fā)現(xiàn)障礙，然后對(duì)掃地機(jī)器人發(fā)出調(diào)整位置的指令，避免對(duì)周圍的人或財(cái)物造成傷害。

本實(shí)用新型中，信號(hào)處理模塊，由光電轉(zhuǎn)換電路、放大器等組成，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換、放大、輸入阻抗匹配、自動(dòng)增益控制等功能。經(jīng)障礙物反射回來(lái)的紅外光波聚焦在光信號(hào)處理單元后，光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)阻抗變換放大器與主放大器耦合，由差動(dòng)放大器作互補(bǔ)輸出。同時(shí)為了使系統(tǒng)保持穩(wěn)定工作狀態(tài)，依靠單片機(jī)，采用了較大范圍的自動(dòng)增益控制，進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

在其中的一實(shí)施例中，光信號(hào)處理單元將得到的距離值通過(guò)無(wú)線裝置傳輸至掃地機(jī)器人的行走控制模塊，不經(jīng)過(guò)滑環(huán)；無(wú)線信號(hào)傳輸裝置為藍(lán)牙模塊，Wi-Fi模塊，NRF24L01模塊或紅外模塊。

在其中的一實(shí)施例中，單相直流電機(jī)外有磁屏蔽組件，用于避免電機(jī)的漏磁干擾。

在其中的一實(shí)施例中，紅外光發(fā)射模塊發(fā)出的紅外光發(fā)光峰位于780 nm-1500nm的近紅外區(qū)。

在其中的一實(shí)施例中，光信號(hào)處理單元為T(mén)OF計(jì)算距離的芯片。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型所述的一種掃地機(jī)器人智能避障及定位系統(tǒng)，測(cè)量障礙物的距離和大小等信息準(zhǔn)確，為掃地機(jī)器人的智能判斷提供了可靠的物理依據(jù)。

本實(shí)用新型所述的一種掃地機(jī)器人智能避障及定位系統(tǒng)，使得掃地機(jī)器人自動(dòng)智能，無(wú)需人為管理，即可有效的完成預(yù)期的自動(dòng)清理的功能，且能夠規(guī)劃出合理的清潔區(qū)域。

本實(shí)用新型所述的一種掃地機(jī)器人智能避障及定位系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，制作成本低，可以后期程序調(diào)制優(yōu)化升級(jí)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的工作原理圖。

圖2為本實(shí)用新型的示意圖。

圖3為本實(shí)用新型的一種實(shí)例的爆炸示意圖。

圖4為本實(shí)用新型的一種實(shí)例的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本實(shí)用新型的技術(shù)方案，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

如圖2、圖4所示，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)例中，包括殼體、紅外光發(fā)射模塊1、紅外光發(fā)射透鏡組2、紅外光接收透鏡組3，光信號(hào)處理單元4，單相直流電機(jī)5，定比平行軸齒輪箱，滑環(huán)和對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路組成。

(1)紅外發(fā)射模塊1接收到測(cè)量命令后，以電流調(diào)制方式驅(qū)動(dòng)紅外LED發(fā)出紅外線，經(jīng)紅外光發(fā)射透鏡組2聚焦后，直接射向環(huán)境中。

(2)紅外光在空氣中傳播，途中遇到障礙物即被反射和散射,經(jīng)紅外光接收透鏡組收到反射光并將信號(hào)發(fā)送至光信號(hào)處理器。

（3）光信號(hào)處理器將所述接收到的紅外光與發(fā)出的光進(jìn)行比相，獲取發(fā)射紅外光和接收紅外光的相位差，使用TOF法計(jì)算得到相對(duì)距離,并通過(guò)環(huán)境光和溫度的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)為精確距離數(shù)值，然后將距離值傳送給掃地機(jī)器人行走控制模塊，為掃地機(jī)器人的智能判斷提供了可靠的物理依據(jù)。

本實(shí)用新型中，TOF測(cè)距系統(tǒng)會(huì)一直保持快速旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中系統(tǒng)可以完成對(duì)周圍有效半徑的360度快速掃描，從而發(fā)現(xiàn)障礙，然后對(duì)掃地機(jī)器人發(fā)出調(diào)整位置的指令，避免對(duì)周圍的人或財(cái)物造成傷害。

以上所述的僅是本實(shí)用新型的實(shí)際實(shí)施方式，本實(shí)用新型不限于以上實(shí)際實(shí)施例子；可以理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的精神和構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變化，均應(yīng)認(rèn)為包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。