專利名稱：一種全自動(dòng)吸塵器的多傳感器障礙物檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
屬傳感器技術(shù)與家用電器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全自動(dòng)吸塵器是新興的家用電器。隨著生活節(jié)奏的加快，以及對(duì)于家庭衛(wèi)生的進(jìn)一步要求，人們迫切需要一種可以自動(dòng)清掃房間地面，并且可以自我充電和自我保護(hù)的全自動(dòng)設(shè)備。近年來電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、高容量電池技術(shù)的發(fā)展，使得這樣的愿望逐漸成為可能。以高容量的可充電電池作為移動(dòng)電源，直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)設(shè)備，高速電機(jī)作為真空吸塵設(shè)備，以紅外或者超聲波傳感器作為障礙物檢測(cè)裝置，組成一個(gè)可以獨(dú)立完成地面清掃任務(wù)的全自動(dòng)吸塵器。其中，障礙物檢測(cè)裝置具有非常重要的作用，可以幫助吸塵器實(shí)現(xiàn)避障，防止與周圍環(huán)境的經(jīng)常碰撞，同時(shí)可以為吸塵器提供導(dǎo)航信息。
目前，自動(dòng)吸塵器都是單獨(dú)使用了紅外檢測(cè)技術(shù)或者超聲波檢測(cè)技術(shù)。美國專利US6594844B2采用紅外發(fā)射二極管與紅外接收二極管成一定夾角的工作方式，進(jìn)行大功率的紅外發(fā)射，能夠保證深色物體與淺色物體在發(fā)射管與接收管的交點(diǎn)附件被有效檢測(cè)。但是這種方式安裝復(fù)雜，因此只用于自動(dòng)吸塵器的臺(tái)階檢測(cè)和貼邊過程中的墻面檢測(cè)。但是采用紅外發(fā)射管與紅外接收管相互平行設(shè)置，可以解決安裝問題，但是存在一個(gè)兩難問題要么無法檢測(cè)深色物體，要么能夠檢測(cè)深色物體，但是由于發(fā)射功率太大，無法統(tǒng)一淺色物體與深色物體的有效檢測(cè)距離。伊來克斯的國際專利WO 03/062937 A1提出了一種利用超聲波進(jìn)行障礙物檢測(cè)的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)為整體式超聲波發(fā)射，分布式多點(diǎn)接收，性能可靠、優(yōu)良，但是很顯然這種方式使整個(gè)系統(tǒng)成本過高。
紅外檢測(cè)技術(shù)具有反應(yīng)速度快，無危害，價(jià)格低廉的特點(diǎn)，但是對(duì)于深色介質(zhì)檢測(cè)能力很弱，并且檢測(cè)范圍??；而超聲波檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)范圍廣，無危害，對(duì)介質(zhì)顏色不敏感，但是價(jià)格較高，大量使用會(huì)增加系統(tǒng)成本。但是從目前來看，還沒有一項(xiàng)專利或者系統(tǒng)提出并采用了紅外與超聲波相結(jié)合的工作方式。首先，紅外傳感器和超聲波傳感器具有不同的外形和幾何尺寸，因此其安裝結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；同時(shí)，兩種檢測(cè)方法具有完全不同的工作方式，因此處理電路會(huì)過于龐雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用低成本的紅外檢測(cè)技術(shù)與性能優(yōu)越的超聲波檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，組成一個(gè)價(jià)格低廉，性能可靠，對(duì)介質(zhì)顏色和質(zhì)地不敏感的一種全自動(dòng)吸塵器的多傳感器障礙物檢測(cè)裝置。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案一種全自動(dòng)吸塵器的多傳感器障礙物檢測(cè)裝置，包含能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集算法，傳感器信息融合算法和控制算法的微控器，與微控器相連接的人機(jī)界面系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，傳感器檢測(cè)系統(tǒng)，其方案是傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成是，圓盤狀吸塵器正面前端支架上圍繞柔性電路板，在電路板上，吸塵器前方半個(gè)圓周的180°范圍內(nèi)，均勻分布紅外檢測(cè)單元，并穿插分布超聲檢測(cè)單元；紅外檢測(cè)單元由至少一個(gè)紅外發(fā)射管和一個(gè)紅外接收管，上、下安排，中間隔有遮檔板構(gòu)成；超聲檢測(cè)單元由超聲波發(fā)射傳感器和超聲波接收傳感器組成，上下排布；并有帶網(wǎng)狀孔的透明板覆蓋在傳感器前；與紅外檢測(cè)單元對(duì)應(yīng)的電路有紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管及其電路；與超聲波檢測(cè)單元對(duì)應(yīng)有超聲波發(fā)射管和超聲波接收管及其電路；微控器中的運(yùn)算器還包括信息融合算法器，貼邊行走算法器和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航算法器。信息融合算法器是實(shí)現(xiàn)信息的融合算法，它是將紅外檢測(cè)陣列輸出的信息與超聲波檢測(cè)陣列提供的信息相結(jié)合，形成完整全面的障礙物分布描述信息。所述的貼邊行走算法器是實(shí)現(xiàn)貼邊行走算法，它是利用傳感器的多傳感器信息融合結(jié)果，控制吸塵器左側(cè)或者右側(cè)與墻壁及障礙物保持一定距離地運(yùn)動(dòng)。所述的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航算法器是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航算法，它是利用傳感器的多傳感器數(shù)據(jù)融合結(jié)果，指導(dǎo)吸塵器的運(yùn)動(dòng)當(dāng)左側(cè)傳感器發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí)，吸塵器根據(jù)檢測(cè)到的障礙物位置，向右旋轉(zhuǎn)一定角度，然后再直行；當(dāng)右側(cè)傳感器發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí)，吸塵器根據(jù)檢測(cè)到的障礙物位置，向左旋轉(zhuǎn)一定角度，然后再直行。
實(shí)施本發(fā)明后的積極效果是紅外傳感器對(duì)于介質(zhì)顏色很敏感，深色物體很難檢測(cè)得到，黑色物體更加困難，但是其具有不可替代的優(yōu)點(diǎn)，原理簡單，檢測(cè)速度快，體積小，價(jià)格低廉；而超聲波傳感器性能良好，但是對(duì)于柔軟介質(zhì)檢測(cè)能力下降，而且價(jià)格較高。本發(fā)明將紅外傳感器與超聲波傳感器相結(jié)合，克服了兩者的不足，集兩者優(yōu)點(diǎn)于一身，為全自動(dòng)吸塵器提供了一個(gè)性價(jià)比較高的多傳感器障礙物檢測(cè)裝置。


圖1是紅外檢測(cè)陣列示意圖；圖2是超聲波檢測(cè)陣列示意圖；圖3是紅外檢測(cè)單元示意圖；圖4是超聲波檢測(cè)單元示意圖；圖5是紅外發(fā)射路選電路原理圖；圖6是紅外發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路原理圖；圖7是紅外接收電路原理圖；圖8是紅外接收信號(hào)處理電路原理圖；圖9是1.8v偏置電壓電路原理圖；圖10是超聲波發(fā)射路選電路原理圖；圖11是超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路原理圖；圖12是超聲波接收電路原理圖；圖13是超聲波接收信號(hào)處理電路原理圖；圖14是控制系統(tǒng)框圖；圖15是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖；圖16是全自動(dòng)吸塵器的貼邊行走算法框圖；圖17是全自動(dòng)吸塵器的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航算法框圖；圖18是全自動(dòng)吸塵器的貼邊行走過程示意圖；圖19是全自動(dòng)吸塵器的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航過程示意圖；圖20是全自動(dòng)吸塵器傳感器安裝的主視示意圖；圖21是全自動(dòng)吸塵器傳感器安裝的側(cè)視示意圖；具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明一種全自動(dòng)吸塵器的多傳感器障礙物檢測(cè)裝置，包含能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集算法，傳感器信息融合算法和控制算法的微控器89，與微控器相連接的人機(jī)界面系統(tǒng)92，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)91，傳感器檢測(cè)系統(tǒng)90，其結(jié)構(gòu)是傳感器檢測(cè)系統(tǒng)90的構(gòu)成是，圓盤狀吸塵器正面前端支架103上圍繞柔性電路板2，在電路板2上，吸塵器前方半個(gè)圓周的180°范圍內(nèi)，均勻分布紅外檢測(cè)單元1，并穿插分布超聲檢測(cè)單元3；紅外檢測(cè)單元由至少一個(gè)紅外發(fā)射管4和一個(gè)紅外接收管5，上、下安排，中間隔有遮檔板6構(gòu)成；超聲檢測(cè)單元3由超聲波發(fā)射傳感器7和超聲波接收傳感器8組成，上下排布；并有帶網(wǎng)狀孔105的透明板104覆蓋在傳感器前(透明板覆蓋的是紅外和超聲波傳感器)；與紅外檢測(cè)單元對(duì)應(yīng)的電路有紅外發(fā)射二極管21和紅外接收二極管25及其電路；與超聲波檢測(cè)單元對(duì)應(yīng)有超聲波發(fā)射管63和超聲波接收管64及其電路；微控器89中的運(yùn)算器還包括信息融合算法器，貼邊行走算法器和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航算法器。
紅外發(fā)射管21的陽極通過電阻20與電源Vcc相接，陰極與三極管22集電極相接；發(fā)射極與基極之間接有電阻23并接地；基極通過驅(qū)動(dòng)電阻12與模擬多路開關(guān)11的Xo相接，模擬多路開關(guān)11的輸入端X通過整形電路10與信號(hào)源9相接；信號(hào)源9可由單獨(dú)的信號(hào)發(fā)生電路組成或者由微控器89定時(shí)器產(chǎn)生并且通過IO口輸出。
紅外接收管25的陽極接地，陰極通過電阻24與1.8V電源相接連；紅外接收管25的陰極與模擬多路開關(guān)26的Xo相接；模擬多路開關(guān)26輸出端X通過隔直電容27連接到由運(yùn)放30，電阻28，29，31和電容32組成的放大器反相輸入端；運(yùn)放30輸出端通過隔直電容33連接到由運(yùn)放36，電阻34，35，37和電容38組成的放大器反相輸入端；運(yùn)放36輸出端通過隔直電容39連接到二極管40的陽極；二極管40陰極通過電阻43，45連接到三極管47的基極；二極管41陽極接地，陰極連接二極管40的陽極，起到鉗位作用；電容44連接到電阻43，45的結(jié)點(diǎn)，并接地，起到濾波的作用；電阻42連接二極管40的陰極，并接地，在無信號(hào)的情況下起到放電的作用；三極管47發(fā)射極接地，集電極通過電阻46接電源，進(jìn)行信號(hào)輸出。
超聲發(fā)射傳感器63負(fù)極接地，正負(fù)極間并聯(lián)電阻62，正極通過電阻54與模擬多路開關(guān)53的Xo相接；模擬多路開關(guān)53的輸入端X通過整形電路52與信號(hào)源51相接；信號(hào)源51可由單獨(dú)的信號(hào)發(fā)生電路組成或者由微控器89定時(shí)器產(chǎn)生并且通過IO口輸出。
超聲接收傳感器64，其負(fù)極接地，正負(fù)極并聯(lián)電阻65，正極通過電阻66與模擬多路開關(guān)67的Xo相接；模擬多路開關(guān)67輸出端X通過隔直電容68連接到由運(yùn)放73，電阻69，70，71和電容72組成的放大器反相輸入端；運(yùn)放73輸出端通過隔直電容74連接到由運(yùn)放79，電阻75，76，77和電容78組成的放大器反相輸入端；運(yùn)放79輸出端通過隔直電容80連接到二極管81的陽極；二極管81陰極通過電阻83，85連接到三極管87的基極；二極管82陽極接地，陰極連接二極管81的陽極，起到鉗位作用；電容86連接到電阻83，85的結(jié)點(diǎn)，并接地，起到濾波的作用；電阻84連接二極管81的陰極，并接地，在無信號(hào)的情況下起到放電的作用；三極管87發(fā)射極接地，集電極通過電阻88接電源Vcc，進(jìn)行信號(hào)輸出。
所述的的信息融合算法器是實(shí)現(xiàn)信息的融合算法，它是將紅外檢測(cè)陣列輸出的信息與超聲波檢測(cè)陣列提供的信息相結(jié)合，形成完整全面的障礙物分布描述信息。
所述的貼邊行走算法器是實(shí)現(xiàn)貼邊行走算法，它是利用傳感器的多傳感器信息融合結(jié)果，控制吸塵器左側(cè)或者右側(cè)與墻壁及障礙物保持一定距離地運(yùn)動(dòng)。
所述的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航算法器是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航算法，它是利用傳感器的多傳感器數(shù)據(jù)融合結(jié)果，指導(dǎo)吸塵器的運(yùn)動(dòng)當(dāng)左側(cè)傳感器發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí)，吸塵器根據(jù)檢測(cè)到的障礙物位置，向右旋轉(zhuǎn)一定角度，然后再直行；當(dāng)右側(cè)傳感器發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí)，吸塵器根據(jù)檢測(cè)到的障礙物位置，向左旋轉(zhuǎn)一定角度，然后再直行。
現(xiàn)對(duì)原理作些說明紅外發(fā)射路選電路，由信號(hào)源9，信號(hào)整形電路10，模擬多路開關(guān)11，驅(qū)動(dòng)電阻12-19組成。發(fā)射路選電路起到分時(shí)復(fù)用的作用，也就是將信號(hào)源9的輸出信號(hào)在不同的時(shí)間分配給不同的紅外發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路，這樣可以起到降低電路規(guī)模的作用。其中，信號(hào)源9由軟件或者電子電路產(chǎn)生。
首先，信號(hào)源9產(chǎn)生一定頻率的交變信號(hào)，經(jīng)過由反相器組成的信號(hào)整形電路10，信號(hào)波形得到改善，驅(qū)動(dòng)能力得到增強(qiáng)。信號(hào)輸入到模擬多路開關(guān)11的輸入端X。在控制器的控制下，該信號(hào)分時(shí)送到各個(gè)紅外發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路。其控制信號(hào)包括使能信號(hào)ISEN，和路選信號(hào)IA0，IA1，IA2。
紅外發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路由負(fù)載電阻20，紅外發(fā)射管21，放大三級(jí)管22，基極電阻23組成。三級(jí)管22在交變信號(hào)的控制作用下，不斷開啟、關(guān)閉控制電路，從而發(fā)射脈沖式紅外信號(hào)。
紅外接收電路由1.8v偏置電壓，負(fù)載電阻24，紅外接收二極管管25組成。紅外接收二極管25將入射紅外輻射轉(zhuǎn)換成與之成正比的電流，經(jīng)過負(fù)載電阻24轉(zhuǎn)換成輸出電壓。其中，1.8v偏置電壓由5v電壓經(jīng)過電阻49，50分壓以后，經(jīng)過一個(gè)由理想運(yùn)算放大器組成的電壓跟隨器48獲得。
紅外接收信號(hào)處理電路，由模擬多路開關(guān)26，兩級(jí)低通濾波反相放大器，以及門限電路組成。各路紅外接收原始信號(hào)輸入到模擬多路開關(guān)26的輸入端。在控制器的控制下，將各路信號(hào)依次送到輸出端X，其控制信號(hào)包括使能信號(hào)IREN，和路選信號(hào)IA0，IA1，IA2。模擬多路開關(guān)的輸出端X后面接一個(gè)隔直電容27，可以隔離低頻信號(hào)，而有用信號(hào)可以低衰減地通過。接下來是一個(gè)由理想運(yùn)放30組成的低通濾波反相放大器，直流放大倍數(shù)由電阻29，31決定。放大信號(hào)再次經(jīng)過一個(gè)隔直電容33和低通濾波反相放大器36，直流放大倍數(shù)由電阻35，37決定。最終輸出信號(hào)經(jīng)過隔直電容39轉(zhuǎn)換成均值為零的交變信號(hào)，二極管40起到整流和閾值處理作用，二極管41將信號(hào)的最大負(fù)值鎖定在-0.7伏左右。整流后的信號(hào)經(jīng)過由電阻43和電容44組成的RC濾波電路，驅(qū)動(dòng)三極管，形成觸發(fā)信號(hào)。電阻42為放電通路。紅外發(fā)射路選信號(hào)和紅外接收路選信號(hào)相同，保證紅外檢測(cè)單元的收發(fā)二極管同時(shí)工作。
超聲波檢測(cè)單元2，由一個(gè)超聲波發(fā)射傳感器7和一個(gè)超聲波接收傳感器8組成，上下排布。超聲波檢測(cè)陣列，由超聲波檢測(cè)單元2組成，布置在吸塵器前方半個(gè)圓周上，以一定間隔水平排列，因而形成一個(gè)近180度的檢測(cè)帶。超聲波發(fā)射路選電路，由信號(hào)源51，信號(hào)整形電路52，模擬多路開關(guān)53，驅(qū)動(dòng)電阻54-61組成。發(fā)射路選電路起到分時(shí)復(fù)用的作用，也就是將信號(hào)源51的輸出信號(hào)在不同的時(shí)間分配給不同的超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路，這樣可以起到降低電路規(guī)模的作用。其中，信號(hào)源51由軟件或者電子電路產(chǎn)生。
首先，信號(hào)源51產(chǎn)生40k的交變信號(hào)，經(jīng)過由反相器組成的信號(hào)整形電路52，信號(hào)波形得到改善，驅(qū)動(dòng)能力得到增強(qiáng)。信號(hào)輸入到模擬多路開關(guān)53的輸入端X。在控制器的控制下，該信號(hào)分時(shí)送到各個(gè)超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路。其控制信號(hào)包括使能信號(hào)USEN，和路選信號(hào)UA0，UA1，UA2。
超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路由調(diào)整電阻62和超聲波探頭組成63組成。調(diào)整電阻62可以調(diào)整探頭的相應(yīng)特性，并且減少發(fā)射探頭的自振蕩。
超聲波接收電路由超聲波接收探頭64，下拉電阻65，限流電阻66組成。超聲波接收探頭將入射超聲波，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
超聲波接收信號(hào)處理電路，由模擬多路開關(guān)67，兩級(jí)放大電路，以及門限電路組成。各路超聲波接收原始信號(hào)輸入到模擬多路開關(guān)67的輸入端。在控制器的控制下，將各路信號(hào)依次送到輸出端X，其控制信號(hào)包括使能信號(hào)UREN，和路選信號(hào)UA0，UA1，UA2。模擬多路開關(guān)的公共端后面接一個(gè)隔直電容68，可以隔離低頻信號(hào)，而有用信號(hào)可以低衰減地通過。接下來是一個(gè)由理想運(yùn)放73組成的低通濾波反相放大器，直流放大倍數(shù)由電阻69，71決定。放大信號(hào)再次經(jīng)過一個(gè)隔直電容74和低通濾波反相放大器79，直流放大倍數(shù)由電阻75，77決定。最終輸出信號(hào)經(jīng)過隔直電容80轉(zhuǎn)換成均值為零的交變信號(hào)，二極管81起到整流和閾值處理作用，二極管82將信號(hào)的最大負(fù)值鎖定在-0.7伏左右。整流后的信號(hào)經(jīng)過由電阻83和電容86組成的RC濾波電路，驅(qū)動(dòng)三極管，形成觸發(fā)信號(hào)。電阻84為放電通路。超聲波發(fā)射路選信號(hào)和超聲波接收路選信號(hào)相同，保證超聲波檢測(cè)單元的收發(fā)探頭同時(shí)工作。
全自動(dòng)吸塵器紅外檢測(cè)微控器89通過發(fā)射使能信號(hào)ISEN和接收使能信號(hào)IREN打開發(fā)射與接收的模擬多路開關(guān)11，26，并且利用控制信號(hào)IA0，IA1，IA2，依次打開每個(gè)紅外檢測(cè)單元。打開一定時(shí)間以后，微控器89檢測(cè)是否有觸發(fā)信號(hào)。因此該電路可以提供檢測(cè)距離Xmin內(nèi)有無障礙物的數(shù)字信息xi(i＝1，2....)，i為檢測(cè)單元的序號(hào)。檢測(cè)距離Xmin通過閾值處理電路的阻容參數(shù)來確定，具體定為吸塵器與障礙物允許的最小距離。
全自動(dòng)吸塵器超聲波檢測(cè)微控器89通過發(fā)射使能信號(hào)USEN打開發(fā)射模擬多路開關(guān)53，并通過接收使能信號(hào)UREN關(guān)閉接收模擬多路開關(guān)67，信號(hào)UA0，UA1，UA2確定工作的通道。發(fā)射多個(gè)脈沖以后，關(guān)閉發(fā)射多路開關(guān)53，并打開接收多路開關(guān)67，同時(shí)開始計(jì)時(shí)。微控器89可以通過觸發(fā)信號(hào)的發(fā)生時(shí)間來推算障礙物的距離yj，j為檢測(cè)單元的序號(hào)。如果在等待時(shí)間內(nèi)，無觸發(fā)信號(hào)，則yj＝0xFF。0xFF為數(shù)據(jù)的最大值，表示沒有檢測(cè)到障礙物。
將紅外傳感器數(shù)據(jù)和超聲波傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)位置標(biāo)記為zk，k＝1，2...，z1為最右側(cè)的檢測(cè)單元數(shù)據(jù)。紅外接收數(shù)據(jù)xi處理為xi′=Xmin,xi=10xFF,xi=0]]>因此，吸塵器前方環(huán)境統(tǒng)一描述為 微控器89處于整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，進(jìn)行多傳感器檢測(cè)系統(tǒng)90控制，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)91控制，人機(jī)界面92處理等。其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪93，94和一個(gè)支撐輪95組成。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的速度分別為vL和vR，微控器89可以根據(jù)多傳感器信息調(diào)節(jié)兩個(gè)速度，實(shí)現(xiàn)任意半徑R的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)吸塵器的貼邊行走算法和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航算法。
全自動(dòng)吸塵器的貼邊行走算法微控器89根據(jù)側(cè)面的多傳感器信息，在不同的障礙物情況進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制，以右側(cè)貼邊為例1.對(duì)于貼邊路徑97的直線段98，當(dāng)側(cè)面zk＜＝Xmin時(shí)，微控器89控制吸塵器向外偏轉(zhuǎn)，即vR＞vL＞0；當(dāng)側(cè)面zk＞＝Xmax時(shí)，吸塵器向內(nèi)調(diào)整，即vL＞vR＞0，其中Xmax為吸塵器貼邊的最大距離。
2.對(duì)于貼邊路徑97的角落99處，當(dāng)前方zk＜＝Xmin時(shí)，吸塵器原地向左旋轉(zhuǎn)，即vR＝-vL＞0，直到前方傳感器未能檢測(cè)到障礙物，即前方zk＝＝0xFF；3.對(duì)于貼邊路徑97的拐角100處，當(dāng)側(cè)面?zhèn)鞲衅魑茨苷系K物，即側(cè)面zk＝＝0xFF，吸塵器以右側(cè)驅(qū)動(dòng)輪為圓心旋轉(zhuǎn)，即vR＝0，vL＞0，直到右側(cè)重新傳感器重新獲得數(shù)據(jù)。
全自動(dòng)吸塵器的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航算法
1.吸塵器啟動(dòng)直行，并開始紅外和超聲波檢測(cè)；2.當(dāng)吸塵器正面zk≠0xFF，也就是說附近存在障礙物，吸塵器開始降低速度；3.當(dāng)吸塵器前方zk＜＝Xmin，也就是說吸塵器靠近了障礙物，吸塵器停止直行，原地旋轉(zhuǎn)一定角度，并繼續(xù)直行。對(duì)于情況101，左側(cè)傳感器數(shù)據(jù)zk＜＝Xmin，吸塵器向右旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度根據(jù)檢測(cè)到的障礙物位置確定；對(duì)于情況102，右側(cè)傳感器數(shù)據(jù)zk＜＝Xmin，吸塵器向左旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度根據(jù)檢測(cè)到的障礙物位置確定。
權(quán)利要求
1，一種全自動(dòng)吸塵器的多傳感器障礙物檢測(cè)裝置，包含能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集算法，傳感器信息融合算法和控制算法的微控器(89)，與微控器相連接的人機(jī)界面系統(tǒng)(92)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(91)，傳感器檢測(cè)系統(tǒng)(90)，其特征是傳感器檢測(cè)系統(tǒng)(90)的構(gòu)成是，圓盤狀吸塵器正面前端支架(103)上圍繞柔性電路板(2)，在電路板(2)上，吸塵器前方半個(gè)圓周的180°范圍內(nèi)，均勻分布紅外檢測(cè)單元(1)，并穿插分布超聲檢測(cè)單元(3)；紅外檢測(cè)單元由至少一個(gè)紅外發(fā)射管(4)和一個(gè)紅外接收管(5)，上、下安排，中間隔有遮檔板(6)構(gòu)成；超聲檢測(cè)單元(3)由超聲波發(fā)射傳感器(7)和超聲波接收傳感器(8)組成，上下排布；并有帶網(wǎng)狀孔(105)的透明板(104)覆蓋在傳感器前；與紅外檢測(cè)單元對(duì)應(yīng)的電路有紅外發(fā)射二極管(21)和紅外接收二極管(25)及其電路；與超聲波檢測(cè)單元對(duì)應(yīng)有超聲波發(fā)射管(63)和超聲波接收管(64)及其電路；微控器(89)中的運(yùn)算器還包括信息融合算法器，貼邊行走算法器和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航算法器。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動(dòng)吸塵器的多傳感器障礙物檢測(cè)裝置，其特征是所述的紅外發(fā)射管(21)，是其陽極通過電阻(20)與電源Vcc相接，陰極與三極管(22)集電極相接；發(fā)射極與基極之間接有電阻(23)并接地；基極通過驅(qū)動(dòng)電阻(12)與模擬多路開關(guān)(11)的Xo相接，模擬多路開關(guān)(11)的輸入端X通過整形電路(10)與信號(hào)源(9)相接；信號(hào)源(9)可由單獨(dú)的信號(hào)發(fā)生電路組成或者由微控器(89)定時(shí)器產(chǎn)生并且通過IO口輸出。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動(dòng)吸塵器的多傳感器障礙物檢測(cè)裝置，其特征是所述的紅外接收管(25)，是其陽極接地，陰極通過電阻(24)與1.8V電源相接連；紅外接收管(25)的陰極與模擬多路開關(guān)(26)的Xo相接；模擬多路開關(guān)(26)輸出端X通過隔直電容(27)連接到由運(yùn)放(30)，電阻(28，29，31)和電容(32)組成的放大器反相輸入端；運(yùn)放(30)輸出端通過隔直電容(33)連接到由運(yùn)放(36)，電阻(34，35，37)和電容(38)組成的放大器反相輸入端；運(yùn)放(36)輸出端通過隔直電容(39)連接到二極管(40)的陽極；二極管(40)陰極通過電阻(43，45)連接到三極管(47)的基極；二極管(41)陽極接地，陰極連接二極管(40)的陽極；電容(44)連接到電阻(43，45)的結(jié)點(diǎn)，并接地，起到濾波的作用；電阻(42)連接二極管(40)的陰極，并接地，在無信號(hào)的情況下起到放電的作用；三極管(47)發(fā)射極接地，集電極通過電阻(46)接電源，進(jìn)行信號(hào)輸出。
4，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動(dòng)吸塵器的多傳感器障礙物檢測(cè)裝置，其特征是所述的超聲發(fā)射傳感器(63)，是其負(fù)極接地，正負(fù)極間并聯(lián)電阻(62)，正極通過電阻(54)與模擬多路開關(guān)(53)的Xo相接；模擬多路開關(guān)(53)的輸入端X通過整形電路(52)與信號(hào)源(51)相接；信號(hào)源(51)可由單獨(dú)的信號(hào)發(fā)生電路組成或者由微控器(89)定時(shí)器產(chǎn)生并且通過IO口輸出。
5，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動(dòng)吸塵器的多傳感器障礙物檢測(cè)裝置，其特征是所述的超聲接收傳感器(64)，是其負(fù)極接地，正負(fù)極并聯(lián)電阻(65)，正極通過電阻(66)與模擬多路開關(guān)(67)的Xo相接；模擬多路開關(guān)(67)輸出端X通過隔直電容(68)連接到由運(yùn)放(73)，電阻(69，70，71)和電容(72)組成的放大器反相輸入端；運(yùn)放(73)輸出端通過隔直電容(74)連接到由運(yùn)放(79)，電阻(75，76，77)和電容(78)組成的放大器反相輸入端；運(yùn)放(79)輸出端通過隔直電容(80)連接到二極管(81)的陽極；二極管(81)陰極通過電阻(83，85)連接到三極管(87)的基極；二極管(82)陽極接地，陰極連接二極管(81)的陽極；電容(86)連接到電阻(83，85)的結(jié)點(diǎn)，并接地，起到濾波的作用；電阻(84)連接二極管(81)的陰極，并接地，在無信號(hào)的情況下起到放電的作用；三極管(87)發(fā)射極接地，集電極通過電阻(88)接電源Vcc，進(jìn)行信號(hào)輸出。
6，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動(dòng)吸塵器的多傳感器障礙物檢測(cè)裝置，其特征是所述的的信息融合算法器是實(shí)現(xiàn)信息的融合算法，它是將紅外檢測(cè)陣列輸出的信息與超聲波檢測(cè)陣列提供的信息相結(jié)合，形成完整全面的障礙物分布描述信息。
7，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動(dòng)吸塵器的多傳感器障礙物檢測(cè)裝置，其特征是所述的貼邊行走算法器是實(shí)現(xiàn)貼邊行走算法，它是利用傳感器的多傳感器信息融合結(jié)果，控制吸塵器左側(cè)或者右側(cè)與墻壁及障礙物保持一定距離地運(yùn)動(dòng)。
8，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動(dòng)吸塵器的多傳感器障礙物檢測(cè)裝置，其特征是所述的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航算法器是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航算法，它是利用傳感器的多傳感器數(shù)據(jù)融合結(jié)果，指導(dǎo)吸塵器的運(yùn)動(dòng)當(dāng)左側(cè)傳感器發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí)，吸塵器根據(jù)檢測(cè)到的障礙物位置，向右旋轉(zhuǎn)一定角度，然后再直行；當(dāng)右側(cè)傳感器發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí)，吸塵器根據(jù)檢測(cè)到的障礙物位置，向左旋轉(zhuǎn)一定角度，然后再直行。
全文摘要
一種全自動(dòng)吸塵器的多傳感器障礙物檢測(cè)裝置，屬傳感器技術(shù)與家用電器技術(shù)領(lǐng)域。要組成一個(gè)價(jià)格低廉，性能可靠，對(duì)介質(zhì)顏色和質(zhì)地不敏感的障礙物檢測(cè)裝置。其方案是，微控器，以及與之相連接的人機(jī)界面系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，傳感器檢測(cè)系統(tǒng)，傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成是，圓盤狀吸塵器正面前端支架上圍繞柔性電路板，在電路板上，吸塵器前方半個(gè)圓周的180°范圍內(nèi)，均勻分布紅外檢測(cè)單元，并穿插分布超聲檢測(cè)單元；并有帶網(wǎng)狀孔的透明板覆蓋在傳感器前；各檢測(cè)單元有對(duì)應(yīng)的電路；微控器中的運(yùn)算器還包括信息融合算法器，貼邊行走算法器和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航算法器。實(shí)施本發(fā)明后，將紅外傳感器與超聲波傳感器相結(jié)合，克服了兩者的不足，集兩者優(yōu)點(diǎn)于一身，為全自動(dòng)吸塵器提供了一個(gè)性價(jià)比較高的多傳感器障礙物檢測(cè)裝置。
文檔編號(hào)G01S15/93GK1959435SQ20061011603
公開日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2006年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月14日
發(fā)明者喻禮瓊 申請(qǐng)人:喻禮瓊