專(zhuān)利名稱(chēng)：探測(cè)自移動(dòng)機(jī)器人周邊障礙物的探測(cè)裝置及自移動(dòng)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種探測(cè)自移動(dòng)機(jī)器人周邊障礙物的探測(cè)裝置，以及帶有該探測(cè)裝置的自移動(dòng)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
三角激光測(cè)距的原理是發(fā)射一個(gè)點(diǎn)激光源，反射后由圖像傳感器接收，通過(guò)發(fā)射和接收的兩個(gè)角度算出目標(biāo)距離(發(fā)射源和圖像傳感器在同一水平面上)。這種測(cè)距方法要求發(fā)射光和反射光在同一平面上，這樣才能確保圖像傳感器能接收到反射光，由此再計(jì)算出距離。如圖2所示，激光三角測(cè)距儀主要由一個(gè)光學(xué)發(fā)射器和光學(xué)接收器組成。激光三角測(cè)距儀采用三角原理測(cè)距，光學(xué)發(fā)射器可以為一紅外線發(fā)射器10，光學(xué)接收器為一 CXD 圖像傳感器11 (Charge coupled Device,電荷稱(chēng)合元件)。紅外線發(fā)射器10沿一定角度發(fā)射光束，當(dāng)紅外線發(fā)射器的發(fā)射光線12遇到物體50后形成點(diǎn)光源會(huì)被反射回來(lái)。紅外線發(fā)射器的反射光線14被CCD圖像傳感器11檢測(cè)到后會(huì)獲得一個(gè)偏移值L，CCD圖像傳感器的中心線13與紅外線發(fā)射器的發(fā)射光線12形成發(fā)射角度α，利用三角關(guān)系，在獲得發(fā)射角度α、偏移值L、中心矩X以及濾鏡60的焦距f以后，通過(guò)幾何關(guān)系，計(jì)算出光學(xué)接收器與物體的距離D?，F(xiàn)有技術(shù)中，采用圖I中的三角測(cè)距儀感測(cè)障礙物時(shí)，需要光學(xué)發(fā)射器和光學(xué)接收器在同一平面上，如圖2所示，這樣才能確保光學(xué)接收器能接收到發(fā)射光束被物體反射回來(lái)的光束。激光測(cè)距儀在實(shí)際使用時(shí)，通常采用點(diǎn)激光源來(lái)發(fā)射光，光學(xué)發(fā)射器和光學(xué)接收器水平放置。但由于機(jī)器的裝配不當(dāng)或者工作時(shí)儀器的抖動(dòng)，會(huì)造成光學(xué)發(fā)射器和光學(xué)接收器不在一個(gè)平面上，使得反射回來(lái)的光總是反射到光學(xué)接收器的下面或上面，而不是落在光學(xué)接收器本體，使得發(fā)射回來(lái)的激光不能被光學(xué)接收器所接收到，測(cè)距儀上讀取不到數(shù)據(jù)，導(dǎo)致清潔機(jī)器人不能及時(shí)地感測(cè)到障礙物，大大降低其可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種探測(cè)自移動(dòng)機(jī)器人周邊障礙物的探測(cè)裝置，提高測(cè)量的可靠性、穩(wěn)定性。具體說(shuō)，本發(fā)明提供一種探測(cè)自移動(dòng)機(jī)器人周邊障礙物的探測(cè)裝置，所述探測(cè)裝置設(shè)置于自移動(dòng)機(jī)器人本體上，其包括光學(xué)發(fā)射器和圖像傳感器，所述光學(xué)發(fā)射器為線性光學(xué)發(fā)射器，所述圖像傳感器接收由所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的反射信號(hào)，所述光學(xué)發(fā)射器的發(fā)射光線與所述圖像傳感器的中心線形成大于0°的角度α，所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的線性光線與水平面形成大于0°的角度。具體一種方式是所述光學(xué)發(fā)射器的發(fā)射光線與所述圖像傳感器的中心線位于同
一平面上。
具體另一種方式是所述圖像傳感器的中心線為水平線，所述圖像傳感器的中心線與所述光學(xué)發(fā)射器的發(fā)射光線為異面直線。角度α為5° 30。，優(yōu)選地，角度α為5° 15。。所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的線性光線與所述圖像傳感器的中心線基本垂直，所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的線性光線與所述圖像傳感器的中心線形成的角度為75° 105°。進(jìn)一步地，所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的線性光線與所述圖像傳感器的中心線形成的角度為85° 95°。進(jìn)一步地，所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的線性光線與所述圖像傳感器的中心線垂直。
進(jìn)一步地，所述光學(xué)發(fā)射器為激光紅外發(fā)射器、紫外光發(fā)射器或者可見(jiàn)激光發(fā)射器。進(jìn)一步地，所述圖像傳感器為CXD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。進(jìn)一步地，所述探測(cè)裝置還包括信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元接收所述圖像傳感器發(fā)送的信號(hào)，計(jì)算周邊物體與所述自移動(dòng)機(jī)器人之間的距離，并將該距離存儲(chǔ)或輸出。本發(fā)明還提供一種帶有上述探測(cè)裝置的自移動(dòng)機(jī)器人，保證自移動(dòng)機(jī)器人能及時(shí)探測(cè)到障礙物，提高其可靠性。具體地說(shuō)，本發(fā)明帶有上述探測(cè)裝置的自移動(dòng)機(jī)器人的技術(shù)方案如下一種自移動(dòng)機(jī)器人，包括機(jī)器人本體、驅(qū)動(dòng)輪、功能單元和控制單元，還包括上述的探測(cè)裝置，探測(cè)裝置將探測(cè)到的信號(hào)發(fā)送給所述控制單元。探測(cè)裝置或控制單元還包括信號(hào)處理單元，用于計(jì)算周邊物體與所述自移動(dòng)機(jī)器人之間的距離，并將該距離存儲(chǔ)或輸出?？刂茊卧獌?nèi)設(shè)有預(yù)定距離值；當(dāng)所述信號(hào)處理單元計(jì)算出的周邊物體與所述自移動(dòng)機(jī)器人之間的距離等于或小于該預(yù)定距離值時(shí)，所述控制單元控制所述驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)向或停止工作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明探測(cè)裝置中的光學(xué)發(fā)射器發(fā)射一束與水平面形成角度的線性光線，經(jīng)過(guò)物體反射后，圖像傳感器接收到反射光，隨之通過(guò)測(cè)距得出目標(biāo)距離。由于本發(fā)明探測(cè)裝置發(fā)射的是線性光線，因此，不論自移動(dòng)機(jī)器人是否在移動(dòng)過(guò)程出現(xiàn)抖動(dòng)或者在產(chǎn)品組裝過(guò)程中出現(xiàn)裝配不良等問(wèn)題，光學(xué)發(fā)射器發(fā)射一線性光線后，總有至少一個(gè)反射光點(diǎn)會(huì)被圖像傳感器所接收，因此，本發(fā)明探測(cè)裝置的可靠性、穩(wěn)定性十分好，應(yīng)用在自移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)品上成效十分明顯。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)發(fā)射器發(fā)射點(diǎn)光源示意圖；圖2為三角測(cè)距儀工作原理圖；圖3本發(fā)明中探測(cè)裝置實(shí)施例一示意圖(光學(xué)發(fā)射器發(fā)射的線性光線和圖像傳感器的中心線垂直)；圖4為本發(fā)明探測(cè)裝置實(shí)施例二示意圖(光學(xué)發(fā)射器發(fā)射的線性光線和圖像傳感器的中心線不垂直)；圖5為本發(fā)明自移動(dòng)機(jī)器人中的光學(xué)發(fā)射器和圖像傳感器的位置示意圖；圖6為本發(fā)明自移動(dòng)機(jī)器人立體結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記10.紅外線發(fā)射器11. CXD圖像傳感器12.紅外線發(fā)射器的發(fā)射光線13. CXD圖像傳感器的中心線14.紅外線發(fā)射器的反射光線60.濾鏡 20.光學(xué)發(fā)射器21.圖像傳感器30.機(jī)器人本體40.驅(qū)動(dòng)輪50.物體70.線性光線80.圖像傳感器的中心線 90.光學(xué)發(fā)射器的發(fā)射光線
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I如圖5所示，本發(fā)明探測(cè)自移動(dòng)機(jī)器人周邊障礙物的探測(cè)裝置設(shè)置于自移動(dòng)機(jī)器人本體30上，其包括光學(xué)發(fā)射器20和圖像傳感器21，光學(xué)發(fā)射器20和圖像傳感器21，光學(xué)發(fā)射器20為線性光學(xué)發(fā)射器，發(fā)射線光源。具體地說(shuō)，光學(xué)發(fā)射器20可以為激光紅外發(fā)射器、紫外光發(fā)射器或者可見(jiàn)激光發(fā)射器，圖像傳感器21為CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。(XD圖像傳感器又稱(chēng)為電荷稱(chēng)合元件；CM0S圖像傳感器的英文全稱(chēng)ComplementaryMetal Oxide Semiconductor,又稱(chēng)為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體。CO)圖像傳感器和CMOS圖像傳感器為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。如圖3所示，圖像傳感器21接收由光學(xué)發(fā)射器20發(fā)射至自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的反射信號(hào)，所述光學(xué)發(fā)射器20的發(fā)射光線90與所述圖像傳感器的中心線80形成大于0°的角度α，角度α的范圍為5° 30°，在優(yōu)選方案中，角度α為5° 15° ;光學(xué)發(fā)射器20發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的線性光線70與水平面形成大于0°的角度。本發(fā)明采用的測(cè)距原理是三角測(cè)距原理，具體在附圖2以及背景技術(shù)中有詳細(xì)地描述，在此不再贅述。如圖4所示，光學(xué)發(fā)射器20發(fā)射的是線性光源，光學(xué)發(fā)射器20發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的線性光線70與水平面形成大于0°的角度。所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的線性光線70與所述圖像傳感器的中心線80呈基本垂直，即所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的線性光線70與所述圖像傳感器的中心線80形成的角度為75° 105° ;進(jìn)一步地，所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的線性光線70與所述圖像傳感器的中心線80形成的角度為85° 95°時(shí)，圖像傳感器接收光學(xué)發(fā)射器信號(hào)的能力會(huì)更強(qiáng)些。本實(shí)施例中，如圖3所示，光學(xué)發(fā)射器20發(fā)射的線性光線70與圖像傳感器21的中心線80垂直。此設(shè)置使得光學(xué)發(fā)射器20發(fā)射的線性光線的線段長(zhǎng)度即為圖像傳感器21接收反射光的上下限檢測(cè)位置的高度，探測(cè)裝置有效作用的工作機(jī)率最高，探測(cè)效果最好。本發(fā)明中，光學(xué)發(fā)射器的發(fā)射光線90與圖像傳感器的中心線80可以位于同一平面。具體地說(shuō)，光學(xué)發(fā)射器的發(fā)射光線90與圖像傳感器的中心線80可以是位于同一水平面；光學(xué)發(fā)射器的發(fā)射光線90與圖像傳感器的中心線80也可以是兩者位于一個(gè)與水平面呈一定傾角的平面內(nèi)。優(yōu)選方案是光學(xué)發(fā)射器20的發(fā)射光線與圖像傳感器21的中心線位于同一水平面上，由此進(jìn)一步增加圖像傳感器21能接收到光學(xué)發(fā)射器20的反射光的可能性。具體地說(shuō)，當(dāng)自移動(dòng)機(jī)器人水平行進(jìn)時(shí)，光學(xué)發(fā)射器20的線光源朝水平行進(jìn)方向發(fā)射光束，若遇到障礙物，部分光束被障礙物反射回來(lái)后可被圖像傳感器21探測(cè)到，則自移動(dòng)機(jī)器人依據(jù)探測(cè)裝置探測(cè)到的信號(hào)，執(zhí)行閃避動(dòng)作或者停止移動(dòng)。如圖3所示，由于光學(xué)發(fā)射器20發(fā)射的是線性光線，其發(fā)射的光束總有部分和圖像傳感器21處于同一水平面。因此，該同平面的發(fā)射光束后經(jīng)物體反射后被圖像傳感器21接收，使得探測(cè)裝置總能感測(cè)到障礙物。探測(cè)裝置還包括信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元接收?qǐng)D像傳感器21發(fā)送的信號(hào)，計(jì)算周邊物體50與自移動(dòng)機(jī)器人之間的距離，并將該信息存儲(chǔ)或輸出。 除此種方式外，還可以有另外一種方式，具體為圖像傳感器的中心線80為水平線，圖像傳感器的中心線80與光學(xué)發(fā)射器的發(fā)射光線90為異面直線，即圖像傳感器的中心線80為水平線，圖像傳感器的中心線80與光學(xué)發(fā)射器的發(fā)射光線90即不相交也不平行，兩者不在同一平面上。此時(shí)，圖像傳感器的中心線80與光學(xué)發(fā)射器的發(fā)射光線90之間存著的空間高度差，圖像傳感器接收光學(xué)發(fā)射器的光線信號(hào)也弱于圖像傳感器與光學(xué)發(fā)射器位于同一平面時(shí)的光線信號(hào)，但總體而言，也能達(dá)到基本相同的效果。實(shí)施例2實(shí)施例2的技術(shù)方案與實(shí)施例I的技術(shù)方案基本相同，區(qū)別在于如圖4所示，光學(xué)發(fā)射器發(fā)射的線性光線70和圖像傳感器的中心線80不垂直。即使由于自移動(dòng)機(jī)器人的裝配因素或者圖像傳感器自身的原因，使光學(xué)發(fā)射器發(fā)射的線性光線70和圖像傳感器的中心線80不垂直，但由于光學(xué)發(fā)射器20發(fā)射的是線性光線，其發(fā)射的光束總有部分被圖像傳感器21所接收，仍使得探測(cè)裝置可探測(cè)到物體，從而大大提高探測(cè)裝置的可靠性。本發(fā)明中的探測(cè)裝置應(yīng)用于自移動(dòng)機(jī)器人中，如圖5-6所示，本發(fā)明自移動(dòng)機(jī)器人包括機(jī)器人本體30、驅(qū)動(dòng)輪40、功能單元、控制單元和設(shè)置在機(jī)器人本體上的探測(cè)裝置，探測(cè)裝置將探測(cè)到的信號(hào)發(fā)送給控制單元。所述的功能單元為清潔單元、打蠟單元、空氣凈化單元或安保單元。當(dāng)自移動(dòng)機(jī)器人上設(shè)有的功能單元為清潔單元時(shí)，自移動(dòng)機(jī)器人在自移動(dòng)的過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)待清潔表面進(jìn)行清潔維護(hù)的功能。當(dāng)自移動(dòng)機(jī)器人上設(shè)有的功能單元為打蠟單元時(shí)，自移動(dòng)機(jī)器人在自移動(dòng)的過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)待打蠟表面進(jìn)行打蠟處理的功能。當(dāng)自移動(dòng)機(jī)器人上設(shè)有的功能單元為空氣凈化單元時(shí)，自移動(dòng)機(jī)器人在自移動(dòng)的過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)待凈化的空間進(jìn)行空氣凈化的作用。當(dāng)自移動(dòng)機(jī)器人上設(shè)有的功能單元為安保單元時(shí)，自移動(dòng)機(jī)器人可以在自移動(dòng)的過(guò)程中，對(duì)待安全檢查的區(qū)域進(jìn)行類(lèi)似有煤氣泄漏、火災(zāi)等安全報(bào)警功能。本發(fā)明自移動(dòng)機(jī)器人中的機(jī)器人本體、驅(qū)動(dòng)輪、功能單元和控制單元的結(jié)構(gòu)及有關(guān)機(jī)器人如何行走的技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。在自移動(dòng)機(jī)器人中，探測(cè)裝置或控制單元還包括信號(hào)處理單元，用于計(jì)算周邊物體與自移動(dòng)機(jī)器人之間的距離，并將該距離存儲(chǔ)或輸出?？刂茊卧獌?nèi)設(shè)有預(yù)定距離值；當(dāng)信號(hào)處理單元計(jì)算出的周邊物體與自移動(dòng)機(jī)器人之間的距離等于或小于該預(yù)定距離值時(shí)，控制單元控制驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)向或停止工 作。
權(quán)利要求
1.一種探測(cè)自移動(dòng)機(jī)器人周邊障礙物的探測(cè)裝置，所述探測(cè)裝置設(shè)置于自移動(dòng)機(jī)器人本體上，其包括光學(xué)發(fā)射器和圖像傳感器，其特征在于所述光學(xué)發(fā)射器為線性光學(xué)發(fā)射器，所述圖像傳感器接收由所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的反射信號(hào)，所述光學(xué)發(fā)射器的發(fā)射光線與所述圖像傳感器的中心線形成大于0°的角度α，所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的線性光線與水平面形成大于0°的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的探測(cè)自移動(dòng)機(jī)器人周邊障礙物的探測(cè)裝置，其特征在于所述光學(xué)發(fā)射器的發(fā)射光線與所述圖像傳感器的中心線位于同一平面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的探測(cè)自移動(dòng)機(jī)器人周邊障礙物的探測(cè)裝置，其特征在于所述圖像傳感器的中心線為水平線，所述圖像傳感器的中心線與所述光學(xué)發(fā)射器的發(fā)射光線為異面直線。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的探測(cè)自移動(dòng)機(jī)器人周邊障礙物的探測(cè)裝置，其特征在于角度α為5° 30° ;角度α為5° 15°。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的探測(cè)自移動(dòng)機(jī)器人周邊障礙物的探測(cè)裝置，其特征在于所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的線性光線與所述圖像傳感器的中心線形成的角度為75° 105° ;所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的線性光線與所述圖像傳感器的中心線形成的角度為85° 95° ;所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至所述自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的線性光線與所述圖像傳感器的中心線垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的探測(cè)自移動(dòng)機(jī)器人周邊障礙物的探測(cè)裝置，其特征在于所述光學(xué)發(fā)射器為激光紅外發(fā)射器、紫外光發(fā)射器或者可見(jiàn)激光發(fā)射器；所述圖像傳感器為CXD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6任一所述的探測(cè)自移動(dòng)機(jī)器人周邊障礙物的探測(cè)裝置，其特征在于所述探測(cè)裝置還包括信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元接收所述圖像傳感器發(fā)送的信號(hào)，計(jì)算周邊物體與所述自移動(dòng)機(jī)器人之間的距離，并將該距離存儲(chǔ)或輸出。
8.一種自移動(dòng)機(jī)器人，包括機(jī)器人本體、驅(qū)動(dòng)輪、功能單元和控制單元，其特征在于還包括如權(quán)利要求I所述的探測(cè)裝置，所述探測(cè)裝置將探測(cè)到的信號(hào)發(fā)送給所述控制單J Li ο
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述探測(cè)裝置或所述控制單元還包括信號(hào)處理單元，用于計(jì)算周邊物體與所述自移動(dòng)機(jī)器人之間的距離，并將該距離存儲(chǔ)或輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述控制單元內(nèi)設(shè)有預(yù)定距離值；當(dāng)所述信號(hào)處理單元計(jì)算出的周邊物體與所述自移動(dòng)機(jī)器人之間的距離等于或小于該預(yù)定距離值時(shí)，所述控制單元控制所述驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)向或停止工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種探測(cè)自移動(dòng)機(jī)器人周邊障礙物的探測(cè)裝置以及帶有該探測(cè)裝置的自移動(dòng)機(jī)器人。所述探測(cè)裝置設(shè)置于自移動(dòng)機(jī)器人本體上，其包括光學(xué)發(fā)射器和圖像傳感器光學(xué)發(fā)射器為線性光學(xué)發(fā)射器，圖像傳感器接收由光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的反射信號(hào)，光學(xué)發(fā)射器的發(fā)射光線與圖像傳感器的中心線形成大于0°的角度α，光學(xué)發(fā)射器發(fā)射至自移動(dòng)機(jī)器人周邊的物體的線性光線與水平面形成大于0°的角度。本發(fā)明探測(cè)裝置發(fā)射至物體上的是線性光線，光學(xué)發(fā)射器發(fā)射一線性光線后，總有至少一個(gè)反射光點(diǎn)會(huì)被圖像傳感器所接收，因此，本發(fā)明探測(cè)裝置的可靠性、穩(wěn)定性十分好，應(yīng)用在自移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)品上成效十分明顯。
文檔編號(hào)G01C3/24GK102866433SQ20111018677
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
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