專利名稱：探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置及自移動機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置，以及帶有該探測裝置的自移動機(jī)器人。
背景技術(shù)：
三角激光測距的原理是發(fā)射一個點激光源，反射后由圖像傳感器接收，通過發(fā)射和接收的兩個角度算出目標(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，由此再計算出距離。如圖2所示，激光三角測距儀主要由一個光學(xué)發(fā)射器和光學(xué)接收器組成。激光三角測距儀采用三角原理測距，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，電荷耦合元件)。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后形成點光源會被反射回來。紅外線發(fā)射器的反射光線14被CCD圖像傳感器11檢測到后會獲得一個偏移值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，通過幾何關(guān)系，計算出光學(xué)接收器與物體的距離D。現(xiàn)有技術(shù)中，采用圖1中的三角測距儀感測障礙物時，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的光束。激光測距儀在實際使用時，通常采用點激光源來發(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)或者工作時儀器的抖動，會造成光學(xué)發(fā)射器和光學(xué)接收器不在一個平面上，使得反射回來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)射回來的激光不能被光學(xué)接收器所接收到，測距儀上讀取不到數(shù)據(jù)，導(dǎo)致清潔機(jī)器人不能及時地感測到障礙物，大大降低其可靠性。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置，提高測量的可靠性、穩(wěn)定性。具體說，本實用新型提供一種探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置，所述探測裝置設(shè)置于自移動機(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)射至所述自移動機(jī)器人周邊的物體的反射信號，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。[0008]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)射器或者可見激光發(fā)射
ο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，所述探測裝置還包括信號處理單元，所述信號處理單元接收所述圖像傳感器發(fā)送的信號，計算周邊物體與所述自移動機(jī)器人之間的距離，并將該距離存儲或輸
出ο本實用新型還提供一種帶有上述探測裝置的自移動機(jī)器人，保證自移動機(jī)器人能及時探測到障礙物，提高其可靠性。具體地說，本實用新型帶有上述探測裝置的自移動機(jī)器人的技術(shù)方案如下一種自移動機(jī)器人，包括機(jī)器人本體、驅(qū)動輪、功能單元和控制單元，還包括上述的探測裝置，探測裝置將探測到的信號發(fā)送給所述控制單元。探測裝置或控制單元還包括信號處理單元，用于計算周邊物體與所述自移動機(jī)器人之間的距離，并將該距離存儲或輸出?？刂茊卧獌?nèi)設(shè)有預(yù)定距離值；當(dāng)所述信號處理單元計算出的周邊物體與所述自移動機(jī)器人之間的距離等于或小于該預(yù)定距離值時，所述控制單元控制所述驅(qū)動輪轉(zhuǎn)向或停止工作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型探測裝置中的光學(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)過物體反射后，圖像傳感器接收到反射光，隨之通過測距得出目標(biāo)距離。由于本實用新型探測裝置發(fā)射的是線性光線，因此，不論自移動機(jī)器人是否在移動過程出現(xiàn)抖動或者在產(chǎn)品組裝過程中出現(xiàn)裝配不良等問題，光學(xué)發(fā)射器發(fā)射一線性光線后，總有至少一個反射光點會被圖像傳感器所接收，因此，本實用新型探測裝置的可靠性、 穩(wěn)定性十分好，應(yīng)用在自移動機(jī)器人產(chǎn)品上成效十分明顯。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)發(fā)射器發(fā)射點光源示意圖；圖2為三角測距儀工作原理圖；圖3本實用新型中探測裝置實施例一示意圖(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為本實用新型探測裝置實施例二示意圖(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為本實用新型自移動機(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為本實用新型自移動機(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12.紅外線發(fā)射器的發(fā)射光線14.紅外線發(fā)射器的反射光線20.光學(xué)發(fā)射器30.機(jī)器人本體50.物體80.圖像傳感器的中心線
具體實施方式
實施例1如圖5所示，本實用新型探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置設(shè)置于自移動機(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，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。CXD圖像傳感器又稱為電荷耦合元件；CMOS圖像傳感器的英文全稱Complementary Metal Oxide Semiconductor，又稱為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體。CCD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)射至自移動機(jī)器人周邊的物體的反射信號，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。本實用新型采用的測距原理是三角測距原理，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， 圖像傳感器接收光學(xué)發(fā)射器信號的能力會更強(qiáng)些。本實施例中，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度即為圖像傳感器21接收反射光的上下限檢測位置的高度，探測裝置有效作用的工作機(jī)率最高，探測效果最好。 本實用新型中，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，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
11. CXD圖像傳感器
13. CXD圖像傳感器的中心線
60.濾鏡
21.圖像傳感器
40.驅(qū)動輪
70.線性光線
90.光學(xué)發(fā)射器的發(fā)射光線
6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， 當(dāng)自移動機(jī)器人水平行進(jìn)時，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后可被圖像傳感器21探測到，則自移動機(jī)器人依據(jù)探測裝置探測到的信號，執(zhí)行閃避動作或者停止移動。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，使得探測裝置總能感測到障礙物。探測裝置還包括信號處理單元，信號處理單元接收圖像傳感器21發(fā)送的信號，計算周邊物體50與自移動機(jī)器人之間的距離，并將該信息存儲或輸出。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，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)射器的光線信號也弱于圖像傳感器與光學(xué)發(fā)射器位于同一平面時的光線信號，但總體而言，也能達(dá)到基本相同的效果。實施例2實施例2的技術(shù)方案與實施例1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，仍使得探測裝置可探測到物體，從而大大提高探測裝置的可靠性。本實用新型中的探測裝置應(yīng)用于自移動機(jī)器人中，如圖5-6所示，本實用新型自移動機(jī)器人包括機(jī)器人本體30、驅(qū)動輪40、功能單元、控制單元和設(shè)置在機(jī)器人本體上的探測裝置，探測裝置將探測到的信號發(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)自移動機(jī)器人上設(shè)有的功能單元為清潔單元時，自移動機(jī)器人在自移動的過程中，可以實現(xiàn)對待清潔表面進(jìn)行清潔維護(hù)的功能。當(dāng)自移動機(jī)器人上設(shè)有的功能單元為打蠟單元時，自移動機(jī)器人在自移動的過程中，可以實現(xiàn)對待打蠟表面進(jìn)行打蠟處理的功能。當(dāng)自移動機(jī)器人上設(shè)有的功能單元為空氣凈化單元時，自移動機(jī)器人在自移動的過程中，可以實現(xiàn)對待凈化的空間進(jìn)行空氣凈化的作用。當(dāng)自移動機(jī)器人上設(shè)有的功能單元為安保單元時，自移動機(jī)器人可以在自移動的過程中，對待安全檢查的區(qū)域進(jìn)行類似有煤氣泄漏、火災(zāi)等安全報警功能。本實用新型自移動機(jī)器人中的機(jī)器人本體、驅(qū)動輪、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。在自移動機(jī)器人中，探測裝置或控制單元還包括信號處理單元，用于計算周邊物體與自移動機(jī)器人之間的距離，并將該距離存儲或輸出?？刂茊卧獌?nèi)設(shè)有預(yù)定距離值；當(dāng)信號處理單元計算出的周邊物體與自移動機(jī)器人之間的距離等于或小于該預(yù)定距離值時，控制單元控制驅(qū)動輪轉(zhuǎn)向或停止工作。
權(quán)利要求1.一種探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置，所述探測裝置設(shè)置于自移動機(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)射至所述自移動機(jī)器人周邊的物體的反射信號，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1所述的探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置，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1所述的探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置，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1所述的探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置，其特征在于角度α為5° 30°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置，其特征在于角度α為5° 15°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置，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°。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置，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°。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置，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。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置，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)射器或者可見激光發(fā)射器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置，其特征在于所述圖像傳感器為CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10任一所述的探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置，其特征在于所述探測裝置還包括信號處理單元，所述信號處理單元接收所述圖像傳感器發(fā)送的信號，計算周邊物體與所述自移動機(jī)器人之間的距離，并將該距離存儲或輸出。
12.—種自移動機(jī)器人，包括機(jī)器人本體、驅(qū)動輪、功能單元和控制單元，其特征在于 還包括如權(quán)利要求1所述的探測裝置，所述探測裝置將探測到的信號發(fā)送給所述控制單兀。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自移動機(jī)器人，其特征在于所述探測裝置或所述控制單元還包括信號處理單元，用于計算周邊物體與所述自移動機(jī)器人之間的距離，并將該距離存儲或輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的自移動機(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)所述信號處理單元計算出的周邊物體與所述自移動機(jī)器人之間的距離等于或小于該預(yù)定距離值時，所述控制單元控制所述驅(qū)動輪轉(zhuǎn)向或停止工作。
專利摘要本實用新型涉及一種探測自移動機(jī)器人周邊障礙物的探測裝置以及帶有該探測裝置的自移動機(jī)器人。所述探測裝置設(shè)置于自移動機(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)射至自移動機(jī)器人周邊的物體的反射信號，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。本實用新型探測裝置發(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，總有至少一個反射光點會被圖像傳感器所接收，因此，本實用新型探測裝置的可靠性、穩(wěn)定性十分好，應(yīng)用在自移動機(jī)器人產(chǎn)品上成效十分明顯。
文檔編號G01V8/12GK202141815SQ201120234729
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
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