本實用新型涉及一種掃地機器人智能避障及定位領(lǐng)域，特別是涉及一種掃地機器人避障定位系統(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)劃是機器人領(lǐng)域目前研究的重要課題，掃地機器人為了更好的完成任務(wù)，要生成一個它的工作環(huán)境地圖，然后根據(jù)對此環(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。

目前市場流行的掃地機器人是基于碰撞傳感器的接觸式導(dǎo)航的，掃地機器人在發(fā)生碰撞后即轉(zhuǎn)換工作路徑，由于無法對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。并且和易碎物發(fā)生碰撞時會造成危險或損失。

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

超聲波測距方法首先由超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，遇到障礙物時即返回到接收器中，根據(jù)發(fā)射接收的信號差，基于聲波的傳播速度從而計算出到目標的距離；但是超聲波測距：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距盲區(qū)，3）而且在不平滑的固體物如室內(nèi)的地毯上無法正常的發(fā)射信號和接收信號。

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

綜上所述，對于掃地機器人，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，在實際的應(yīng)用中尚有很多問題需要解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案，是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，本實用新型包括：殼體、紅外光發(fā)射模塊、紅外光發(fā)射透鏡組、光信號處理單元、掃地機器人行走控制模塊、單相直流電機、定比平行軸齒輪箱，滑環(huán)及對應(yīng)的驅(qū)動電路；其中，紅外光發(fā)射模塊接收到測量命令后，以電流調(diào)制方式驅(qū)動紅外LED發(fā)出860 nm紅外線，經(jīng)過紅外光發(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)過紅外光接收透鏡組后，將信號發(fā)送至光信號處理單元；光信號處理單元將接收到的紅外光與發(fā)出的紅外光進行比相，使用TOF法計算得到相對距離，然后將距離值傳送給掃地機器人行走控制模塊；單相直流電機通過定比平行軸齒輪箱帶動包括紅外光發(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處理單元的TOF測距系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)。

本實用新型中，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處理單元的TOF測距系統(tǒng)會一直保持快速旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的過程中系統(tǒng)可以完成對周圍有效半徑的360度快速掃描，從而發(fā)現(xiàn)障礙，然后對掃地機器人發(fā)出調(diào)整位置的指令，避免對周圍的人或財物造成傷害。

本實用新型中，信號處理模塊，由光電轉(zhuǎn)換電路、放大器等組成，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換、放大、輸入阻抗匹配、自動增益控制等功能。經(jīng)障礙物反射回來的紅外光波聚焦在光信號處理單元后，光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)阻抗變換放大器與主放大器耦合，由差動放大器作互補輸出。同時為了使系統(tǒng)保持穩(wěn)定工作狀態(tài)，依靠單片機，采用了較大范圍的自動增益控制，進行動態(tài)補償。

在其中的一實施例中，光信號處理單元將得到的距離值通過無線裝置傳輸至掃地機器人的行走控制模塊，不經(jīng)過滑環(huán)；無線信號傳輸裝置為藍牙模塊，Wi-Fi模塊，NRF24L01模塊或紅外模塊。

在其中的一實施例中，單相直流電機外有磁屏蔽組件，用于避免電機的漏磁干擾。

在其中的一實施例中，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)。

在其中的一實施例中，光信號處理單元為TOF計算距離的芯片。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

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

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

本實用新型所述的一種掃地機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。

附圖說明

圖1為本實用新型的工作原理圖。

圖2為本實用新型的示意圖。

圖3為本實用新型的一種實例的爆炸示意圖。

圖4為本實用新型的一種實例的結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步詳細描述本實用新型的技術(shù)方案，但本實用新型的保護范圍不局限于以下所述。

如圖2、圖4所示，在本實用新型的一個實例中，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，光信號處理單元4，單相直流電機5，定比平行軸齒輪箱，滑環(huán)和對應(yīng)的驅(qū)動電路組成。

(1)紅外發(fā)射模塊1接收到測量命令后，以電流調(diào)制方式驅(qū)動紅外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發(fā)送至光信號處理器。

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

本實用新型中，TOF測距系統(tǒng)會一直保持快速旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的過程中系統(tǒng)可以完成對周圍有效半徑的360度快速掃描，從而發(fā)現(xiàn)障礙，然后對掃地機器人發(fā)出調(diào)整位置的指令，避免對周圍的人或財物造成傷害。

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