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避障机器人的设计
　　避障机器人的设计 中国论文网 /8/view-5921933.htm　　葛先雷 南京化工职业技术学院 　　【摘 要】在机器人避障问题中，为了便对周围的事物和环境作出判断，机器人在不同的方向上都安装有传感器。由于不同的传感器上接受着不同的信息，传感器越多，对同一事物反馈的信息越多，必然会引起冲突现象的发生，直接影响了机器人对周围事物的正确判断和避障的效率。因此，冲突分解能力的好坏就成了机器人准确、高效避障的关键。在各种冲突分解算法中，树形算法是一种较有效的分解方法，所以本文以轮式机器人的避障问题作为研究对象，在对典型障碍物避障试验中大量试验数据分析的基础上，使用了二叉树冲突分解的方法对避障问题进行了分析和研究，运用基于二叉树冲突分解的避障方法，并且在单片机轮式机器人上进行了实验验证。 　　【关键词】机器人；避障；冲突分解；树形算法；二叉树 　　1.引言 　　机器人作为人类的新型生产工具，在减轻劳动强度，提高生产率，改变生产模式，把人从危险、恶劣、繁重的工作环境下解放出来等方面，显示出极大的优越性。机器人的应用越来越广泛，几乎渗透到所有领域。 　　2.硬件设计 　　2.1 机器人系统的构成 　　基于传感器路径规划的机器人是一面行走，一面规划。当碰到未知障碍物时就进行回避[2]。机器人系统的结构由机器人的机构部分、传感器组、控制部分及信息处理部分组成。机器人的外貌有的像人，有的却并不具有人的模样，但其组成与人很相似。机构部分包括机械手和移动机构，机械手相当于人手一样，可完成各种工作；移动机构相当于人的脚，机器人靠它来”走路”。感知机器人自身或外部环境变化信息的传感器是它的感觉器官，相当于人的眼、耳、皮肤等，它包括内传感器和外传感器。电脑是机器人的指挥中心，相当于人脑或中枢神经，它能控制机器人各部位协调动作；信息处理装置（电子计算机），是人与机器人沟通的工具，可根据外界的环境变化、灵活变更机器人的动作。 　　2.2 单片机控制原理介绍和分析 　　单片微型计算机就是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此，一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。 　　在单片机机器人中，单片机相当于机器人的大脑和指挥中心，是机器人中最重要的部分。在内部它控制机器人上各个部件的协调动作；对外部，通过采集和分析机器人上的各种传感器传回的数据，随着外部环境变化，不断的进行信息反馈和调整，以便灵活调整机器人的动作，顺利完成预定的任务。下面是AVR单片机结构方块图（图1），也是大多数单片机机器人大脑的基本结构。 　　图1 AVR单片机结构方块图 　　2.3 轮式寻迹机器人各组成部件控制原理 　　2.3.1 伺服电动机的控制原理 　　机器人控制的电机一般分为“闭环控制”和“开环控制”两大类，开环常用的是步进电机，闭环控制上常用的是伺服电机。伺服电动机是一种根据控制信号的要求而执行动作的电动机。在自动控制系统中作为执行原件。它将输入的电压信号转变成转轴的角位移或角速度，因此非常适合于单片机控制。标准的微型伺服电动机有三条控制线，分别为电源、地及控制线。电源线和地线用于提供内部的直流马达和控制线路所需的能量，电压一般在4V～6V之间。 　　2.3.2 光栅位移检测传感器控制原理 　　光栅是等节距的透光和不透光的刻线均匀相间排列构成的光学元件，也可说是一种在基体上刻制有等间距的均匀分布条纹的光学元件。光栅的表面刻有规则排列和规则形状的刻线，这些刻线可以是透光的（透射式）或不透光的（反射式）。常用的光栅传感器的刻线多属于黑白型的，这种刻线（或称栅线）的白色宽度为a，黑色宽度为b，通常情况下a=b。一般a+b称为光栅栅距，或称为光栅常数。 　　当光栅运动时，光电元件测条纹的移动，通过脉冲计数得到位移的度量。 　　光电传感器原理：电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器，接收器和检测电路。 　　图2 光电传感器原理图 　　2.4 移动机器人实验各组成部分介绍平台组成 　　2.4.1 平台组成 　　机器人实验平台由底盘、兼容51平台AVR-ISP下载实验板（带ATmega8515L）、2个红外线避障传感器、232串口、1个寻迹传感器、PS/2键盘口、低惯性强力减速电机、车轮编码盘组合、蜂鸣器、七段数码LED显示器等部件组成[1]，如图3。 　　图3 机器人实验平台 　　2.4.2 程序设计 　　编程环境： 　　Microsoft Windowns XP sp2操作系统 　　ATMEL CodeVisionAVR单片机编程开发环境Version 1.24.1d standard 　　AVR-ISP编程下载程序PonyProg2000 Version 2.06c Beta 　　首先我们将S10、S01、S00三种情况先看作成功避障，未成功避障（），首先我们先建立如下的规则： 　　①S00、S10、S01、S11四种情况的优先等级所示： 　　②当优先等级相同的情况出现时，随机选择向左或向右旋转。 　　③在任何情况下，如果碰到S00出现，则选择S00分支，不再进行判断，直接跳出循环。 　　④α定义为探测角，β定义为旋转角，且β=2α 　　⑤右手法则：如果出现S10的情况，即左侧光感检测到障碍物，右侧光感没有检测到障碍物，则机器人向右旋转β度角。左手法则：如果出现S01的情况，即左侧光感没有检测到障碍物，右侧光感检测到障碍物，则机器人向左旋转β度角。
　　⑥当连续出现内容相同的同优先级情况时，后几次的旋转方向与第一次相同。 　　图4 成功避障程序流程图 　　机器人避障实验结果的轨迹如图5场景1～场景5。 　　图5 机器人避障实验结果的轨迹 　　3.总结 　　在避障过程中，移动机器人常会面临无法事先预测的复杂环境以及环境本身的瞬息变化。目前移动机器人基本上都是依靠传感器来对外界的环境进行感知和判断，由于使用单光感收集到的信息量太少，经常不能对周围的环境和障碍物进行准确的判断。为了准确的判断机器人所处的环境和障碍物的情况，在当前的移动机器人上，一般都使用多个传感器同时对环境和障碍物进行感知和判断。由于多个传感器的同时存在，每个传感器发回处理器的信息存在冲突的现象经常发生而且不可避免，严重影响了机器人的避障效率和准确性，导致在避障问题上还存在不少问题。本文使用二叉树冲突分解的方法对机器人避障的问题进行研究和分析，实现机器人的高效和安全避障，是在这一领域有益的探索。 　　参考文献： 　　[1]CAPETANAKIS J I.Tree Algorithms for Packet Broadcast Channels[J].IEEE Transactions on Information Theory，）：505-515. 　　[2]黄建成，谢海，徐秉铮.分解信息包冲突的随机树形协议[J].通信学报，）：21-28. 　　[3]赵东风，李必海，郑苏民.二叉树形冲突分解算法研究[J].电子科技大学学报，）：260-264. 　　[4]赵东风，宗容.三叉树形冲突分解算法研究[J].应用科学学报，）：89-91. 　　[5]黄华伟，赵东风，候芬.二叉树形冲突分解改进算法分析[J].云南大学学报（自然科学版），）： 　　67-70. 　　[6]历茂海，洪炳?.一种鲁棒的室内移动机器人定位方法[J].计算机工程与应用，2005，4. 　　[7]周浦城，洪炳?，杨敬辉.基于混沌遗传算法的移动机器人路径规划方法[J].哈尔滨工业大学学报，）. 　　[8]李磊，叶涛，谭民，陈细军.移动机器人技术研究现状与未来[J].机器人，）：475-480. 　　[9]景奉水，谭民等编.船体分段位姿找正对接系统――一个多机器人协调操作系统的实现[J].自动化学报，28（5）. 　　[10]北京大学信息科学技术学院智能科学系，林飞（硕士研究生学位论文，导师：刘宏，查红彬）.基于实时全局视觉的足球机器人比赛数据分析系统[D].2004，5. 　　[11]张明路.一种基于多组传感器信息的移动机器人的避障新方法[J].自动化学报，1998，Vol.24（5）. 　　作者简介：葛先雷（1970―），男，现供职于南京化工职业学院自动控制系，主要研究方向：通信电子。
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扫地机器人避障、定位系统及方法
避障、定位系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种扫地机器人避障、定位系统及方法，由九段组成，方向检测组件为三轴传感器，各马达的外表面包覆有组件。距离检测组件包括多极（16）和（17），多极磁环（16）外壁上包覆有磁屏蔽层（18）。本发明将扫地机器人半圆形前罩分割成九段进行碰撞检测，可准确、具体地识别碰撞方位。采用三轴磁阻传感器实现方向检测，结构简单、成本低廉，且通过磁屏蔽组件紧罩住马达，进一步降低了马达的干扰。采用霍尔传感器配合万向轮实现测距，结构简单且成本低，采取严格的磁屏蔽处理，有效避免马达的漏磁干扰，多极磁环磁屏蔽层还可将多极磁环上产生的磁场约束在霍尔传感器检测的径向范围内，测距准确度高。
【专利说明】扫地机器人避障、定位系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能领域，特别是涉及一种扫地机器人避障、定位系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着人们生活水平的不断提高，智能的应用越来越广泛，而且具有非常广阔的市场前景。扫地机器人，又称自动打扫机、、等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的，自动在房间内完成地板清理工作。一般采用刷扫和真空方式，将地面杂物先吸纳进入自身的垃圾收纳盒，从而完成地面清理的功能。扫地机器人最早在欧美市场进行销售，随着国内生活水平的提高，逐步进入中国市场。
[0003]现有扫地机器人的工作方式主要分为两类:定位引擎和随机碰撞:
(一)定位引擎可分为:偏移检测式定位引擎和式定位引擎:
1)偏移检测式定位引擎:美国公司的北极星室内定位系统；
2)边界扫描式定位引擎:韩国、LG公司为代表的和NeatoXV-1l的RPS激光绘图。
[0004]基于定位引擎的产品技术门槛较高，特别是对定位系统的硬件检测精度有着较为严格的要求，成本较高，所以目前国产扫地机器人产品中暂时还没有搭载定位引擎的高端产品问世。
[0005]( 二)随机碰撞
目前国内扫地机器人产品常用的避障机制是随机碰撞，随机碰撞式扫地机器人在发生碰撞后以随机角度转向，无法做出智能转向判断，因此存在重复清洁、清洁覆盖率低、清洁效率低下等缺点。
[0006]现有随机碰撞扫地机器人前障探测采用的是红外加前杠碰撞装置，以感应前方障碍物，为机器的转向提供依据。
[0007]A.红外检测方式的缺陷:现有扫地机器人前撞红外检测都采用3段式(左、中、右)红外结构，由于红外的发射及接收都具有很强的方向性，因此:
a)红外探测的角度很受限制:在红外探测夹角内，体积较大、反射能力较强的物体能被检测到，但是对于体积较小的小物体(如桌椅的腿等)一般探测不到，透明的玻璃门、玻璃鱼缸等也无法有效检测；
b)红外探测的方位很受限制:探测到前方障碍物时，仅能知道障碍物位于机器人的左边、中间还是右边，对于障碍物相对方位的检测不够具体；
c)对窗帘、下垂的床单常误判。
[0008]B.前杠碰撞装置的缺陷:由于采用的是一整块碰撞装置，仅能识别是左侧或右侧发生碰撞，无法准确有效地提供碰撞，且对正前方的障碍物经常出现误判。
【发明内容】[0009]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可准确检测障碍物碰撞方位的扫地机器人避障、定位系统及方法，将扫地机器人半圆形前罩分割成九段碰撞检测单元，通过读取每个碰撞检测单元的信号，准确、具体地识别碰撞方位；通过万向轮实现测距，且采取严格的磁屏蔽处理，避免马达的漏磁干扰，避障、定位准确度高，且成本较低。
[0010]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:扫地机器人避障、定位系统，它包括碰撞检测组件、方向检测组件、距离检测组件、沿墙检测组件、MCU和行走驱动组件，碰撞检测组件、方向检测组件、距离检测组件和沿墙检测组件分别与微控制器MCU的采样信号输入端连接，微控制器MCU的控制信号输出端连接行走驱动组件。
[0011]所述的碰撞检测组件设置于扫地机器人前端，由至少三个碰撞检测单元组成，每个碰撞检测单元包括弧形活动罩和与弧形活动罩相配合的固定检测器，各碰撞检测单元的弧形活动罩组合构成扫地机器人前端的半圆形前罩。
[0012]所述的碰撞检测单元设置有九个，各碰撞检测单元之间的夹角为20°，九个碰撞检测单元的九段弧形活动罩组合构成扫地机器人前端的半圆形前罩。
[0013]所述的碰撞检测单元为，轻触开关固定安装在塑胶基座上，轻触开关与弧形活动罩之间通过弹簧连接，弧形活动罩与塑胶基座之间的间隙中填充有防潮海绵层。
[0014]所述的碰撞检测单元为叉指电容，包括叉指电容PCBlayout层、PCB绝缘层和塑胶件，塑胶件的外侧设置有防损硅胶条，塑胶件的内侧设有金属镀层，金属镀层与叉指电容PCBlayout层之间填充有弹性防潮海绵层，叉指电容PCBlayout层的内侧依次设置有PCB绝缘层和反面屏蔽层。
[0015]所述的方向检测组件为三轴磁阻传感器；所述的行走驱动组件包括多个马达，各马达的外表面包覆有磁屏蔽组件。通过对马达的磁屏蔽，阻止马达漏磁干扰对三轴磁阻传感器产生影响。进一步地，三轴磁阻传感器将远离干扰源安装在扫地机器人上壳中心位置上。
[0016]所述的距离检测组件设置于万向轮上，包括设置于万向轮中轴上的多极磁环和设置于多极磁环两端的霍尔传感器，多极磁环的外壁上包覆有磁屏蔽层。
[0017]所述的沿墙检测组件设置于扫地机器人的左右两个侧边上，包括红外发射器和红外接收器，红外发射器和红外接收器分别与微控制器MCU电连接。
[0018]扫地机器人避障、定位方法，它包括以下步骤:
S1:扫地机器人在行进过程中，障碍物撞到半圆形前罩上某一段弧形活动罩上，该段弧形活动罩受压向固定检测器位移，固定检测器检测到弧形活动罩的位移，从而检测到发生碰撞的具体方位，记录碰撞时刻扫地机器人所处坐标位置；
S2:微控制器MCU根据碰撞方位计算出扫地机器人的横向避障距离XO及纵向避障距离
53:微控制器MCU控制行走驱动组件驱动扫地机器人在纵向方向上后退距离Y0，后退的距离由距离检测组件确定；
54:微控制器MCU控制行走驱动组件驱动扫地机器人向左旋转90°，再横向前进距离
55:障碍物撞到与第一次碰撞的弧形活动罩相对称的弧形活动罩上,微控制器MCU继续控制扫地机器人向左旋转，直到沿墙检测组件检测到沿墙信号为止，记录扫地机器人所旋转的角度；
S6:微控制器MCU根据沿墙检测组件检测到的沿墙信号控制扫地机器人沿障碍物行走，直到沿墙信号消失为止，沿障碍物行走过程中，距离检测组件记录扫地机器人所行走的距离，即为障碍物的长度；
S7:结合扫地机器人所旋转的角度，计算出扫地机器人在横向、纵向两个方向上移动的距离，再结合碰撞时刻扫地机器人所处坐标位置，计算得到避障后扫地机器人所处的坐标位置。
[0019]所述距离检测组件实现距离检测的步骤包括以下子步骤:
551:万向轮滚动过程中带动多极磁环在两端霍尔传感器之间滚动；
552:微控制器MCU根据霍尔传感器输出的信号计算出万向轮的转速；
553:结合万向轮的外径周长计算出扫地机器人的即时行走速度；
554:结合行走时间计算出扫地机器人行走的距离。
[0020]本发明的有益效果是:
I)将扫地机器人半圆形前罩分割成九段碰撞检测单元，通过读取每个碰撞检测单元的信号可准确、具体地识别碰撞方位，为机器人的智能判断及转向提供了可靠了物理依据。
[0021]2)弧形活动罩与塑胶基座，或是金属镀层与叉指电容PCBlayout层之间均设置有弹性防潮海绵层，不仅为弧形活动罩提供了复位的回弹力，而且可有效起到防潮作用，保护碰撞检测单元内部电路。
[0022]3)叉指电容PCBlayout层内侧设置有PCB绝缘层和反面屏蔽层，增加了叉指电容工作的可靠性。
[0023]4)采用三轴磁阻传感器实现方向检测，结构简单、成本低廉，且各马达的外表面包覆有磁屏蔽组件，通过对马达的磁屏蔽，阻止马达漏磁干扰对三轴磁阻传感器产生影响；进一步地，三轴磁阻传感器远离干扰源安装在扫地机器人上壳中心位置上，进一步降低了马达漏磁干扰对三轴磁阻传感器的影响。
[0024]5)采用霍尔传感器配合万向轮实现测距，结构简单且成本较低，采取严格的磁屏蔽处理，磁屏蔽层可将多极磁环上产生的磁场约束在霍尔传感器检测的径向范围内，测距准确度高。
[0025]6)传统扫地机器人在完成随机避障后就不知道其自身所处位置了，无法实现重新定位，无法继续后续的智能控制；而本发明在避障过程中可精确识别和记录其相对避障前运动的角度和距离，从而可实现避障后的精确重新定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明系统结构示意框图；
图2为本发明碰撞检测组件结构示意图；
图3为轻触开关型碰撞检测单元结构示意图；
图4为叉指电容型碰撞检测单元结构示意图；
图5为本发明距离检测组件结构示意图；
图6为本发明沿墙检测组件结构示意图；
图7?11为本发明避障、定位过程中扫地机器人与障碍物相对位置关系示意图； 图中，1-弧形活动罩，2-固定检测器，3-套杆，4-弹簧，5-触片，6-塑胶基座，7-防潮海绵层，8-叉指电容PCBlayout层，9- PCB绝缘层，10-塑胶件，11-防损硅胶条，12-金属镀层，13-弹性防潮海绵层，14-反面屏蔽层，15-万向轮，16-多极磁环，17-霍尔传感器，18-磁屏蔽层。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0028]如图1所示，扫地机器人避障、定位系统，它包括碰撞检测组件、方向检测组件、距离检测组件、沿墙检测组件、微控制器MCU和行走驱动组件，碰撞检测组件、方向检测组件、距离检测组件和沿墙检测组件分别与微控制器MCU的采样信号输入端连接，微控制器MCU的控制信号输出端连接行走驱动组件。
[0029]所述的碰撞检测组件设置于扫地机器人前端，由至少三个碰撞检测单元组成，每个碰撞检测单元包括弧形活动罩I和与弧形活动罩I相配合的固定检测器2，各碰撞检测单元的弧形活动罩I组合构成扫地机器人前端的半圆形前罩。
[0030]如图2所示，所述的碰撞检测单元设置有九个，各碰撞检测单元之间的夹角为20°，九个碰撞检测单元的九段弧形活动罩I组合构成扫地机器人前端的半圆形前罩。
[0031]如图3所示，所述的碰撞检测单元为轻触开关，轻触开关固定安装在塑胶基座6上，轻触开关与弧形活动罩I之间通过弹簧4连接，弹簧4 一端固定安装在弧形活动罩I上，另一端套接在轻触开关的套杆3上，未发生碰撞时弹簧4不对触片5产生压力；发生碰撞时，弹簧4受压，对触片5产生压力，轻触开关接通。弧形活动罩I与塑胶基座6之间的间隙中填充有防潮海绵层7。弧形活动罩I的外侧也设置有用于防磨损的硅胶条。
[0032]如图4所示，所述的碰撞检测单元为叉指电容，包括叉指电容PCBlayout层8、PCB绝缘层9和塑胶件10，塑胶件10的外侧设置有防损硅胶条11，塑胶件10的内侧设有金属镀层12，金属镀层12与叉指电容PCBlayout层8之间填充有弹性防潮海绵层13，叉指电容PCBlayout层8的内侧依次设置有PCB绝缘层9和反面屏蔽层14。
[0033]所述的方向检测组件为三轴磁阻传感器；所述的行走驱动组件包括多个马达，各马达的外表面包覆有磁屏蔽组件。通过对马达的磁屏蔽，阻止马达漏磁干扰对三轴磁阻传感器产生影响。进一步地，三轴磁阻传感器将远离干扰源安装在扫地机器人上壳中心位置上。
[0034]如图5所示，所述的距离检测组件设置于万向轮15上，包括设置于万向轮15中轴上的多极磁环16和设置于多极磁环16两端的霍尔传感器17，多极磁环16的外壁上包覆有磁屏蔽层18。
[0035]如图6所示，所述的沿墙检测组件设置于扫地机器人的左右两个侧边上，包括红外发射器和红外接收器，红外发射器和红外接收器分别与微控制器MCU电连接，红外发射器与红外接收器之间有一定夹角，红外发射器发射的红外信号经墙体或障碍物反射后，由红外接收器接收。
[0036]扫地机器人避障、定位方法，它包括以下步骤:
S1:扫地机器人在行进过程中，障碍物撞到半圆形前罩上某一段弧形活动罩I上，该段弧形活动罩I受压向固定检测器2位移，固定检测器2检测到弧形活动罩I的位移，从而检测到发生碰撞的具体方位，记录碰撞时刻扫地机器人所处坐标位置；
52:微控制器MCU根据碰撞方位计算出扫地机器人的横向避障距离XO及纵向避障距离YO (如图7所示)；
53:微控制器MCU控制行走驱动组件驱动扫地机器人在纵向方向上后退距离YO (如图8所示)，后退的距离由距离检测组件确定；
54:微控制器MCU控制行走驱动组件驱动扫地机器人向左旋转90° (如图9所示)，再横向前进距离XOl (如图10所示)；
55:障碍物撞到与第一次碰撞的弧形活动罩相对称的弧形活动罩上,微控制器MCU继续控制扫地机器人向左旋转，直到沿墙检测组件检测到沿墙信号为止，记录扫地机器人所旋转的角度(如图11所示);
S6:微控制器MCU根据沿墙检测组件检测到的沿墙信号控制扫地机器人沿障碍物行走，直到沿墙信号消失为止，沿障碍物行走过程中，距离检测组件记录扫地机器人所行走的距离，即为障碍物的长度；
S7:结合扫地机器人所旋转的角度(即机身与东西南北方向的夹角)，计算出扫地机器人在横向、纵向两个方向上移动的距离(即扫地机器人在东西方向移动的距离Xl和南北方向移动的距离Y1)，再结合碰撞时刻扫地机器人所处坐标位置，计算得到避障后扫地机器人所处的坐标位置(如图11所示)。
[0037]所述距离检测组件实现距离检测的步骤包括以下子步骤:
551:万向轮15滚动过程中带动多极磁环16在两端霍尔传感器17之间滚动；
552:微控制器MCU根据霍尔传感器17输出的信号计算出万向轮15的转速；
553:结合万向轮15的外径周长计算出扫地机器人的即时行走速度；
554:结合行走时间计算出扫地机器人行走的距离。
[0038]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.扫地机器人避障、定位系统，其特征在于:它包括碰撞检测组件、方向检测组件、距离检测组件、沿墙检测组件、微控制器MCU和行走驱动组件，碰撞检测组件、方向检测组件、距离检测组件和沿墙检测组件分别与微控制器MCU的采样信号输入端连接，微控制器MCU的控制信号输出端连接行走驱动组件。
2.根据权利要求1所述的扫地机器人避障、定位系统，其特征在于:所述的碰撞检测组件设置于扫地机器人前端，由至少三个碰撞检测单元组成，每个碰撞检测单元包括弧形活动罩(I)和与弧形活动罩(I)相配合的固定检测器(2)，各碰撞检测单元的弧形活动罩(I)组合构成扫地机器人前端的半圆形前罩。
3.根据权利要求2所述的扫地机器人避障、定位系统，其特征在于:所述的碰撞检测单元设置有九个，各碰撞检测单元之间的夹角为20°，九个碰撞检测单元的九段弧形活动罩(I)组合构成扫地机器人前端的半圆形前罩。
4.根据权利要求2所述的扫地机器人避障、定位系统，其特征在于:所述的碰撞检测单元为轻触开关，轻触开关固定安装在塑胶基座(6)上，轻触开关与弧形活动罩(I)之间通过弹簧(4)连接，弧形活动罩(I)与塑胶基座(6)之间的间隙中填充有防潮海绵层(7)。
5.根据权利要求2所述的扫地机器人避障、定位系统，其特征在于:所述的碰撞检测单元为叉指电容，包括叉指电容PCBlayout层(8)、PCB绝缘层(9)和塑胶件(10)，塑胶件(10)的外侧设置有防损硅胶条(11 )，塑胶件(10)的内侧设有金属镀层(12)，金属镀层(12)与叉指电容PCBlayout层(8)之间填充有弹性防潮海绵层(13)，叉指电容PCBlayout层(8)的内侧依次设置有PCB绝缘层(9)和反面屏蔽层(14)。
6.根据权利要求1所述的扫地机器人避障、定位系统，其特征在于:所述的方向检测组件为三轴磁阻传感器；所述的行走驱动组件包括多个马达，各马达的外表面包覆有磁屏蔽组件。
7.根据权利要求1所述的扫地机器人避障、定位系统，其特征在于:所述的距离检测组件设置于万向轮(15)上，包括设置于万向轮(15)中轴上的多极磁环(16)和设置于多极磁环(16)两端的霍尔传感器(17)，多极磁环(16)的外壁上包覆有磁屏蔽层(18)。
8.根据权利要求1所述的扫地机器人避障、定位系统，其特征在于:所述的沿墙检测组件设置于扫地机器人的左右两个侧边上，包括红外发射器和红外接收器，红外发射器和红外接收器分别与微控制器MCU电连接。
9.扫地机器人避障、定位方法，其特征在于:它包括以下步骤: S1:扫地机器人在行进过程中，障碍物撞到半圆形前罩上某一段弧形活动罩(I)上，该段弧形活动罩(I)受压向固定检测器(2)位移，固定检测器(2)检测到弧形活动罩(I)的位移，从而检测到发生碰撞的具体方位，记录碰撞时刻扫地机器人所处坐标位置； S2:微控制器MCU根据碰撞方位计算出扫地机器人的横向避障距离XO及纵向避障距离YO ； 53:微控制器MCU控制行走驱动组件驱动扫地机器人在纵向方向上后退距离Y0，后退的距离由距离检测组件确定； 54:微控制器MCU控制行走驱动组件驱动扫地机器人向左旋转90°，再横向前进距离XOl ； 55:障碍物撞到与第一次碰撞的弧形活动罩相对称的弧形活动罩上,微控制器MCU继续控制扫地机器人向左旋转，直到沿墙检测组件检测到沿墙信号为止，记录扫地机器人所旋转的角度； S6:微控制器MCU根据沿墙检测组件检测到的沿墙信号控制扫地机器人沿障碍物行走，直到沿墙信号消失为止，沿障碍物行走过程中，距离检测组件记录扫地机器人所行走的距离，即为障碍物的长度； S7:结合扫地机器人所旋转的角度，计算出扫地机器人在横向、纵向两个方向上移动的距离，再结合碰撞时刻扫地机器人所处坐标位置，计算得到避障后扫地机器人所处的坐标位置。
10.根据权利要求9所述的扫地机器人避障、定位方法，其特征在于:所述距离检测组件实现距离检测的步骤包括以下子步骤: 551:万向轮(15)滚动过程中带动多极磁环(16)在两端霍尔传感器(17)之间滚动； 552:微控制器MCU根据霍尔传感器(17)输出的信号计算出万向轮(15)的转速； 553:结合万向轮(15)的外径周长计算出扫地机器人的即时行走速度； 554:结合行走时间计 算出扫地机器人行走的距离。
【文档编号】A47L11/40GKSQ
【公开日】日 申请日期:日 优先权日:日
【发明者】唐炳钢 申请人:成都北斗群星智能科技有限公司
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