掃地機器人自主充電用的室內導航定位系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種掃地機器人自主充電用的室內導航定位系統，其包括掃地機器人以及充電座；充電座上設置紅外LED光源信標，掃地機器人上設置用于接收紅外信號的接收感應單元；所述接收感應單元包括信號處理卡板以及安裝于所述信號處理卡板上的硅光電池傳感器組，硅光電池傳感器組接收紅外信號并將紅外信號轉換為電流信號，且將所述電流信號傳輸至信號處理卡板內；信號處理卡板根據電流信號確定掃地機器人相對充電座的位置，掃地機器人根據信號處理卡板確定的位置向充電座移動，直至掃地機器人與充電座對接后充電。本發明結構緊湊，能擴大掃地機器人在室內的搜索范圍，減少掃地機器人尋找充電的時間，成本低，安全可靠。
【專利說明】掃地機器人自主充電用的室內導航定位系統
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種導航定位系統，尤其是一種掃地機器人自主充電用的室內導航定位系統，屬于室內導航定位的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，掃地機器人已經被越來越多的家庭接收并實際使用，高端型號都具備自主充電功能。從市場上現有的自主充電功能來看，大部分都是采用充電座發射一定區域的紅外信號，機器人運動過程中進入此紅外區域后，通過前端紅外接收頭接收紅外信號，不斷調節運動方向，直至與充電座上的金屬電極片接觸。另有一些國外高端品牌的掃地機器人是采用North Star公司的導航技術，通過充電座投射兩個信標光斑到天花板，機器人上端設置四象限的紅外接收窗口，通過光斑在傳感器上的投影區域轉換成電信號后，計算出機器人當前所處的坐標和姿態。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種掃地機器人自主充電用的室內導航定位系統，其結構緊湊，能擴大掃地機器人在室內的搜索范圍，減少掃地機器人尋找充電的時間，成本低，安全可靠。
[0004]按照本發明提供的技術方案，所述掃地機器人自主充電用的室內導航定位系統，包括掃地機器人以及用于對所述掃地機器人進行充電的充電座；所述充電座上設置用于發射紅外信號的紅外LED光源信標，掃地機器人上設置用于接收紅外信號的接收感應單元；
所述接收感應單元包括信號處理卡板以及安裝于所述信號處理卡板上的硅光電池傳感器組，硅光電池傳感器組接收紅外信號并將紅外信號轉換為電流信號，且將所述電流信號傳輸至信號處理卡板內；信號處理卡板根據電流信號確定掃地機器人相對充電座的位置，掃地機器人根據信號處理卡板確定的位置向充電座移動，直至掃地機器人與充電座對接后充電。
[0005]所述硅光電池傳感器組包括第一硅光電池傳感器以及第二硅光電池傳感器，所述第一硅光電池傳感器上設置第一遮光罩，第二硅光電池傳感器上設置第二遮光罩；第一硅光電池傳感器、第二硅光電池傳感器在信號處理卡板上呈正交分布，第一遮光罩上的透光窗口與第二遮光罩上的透光窗口呈正交分布。
[0006]所述信號處理卡板上設置接收濾光片，第一遮光罩、第二遮光罩位于信號處理卡板與接收濾光片之間。
[0007]所述紅外LED光源信標包括紅外LED光源以及用于對所述紅外LED光源進行濾光的發射濾光片。
[0008]所述掃地機器人在低電量時，向充電座發送充電移動請求，充電座根據接收的充電移動請求開啟紅外LED光源信標。
[0009]所述掃地機器人內存儲有與充電座對接充電后的標定對接充電坐標位置；掃地機器人將信號處理卡板確定相對充電座的位置與標定對接充電坐標位置比較，實時修正掃地機器人的運動軌跡，直至掃地機器人與充電座對接后充電。
[0010]本發明的優點:采用低成本的紅外LED光源作為信標，低成本的硅光電池用于紅外信號的接收，降低導航定位的成本和系統的復雜度，擴大掃地機器人在室內的搜索范圍，減少機器人尋找充電座的時間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1本發明的結構示意圖。
[0012]圖2為本發明紅外LED光源信標的結構示意圖。
[0013]圖3為本發明接收感應單元的結構示意圖。
[0014]圖4為本發明進行位置確定的流程圖。
[0015]附圖標記說明:100_LED光源、101-信號處理卡板、102-第一娃光電池傳感器、103-第二娃光電池傳感器、104-第一遮光罩、105-第二遮光罩、106-發射濾光片、108-接收濾光片、201-紅外LED光源信標、202-充電座、203-接收感應單元以及204-掃地機器人。
【具體實施方式】
[0016]下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0017]如圖1、圖3和圖4所示:為了能擴大掃地機器人在室內的搜索范圍，減少掃地機器人尋找充電的時間，本發明包括掃地機器人204以及用于對所述掃地機器人204進行充電的充電座202 ;所述充電座202上設置用于發射紅外信號的紅外LED光源信標201，掃地機器人204上設置用于接收紅外信號的接收感應單元203 ；
所述接收感應單元203包括信號處理卡板101以及安裝于所述信號處理卡板101上的硅光電池傳感器組，硅光電池傳感器組接收紅外信號并將紅外信號轉換為電流信號，且將所述電流信號傳輸至信號處理卡板101內；信號處理卡板101根據電流信號確定掃地機器人204相對充電座202的位置，掃地機器人204根據信號處理卡板101確定的位置向充電座202移動，直至掃地機器人204與充電座202對接后充電。
[0018]具體地，紅外LED光源信標201能發出紅外信號，接收感應單元203能把紅外LED光源信標201投射的紅外信號接收，并轉換為后續能被處理的電信號。掃地機器人204為現有常用的結構，充電座202能夠對掃地機器人204進行充電，接收感應單元203根據接收的紅外信號來確定充電座202與掃地機器人204之間的相對位置關系，根據相對位置關系，掃地機器人204能夠進行指向性移動。掃地機器人204能夠根據實時的相對位置關系來調整移動的路徑，最終能與充電座202進行對接充電。
[0019]所述硅光電池傳感器組包括第一硅光電池傳感器102以及第二硅光電池傳感器103,所述第一娃光電池傳感器102上設置第一遮光罩104,第二娃光電池傳感器103上設置第二遮光罩105 ;第一娃光電池傳感器102、第二娃光電池傳感器103在信號處理卡板101上呈正交分布，第一遮光罩104上的透光窗口與第二遮光罩105上的透光窗口呈正交分布。
[0020]所述信號處理卡板101上設置接收濾光片108,第一遮光罩104、第二遮光罩105位于信號處理卡板105與接收濾光片108之間。
[0021]本發明實施例中，接收濾光片108能夠透光紅外光，濾除可見光。第一硅光電池傳感器102、第二硅光電池傳感器103能把接收的紅外信號轉換為電流信號，第一硅光電池傳感器102、第二硅光電池傳感器103在信號處理卡板101上呈正交擺放，能夠分別對應X軸、Y軸的光電轉換單兀；通過第一娃光電池傳感器102、第二娃光電池傳感器103能夠擴大掃地機器人204在室內的搜索范圍。第一遮光罩104、第二遮光罩105間呈正交布置，并與第一娃光電池傳感器102以及第二娃光電池傳感器103對應,通過第一遮光罩104、第二遮光罩105分別形成X軸、Y軸的透光窗口。當接收感應單元203跟隨掃地機器人204移動時，紅外LED光源信標201照射到硅光電池靶面上的光線會在遮光罩的作用下形成一塊光斑區域，該區域隨著掃地機器人204的移動也會在硅光電池靶面上對應移動，從而信號處理卡板101能根據第一娃光電池傳感器102、第二娃光電池傳感器103感應的紅外信號確定掃地機器人204與充電座202之間的相對位置。
[0022]對于信號處理卡板101包括運算放大器和單片機，其中運算放大器主要作用有兩個，一個是把微弱的電流放大，并調理到單片機的模數轉換外圍的處理區間，二是把電流信號轉化成單片機機能處理的電壓信號。單片機把采集到的電流信號通過中值濾波等處理后與預置的標定數據進行差值計算，把電流的變化量化為坐標的偏移。在具體實施時，信號處理卡板101也可以采用其他的微處理器來代替單片機，具體為本【技術領域】人員所熟知，此處不再贅述。
[0023]如圖2所示，所述紅外LED光源信標201包括紅外LED光源100以及用于對所述紅外LED光源100進行濾光的發射濾光片106。
[0024]紅外LED光源信標100的作用是產生標準的紅外發射光，濾除其他可能產生干擾信號的可見光，主要由紅外LED光源100和透紅外光的可見光的發射濾光片106組成。其中，在光源較弱，達不到實際使用效果的情況下，紅外LED光源100可以由多組LED串聯起來，以提供更高的亮度。
[0025]進一步的，如果想提高信標的覆蓋范圍，擴大掃地機器人204的搜索區域，可以把紅外LED光源信標201采用電池供電，固定在更高的位置，如天花板上，同時接收感應單元203的感光面朝向也要做相應的調整。
[0026]本發明實施例中，所述掃地機器人204在低電量時，向充電座202發送充電移動請求，充電座202根據接收的充電移動請求開啟紅外LED光源信標201。掃地機器人204與信號處理卡板101連接，掃地機器人204也要與充電座202間進行信息傳輸，避免紅外LED光源信標201始終處于工作狀態。為了能夠接收掃地機器人204發送充電移動請求，充電座202包括信號處理器以及無線接收單元，通過無線接收單元接收充電移動請求洗好，通過信號處理器能夠與紅外LED光源信標201連接，實現紅外LED光源信標201的開啟與關閉。無線接收單元根據掃地機器人204無線發送的形式確定，可以采用紅外、藍牙等常用的形式，信號處理器可以采用單片機或其他常用的微處理器，具體不再贅述。
[0027]在具體實施時，需要由標準紅外光源進行數據的校正，并標定掃地機器204人與充電座202對接上時的坐標位置。掃地機器人204根據接收感應單元203反饋過來的當前所在位置的坐標數據，不斷與標定對接充電坐標位置比較，根據比較的數據，控制掃地機器人204的兩個驅動輪的電機，不斷調整機器人的運動方向與自身姿態，直到機器人的充電電機與充電座電機接觸，機器人開始充電，完成一次自主導航定位過程。
[0028]其中，接收感應單元203把電壓的大小轉化為空間位移量，并得到相對于掃地機器人204在充電座202位置上的偏移坐標。接收感應單元203根據電壓大小得到掃地機器人204與充電座202間的相對位置的偏移坐標，具體實施與計算過程為本【技術領域】人員所熟知，此處不再贅述。水平位置X軸的偏移在掃地機器人204實際向充電座202運動時，不斷調整兩個輪子的啟停修正，Y軸方向的偏移實際是反映了掃地機器人204離充電座202的遠近距離，在掃地機器人204向充電座202的運動中也不斷修正，直至掃地機器人202的充電電極與充電座204上的電極完全對接并開始充電。
[0029]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種掃地機器人自主充電用的室內導航定位系統，包括掃地機器人(204)以及用于對所述掃地機器人(204)進行充電的充電座(202);其特征是:所述充電座(202)上設置用于發射紅外信號的紅外LED光源信標(201)，掃地機器人(204)上設置用于接收紅外信號的接收感應單元(203)； 所述接收感應單元(203)包括信號處理卡板(101)以及安裝于所述信號處理卡板(101)上的硅光電池傳感器組，硅光電池傳感器組接收紅外信號并將紅外信號轉換為電流信號，且將所述電流信號傳輸至信號處理卡板(101)內；信號處理卡板(101)根據電流信號確定掃地機器人(204)相對充電座(202)的位置,掃地機器人(204)根據信號處理卡板(101)確定的位置向充電座(202)移動，直至掃地機器人(204)與充電座(202)對接后充電。
2.根據權利要求1所述的掃地機器人自主充電用的室內導航定位系統，其特征是:所述硅光電池傳感器組包括第一硅光電池傳感器(102)以及第二硅光電池傳感器(103)，所述第一娃光電池傳感器(102 )上設置第一遮光罩(104 ),第二娃光電池傳感器(103 )上設置第二遮光罩(105);第一娃光電池傳感器(102)、第二娃光電池傳感器(103)在信號處理卡板(101)上呈正交分布,第一遮光罩(104)上的透光窗口與第二遮光罩(105)上的透光窗口呈正交分布。
3.根據權利要求2所述的掃地機器人自主充電用的室內導航定位系統，其特征是:所述信號處理卡板(101)上設置接收濾光片(108),第一遮光罩(104)、第二遮光罩(105)位于信號處理卡板(105)與接收濾光片(108)之間。
4.根據權利要求1所述的掃地機器人自主充電用的室內導航定位系統，其特征是:所述紅外LED光源信標(201)包括紅外LED光源(100)以及用于對所述紅外LED光源(100)進行濾光的發射濾光片(106)。
5.根據權利要求1所述的掃地機器人自主充電用的室內導航定位系統，其特征是:所述掃地機器人(204)在低電量時，向充電座(202 )發送充電移動請求，充電座(202 )根據接收的充電移動請求開啟紅外LED光源信標(201)。
6.根據權利要求1所述的掃地機器人自主充電用的室內導航定位系統，其特征是:所述掃地機器人(204)內存儲有與充電座(202)對接充電后的標定對接充電坐標位置；掃地機器人(204)將信號處理卡板(101)確定相對充電座(202)的位置與標定對接充電坐標位置比較，實時修正掃地機器人(204)的運動軌跡，直至掃地機器人(204)與充電座(202)對接后充電。
【文檔編號】G05D1/02GK104267725SQ201410492233
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月23日 優先權日:2014年9月23日
【發明者】毛臻 申請人:無錫華普微電子有限公司