一种用于对接清扫机器人的对接站及清扫机器人的制作方法

本发明涉及清洁电器，特别是一种用于对接清扫机器人的对接站以及与该对接站进行对接的清扫机器人。

背景技术：

清扫机器人可以在不需要用户操纵的情况下在预定范围区域内移动，在移动的同时进行清洁操作，例如吸取地板的灰尘、纸屑等垃圾，当清扫机器人电量不足或者清扫机器人内积累的垃圾足够多时，或者在用户使用遥控器发出指令让清扫机器人进行对接时，清扫机器人会移动到对接站进行对接进行充电或者卸载垃圾。因此如何控制清扫机器人与对接站进行准确对接是需要得到有效解决的问题。

现有的技术中，对接站利用三个发射单元发射对接导向信号，由第一发射单元向第一方向发射第一对接导向信号，由第二发射单元向第二方向发射第二对接导向信号，由第三发射单元朝向对接站前侧的方向发射第三对接导向信号，如图1所示，第一对接导向区包括第一短距离对接导向区(l区)和第一长距离对接导向区(w1区)，第二对接导向区包括第二短距离对接导向区(r区)和第二长距离对接导向区(w2区)，第一对接导向区和第二对接导向区彼此不重叠，在两者之间形成没有信号的一个区域，第三发射单元将第三对接导向信号发射到这个无信号的区域形成对接区(p区)，当清扫机器人进入对接区(p区)则向对接站沿对接区(p区)直线行走即可实现对接，当清扫机器人没有位于对接区(p区)，则先引导清扫机器人沿短距离对接导向区和长距离对接导向区的边界行走进入对接区(p区)，例如l区和w1区的边界或r区和w2区的边界。由于清扫机器人的信号接收方向与行走方向不垂直，清扫机器人没有办法保证沿 着短距离对接导向区和长距离对接导向区的边界行走，当清扫机器人收到信号时，清扫机器人沿当前方向行走，由于信号接收方向与行走方向不垂直，清扫机器人会走到短距离对接导向区和长距离对接导向区的边界线外(或边界线内)，假设是边界线外(远离对接站)，此时清扫机器人仅接收到长距离对接导向区的信号，清扫机器人需要重新调整方向，向着对接站的方向前进，当接收到短距离对接导向区的信号时，清扫机器人需要重新调整方向，沿短距离对接导向区和长距离对接导向区的边界行走；反复以上过程，直至进入对接区，所以清扫机器人的走行轨迹会类似于锯齿状。又由于第一对接导向区与第二对接导向区之间存在无信号区域，若出现多个无信号区域，清扫机器人无法判断出这些无信号区域是否为第一对接导向区与第二对接导向区之间的无信号区域，会导致清扫机器人在对接前的行走时间延长，影响对接效率。

技术实现要素：

本发明所要达到的目的就是提供一种用于对接清扫机器人的对接站，提高清扫机器人对接的效率。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于对接清扫机器人的对接站，包括基体以及设于基体的第一信号发射器、第二信号发射器、第三信号发射器和第四信号发射器；

第一信号发射器用于沿第一方向发射对接信号，对接信号覆盖的区域为对接区域，清扫机器人沿对接区域朝向第一信号发射器行走；

第二信号发射器用于交替发射防止清扫机器人在清扫工作中撞击对接站的近卫信号和引导清扫机器人进入对接区域的近距离导向信号，近距离导向信号覆盖的区域为近距离导向区域，近距离导向区域具有弧形边界，弧形边界有一部分位于对接区域内，弧形边界用于引导清扫机器人沿弧形边界行走至对接区 域；

第三信号发射器用于发射左侧远距离导向信号，左侧远距离导向信号覆盖的区域为左侧远距离导向区域，第四信号发射器用于发射右侧远距离导向信号，右侧远距离导向信号覆盖的区域为右侧远距离导向区域，左侧远距离导向区域的半径和右侧远距离导向区域的半径均大于近距离导向区域的半径。

作为优选的方案，所述左侧远距离导向区域与右侧远距离导向区域重叠形成远距离重叠导向区域。对接区域与重叠导向区域会有重叠，可以避免在对接区域以外的区域出现无信号区域，确保清扫机器人在工作范围内都能接收到对接站的信号。

进一步优选的方案，所述弧形边界位于左侧远距离导向区域的部分为左侧边界，仅检测到左侧远距离导向信号或者同时检测到左侧远距离导向信号和近距离导向信号的清扫机器人朝向左侧边界行走；所述弧形边界位于右侧远距离导向区域的部分为右侧边界，仅检测到右侧远距离导向信号或者同时检测到右侧远距离导向信号和近距离导向信号的清扫机器人朝向右侧边界行走。

进一步优选的方案，所述对接信号、近距离导向信号、左侧远距离导向信号、右侧远距离导向信号为红外线信号或超声波信号。

进一步优选的方案，所述第二信号发射器包括透明本体，透明本体为圆柱形，透明本体的下端固定在基体的顶部，透明本体的外圆周面露出基体，透明本体的下端设有上凹空腔，在上凹空腔的顶壁中心设有向上凹陷的球形凹槽，透明本体的顶部设有下凹的反射凹槽，反射凹槽的内壁为回转曲面，回转曲面的母线为抛物线，抛物线的焦点与球形凹槽的球心重合，上凹空腔中设有信号源，信号源位于球形凹槽的球心。

更进一步优选的方案，所述透明本体的顶部设有罩体。

另外，本发明还提供一种清扫机器人，与上述任一技术方案所述的对接站进行对接，包括壳体和设于壳体的控制系统和行走机构，控制系统用于控制清扫机器人工作，行走机构包括转向装置，所述壳体的前端设有第一信号接收器和第二信号接收器，在壳体前端的左侧端角设有第三信号接收器，在壳体前端的右侧端角设有第四信号接收器，第一信号接收器、第二信号接收器、第三信号接收器和第四信号接收器均与控制系统连接并用于接收对接站发射的所有信号。

作为优选的方案，所述第三信号接收器的信号接收方向与行走机构的行走方向的切向相垂直，第四信号接收器的信号接收方向与行走机构的行走方向的切向相垂直。

作为优选的方案，所述清扫机器人与对接站进行对接的行走过程如下：

1)若清扫机器人处于左侧远距离导向区域内并位于近距离导向区域之外，清扫机器人先原地向左及向右各旋转180°，确定信号的最强方向，可以判断出对接站所在方位，然后驱动行走机构沿信号的最强方向直线行走，当到达近距离导向区域的左侧边界时，清扫机器人会沿近距离导向区域的左侧边界向右行走，使第三信号接收器保持对准对接站，直到移动至对接区域；

2)若清扫机器人处于右侧远距离导向区域内并位于近距离导向区域之外，清扫机器人先原地向左及向右各旋转180°，确定信号的最强方向，可以判断出对接站所在方位，然后驱动行走机构沿信号的最强方向直线行走，当到达近距离导向区域的右侧边界时，清扫机器人会沿近距离导向区域的右侧边界向左行走，使第四信号接收器保持对准对接站，直到移动至对接区域；

3)若清扫机器人处于左侧远距离导向区域内并位于近距离导向区域之内，清扫机器人先原地向左及向右各旋转180°，确定信号的最强方向，可以判断出 对接站所在方位，然后驱动行走机构沿信号的最强方向的反方向直线行走，当到达近距离导向区域的左侧边界时，清扫机器人会沿近距离导向区域的左侧边界向右行走，使第三信号接收器保持对准对接站，直到移动至对接区域；

4)若清扫机器人处于左侧远距离导向区域内并位于近距离导向区域之内，清扫机器人先原地向左及向右各旋转180°，确定信号的最强方向，可以判断出对接站所在方位，然后驱动行走机构沿信号的最强方向的反方向直线行走，当到达近距离导向区域的右侧边界时，清扫机器人会沿近距离导向区域的右侧边界向左行走，使第四信号接收器保持对准对接站，直到移动至对接区域；

5)当清扫机器人沿近距离导向区域的弧形边界行走进入对接区域之后，清扫机器人朝向对接信号的方向行走即可与对接站对接；

6)若清扫机器人处于对接区域之内，清扫机器人先原地向左及向右各旋转180°，确定信号的最强方向，如果清扫机器人仅收到对接信号和近距离导向信号，则沿对接信号的方向行走即可与对接站对接；如果清扫机器人同时收到对接信号、左侧远距离导向信号和右侧远距离导向信号，则沿对接信号的方向行走，直到仅接收到对接信号和近距离导向信号，继续行走即可与对接站对接；如果清扫机器人同时收到对接信号和左侧远距离导向信号，没有收到右侧远距离导向信号，则说明清扫机器人路线偏离，此时清扫机器人向右移动，直到同时收到对接信号、左侧远距离导向信号和右侧远距离导向信号，然后沿对接信号的方向行走，直到仅接收到对接信号和近距离导向信号，继续行走即可与对接站对接；如果清扫机器人同时收到对接信号和右侧远距离导向信号，没有收到左侧远距离导向信号，则说明清扫机器人路线偏离，此时清扫机器人向左移动，直到同时收到对接信号、左侧远距离导向信号和右侧远距离导向信号，然后沿对接信号的方向行走，直到仅接收到对接信号和近距离导向信号，继续行 走即可与对接站对接；

7)若清扫机器人处于左侧远距离导向区域和右侧远距离导向区域之外，或者由于某些原因未能接收到左侧远距离导向信号或右侧远距离导向信号，则清扫机器人先原地向左及向右各旋转180°，若未收到任何信号，则沿当前方向前进一定距离，在行走的同时继续搜索信号，若行走到位后仍然未收到任何信号，则继续沿当前方向前进距离，如此重复n次后，若仍未收到信号，则一直沿当前方向前进直到碰到障碍物为止，然后进入贴边行走模式，这样能够更快地找到位于墙脚的对接站，若进入左侧远距离导向区域，则按照1)描述过程行走，最终与对接站对接，若进入右侧远距离导向区域，则按照2)描述过程行走，最终与对接站对接。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：利用第二信号发射器同时交替发射近卫信号和近距离导向信号，不仅可以减少信号发射器的数量，而且可以同时实现发出近距离导向信号的覆盖区域形成弧形边界，让清扫机器人沿近距离导向信号区域的弧形边界行走，清扫机器人可以在行走过程中连续、稳定地接收到对接站发出的近距离导向信号，反过来又确保了清扫机器人能够沿着弧形边界行走，而清扫机器人接收到左侧远距离导向信号或右侧远距离导向信号，可以判断此时位于对接站的左侧或右侧，让清扫机器人行走至最近位置的弧形边界，然后沿着弧形边界行走进入对接信号区域并最终与对接站进行对接，另外，清扫机器人会一直接收到对接站发出的信号，不会出现清扫机器人搜寻信号的情况，因此本发明能够降低清扫机器人接收对接指令到实现对接的时间间隔，大大提高清扫机器人对接的效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为现有技术中对接站发射信号的覆盖区域示意图；

图2为本发明实施例一中对接站的结构示意图；

图3为本发明实施例一中对接站发射信号的覆盖区域示意图；

图4为发明图3中i处的放大图；

图5为本发明实施例一中第二信号发射器的结构示意图；

图6为本发明实施例二中清扫机器人的结构示意图(左侧)；

图7为本发明实施例二中清扫机器人的结构示意图(右侧)。

具体实施方式

实施例一：

本发明首先提供一种用于对接清扫机器人的对接站，如图2所示，包括基体1，基体1固定在墙脚，基体1的前端设有向前延伸的对接台11，清扫机器人在对接时会行走到对接台11上。基体1上设有第一信号发射器101、第二信号发射器102、第三信号发射器103和第四信号发射器104，结合图3看，其中：

第一信号发射器101位于基体1前端面的中间位置，用于沿对接站的正前方发射对接信号，对接信号覆盖的区域为对接区域p，清扫机器人沿对接区域p行走并最终与对接站对接；

第二信号发射器102位于基体1顶面的中间位置，用于交替发射防止清扫机器人在清扫工作中撞击对接站的近卫信号和引导清扫机器人进入对接区域p的近距离导向信号，近卫信号覆盖的区域为近卫区域，近距离导向信号覆盖的区域为近距离导向区域，近卫区域s1和近距离导向区域s2均为半圆形，近卫区域s1的覆盖半径小于近距离导向区域s2的覆盖半径；第二信号发射器102交替发射近卫信号和近距离导向信号的频率较高，因此清扫机器人可以连续接收近卫信号和近距离导向信号。由于近卫区域s1是半圆形，因此利用第二信号 发射器102发出近距离导向信号形成的近距离导向区域s2也是半圆形的，从而在近距离导向区域s2形成弧形边界c1，弧形边界c1用于引导清扫机器人沿弧形边界c1行走至对接区域p，清扫机器人可以在行走过程中连续、稳定地接收到对接站发出的近距离导向信号；

第三信号发射器103位于基体1前端面，并且位于第一信号发射器101的左侧，用于发射左侧远距离导向信号，左侧远距离导向信号覆盖的区域为左侧远距离导向区域l；第四信号发射器104位于基体1前端面，并且位于第一信号发射器101的右侧，用于发射右侧远距离导向信号，右侧远距离导向信号覆盖的区域为右侧远距离导向区域r。左侧远距离导向区域l和右侧远距离导向区域r的覆盖半径大于近距离导向区域s2的覆盖半径，在本实施例中，左侧远距离导向区域l和右侧远距离导向区域r在对接站的正前方重叠形成重叠导向区域w。左侧远距离导向区域l和右侧远距离导向区域r基本能够覆盖清扫机器人所要打扫的房间面积。

弧形边界位于左侧远距离导向区域的部分为左侧边界，仅检测到左侧远距离导向信号或者同时检测到左侧远距离导向信号和近距离导向信号的清扫机器人朝向左侧边界行走；所述弧形边界位于右侧远距离导向区域的部分为右侧边界，仅检测到右侧远距离导向信号或者同时检测到右侧远距离导向信号和近距离导向信号的清扫机器人朝向右侧边界行走，具体行走过程见实施例二。

由于第三信号发射器103与第四信号发射器104的安装位置之间存在一定距离，所以如图4所示，在对接站面前的位置，左侧远距离导向区域l和右侧远距离导向区域r并不能重叠，左侧远距离导向区域l的右边界m和右侧远距离导向区域r的左边界n之间的这个区域(阴影部分)只有对接信号、近卫信号和近距离导向信号能覆盖到。

需要说明一下，本发明中所提到的左、右方位，是以清扫机器人正面面对对接信号时的左、右侧为参考，所以在图3中的左即左，右即右。第三信号发射器103和第四信号发射器104可以互换位置。

本实施例中，由于基体1固定在墙脚，所以只需要近卫区域s1和近距离导向区域s2呈半圆形，为了实现近卫区域s1和近距离导向区域s2均为半圆形，如图5所示，第二信号发射器102包括透明本体21，透明本体21为圆柱形，透明本体21的下端固定在基体1的顶部，透明本体21的外圆周面露出基体1，透明本体21的下端设有上凹空腔22，在上凹空腔22的顶壁中心设有向上凹陷的球形凹槽23，透明本体21的顶部设有下凹的反射凹槽24，反射凹槽24的内壁为回转曲面，回转曲面的母线为抛物线y，抛物线y的焦点与球形凹槽23的球心重合，上凹空腔22中设有信号源3，信号源3位于球形凹槽23的球心。透明本体21的顶部设有罩体25，一来可以使回转曲面实现全反射，将近卫信号和近距离导向信号全部水平反射出去，二来可以防止灰尘、杂物进入反射凹槽24。而第二信号发射器102采用的上述结构，可以实现360度发射信号，因此对接站也适合安装在房间的中心位置或其他不靠墙的位置。

本实施例中，对接信号、近卫信号、近距离导向信号、左侧远距离导向信号、右侧远距离导向信号采用红外线信号，除此之外，采用超声波信号同样可行。

实施例二：

本发明同时提供一种清扫机器人8，可以与上述实施例中的对接站进行对接，见图6和图7，清扫机器人8包括壳体81和设于壳体81的控制系统和行走机构，控制系统用于控制清扫机器人8工作，行走机构包括转向装置和行走轮82，行走轮82也可以用履带替代或者与履带共同设置。能够实现清扫功能的清 扫机器人8在市场上已经有售，属于现有技术。在本实施例中，壳体81的前端设有第一信号接收器801和第二信号接收器802，在壳体81前端的左侧端角设有第三信号接收器803，在壳体81前端的右侧端角设有第四信号接收器804，第一信号接收器801、第二信号接收器802、第三信号接收器803和第四信号接收器804均与控制系统连接并用于接收对接站发射的所有信号。

为了清扫机器人8能够全方位接收到近卫信号，第二信号接收器802的结构与第二信号发射器102的结构相同，第二信号接收器802的透明本体的下端与壳体81连接，第二信号接收器802的透明本体的外圆周面露出壳体81，第二信号接收器802的上凹空腔中设有接收端，接收端位于球形凹槽的球心。与此同时，第二信号接收器802也能够全方位接收到近距离导向信号，方便清扫机器人8在沿近距离导向区域s2的弧形边界c1行走的同时，能够连续、稳定地接收到对接站发出的近距离导向信号。另外，为了确保清扫机器人8沿近距离导向区域s2的弧形边界c1行走，即确保清扫机器人8的行走路线是弧形，第三信号接收器803的信号接收方向与行走机构的行走方向的切向相垂直，第四信号接收器804的信号接收方向与行走机构的行走方向的切向相垂直。第三信号接收器803和第四信号接收器804可以互换位置。

下面说明清扫机器人8进行对接的控制过程。

1)若清扫机器人8处于左侧远距离导向区域l内并位于近距离导向区域s2之外，清扫机器人8先原地向左及向右各旋转180°，确定信号的最强方向，可以判断出对接站所在方位，然后驱动行走机构沿信号的最强方向直线行走，当到达近距离导向区域s2的左侧边界时，清扫机器人8会沿近距离导向区域s2的左侧边界向右行走，使第三信号接收器803保持对准对接站，直到移动至对接区域p；

2)若清扫机器人8处于右侧远距离导向区域r内并位于近距离导向区域s2之外，清扫机器人8先原地向左及向右各旋转180°，确定信号的最强方向，可以判断出对接站所在方位，然后驱动行走机构沿信号的最强方向直线行走，当到达近距离导向区域s2的右侧边界时，清扫机器人8会沿近距离导向区域s2的右侧边界向左行走，使第四信号接收器804保持对准对接站，直到移动至对接区域p；

3)若清扫机器人8处于左侧远距离导向区域l内并位于近距离导向区域s2之内，清扫机器人8先原地向左及向右各旋转180°，确定信号的最强方向，可以判断出对接站所在方位，然后驱动行走机构沿信号的最强方向的反方向直线行走，当到达近距离导向区域s2的左侧边界时，清扫机器人8会沿近距离导向区域s2的左侧边界向右行走，使第三信号接收器803保持对准对接站，直到移动至对接区域p；

4)若清扫机器人8处于左侧远距离导向区域l内并位于近距离导向区域s2之内，清扫机器人8先原地向左及向右各旋转180°，确定信号的最强方向，可以判断出对接站所在方位，然后驱动行走机构沿信号的最强方向的反方向直线行走，当到达近距离导向区域s2的右侧边界时，清扫机器人8会沿近距离导向区域s2的右侧边界向左行走，使第四信号接收器804保持对准对接站，直到移动至对接区域p；

5)当清扫机器人8沿近距离导向区域s2的弧形边界行走进入对接区域p之后，清扫机器人8朝向对接信号的方向行走即可与对接站对接；

6)若清扫机器人8处于对接区域p之内，清扫机器人8先原地向左及向右各旋转180°，确定信号的最强方向，如果清扫机器人8仅收到对接信号和近距离导向信号，则沿对接信号的方向行走即可与对接站对接；如果清扫机器人8 同时收到对接信号、左侧远距离导向信号和右侧远距离导向信号，则沿对接信号的方向行走，直到仅接收到对接信号和近距离导向信号，继续行走即可与对接站对接；如果清扫机器人8同时收到对接信号和左侧远距离导向信号，没有收到右侧远距离导向信号，则说明清扫机器人8路线偏离，此时清扫机器人8向右移动，直到同时收到对接信号、左侧远距离导向信号和右侧远距离导向信号，然后沿对接信号的方向行走，直到仅接收到对接信号和近距离导向信号，继续行走即可与对接站对接；如果清扫机器人8同时收到对接信号和右侧远距离导向信号，没有收到左侧远距离导向信号，则说明清扫机器人8路线偏离，此时清扫机器人8向左移动，直到同时收到对接信号、左侧远距离导向信号和右侧远距离导向信号，然后沿对接信号的方向行走，直到仅接收到对接信号和近距离导向信号，继续行走即可与对接站对接；

7)若清扫机器人8处于左侧远距离导向区域l和右侧远距离导向区域r之外，或者由于某些原因未能接收到左侧远距离导向信号或右侧远距离导向信号，则清扫机器人8先原地向左及向右各旋转180°，若未收到任何信号，则沿当前方向前进一定距离s，在行走的同时继续搜索信号，若行走到位后仍然未收到任何信号，则继续沿当前方向前进距离s，如此重复n次后，距离s和重复次数n可以通过设定，例如s设定为30cm或50cm等，n设为6或8或10等，若仍未收到信号，则一直沿当前方向前进直到碰到障碍物为止，然后进入贴边行走模式，这样能够更快地找到位于墙脚的对接站，若进入左侧远距离导向区域l，则按照1)描述过程行走，最终与对接站对接，若进入右侧远距离导向区域r，则按照2)描述过程行走，最终与对接站对接。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明 权利要求书中所定义的范围。