一种软质地表检测装置及清洁机器人的制作方法

本发明属于地面清洁技术领域，特别涉及一种软质地表检测装置及清洁机器人。

背景技术：

地毯检测对于清洁类机器人很重要，通过识别出来地毯，可以采用相应的清洁策略，例如地毯上需要增加吸尘、不能喷水等等。通常检测地毯的方式是采用超声波的方式，采用单一的超声传感器需要在机器上开设专门隔音效果较好的模具，且受制于地面介质的相对反射性。

技术实现要素：

针对上述技术缺陷，本发明提出一种软质地表检测装置,软质地表检测装置用于移动机器人,软质地表检测装置包括压力传感器、抵顶机构和固定支架，压力传感器固定安装在固定支架上且位于抵顶机构的上方，抵顶机构可活动地安装在固定支架上且位于移动机器人的机体下方，移动机器人的机体与固定支架保持固定的连接关系，移动机器人相对于软质地表下沉时，抵顶机构相对于固定支架抬升且保持抵顶压力传感器。该技术方案基于清洁机器人整体上会相对软质地表下移的物理特性，利用可活动的抵顶机构快速传导这一变化而带来的作用力给压力传感器，实现较高精度的接触式检测。

进一步地,所述抵顶机构包括固定轴、连接部和挡板，连接部通过固定轴可转动地安装在所述固定支架上，连接部开设有用于挤压触发所述压力传感器的抵接面，连接部在所述抵顶机构与软质地表接触的方向上设置挡板，该挡板是所述移动机器人在地表面移动的过程中，所述抵顶机构与地表面的竖直距离最近的部件。当在移动机器人陷入软质地表时，挡板首先接受来自地面的挤压作用，导致所述抵顶机构通过固定轴相对于固定支架转动抬升，从而采用被动方式监视移动机器人或其驱动轮所经过的地面材质状况，以区分硬质地板和软质地板。

进一步地,所述连接部是由三个连接架相互垂直连接构成的装配槽位，该装配槽位内部用于安装所述移动机器人的清洁机构，该装配槽位在所述机体下方的方向上为清洁机构留有一个开口；存在一个朝向所述机体下方的连接架安装所述挡板，使得所述挡板在所述移动机器人陷入软质地表后与地表面接触产生相互作用力，而与该连接架相连接的一个连接架则用于抵顶所述压力传感器；其中，三个连接架一体成型，且通过固定轴可转动地安装在所述固定支架上，使得三个连接架在接受来自地面的挤压作用力后同时绕着固定轴转动。该技术方案可以形成对清洁机构的装配槽位的复用，被动地向所述压力传感器反馈清洁地面的介质信息，简化结构和节约成本。

进一步地,当所述移动机器人移动在硬质地表时，所述挡板与硬质地表保持预设距离，且所述抵顶机构不绕着所述固定轴发生转动。避免发生误检测，也有利于保护所述挡板。

进一步地,所述压力传感器在所述移动机器人移动于硬质地表时没有与所述抵顶机构接触，所述压力传感器在所述移动机器人移动于软质地表时与所述抵顶机构保持接触。提高检测的准确度，增强装置的适应性。

进一步地,所述压力传感器与所述抵顶机构保持接触；其中，所述压力传感器在所述移动机器人移动于硬质地表时的压力感测数据小于所述压力传感器在所述移动机器人移动于软质地表时的压力感测数据。提高检测的精度，增强装置的适应性。

一种清洁机器人，该清洁机器人包括底盘和所述软质地表检测装置，所述软质地表检测装置安装在底盘,使得所述软质地表检测装置的所述抵顶机构感测地面的挤压情况。与现有技术相比，该清洁机器人的驱动轮陷入软质地表后，带动抵顶机构与地面发生接触挤压，从而产生相互挤压作用力，压力传感器通过被动式监视抵顶机构反映的地面介质的压力信息，来识别区分硬质地表和软质地表。

进一步地，所述软质地表检测装置的所述固定支架设置有连接块，所述软质地表检测装置通过连接块与所述底盘连接。当清洁机器人的底盘相对地表面发生竖直方向移动时，确保所述固定支架与底盘保持稳定的连接。

进一步地，所述压力传感器与所述底盘上设置的控制器连接，用于接收压力传感器检测到的压力信号，提高机器人的智能化水平。

进一步地，所述清洁机器人装配有滚刷组件，滚刷组件安装在所述的连接部的槽位内部，其中，滚刷组件的刷毛外露出前述的开口，用于清扫收集地表面的垃圾。该技术方案将清洁机器人的滚刷工作箱体复用为检测抵顶机构，节约成本。

附图说明

图1为本发明实施例公开的一种用于在移动机器人上的软质地表检测装置的结构示意图。

图2为本发明实施例公开的一种清洁机器人在硬质地表和软质地表上移动的示意图。

附图标记：

101、固定支架；102、压力传感器；103、抵顶机构；104、固定轴；105、挡板；106、滚刷组件；107、硬质地表；108、软质地表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参阅图1和图2可知，本发明实施例公开一种软质地表检测装置,软质地表检测装置用于移动机器人,软质地表检测装置与移动机器人的驱动轮或导向轮配合使用,并安装在移动机器人的机体下方，机体下方也属于机体的组成部分,包括但不限于机器人的底盘、移动底座。由于移动机器人自身的重力作用，移动机器人在软质地表移动过程中，其驱动轮或万向轮会陷入软质地表，带动移动机器人的机体相对于水平地表下沉，则软质地表检测装置通过接受地表的作用力完成对软质地表的检测。本实施例中，移动机器人在地表面（包括硬质地面或软质地面）移动、或陷入软质地表内，可以相应地理解为移动机器人的轮子（包括驱动轮或导向轮）在地表面（包括硬质地面或软质地面）移动、或陷入软质地表内。

如图1所示，所述软质地表检测装置包括压力传感器102、抵顶机构103和固定支架101，可以确定的是固定支架安装在机体中；压力传感器102固定安装在固定支架101上且位于抵顶机构103的上方，能够跟随固定支架101的移动而移动，压力传感器102与抵顶机构103之间允许存在一些间隙，便于抵顶机构103的活动；压力传感器102通过一些依附机构位于移动机器人的机体下方，并配置有相应的外壳以达到防尘效果；抵顶机构103可活动地安装在固定支架101上且位于移动机器人的机体下方；其中，机体、固定支架101和压力传感器102稳定连接。在移动机器人移动于地表面的过程中，由于机器人自身到的重力作用和地表材质特征，所以机器人在软质地表面（比如地毯表面、编织物表面）移动时其驱动轮容易陷入软质地表面内，移动机器人的驱动轮带动整个机体相对于软质地表下降，此时，抵顶机构103相对于固定支架101被动地抬升，抵顶机构103受力被顶到压力传感器102，使得压力传感器102感测数据比未受力前大，并且保持这一数值，则检测识别到机器人当前行走的地面为软质地表，其中，抵顶机构103、固定支架101、压力传感器102都和机体稳定连接在一起，直到移动机器人跨越到其他类型质地的表面。值得注意的是，移动机器人在硬质地表移动时，抵顶机构103会接触到硬质地表上的隆起线、灰浆线、或者其它凸起、或者硬质地表在竖直方向上的其它不规则表面，此时抵顶机构103也会受力被顶到压力传感器102，但这一状态是瞬间的，机器马上跨过并让抵顶机构103恢复为不顶住压力传感器102的状态，虽然压力传感器102的感测数据会出现突变，但将其作为误差值过滤掉，不将当前行走地表面识别为软质地表。因此，抵顶机构103作为所述软质地表检测装置与地面之间的振动传导媒介，用于传导地表面的作用力以触发压力传感器102，并在软质地表上保持抵顶压力传感器102，使得压力传感器102能够有效地感应到抵顶机构反映的软质地表的压力检测信息，在一些实施例中，抵顶机构103是可以通过上浮和下浮状态来触发压力传感器102能够有效区分地表材质。与现有技术相比，本发明实施例基于清洁机器人整体上会相对软质地表下陷的物理特性，利用可活动的抵顶机构快速传导这一变化而产生的作用力给压力传感器，从而以被动方式监视移动机器人或其驱动轮所经过的地面材质状况，实现较高精度的接触式检测。

结合图1和图2可知，所述抵顶机构103包括固定轴104、连接部和挡板105，连接部为图1中相互垂直的灰色连接杆体部分，但也可以是相互垂直设置的盖面结构或其他类似布局的支架结构，在本实施例图1的形状仅作为用于连接固定轴104和挡板105的举例说明，本发明不限于此。连接部通过固定轴104可转动地安装在所述固定支架101上，即连接部在抵顶机构103受力被顶起过程中，可以绕着固定轴104转动直至抵顶压力传感器102；连接部开设有用于挤压触发所述压力传感器102的抵接面，连接部相对于固定支架101升高后会挤压所述压力传感器102；连接部在所述抵顶机构103与软质地表108接触的方向上设置挡板105，该挡板105是所述移动机器人在地表面移动的过程中，所述抵顶机构103与地表面的竖直距离最近的部件，也是所述移动机器人陷入软质地表面108内的受力部位之一。当在移动机器人陷入软质地表时，挡板105首先接受来自地面的挤压作用，导致所述抵顶机构103通过固定轴相对于固定支架101转动抬升，从而向所述压力传感器102实时反馈软质地面的信息，所述压力传感器102的感测数据增大并保持这一数据一段时间，即可识别出当前行走的地面为软质地表，所述压力传感器102配合所述抵顶机构103，采用被动方式监视移动机器人或其驱动轮所经过的地面材质状况，以区分硬质地板和软质地板。

可选择地,所述连接部是由三个连接架相互垂直连接构成的装配槽位，即图1中相互垂直连接的灰色杆体形成的凹槽。该装配槽位内部用于安装所述移动机器人的清洁机构，比如图1的滚刷组件106，但在所述机体下方的方向上为清洁机构留有一个开口，该装配槽位预留的开口也可以作为所述软质地表检测装置所在的移动机器人的底盘开口；存在一个朝向所述机体下方的连接架安装所述挡板105，所述挡板105可以伸出所述开口，所述挡板105在所述移动机器人陷入软质地表后与地表面接触产生相互作用力，使得与该连接架相连接的一个连接架被顶到抵顶所述压力传感器102；其中，三个连接架一体成型，且通过固定轴104可转动地安装在所述固定支架101上，使得三个连接架在接受来自地面的挤压作用力后同时绕着固定轴104转动。本实施例将现有扫地机器人的滚刷工作箱体复用为前述装配槽位、固定轴104和挡板105的结构，从而利用滚刷工作箱体在地面受力，实现被动地向所述压力传感器102反馈清洁地面的介质信息，简化结构和节约成本。

图2中所示的箭头表示移动机器人移动的方向，以移动机器人从硬质地面107跨越至软质地面108为例进行说明。当所述移动机器人移动在硬质地表107时，所述挡板105与硬质地表107保持预设距离，且所述抵顶机构103不绕着所述固定轴104发生转动。所述移动机器人的底盘整体是保持贴近地面的，所以，预设距离足以保证所述挡板105在所述移动机器人陷入软质地表后能够接触地表面，所述预设距离优选地远小于驱动轮的半径，以致于所述挡板105可以保持贴近地面。由图2可知，所述移动机器人从硬质地表107完全跨越到软质地表108后，所述移动机器人的驱动轮容易陷入软质地表面108内，由于所述驱动轮通过连接轴连接到所述固定支架，所以移动机器人的驱动轮带动所述固定支架101乃至机体相对于软质地表下沉，此时，抵顶机构103也会下降至与软质地表面108挤压接触，接受软质地表面108的挤压作用力，在本实施例下抵顶机构103受到毛毯地面108上绒毛施加的向上力，抵顶机构103受力绕着固定轴104转动，进而相对于固定支架101抬升，然后抵顶机构103受力被顶到压力传感器102，所述移动机器人在软质地表面108移动的过程中，所述压力传感器102与所述抵顶机构103保持接触，所述压力传感器102感测数据增大并保持一段时间，此时才可将当前移动地表面识别为软质地表，从而提高检测的准确度。

需要注意的是，如果所述压力传感器102在所述移动机器人移动于硬质地表107时没有与所述抵顶机构103接触，那么所述压力传感器102在所述移动机器人移动于软质地表108时与所述抵顶机构103保持接触，增强装置的适应性；如果所述压力传感器102与所述抵顶机构103始终保持接触，那么所述压力传感器102在所述移动机器人在硬质地表时的压力感测数据小于所述压力传感器在所述移动机器人陷入软质地表后的压力感测数据。上述判定方法考虑到：所述压力传感器102与所述抵顶机构103的安装位置之间存在的间隙可能对地表面检测结果带来的影响。当所述软质地表检测装置的相关结构设计适应上述场景时，可以提高检测的精度。

本发明实施例还提供一种清洁机器人，该清洁机器人包括底盘、驱动轮和前述软质地表检测装置，该清洁机器人可以包括壳体，壳体是清洁机器人的机体的外壁，底盘是机体的下方的组成部件，驱动轮安装在底盘的两侧，所述软质地表检测装置安装在底盘,使得所述软质地表检测装置的所述抵顶机构感测来自地面的挤压情况，其中，壳体安装在底盘的上方，壳体的下沿与底盘顶部之间存在垂直间隙。同时，清洁机器人的驱动轮通过连接轴设置在固定支架上，使得清洁机器人的驱动轮带动整个机体、固定支架101和压力传感器102在竖直方向上进行同幅度的运动。该清洁机器人陷入软质地表后，主要是清洁机器人的驱动轮或万向轮陷入软质地表内，带动机体相对于地表面下降，底盘更贴近地面，导致抵顶机构103与地面发生接触挤压，从而产生相互挤压作用力，使得抵顶机构103受力抵顶压力传感器102，将地面挤压作用力传导并触发压力传感器102，其中，抵顶机构103与底盘形成活动连接，使得抵顶机构103在竖直方向上能够受力活动，作为地面挤压力的传导媒介，本实施例的压力传感器通过采集监视抵顶机构103在清洁机器人的驱动轮乃至底盘相对地质表面发生升降的过程中的受力情况，来间接反映机器人当前行走的地面介质类型，从而按照前述实施例的检测方式，根据压力传感器的感测数据变化检测出硬质地板和软质地板。

所述清洁机器人还包括驱动轮机构，该驱动轮机构被配置为驱动清洁机器人在地面上移动。驱动轮机构包括设于底盘的底部的左轮和右轮以及驱动左轮转动的左轮马达和驱动右轮转动的右轮马达。尤其在清洁装置的结构设计上，左轮和右轮通常是安装在底盘的底部，并不延伸出底盘的外周缘。在清洁机器人的重量作用下，左轮和右轮可以部分地陷入软质表面，比如地毯的绒毛内，导致机体上的吸尘机构受到绒毛向上的作用力。另外，为了便于转向，底盘还安装一个万向轮，该万向轮可以设于左轮和右轮连线的中垂线上，万向轮与左轮和右轮可以呈三角形分布于底盘，万向轮能够沿垂直于底盘的轴360°旋转，便于快速、顺畅地调整清洁机器人的方向。

在所述软质地表检测装置中，所述固定支架还设置有连接块，所述软质地表检测装置通过连接块与所述底盘连接。在具体的实施例中，连接块可以设置在所述固定支架的边缘。当前述软质地表检测装置装配入清洁机器人的机体下方时，可以通过所述抵顶机构配合所述固定支架固定在底盘上，实现前述软质地表检测装置与底盘稳定连接，当然所述抵顶机构接触地表受力后会绕着所述固定轴104转动，是基于前述实施例中公开的所述抵顶机构103可活动地安装在固定支架101上这一结构判定得到的。

基于壳体的下沿与底盘顶部之间存在垂直间隙，所述压力传感器102优选地设置在所述抵顶机构103和所述壳体之间，所述压力传感器与所述底盘上设置的控制器连接，用于接收压力传感器检测到的压力信号。所述底盘承载的控制器，在一可选实施例中，包括印刷电路板，该印刷电路板承载若干存储部件和计算部件(例如，存储器和处理芯片、输入/输出组件等)。在一些实施例中，控制器包括微控制器的分布网，每个微控制器被配置成管理所述清洁机器人的各个子系统。通过适当的设计和编程，控制器被配置成管理自清洁机器人的各种其它部件(例如，驱动滚筒刷转动的马达、边刷马达、左轮马达、右轮马达、吸尘风机、红外传感器、陀螺仪传感器、加速度计传感器、激光测距传感器、摄像头传感器、压力传感器等)，例如，控制器输出命令以操作左轮和右轮正转或反转。在一些实施例中，当清洁机器人的驱动轮陷入软质地表后，底盘更加贴近地面，导致抵顶机构103与地面发生接触挤压，抵顶机构103受力抵顶压力传感器102，此时所述压力传感器102感应到反映的软质地表的压力检测信息，并将压力检测信息传递给控制器，所述控制器接收到压力检测信息后，发出控制指令并控制清洁机构的转速增大，以便于清洁机器人在软质地表（比如地毯表面）执行有效的清洁作业。提高机器人的智能化水平。

优选地，所述清洁机器人装配有滚刷组件，结合图1和图2可知，滚刷组件106安装在相互垂直连接的灰色连接架形成的凹槽内部，即前述的连接部，位于所述机体的下方、凸起安装于机体内，该凹槽相当于滚刷组件的工作箱体，该凹槽的开口则是作为所述机体下方的垃圾收集口，垃圾收集口也是底盘的开口，滚刷组件106的刷毛外露出这个开口，用于清扫收集地表面的垃圾。所述抵顶机构103中，朝向所述机体下方的一个连接架安装所述挡板105，所述挡板可以在不安装滚刷组件的状态下使用，作为垃圾挡板，起到垃圾堆积回收的作用。滚刷组件106或垃圾挡板作为所述清洁机器人的垃圾回收机构，为了能够有效的收集灰尘和垃圾，垃圾回收机构的后半部分会紧贴地面。本实施例将现有扫地机器人的滚刷工作箱体复用为连接部、固定轴104和挡板105构成的结构（即所述抵顶机构），从而利用滚刷工作箱体在地面受力情况向所述压力传感器102反馈清洁地面的介质信息，简化结构和节约成本。

需要补充的是，本领域技术人员可以根据实际需要将滚刷更换为其他类型的清洁组件，如刮条等，进一步地，可以将压力传感器102与多种类型的清洁组件配合使用，通过压力传感器识别地面介质的类型后，控制器控制清洁机器人启用合适的清洁组件清洁作业，从而提高清洁机器人的清洁效果、增强其适应性。

图2中所示的箭头表示移动机器人移动的方向，以移动机器人从硬质地面107跨越至软质地面108为例进行说明。当所述清洁机器人移动在硬质地表107时，所述挡板105与硬质地表107（包括木地板、瓷砖、pvc地板、水泥地面等硬质表面）保持所述预设距离，且所述抵顶机构103不绕着所述固定轴104发生转动。由图2的第二个装置至第三个装置的状态变化可看出，所述清洁机器人从硬质地表107完全跨越到软质地表108后，所述清洁机器人的滚刷组件106逐渐陷入软质地表108内，由于所述驱动轮通过连接轴连接到所述固定支架，所以移动机器人的驱动轮带动所述固定支架101、所述滚刷组件106相对于软质地表108下沉，所述滚刷组件106则接触软质地表108；抵顶机构103也会下降至与软质地表108挤压接触，抵顶机构103接受软质地表108的挤压作用力下绕着固定轴104转动，在本实施例下抵顶机构103受到毛毯地面108上绒毛施加的向上力，使其相对于固定支架101抬升，然后抵顶机构103受力被顶到压力传感器102，压力传感器102的压力感测数据比未抵顶前大，压力传感器102在所述移动机器人移动于软质地表面108的过程中保持这一增大的压力感测数据，所述压力传感器102与所述抵顶机构103保持接触，直到移动机器人跨出软质地表面108至其他类型的地表面。

对于上述实施方式，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施方式并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施方式，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施方式均属于优选实施方式，所涉及的动作并不一定是本发明实施方式所必须的。