自主移动机器人及其控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种自主移动机器人及其控制方法，该机器人具有一能够在地面上移动的机器人本体，包括至少一个被动轮单元和一被动轮旋转检测单元，被动轮单元包括通过一转轴转动设置在机器人本体底部的被动轮，被动轮能够借助于机器人本体的移动而转动；被动轮旋转检测单元包括至少一个磁性元件和磁场感应元件，磁性元件设置在被动轮上并能够在被动轮周围产生磁场，磁场感应元件设置在被动轮附近并用以感应磁性元件产生的磁场变化。本发明的被动轮转动，磁性元件同被动轮一起转动，引起周边磁场有规律变化，磁场感应元件通过对磁场变换的检测来向主控单元间接传输机器人本体是否处于正常工作的信息，从而为自主移动机器人实现平稳连续工作提供保障。
【专利说明】
自主移动机器人及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种自主移动机器人及其控制方法，特别涉及一种在自移动过程中出现移动异常时，能够及时被主控单元获知的自主移动机器人及其控制方法。
【背景技术】
[0002]自主移动机器人为能够在地面自身移动的机器人，目前自主移动机器人包括自移动地面清洁机器人、自移动的巡防机器人等。由于自主移动机器人都是自行在地面上移动，自主移动机器人需要有一个或多个主动轮或主动行走的脚和一个或多个被动轮，被动轮能够借助于机器人主动轮移动而转动，此被动轮可以为万向轮或固定转轴的轮，可以起支撑机器人的重量或被动检测行进速度的。当机器人正常移动时，被动轮持续转动；当机器人遇到障碍物被遮挡或者主动轮被悬空等问题出现时，被动轮停止转动。因此，通过在被动轮上或周围设置能监控脚轮是否转动的部件来判断机器人是否正常移动。一般自主移动机器人行进中都会碰到障碍物而原地打滑或停止前进(视觉系统或超声波检测很难完全避免碰上障碍物)，如果没有一种可靠的方案判断机器人是否在打滑或没有前进，会引起不希望的结果或中途结束工作。
[0003]现有技术中，最常见的是利用在被动轮上同轴设置齿轮和光电式旋转编码器的方案，通过齿轮和编码器的结合来测量直线位移以及知晓被动轮是否正常转动。还有一种较为常见的是利用光学传感器来检测被动轮的方法来判断脚轮是否在持续转动的方案，如公开号为US7359766B2的文献中公开了一种利用光学传感器来检测脚轮(即被动轮)是否持续转动的自动吸尘器，该自动吸尘器中，脚轮的外表面被设置成具有两种光反射率的黑色涂层和白色涂层，当光学传感器向脚轮发射光线时，经黑色涂层和白色涂层反射回来的反射光的强度将不同，以此可以判断脚轮是否持续转动，进而获知自动吸尘器是否在正常移动；公开号为US08417383B2的文献中也公开了一种利用光学传感器来检测脚轮(即被动轮)是否持续转动的机器人清洁机器人，该机器人中，脚轮的外表面被设置成具有两种不同光反射率的涂层，当光学传感器向脚轮发射光线时，经不同反射率的涂层所反射回来的反射光的强度将不同，以此可以判断脚轮是否持续转动，进而获知自动吸尘器是否在正常移动。
[0004]上述第一种方案中，脚轮上的齿轮容易进灰，导致容易坏，以及生产成本过高，机构复杂麻烦，而且轮子内有连接电线，电线容易被转动导致断掉，亦在机器定点转圈工作模式下，而无法判断是否前面悬空。第二种方案中，由于脚轮在地面上移动时，外表面容易被污染，所以长此以往，外表面上具有不同光反射率的涂层的光反射率会趋于相同，从而影响光学传感器的准确判断。
【发明内容】
[0005]针对上述存在的技术不足，本发明的第一目的是提供一种自主移动机器人，该自主移动机器人能够在不能正常行进时，通过准确地被检测出来。奔发明的第二目的是提供一种该自主移动机器人的控制方法。
[0006]为了实现上述发明的第一目的，本发明采用如下技术方案:一种自主移动机器人，具有一能够在地面上移动的机器人本体，所述的机器人本体包括:
一驱动单元，用于驱动所述的机器人本体在地面上移动；
至少一个被动轮单元，所述的被动轮单元设置在所述机器人本体的底部，所述的被动轮单元包括一被动轮，所述的被动轮通过一转轴转动设置在所述机器人本体的底部，所述被动轮的外圆周表面支撑在地面上，所述的被动轮能够借助于所述机器人本体的移动而转动；
一被动轮旋转检测单元，用以检测所述的被动轮是否绕着所述的转轴转动；
一主控单元，用于响应来自所述的被动轮旋转检测单元检测的信号来控制所述的驱动单元工作；所述的被动轮旋转检测单元包括至少一个磁性元件和磁场感应元件，所述的磁性元件设置在所述被动轮上并能够在被动轮周围产生磁场，所述的磁场感应元件设置在所述的被动轮附近并用以感应所述磁性元件产生的磁场的变化。
[0007]上述技术方案中，优选的，所述的磁场感应元件为感应磁场方向变化的磁场方向感应元件或感应磁场强度变化的磁场强度感应元件。
[0008]上述技术方案中，优选的，所述的磁场感应元件包括磁阻传感器。
[0009]上述技术方案中，优选的，所述的磁性元件为永磁体。
[0010]上述技术方案中，优选的，所述的磁性元件埋设在所述的被动轮内部。
[0011]上述技术方案中，优选的，当所述的被动轮旋转检测单元检测到所述被动轮的旋转停止时，所述的主控单元向所述的驱动单元输出一驱动所述机器人本体朝着与正常行进方向不同的方向移动的控制信号。
[0012]上述技术方案中，优选的，所述的驱动单元包括至少两个移动轮以驱动所述的移动轮转动的马达，所述的移动轮在所述马达的驱动下带动所述的机器人本体移动。
[0013]上述技术方案中，优选的，所述的机器人本体还包括一清洁单元，所述的清洁单元安装在所述的机器人本体上，所述的清洁单元用以在所述的机器人本体移动过程中移地面上的污物。
[0014]上述技术方案中，优选的，所述的清洁单元包括吸尘模块、抹布清洁模块、海绵清洁模块中的至少一种。
[0015]为了实现上述发明的第二目的，本发明采用如下技术方案:
一种自主移动机器人的控制方法，包括:
一通过检测一支撑在待地面上并借助于该自主移动机器人的移动而转动的被动轮是否转动，来判断该自主移动机器人是否行进正常的移动检测步骤；
所述的移动检测步骤是使用设置在所述被动轮内并能够在所述被动轮周围产生磁场的至少一个磁性元件以及用以感测该磁场变化的磁场感应元件来实现的。
[0016]上述技术方案中，优选的，所述的磁性元件为设在所述被动轮上的永磁体。
[0017]上述技术方案中，优选的，所述的磁性元件埋设在所述被动轮内。
[0018]上述技术方案中，优选的，所述的方法中还包括通过读取所述的磁场感应元件变化的频率来判断所述的机器人本体的移动快慢，从而来进行控制所述机器人本体移动的速度或距离的调速步骤。
[0019]上述技术方案中，优选的，所述的方法还包括将该自主移动机器人从上述的移动检测步骤中探测到所述被动轮停止转动的位置解救的解救步骤。
[0020]上述技术方案中，优选的，所述的解决步骤是通过驱动自主移动机器人调转行进方向来实现的。
[0021]本发明的有益效果在于:通过在被动轮内设置磁性元件，配合设置磁场感应元件，这样随着被动轮转动，磁性元件同被动轮一起转动，从而引起周边磁场有规律的变化，磁场感应元件通过对磁场变换的检测来向主控单元间接传输机器人本体是否处于正常工作的信息，从而为自主移动机器人实现平稳连续工作提供保障。
【附图说明】
[0022]附图1为本发明的机器人本体的仰视立体示意图；
附图2为本发明的机器人本体的沿前后方向的剖视图(仰视视角)；
附图3为本发明的机器人本体的沿前后方向的剖视图(俯视视角)；
附图4为本发明的机器人本体的控制过程示意图；
其中:1、机器人本体；2、顶壁；3、底壁；4、外圆周侧壁；5、吸尘口 ；6、侧刷；7、粘接条；
8、清洁海绵；9、主动轮；10、被动轮单元；11、被动轮；12、水平转轴；13、被动轮旋转检测单元；14、永磁体；15、磁场感应元件；16、主控单元；17、吸尘电机；18、集尘盒；19、充电电池单元；20、充电电极。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图所示的实施例对本发明的技术方案作以下详细描述:
本实施例列举的是一种自移动地面清洁机器人，如图1~3所示，该自移动地面清洁机器人具有一个能够在待清洁地面上前后移动以及转动的机器人本体I，机器人本体I具有一个由顶壁2、一个底壁3以及一个外圆周侧壁4构成的外壳体。
[0024]机器人本体I上设置有用于在机器人本体I移动过程中清除待清洁地面上的污物的清洁单元7。本例中，清洁单元由吸尘模块、抹布清洁模块以及海绵清洁模块构成。其中，吸尘模块包括设置在机器人本体I内部的吸尘电机17、开设在底壁3上的吸尘口 5以及集尘盒18和过滤部件，含尘气流能在吸尘电机17的作用下经由吸尘口 5吸入到机器人本体I内部的集尘盒18内，干净空气通过经过过滤部件后从机器人本体I上的排气口排出。一般为了加强吸尘口 5处的吸尘效果，有些机器人本体I在吸尘口 5处配置有一马达带动转动的滚刷(本例中未设置)，在吸尘口 5左右两侧还设置有一对侧刷6，侧刷6能够将远处的灰尘带至吸尘口 5处。抹布清洁模块由设置在底壁3上的粘接条7和粘接在粘接条上的清洁布构成，在机器人本体I在待清洁地面上移动时，地面上的细小灰尘能够被清洁布擦除。海绵清洁模块由设置在底壁3上的清洁海绵8构成，在机器人本体I在待清洁地面上移动时，地面上的细小灰尘或水渍能够被清洁海绵擦除。抹布清洁模块和海绵清洁模块能够起到“抹布擦地”的效果，通常用在硬地面的清洁过程中。
[0025]机器人本体I上还设置有用于驱动机器人本体I在待清洁地面上移动的驱动单元。驱动单元包括设置在机器人本体I底部的一对主动轮9，一对主动轮9分别由一马达带动转动，一对主动轮9按照对称的方式居中地分别布置在机器人本体I的底部的两侧处。一对主动轮9可在机器人本体I的主控单元的控制下执行包括移动和旋转的运动操作。
[0026]机器人本体I的底部上还设置有一被动轮单元10，如图4所示，被动轮单元10包括一被动轮11，被动轮11通过一水平转轴12转动设置在机器人本体I的底部，被动轮11的外圆周表面支撑在地面上，被动轮11能够借助于机器人本体I的主动轮9移动而绕水平转轴12转动。被动轮11还能在机器人本体I为改变前进方向而发生旋转同时保持稳定的姿态。
[0027]机器人本体I在被动轮单元10附近还设置一被动轮旋转检测单元13，用以检测被动轮11是否绕着水平转轴12转动。被动轮旋转检测单元13包括埋设在被动轮11内的永磁体14以及设置在被动轮11附近的磁场感应元件15构成。永磁体14能够在被动轮11周围产生磁场，磁场感应元件15被用以感应永磁体14产生的磁场的变化。当被动轮11随着机器人本体I的移动而绕水平转轴12转动时，永磁体14也会随之转动，从而使其在被动轮11周围产生的磁场发生变化。按照该原理，当磁场感应元件15持续感应到不到磁场变换时，则表明被动轮11不转动，即机器人本体I处于停滞不前的状态；当磁场感应元件15持续感应到磁场变换时，则表明被动轮11在正常转动，即机器人本体I处于正常的前行状
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[0028]上述的磁场感应元件15可以采用感应磁场方向变化的磁场方向感应元件，也可以采用感应磁场强度变化的磁场强度感应元件。本例中采用的是磁场强度感应元件，该磁场强度感应元件包括一磁阻传感器。
[0029]机器人本体I上还设有一主控单元16，主控单元16能够控制清洁单元和驱动单元工作。被动轮旋转检测单元13与主控单元16相信号连接，主控单元16用于响应来自被动轮旋转检测单元13检测的信号来控制驱动单元工作。
[0030]本例中，当磁场感应元件15在设定时间内持续感应到不同的磁场强度时，则主控单元16将判断出机器人主体I在当前的前行方向上遇到障碍，主控单元16将向驱动单元8输出一驱动机器人本体I朝着与正常行进方向不同的方向(或掉头或转向)移动的控制信号命令。当磁场感应元件15在设定时间内感应到同一磁场强度时，则主控单元16将判断出机器人主体I在当前的前行方向一切正常。
[0031]机器人本体I内部还设置有充电电池单元19，充电电池单元19能够个各个电机以及主控单元供电。为了使得用户能够给机器人本体I上的充电电池单元19充电，机器人本体I在外圆周侧壁4的外壁面上设置有一充电电极20。当充电电池单元19较低时，机器人本体I能够在主控单元16的控制下自行寻找到充电座进行充电。
[0032]下面，将结合附图4详细描述上述自移动地面清洁机器人的连续控制过程: 第一步，当使用者打开该自移动地面清洁机器人时，该自移动地面清洁机器人的机器人本体将按照预定程序在待清洁地面上行进，以执行清洁操作步骤。
[0033]在机器人本体I在待清洁地面上执行清洁操作步骤的过程中，被动轮旋转检测单元13持续对被动轮是否绕水平转轴12转动进行检测的移动检测步骤。
[0034]在移动检测步骤的过程中，当磁场感应元件感应到永磁体产生的磁场在周期性变化，则表明当前机器人本体I的行进正常，则机器人本体I继续进行当前的清洁操作步骤。
[0035]如果磁场感应元件感应不到永磁体产生的磁场的变化，则意味着障碍物妨碍了机器人本体I的进一步行进，此时将执行将机器人本体I从障碍物处所在位置解救的解救步骤，该解决步骤的具体方法是通过主控单元16向驱动单元8输出一驱动机器人本体I调转行进方向(转向或掉头)的控制信号命令来实现的，当磁场感应元件再次感应到永磁体产生的磁场的变化时，则认定机器人本体I已经被从障碍物所在位置处成功解救出来，机器人本体I继续进行当前的行进方法而进行清洁操作步骤。此时，如果在主控的那元发出调转行进方向的控制信号命令后的一定时间后，磁场感应元件仍然感应不到永磁体产生的磁场的变化，则表明解救失败，此时机器人本体I将停止清洁操作步骤和驱动单元的进一步运转，以避免不必要的能量损耗和元件的过度运行，并最好对外报警，以提醒使用者通过人工来解救该机器人本体I脱困。
[0036]另外，由于机器人本体I在正常的行进过程中，磁场感应元件检测到磁场都是在周期内有规律的变化的，因此基于此，主控单元能够通过读取磁场感应元件变化的频率来判断当前机器人本体I的移动快慢，从而来执行调节机器人本体移动的速度或距离的步骤。
[0037]本例的自移动地面清洁机器人在行进中，能够随时判断机器人本体是否被障碍物卡住而出现移动困难等突发情况，主控单元可以依次控制向其他部件施加控制命令以使得机器人本体I从当前的困境中逃脱从来，从而使得自移动地面清洁机器人能够平稳和持续地执行地面清洁工作。
[0038]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种自主移动机器人，具有一能够在地面上移动的机器人本体，所述的机器人本体包括: 一驱动单元，用于驱动所述的机器人本体在地面上移动； 至少一个被动轮单元，所述的被动轮单元设置在所述机器人本体的底部，所述的被动轮单元包括一被动轮，所述的被动轮通过一转轴转动设置在所述机器人本体的底部，所述被动轮的外圆周表面支撑在地面上，所述的被动轮能够借助于所述机器人本体的移动而转动； 一被动轮旋转检测单元，用以检测所述的被动轮是否绕着所述的转轴转动； 一主控单元，用于响应来自所述的被动轮旋转检测单元检测的信号来控制所述的驱动单元工作；其特征在于: 所述的被动轮旋转检测单元包括至少一个磁性元件和磁场感应元件，所述的磁性元件设置在所述被动轮上并能够在被动轮周围产生磁场，所述的磁场感应元件设置在所述的被动轮附近并用以感应所述磁性元件产生的磁场的变化。2.根据权利要求1所述的自主移动机器人，其特征在于:所述的磁场感应元件为感应磁场方向变化的磁场方向感应元件或感应磁场强度变化的磁场强度感应元件。3.根据权利要求2所述的自主移动机器人，其特征在于:所述的磁场感应元件包括磁阻传感器。4.根据权利要求1所述的自主移动机器人，其特征在于:所述的磁性元件为永磁体。5.根据权利要求1或4所述的自主移动机器人，其特征在于:所述的磁性元件埋设在所述的被动轮内部。6.根据权利要求1所述的自主移动机器人，其特征在于:当所述的被动轮旋转检测单元检测到所述被动轮的旋转停止时，所述的主控单元向所述的驱动单元输出一驱动所述机器人本体朝着与正常行进方向不同的方向移动的控制信号。7.根据权利要求1所述的自主移动机器人，其特征在于:所述的驱动单元包括至少两个移动轮以驱动所述的移动轮转动的马达，所述的移动轮在所述马达的驱动下带动所述的机器人本体移动。8.根据权利要求1所述的自主移动机器人，其特征在于:所述的机器人本体还包括一清洁单元，所述的清洁单元安装在所述的机器人本体上，所述的清洁单元用以在所述的机器人本体移动过程中移地面上的污物。9.根据权利要求8所述的自主移动机器人，其特征在于:所述的清洁单元包括吸尘模块、抹布清洁模块、海绵清洁模块中的至少一种。10.一种自主移动机器人的控制方法，包括: 一通过检测一支撑在待地面上并借助于该自主移动机器人的移动而转动的被动轮是否转动，来判断该自主移动机器人是否行进正常的移动检测步骤；其特征在于: 所述的移动检测步骤是使用设置在所述被动轮内并能够在所述被动轮周围产生磁场的至少一个磁性元件以及用以感测该磁场变化的磁场感应元件来实现的。11.根据权利要求10所述的自主移动机器人的控制方法，其特征在于:所述的磁性元件为设在所述被动轮上的永磁体。12.根据权利要求10或11所述的自主移动机器人的控制方法，其特征在于:所述的磁性元件埋设在所述被动轮内。13.根据权利要求10或11所述的自主移动机器人的控制方法，其特征在于:所述的方法中还包括通过读取所述的磁场感应元件变化的频率来判断所述的机器人本体的移动快慢，从而来进行控制所述机器人本体移动的速度或距离的步骤。14.根据权利要求10或11所述的自主移动机器人的控制方法，其特征在于:所述的方法还包括将该自主移动机器人从上述的移动检测步骤中探测到所述被动轮停止转动的位置解救的解救步骤。15.根据权利要求14所述的自主移动机器人的控制方法，其特征在于:所述的解决步骤是通过驱动自主移动机器人调转行进方向来实现的。
【文档编号】A47L11/28GK105832252SQ201510019373
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月14日
【发明人】孙佳俭, 尚海芝
【申请人】东莞缔奇智能股份有限公司