机器人、机器人滚轮测速装置及码盘的制作方法

本实用新型涉及检测技术领域，更具体地说，涉及一种码盘，还涉及一种包括上述码盘的机器人滚轮测速装置及机器人。

背景技术：

机器人，如家用智能机器人、扫地机器人等智能装置，一般包括安装在底部的可以行走的机构，例如滚轮。为检测滚轮的运动状态，可以在驱动滚轮的马达或传动装置上设置码盘，码盘与滚轮同步转动。

现有技术中常见的码盘其边缘设置成齿状，齿状结构两侧分别设置发射装置和接收装置，码盘在转动时，发射装置发射的红外线间歇性的通过码盘边缘的空隙(凹下)或被码盘边缘(凸起)阻挡，从而在接收装置上接收到间断的信号。一般的，发射灯照射到接收装置上，输出高电平；发射灯被挡住，不能照射到接收装置上，输出低电平。因而通过输出的电信号可以判断滚轮的运动状态。

然而，当码盘的齿状部位空隙间有灰尘或者齿状凸起有残缺时，造成光线被灰尘阻挡或由残缺处通过，由此接收装置输出的电信号所表现的滚轮运动状态与滚轮实际运动状态不符，导致在这样的位置上计算速度或距离时产生误差。

综上所述，如何有效地解决码盘局部积灰或残缺造成无法真实反映滚轮运动状态、产生误差等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的第一个目的在于提供一种码盘，该码盘的结构设计可以有效地解决码盘局部积灰或残缺造成无法真实反映滚轮运动状态、产生误差的问题，本实用新型的第二个目的是提供一种包括上述码盘的机器人滚轮测速装置，本实用新型的第三个目的是提供一种包括上述机器人滚轮测速装置的机器人。

为了达到上述第一个目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种码盘，包括用于与待测部件同步转动的码盘主体，所述码盘主体设置有光栅状开口；还包括至少两组沿所述码盘主体周向相错设置的光电感应装置，所述光电感应装置包括分别设置于所述光栅状开口两侧的发射装置和接收装置。

优选地，上述码盘中，包括三组沿所述码盘主体周向相错设置的所述光电感应装置。

优选地，上述码盘中，相邻两组所述光电感应装置与所述码盘主体中心的连线的夹角与所述光栅状开口中的两个与所述码盘主体中心的连线的夹角相等。

优选地，上述码盘中，相邻的两个所述光栅状开口间的距离与所述光栅状开口的宽度相等。

优选地，上述码盘中，所述码盘主体为皇冠状码盘或平面圆盘状码盘。

优选地，上述码盘中，还包括用于固定所述光电感应装置的码盘控制板，所述光电感应装置连接于所述码盘控制板上。

本实用新型提供的码盘包括码盘主体和光电感应装置。其中，码盘主体具有光栅状开口。光电感应装置包括分别设置于光栅状开口两侧的发射装置和对应的接收装置。光电感应装置至少设置有两组，且各组光电感应装置均沿码盘主体的周向相错设置。

应用本实用新型提供的码盘进行检测时，码盘主体与待测部件同步转动，光电感应装置固定设置，发射装置发射的脉冲间歇性的通过码盘主体，即脉冲可以由光栅状开口通过，而光栅状开口间的齿则阻挡了脉冲的通过，从而在接收装置上接收到间断的信号。由于在码盘主体周向上设置有相错的至少两组光电感应装置，因而在码盘主体与滚轮同步转动的过程中，每组光电感应装置的接收装置均会输出各自的检测信号。进而对于码盘主体上积灰或残缺的情况，由于对应不同光电感应装置的齿同时发生积灰或残缺的概率极小，因而同一时间段内对应积灰或残缺位置的接收装置其输出的电信号表征的待测部件的转动情况与其他接收装置输出的电信号表征的待测部件的转动情况不同。进而可以根据检测结果判断该齿积灰或残缺，并结合前后时间段内的检测结果判定对应积灰或残缺位置的光电感应装置，从而以对应正常位置的光电感应装置的检测结果作对该时间段内的运动状态计算的基础。综上，应用本实用新型提供的码盘，避免以对应积灰或残缺的异常信号为依据判断待测部件的转动情况，有效规避了积灰或残缺造成的检测结果不准的问题。

在一种优选的实施方式中，包括三组光电感应装置。因而在检测过程中，当一组光电感应装置对应的齿积灰或残缺时，其他两组光电感应装置对应的齿也积灰或残缺的机率极小，因而其输出的电信号表征的待测部件的转动情况相同，为正常信号，则可以判断与之不同的光电感应装置的输出信号为异常信号，且可以通过比较异常信号与正常信号，判断码盘主体发生积灰或者残缺。

为了达到上述第二个目的，本实用新型提供如下技术方案：

机器人滚轮测速装置，包括如上任一种所述的码盘，所述码盘的码盘主体与机器人滚轮同步转动，还包括与所述码盘的光电感应装置电性连接的控制器。

优选地，上述机器人滚轮测速装置中，还包括报警装置，所述报警装置在所述控制器判断至少两个所述接收装置的输出信号表征的所述滚轮的转动情况以预设周期不同时进行报警提示。

优选地，上述机器人滚轮测速装置中，还包括用于记录所述接收装置的输出信号的后台服务器，所述后台服务器与所述控制器电性连接。

应用本实用新型提供的机器人滚轮测速装置，能够判断码盘主体是否发生积灰或残缺的故障，有效规避了码盘主体积灰或残缺造成的检测结果不准的问题。

为了达到上述第三个目的，本实用新型还提供了一种机器人，该机器人包括上述任一种机器人滚轮测速装置。由于上述的机器人滚轮测速装置具有上述技术效果，具有该机器人滚轮测速装置的机器人也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的码盘一种具体实施方式的使用状态爆炸结构示意图；

图2为图1的局部放大结构示意图；

图3为本实用新型提供的码盘的信号图；

图4为本实用新型提供的码盘两组光电感应装置的输出信号图。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种码盘，以避免码盘局部积灰或残缺引起的检测结果误差。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图4，图1为本实用新型提供的码盘一种具体实施方式的使用状态爆炸结构示意图；图2为图1的局部放大结构示意图；图3为本实用新型提供的码盘的信号图；图4为本实用新型提供的码盘两组光电感应装置的输出信号图。

在一种具体实施方式中，本实用新型提供的码盘包括码盘主体1和光电感应装置。

其中，码盘主体1具有光栅状开口13，则相邻的开口间为齿状结构，也就是码盘主体具有间隔设置的能够阻挡光线的齿状结构。具体码盘主体1可以为皇冠状码盘或平面圆盘状码盘，相应的齿状结构既可以为码盘主体1边缘间隔设置的叶片结构、光栅状结构，或者通过在圆盘的边缘开设光栅状透光区形成的结构，也应属于齿状边缘的范畴。优选的，码盘为皇冠状码盘，码盘主体1的中心孔11可以固定在马达5的电机轴(未示出)上，皇冠部分12具有光栅状开口13。光栅状开口13的两侧有成对的发射装置和接收装置(2为发射装置或接收装置之一，成对的接收装置和发射装置未示出)。皇冠状码盘便于多组光电感应装置的布置。码盘主体1用于与待测部件同步转动，如待测部件为滚轮4时，则码盘主体1与滚轮4同步转动。上述各种形状的码盘主体1，通过光电感应装置产生的信号基本类似。发射装置发出的光线没有被遮挡时，可以由接收装置接收。接收装置接收到光后一般可以产生高电平。两个上升沿之间的时间为一个周期，设为T。

一般的，码盘主体1的光栅状开口13的开口宽度均相等，相邻开口间的间距均相等。因而每组光电感应装置的输出电信号可以较为直观的反应待测部件的转动速度。当然，根据需要也可以设置宽度不同的开口或齿，如两种宽度的齿相间设置，则每两组光电感应装置间的圆心角可以与其中一种宽度的齿中任两个的圆心角相同，也可以与一种宽度的齿和另一种宽度的齿的圆心角相同，则在判断检测结果时，需根据光电感应装置的设置角度获取其检测的齿的宽度，并基于齿的宽度进行速度的计算，计算较为复杂。

光电感应装置包括分别设置于光栅状开口13两侧的发射装置和对应的接收装置。需要说明的是，光栅状开口13的两侧指发射装置和接收装置分别设置于开口和齿状结构形成的整体检测部的两侧，进而码盘主体1转动时，接收装置能够间歇性的接收发射装置的射线。光电感应装置与码盘主体1配合，光电感应装置至少设置有两组，且各组光电感应装置均沿码盘主体1的周向相错设置。具体光电检测装置的结构、发射装置及接收装置电路及检测原理等请参考现有技术，此处不再赘述。由光电感应装置的输出信号进行待测部件运动速度及运动距离的计算具体也可参考现有技术，具体的如通过以下公式计算：

U＝L/N*1/T

式中，L为滚轮4转一圈的距离，可以通过测量得到；N为皇冠码盘的齿轮数，为已知量；T为码盘一个齿轮旋转周期的时间，可以通过光电感应器生成的信号得到；U为滚轮4的移动速度。

上述码盘应用于机器人时，机器人一般包括安装在底部的可以行走的滚轮4。码盘可以设置于与主动滚轮4相连的马达5上；也可以设置于与被动滚轮4相连的随动装置，例如通过齿轮啮合或皮带传动的转盘上。

应用本实用新型提供的码盘进行检测时，码盘主体1与待测部件同步转动，光电感应装置固定设置，不随码盘主体1转动，发射装置发射的脉冲间歇性的通过码盘主体1，即脉冲可以由光栅状开口13通过，而光栅状开口13间的齿则阻挡了脉冲的通过，从而在接收装置上接收到间断的信号。由于在码盘主体1周向上相错的设置有至少两组光电感应装置，因而在码盘主体1与滚轮4同步转动的过程中，每组光电感应装置的接收装置均会输出各自检测获得的电信号。

进而对于码盘主体1上积灰或残缺的情况，由于对应不同光电感应装置的齿同时发生积灰或残缺的概率极小，因而同一时间段内对应积灰或残缺位置的接收装置其输出的电信号表征的待测部件的转动情况与其他接收装置输出的电信号表征的待测部件的转动情况不同。进而可以根据检测结果判断有齿积灰或残缺，并结合前后时间段内的检测结果判定对应积灰或残缺位置的光电感应装置，从而以对应正常位置的光电感应装置的检测结果作为该时间段内的运动状态计算的基础。综上，应用本实用新型提供的码盘，避免以对应积灰或残缺的异常信号为依据判断待测部件的转动情况，有效规避了积灰或残缺造成的检测结果不准的问题。

进一步地，包括至少三组光电感应装置，且各组光电感应装置在码盘主体1的周向上相错设置，因而在同一时刻，不同的光电感应装置对应的码盘主体1的检测位置不同。以设置三组光电感应装置为例，在检测过程中，当一组光电感应装置对应的齿积灰或残缺时，其他两组光电感应装置对应的齿也积灰或残缺的机率极小，因而其输出的电信号表征的待测部件的转动情况相同，为正常信号，则可以判断与之不同的光电感应装置的输出信号为异常信号，且可以通过比较异常信号与正常信号，判断码盘主体1发生积灰或者残缺。

更进一步地，相邻两组光电感应装置与码盘主体1中心的连线的夹角与光栅状开口13中的两个与码盘主体1中心的连线的夹角相等。也就是相邻两组光电感应装置的圆心角与光栅状开口13中的两个开口的圆心角相等。以一个齿状结构与一个开口的弧长为一个周期弧长，也就是在同一时刻，相邻的两组光电感应装置对应的检测位置相差N个周期弧长，N为正整数。进而便于通过不同的光电感应装置进行速度及距离的计算，且能够通过不同光电感应装置输出的电信号更为直观的反应是否有光电感应装置对应的齿出现积灰或残缺的情况。当然，根据需要也可以不对相邻两组光电感应装置的圆心角进行具体限定，只需使其相错设置即可。

在上述各实施例的基础上，相邻的两个光栅状开口13间的距离与光栅状开口13的宽度相等。进而在待测部件匀速转动时，输出高电平对应的时间与输出低电平对应的时间相等，如图3所示。根据输出高电平与低电平时间的长短关系能够直观的反应出待测部件的运动状态，如加速运动、减速运动或匀速运动等。

例如，相邻的两个光栅状开口13间的距离与光栅状开口13的宽度相等，当接收装置接收到光线产生高电平时，如图4所示，若一组光电感应装置输出的电信号在多个周期内高电平与低电平对应的时间均相等，而另一组光电感应装置输出的电信号在某一周期内高电平时间较短，而低电平时间较长时，则可以判断该周期内对应的齿发生积灰，而应以另一组光电感应装置的输出信号作为计算基础，待测部件在该周期内为匀速运动。同理，当一组光电感应装置输出的电信号在多个周期内高电平与低电平对应的时间均相等，而另一组光电感应装置输出的电信号在某一周期内高电平时间较长，而低电平时间较短时，则可以判断该周期内对应的齿发生残缺，而应以另一组光电感应装置的输出信号作为计算基础。对于两组光电感应装置输出的信号均为高电平时间较短，低电平时间较长，且两组信号对应的高电平和低电平时间均不同时，则两组中的一种对应的齿发生异常，具体可以通过比较相邻的几个周期内的信号情况，进一步确定发生积灰或残缺对应的光电感应装置。

在使用时，码盘主体1与待测部件同步转动，而光电感应装置不随待测部件转动，故为了便于光电感应装置的安装，可以设置码盘控制板3，光电感应装置连接于码盘控制板3上。使用时，可以将码盘主体1与电机主轴连接以随电机主轴转动，码盘控制板3可以与固定件连接，如与电机的外壳固定连接等。当然，根据需要可以不设置码盘控制板3，使用时直接将光电感应装置固定即可。

具体的，光电感应装置可以与码盘控制板3可拆卸的固定连接，且在码盘控制板3上设置多个用于连接光电感应装置的固定部，进而可以根据需要有选择地设置光电感应装置的数量，或调整相邻两组光电感应装置间的间距，也就是二者的圆心角。

发射装置具体可以为发光二极管，发光二极管的第一端接地，第二端与电源连接，具体可以与CPU的引脚连接，以在其输出高电平时发光。接收装置可以为光敏三极管，光敏三极管的输出端用于与控制器的输入端连接。根据需要，接收装置也可以采用光敏二极管等。

本实用新型还提供了一种机器人滚轮测速装置，包括如上述各实施例中任一种码盘，还包括与码盘的光电感应装置电性连接的控制器，码盘的码盘主体1与机器人滚轮4同步转动。控制器接收光电感应装置的输出信号，计算滚轮4的转动速度等，且可以根据各组光电感应装置的输出信号判断是否有对应的齿积灰或残缺，相应的以正常信号作为计算基础，从而避免以对应积灰或残缺的异常信号为依据判断待测部件的转动情况，有效规避了积灰或残缺造成的检测结果不准的问题。

进一步地，还包括报警装置，报警装置与控制器电性连接，在控制器判断至少两个接收装置的输出信号表征的滚轮4的转动情况以预设周期不同时进行报警提示。也就是通过控制器判断异常信号以预设周期出现时，则进行报警提示，以提示相关人员码盘主体1积灰或残缺。具体的报警装置可以为声光报警器或语音播报器，采用声光报警器能够提醒远距离的相关人员或者即使在较为嘈杂的环境中也能够有效提示作用。采用语音播报器则可以直接提醒操作人员具体发生的紧急情况。当然，根据需要报警装置也可以采用其他常规的报警器，如蜂鸣器等。

更进一步地，还包括用于记录接收装置的输出信号的后台服务器，后台服务器与控制器电性连接。通过后台服务器对接收装置的输出信号进行记录，技术人员能够方便地从后台服务器调取输出信号数据，进而便于后期技术人员对输出信号的综合分析及计算。

基于上述实施例中提供的机器人滚轮测速装置，本实用新型还提供了一种机器人，该机器人包括上述实施例中任意一种机器人滚轮测速装置。由于该机器人采用了上述实施例中的机器人滚轮测速装置，所以该机器人的有益效果请参考上述实施例。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。