碰撞位置检测装置和系统的制作方法

本实用新型涉及碰撞检测技术领域，具体而言，涉及一种碰撞位置检测装置和系统。

背景技术：

可移动设备，例如扫地机，在移动过程中经常面临复杂的周边环境，难免发生碰撞。为了在碰撞发生时，能够规划正确的路线躲避障碍物，需要在扫地机上设置碰撞检测装置。系统借助传感器输出信息标记障碍物位置，避免再次发生碰撞，以弥补机器人避障能力的不足。

现有的碰撞检测装置包括以下几种：

第一种碰撞检测装置采用粗略检测的方式，通过一个开关或者压力传感器连接到一个面积较大的面壳上，当面壳接触障碍物时，导致开关或者传感器状态的变化，这样能够检测到较大范围内的碰撞，缺点是：只能检测到机器人整体是否发生了碰撞，而不能确定碰撞发生的具体位置；

第二种碰撞检测装置通过布置多个上述装置，可以感知到机器人的某几个大致的碰撞位置。缺点是：由于使用了多个传感器，占有空间和处理器资源较多，成本较高，但精确度不高。

第三种碰撞检测装置在第一种装置的基础上，配合带有聚焦透镜的红外测距传感器来实现检测障碍物位置的目的。当碰撞到障碍物时，机器人自身旋转，通过上述红外测距传感器来扫描障碍物的位置。这样能够较准确地检测到障碍物的位置，缺点是：每次碰到障碍物时都要旋转，一定程度上会降低检测的速度；而且成本较高。

综上所述，现有技术的碰撞检测装置存在成本高和检测精确度低的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种碰撞位置检测装置和系统，能够快速准确地感知碰撞的位置。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种碰撞位置检测装置，用于包覆在可移动设备的外壳上，所述装置包括由内向外依次排列的第一导电层、支撑层、第二导电层和碰撞缓冲层；

所述第一导电层的一端与第一导线连接，所述第一导线用于连接AD转换器或带有AD转换模块的微处理器的采样端口，所述采样端口包括模拟信号输入接口；

所述第二导电层与所述支撑层接触的一侧导电，所述第二导电层的一端与第二导线连接，另一端与第三导线连接，所述第二导线和第三导线分别用于连接电源的正极和负极。

结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一导电层包括直接喷涂在所述可移动设备的外壳表面的导电材料或包覆在所述可移动设备的外壳上的导电材料。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例还提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一导电层包括铜箔或铝箔。

结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述支撑层包括网状弹性膜。

结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述第二导电层包括一侧溅射有导电镀层的塑料薄膜；所述塑料薄膜溅射有导电镀层的一侧与所述支撑层接触，另一侧与所述碰撞缓冲层接触。

结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述碰撞缓冲层由弹性材料制成。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本实用新型实施例还提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述碰撞缓冲层包括橡胶或硅胶。

结合第一方面的上述实施方式中的一种，本实用新型实施例还提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述第一导电层、支撑层、第二导电层和碰撞缓冲层之间通过粘结的方式连接。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种碰撞位置检测系统，包括可移动设备和上述任意一种碰撞位置检测装置；

所述可移动设备的电源的正极和负极分别连接第二导线和第三导线，所述可移动设备直接连接第一导线或通过AD转换器连接第一导线；

所述可移动设备直接连接第一导线，包括：所述可移动设备的AD转换模块的模拟信号输入接口与第一导线连接；

所述可移动设备通过AD转换器连接第一导线，包括：所述AD转换器的模拟信号输入接口与第一导线连接。

结合第二方面，本实用新型实施例还提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述可移动设备为具有自主规划移动路线能力的设备。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型实施例提供的碰撞位置检测装置和系统，包括由内向外依次排列的第一导电层、支撑层、第二导电层和碰撞缓冲层，产品整体成本低。第一导电层、支撑层、第二导电层和碰撞缓冲层均采用可弯折的柔性材料制成，可灵活配置在多种设备上。碰撞发生时，碰撞位置的第二导电层因发生形变而与第一导电层发生接触，此时，碰撞位置的两侧至两条导线之间可等效为两个电阻，根据两个电阻的比值，即可计算出碰撞的具体位置，检测的精度和灵敏度高。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型一实施例所提供的碰撞位置检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例所提供的碰撞位置检测装置的碰撞状态图；

图3为本实用新型一实施例所提供的碰撞位置检测装置在碰撞状态下的等效电路图；

图4为使用本实用新型实施例所提供的碰撞位置检测装置计算碰撞位置的流程图。

图标：

1-可移动设备的外壳；2-第一导电层；3-支撑层；4-第二导电层；5-碰撞缓冲层。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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。

目前，碰撞检测装置包括以下几种：

第一种碰撞检测装置采用粗略检测的方式，通过一个开关或者压力传感器连接到一个面积较大的面壳上，当面壳接触障碍物时，导致开关或者传感器状态的变化，这样能够检测到较大范围内的碰撞，缺点是：只能检测到机器人整体是否发生了碰撞，而不能确定碰撞发生的具体位置；

第二种碰撞检测装置通过布置多个上述装置，可以感知到机器人的某几个大致的碰撞位置。缺点是：由于使用了多个传感器，占有空间和处理器资源较多，成本较高，但精确度不高。

第三种碰撞检测装置在第一种装置的基础上，配合带有聚焦透镜红外测距传感器来实现检测障碍物位置的目的。当碰撞到障碍物时，机器人自身旋转，通过上述红外测距传感器来扫描障碍物的位置。这样能够较准确地检测到障碍物的位置，缺点是：每次碰到障碍物时都要旋转，一定程度上会降低检测的速度；而且成本较高。

第四种碰撞检测装置用在小型机器人身上，当重心较低时，可以把机器人的整个外壳做成可水平方向自由活动的，然后通过加速度计和陀螺仪来检测碰撞位置。这种装置也能够准确检测到碰撞的位置，但缺点是：成本高，技术实现难度大。

针对现有的碰撞检测装置检测精度低、检测效率低和生产成本高的问题，本实用新型实施例提供了一种碰撞位置检测装置和系统，以下首先对本实用新型的碰撞位置检测装置进行详细介绍。

实施例一

图1示出了该实施例提供的一种碰撞位置检测装置的剖面结构示意图。如图1所示，该实施例的碰撞位置检测装置，用于包覆在可移动设备的外壳1上，包括由内向外依次排列的第一导电层2、支撑层3、第二导电层4和碰撞缓冲层5。

其中，第一导电层2的一端与第一导线连接；第一导线用于连接AD转换器或带有AD转换模块的微处理器的采样端口，所述采样端口包括模拟信号输入接口，即第一导线通过AD转换器(模数转换器)的模拟信号输入接口与微处理器连接，或直接连接在微处理器的AD转换模块(模数转换模块)的模拟信号输入接口上。

第一导电层2由柔性导电材料制成。第一导电层2作为底层可根据实际使用情况选择材料和工艺；可以选择直接喷涂在可移动设备的外壳1表面的导电材料，也可以选择包覆在可移动设备的外壳上的导电材料。如：喷涂在可移动设备的外壳1表面的导电材料可以选用铜粉或铝粉，包覆在可移动设备的外壳上的导电材料可以选择铜箔、柔性PCB或铝箔等。

柔性PCB是一种柔性电路板，是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板。简称软板或FPC，具有配线密度高、重量轻、厚度薄的特点。

支撑层3可以是网状弹性膜，其材料包括但不限于硅胶和橡胶等弹性材料。其网状带孔的结构，使第二导电层在受到碰撞后，可与第一导电层直接接触而使电路导通。

第二导电层4与支撑层3接触的一侧导电，阻抗均匀分布，且方阻值适当，以便控制检测装置的功耗和测量精度在合适的范围内。第二导电层4的一端与第二导线连接，另一端与第三导线连接，第二导线和第三导线分别用于连接电源的正极和负极。

第二导电层4为柔性导电材料，包括但不限于ITO-PET薄膜等材料。ITO-PET薄膜为采用磁控溅射技术，在PET(聚对苯二甲酸类塑料)基底材料上溅射透明氧化铟锡(ITO)导电薄膜镀层并经高温退火处理得到的一侧导电的塑料薄膜。塑料薄膜溅射有导电镀层的一侧与支撑层3接触，另一侧与碰撞缓冲层5接触。

碰撞缓冲层5由弹性材料制成，包括但不限于橡胶或硅胶等材料。碰撞缓冲层5位于最外层，用于缓冲来自碰撞物体的冲击，起到保护内部由两导电层组成的传感器的目的。当物体碰撞到可移动设备的外壳时，由弹性材料制成的碰撞缓冲层5可发生变形。

碰撞缓冲层5也可以是气囊，当物体碰撞到传感器时，气囊也可以用于缓冲来自碰撞物体的冲击，同时发生变形。

上述的第一导电层2、支撑层3、第二导电层4和碰撞缓冲层5之间通过粘结的方式连接。

如图2示出了所述装置发生碰撞时的结构示意图；图3示出了碰撞发生时的等效电路图。如图2和图3所示，当碰撞发生时，最外层的碰撞缓冲层发生形变，从而挤压第二导电层4也发生形变。碰撞位置的第二导电层4因发生形变而与第一导电层2发生接触。

此时，碰撞位置的两侧至两条导线之间的第二导电层可等效为两个电阻，根据两个电阻的比值，即可计算出碰撞的具体位置，检测的精度和灵敏度高，且占用微处理器资源少；并且可靠性高，稳定性好。

由于装置整体是柔性的，因此，可灵活配置在多种设备上，如扫地机器人，服务机器人等。当该装置应用于扫地机器人上时，由于在扫地机器人前进的过程中，碰撞一般都会发生在前端部。所以碰撞位置检测装置也设置在扫地机器人的前端部，外观呈长圆形或长条形。

本实施例的碰撞位置检测装置与现有的碰撞检测装置相比，结构简单，容易实现；材料易得，制造难度低，因此产品成本低。

实施例二

该实施例提供了一种碰撞位置检测系统，包括可移动设备和上述实施例一中描述的碰撞位置检测装置；可移动设备的电源的正极和负极分别连接第二导电层的第二导线和第三导线，可移动设备的微处理器的AD转换模块的模拟信号输入接口连接第一导电层的第一导线；

该系统的另外一种实施方式为：第一导线与AD转换器的模拟信号输入接口连接，AD转换器再与可移动设备的微处理器的采样端口连接。

所述可移动设备为机器人等具有自主规划移动路线能力的设备，如扫地机器人、服务机器人等。

本实用新型实施例所提供的碰撞位置检测装置和检测系统的工作过程为：

使用时，首先将碰撞位置检测装置的第二导线和第三导线分别接到电源正极和负极，第一导线接到AD转换器或带有AD转换功能的微处理器的端口。电源电压应等于AD转换器的参考电压。

设第二导线与第二导电层连接的位置为A端，第三导线与第二导电层连接的位置为B端，当碰撞位置检测装置上的某一点X发生碰撞时，由弹性材料制成的碰撞缓冲层受到挤压，产生变形，同时位于碰撞缓冲层内侧的第二导电层也产生变形，并且和第一导电层发生接触。此时，碰撞点两侧的第二导电层可等效成两个电阻，等效电路如图3所示。

由于第二导电层的柔性导电材料的阻抗是均匀分布的，第一导线测得的电压值V_S与AD转换器参考电压值V_REF的比值等于碰撞点X距B端的距离D_XB与A端距B端之间距离D_AB的比值。即

V_S/V_REF＝D_XB/D_AB

已知V_S与V_REF的数值，通过计算即可得到D_XB与D_AB的比值，从而可以确定X点距离B端的距离，结合在设备上的安装位置，便可以计算出碰撞点的具体位置。

在碰撞位置检测的过程中，微处理器需要检测电压值V_S，并计算碰撞点距离B端的距离，具体步骤如图4所示，包括：

步骤S401，通过采样端口采集第一导线的电压值Vs；

步骤S402，将电压值Vs与预设的参考电压值V_REF进行比较，若电压值Vs小于参考电压值V_REF，则计算电压值Vs与参考电压值V_REF的比值；

步骤S403，根据所述比值和预存的A端与B端之间的距离D_AB，计算碰撞点X点与B端之间的距离，从而确定碰撞点的具体位置。

根据上述步骤确定出的碰撞点的具体位置控制所述可移动设备的移动方向；

根据确定出的碰撞点的具体位置记录障碍物的具体位置，避免可移动设备再次与所述障碍物发生碰撞。

具体地说，系统通过传感器检测到碰撞位置相对于自身的角度后，在地图上标记出障碍物的准确位置。当再次来到这个地方的时候，会结合视觉等其他信息判断此障碍物是否还存在；如果还存在，则改变可移动设备的移动方向，避免再次与同一障碍物发生碰撞。以期达到弥补其他障碍物检测方法不足的目的。最终的目的是使设备避免发生碰撞。

从功能实现角度，本实用新型可实现精确的碰撞位置检测，制造难度低，可靠性高，稳定性好，并且成本低。由于该碰撞位置检测装置整体是柔性的，可灵活配置在多种设备上，如扫地机器人，服务机器人等，保护机器人本身在移动过程中不受到损害，同时也不破坏或伤害运动环境中的障碍物。

本实用新型实施例提供的碰撞位置检测装置和系统，具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型所提供的实施例中，应该理解到，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。