一种地面检测装置、机器人及地面检测方法与流程

本发明实施例涉及地面检测领域，特别涉及一种地面检测装置、机器人及地面检测方法。

背景技术：

随着科技的进步，机器人在人们的生活中得到越来越多的应用，而为了避免机器人在运行前方没有地面的情况下由于向前摔倒造成的损坏，往往需要在机器人内设置地面检测装置，以对机器人所处的地面状况进行检测。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：在进行地面检测时，在地面反射率比较低的情况，采集的地面反射光所产生的信号幅值比较小，一般不能判断真实的地面情况，会造成地面检测的不准确。因此现有技术中的地面检测装置不能满足对地面检测准确度的需求。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的在于提供一种地面检测装置、机器人及地面检测方法，使得能够针对检测区域进行检测，获得准确的检测结果。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种地面，包括：控制电路、信号激发电路、信号采样电路和放大电路；控制电路的第一端与信号激发电路连接，控制电路的第二端与放大电路的输出端连接，信号采样电路与放大电路的输入端连接；控制电路用于，向信号激发电路发送第一电压信号；信号激发电路用于，获取第一电压信号并根据第一电压信号产生光信号；信号采样电路用于，获取光信号通过检测区域反射后的反射光以及环境干扰光，并根据反射光以及环境干扰光产生第二电压信号；放大电路用于，将第二电压电路进行放大获得第三电压信号；控制电路用于，将第三电压信号与预设电压进行比较，并根据比较结果确定检测区域是否存在地面。

本发明的实施方式还提供了一种机器人，包括：如上的地面检测装置。

本发明的实施方式还提供了一种地面检测方法，应用于如上的机器人，包括：开启信号激发电路，并采集针对检测区域的第一运放输入数据；关闭信号激发电路，并采集针对检测区域的第二运放输入数据；根据第一运放输入数据和第二运放输入数据，确定检测区域是否存在地面。

本发明实施方式相对于现有技术而言，控制电路控制信号激发电路产生光信号，而信号采样电路获取光信号通过检测区域反射后的反射光以及环境干扰光，并产生针对检测区域的检测信号，在地面反射率比较低的情况下，通过放大电路的放大作用，能够获取到足以对检测区域进行判断的检测信号，并通过与预设电压进行比较，从而获取到检测区域真实的地面状况。

另外，地面检测装置还包括：滤除干扰电路，滤除干扰电路的第一端与信号采样电路连接，滤除干扰电路的第二端与放大电路的输入端连接，其中，滤除干扰电路用于对第二电压信号中由于环境干扰光所产生的直流电压信号进行滤除。该实现中，通过增加滤除干扰电路，将第二电压信号中由于环境干扰光所产生的直流电压信号进行滤除，从而进一步排除了外界环境干扰的影响，使得检测结果更加准确。

另外，信号激发电路包括选通元件、发射管和第一电阻；控制电路的第一端与选通元件的输入端连接，选通元件的第一输出端与发射管的第一端连接，选通元件的第二输出端接地，发射管的第二端与第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端与电源连接；其中，控制电路若确定信号激发电路获取的电压不小于第一电压信号，则控制选通元件处于导通状态。

另外，信号采样电路包括：接收管和第二电阻；接收管的第一端与第二电阻的第一端以及滤除干扰电路的第一端连接，接收管的第二端接地，第二电阻的第二端与电源连接。

另外，放大电路包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和放大器；第三电阻的第一端与滤除干扰电路的第二端连接，第三电阻的第二端与放大器的反向输入端连接；第四电阻的第一端接地，第四电阻的第二端与放大器的正向输入端连接，第五电阻的第一端与第四电阻的第二端连接，第五电阻的第二端与电源连接；第六电阻并联于放大器的反向输入端与放大器的输出端之间，第七电阻的第一端与放大器的输出端连接，第七电阻的第二端为放大电路的输出端。

另外，滤除干扰电路包括：电容元件。

另外，预设电压为控制电路未向信号激发电路发送第一电压信号的情况下，控制电路从放大电路所获得的电压值。该实现中，因为预设电压是信号激发电路关闭状态下，控制电路从获得的电压值，是固定不变的，在检测区域存在地面和不存在地面的情况下，根据不同的检测信号与预设电压进行比较，可以准确实现对检测区域状态的判断。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本申请第一实施例中地面检测装置的结构示意图；

图2a是本申请第一实施例另一个具体实现中检测区域存在地面的波形对比图；

图2b是本申请第一实施例中另一个具体实现中检测区域不存在地面的波形对比图；

图3是本申请第二实施例中地面检测装置的结构示意图；

图4是本申请第三实施例中地面检测装置的结构示意图；

图5是本申请第五实施例中地面检测方法的流程图；

图6是本申请第六实施例中地面检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种地面检测装置，具体结构如图1所示。包括：控制电路10、信号激发电路20、信号采样电路30和放大电路40。

其中，控制电路10的第一端与信号激发电路连接，控制电路10的第二端与放大电路的输出端连接，信号采样电路与放大电路的输入端连接。

具体的说，控制电路10用于，向信号激发电路20发送第一电压信号；信号激发电路20用于，获取第一电压信号并根据第一电压信号产生光信号；信号采样电路30用于，获取光信号通过检测区域反射后的反射光以及环境干扰光，并根据反射光以及环境干扰光产生第二电压信号；放大电路40用于，将第二电压电路进行放大获得第三电压信号；控制电路10用于，将第三电压信号与预设电压进行比较，并根据比较结果确定检测区域是否存在地面。

需要说明的是，本实施方式的预设电压为控制电路10未向信号激发电路20发送第一电压信号的情况下，控制电路10从放大电路40所获得的电压值。由于放大电路40中内部存在电源，并且由于地面没有反射光，在实际应用中，通过将检测装置放置于无光源的环境中，在无环境干扰光的影响下，可以准确获得该预设值。

在一个具体实现中，当检测区域存在地面时，信号激发电路20产生的光信号照射到地面，光信号通过地面反射后的反射光会传输到信号采样电路30，在地面发射率比较小的情况下，传输到信号采样电路30中的反射光是比较小的，信号采样电路30会生成针对反射光的的检测电压，由于地面反射率比较低造成检测电压的的幅值比较小，通过放大电路40可以对检测电压进行放大，控制电路10会确定放大后的检测电压与预设电压之间存在差值；当检测区域不存在地面时，信号激发电路20产生的光信号照射到检测区域，由于不存在地面所以不会存在光信号的反射光传输到信号采样电路30中，所以在没有地面的情况下，与控制电路10未向信号激发电路20发送第一电压信号的情况相同，此时控制电路10获取的检测电压与预设电压基本是相同的。因此，控制电路10通过向信号激发电路20发送第一电压信号后，通过将放大电路40传输过来的检测电压与预设电压进行比较，若检测电压与预设电压不相同，则确定检测区域为地面；若检测电压与预设电压基本相同，则确定检测区域不存在地面。

在另一个具体实现中，由于本实施方式中控制电路10向信号激发电路20发送的第一电压信号为交流电压信号，因此在实际应用中，控制电路10还可以通过判断第一电压信号与从放大电路40获取的第三电压信号的波形是否相同，来判断检测区域是否存在地面。如图2a所示，在第一电压信号为方波的情况下，当第一电压信号波形与第三电压信号波形相同时，说明检测区域存在地面，如图2b所示，当第一电压信号波形与第三电压信号波形不相同时，说明检测区域不存在地面。当然，本实施方式仅是以第一电压信号为方波为例进行的说明，第一电压信号还可以是锯齿波正弦波等其它波形，只要能够根据第一电压信号的波形以及第三电压的波形能够判断出检测区域是否存在地面，都在本申请的保护范围内。

相对于现有技术而言，本申请实施方式提供的地面检测装置，控制电路控制信号激发电路产生光信号，而信号采样电路获取光信号通过检测区域反射后的反射光以及环境干扰光，并产生针对检测区域的检测信号，在地面反射率比较低的情况下，通过放大电路的放大作用，能够获取到足以对检测区域进行判断的检测信号，并通过与预设电压进行比较，从而获取到检测区域真实的地面状况。

本发明的第二实施方式涉及一种地面检测装置，第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别在于：在第一实施方式的基础上增加了滤除干扰电路50，具体结构如图3所示。

其中，滤除干扰电路50的第一端与采样电路30连接，滤除干扰电路50的第二端与放大电路40的输入端连接，其中，滤除干扰电路50用于对第二电压信号中由于环境干扰光所产生的直流电压信号进行滤除。

需要说明的是，在本实施方式中，由于环境干扰光一般为强光，并且由强光所产生的一般是直流信号，而在实际应用中滤除干扰电路50可以采用电容元件，通过电容元件隔直流的特性，可以将由环境干扰光即强光产生的干扰信号进行滤除，从而仅对反射光产生的电压信号进行放大，控制电路从放大电路中所获取的检测电压更加准确。

相对于现有技术而言，本申请实施方式提供的地面检测装置，控制电路控制信号激发电路产生光信号，而信号采样电路获取光信号通过检测区域反射后的反射光以及环境干扰光，并产生针对检测区域的检测信号，在地面反射率比较低的情况下，通过放大电路的放大作用，能够获取到足以对检测区域进行判断的检测信号，并通过与预设电压进行比较，从而获取到检测区域真实的地面状况。通过增加滤除干扰电路，能够将环境干扰光所产生的直流信号进行滤除，排除环境干扰光的影响，从而对检测区域的地面检测结果更加准确。

本发明第三实施方式涉及一种地面装置。本实施方式与第二实施方式大致相同，主要区别在于，本实施方式对第二实施方式中的控制电路、信号激发电路、信号采样电路、滤除干扰电路和放大电路的电路结构进行了具体说明。此外，本领域技术人员可以理解，本实施方式中对地面装置电路的具体说明仅是示例性说明，实际中并不局限于该种结构的地面装置，具体结构如图4所示。

具体的说，本申请实施方式中的控制电路具体选择为微控制单元(microcontrollerunit，mcu)。滤除干扰电路采用的是电容元件。并且信号激发电路20包括选通元件q、发射管和第一电阻r1；控制电路20的第一端与选通元件q的输入端连接，选通元件q的第一输出端与发射管的第一端连接，选通元件q的第二输出端接地，发射管的第二端与第一电阻r1的第一端连接，第一电阻r1的第二端与电源连接；其中，控制电路10若确定信号激发电路获取的电压不小于第一电压信号，则控制选通元件q处于导通状态，本实施方式中的选通元件q采用的是三极管。

其中，信号采样电路30包括：接收管和第二电阻r2；接收管的第一端与第二电阻r2的第一端以及滤除干扰电路50的第一端连接，接收管的第二端接地，第二电阻r2的第二端与电源连接。

其中，放大电路40包括：第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r6和放大器a1；第三电阻r3的第一端与滤除干扰电路50的第二端连接，第三电阻r3的第二端与放大器a1的反向输入端连接；第四电阻r4的第一端接地，第四电阻r4的第二端与放大器a1的正向输入端连接，第五电阻r5的第一端与第四电阻r4的第二端连接，第五电阻r5的第二端与电源连接；第六电阻r6并联于放大器a1的反向输入端与放大器a1的输出端之间，第七电阻r7的第一端与放大器a1的输出端连接，第七电阻r7的第二端为放大电路40的输出端。

需要说明的是，在本实施方式中放大电路40采用的是差分放大器对滤除干扰电路传输过来的电压信号进行放大，并且r4和r5的电阻的阻值相等，r3和r6的电阻的阻值可调，并通过调节r3和r6的比例关系调整放大器的放大倍数。

值得一提的是，本申请第一、第二或第三实施方式中提到的电路单元，在实际中均可以是数字电路单元或逻辑电路单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以是多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表示本实施方式中不存在其他的单元。

本发明第四实施方式涉及一种机器人，包括上述第一、第二或第三实施方式中的地面检测装置。

本发明的第五实施方式涉及一种地面检测方法，应用于第四实施方式中的机器人。具体流程如图5所示，包括以下步骤：

步骤101，开启信号激发电路，并采集针对检测区域的第一运放输入数据。

具体的说，在本实施例中，在机器人沿着预设轨道向前行进的时候，通过开启信号激发电路，向机器人行进前方的检测区域发射光信号，并接收光信号通过检测区域反射后的反射光，并采集根据反射光产生的第一运放输入数据。

需要说明的是，在本实施方式中，机器人开启信号激光电路的时间可以根据用户的需求提前进行设定，例如，设定每间隔1秒开启一次，本实施方式并不限定信号激发电路开启的具体时间间隔。

步骤102，关闭信号激发电路，并采集针对所述检测区域的第二运放输入数据。

具体的说，在本实施方式中，每间隔预设时间对信号激发电路进行关闭，在没有光信号照射到检测区域，并且没有接收到地面发射光的情况下，所采集的针对检测区域的第二运放输入数据，实际是机器人根据内部电路结构所得到的预设的电压信号。

需要说明的是，在本实施方式中，机器人关闭信号激发电路的时间与开启信号激发电路的时间是相同的。

步骤103，根据所述第一运放输入数据和所述第二运放输入数据，确定所述检测区域是否存在地面。

具体的说，通过将第一运放数据和第二运放数据进行比较，若第一运放数据与第二运放数据相等，则确定检测区域不存在地面；若第一运放数据与第二运放数据不相等，则确定检测区域存在地面。

与现有技术相比，本实施方式提供的地面检测方法，通过开启信号激发电路所得到的第一运放输入数据，以及关机信号激发电路所得到的第二运放输入数据就可以获得检测区域的地面状况，使得地面检测更加便捷。

本发明的第六实施方式涉及一种地面检测方法。本实施例在第一实施例的基础上做了进一步改进，具体改进之处为：在确定检测区域是否存在地面之后增加了在确定不存在的地面的情况下，进行后退操作。本实施例中的地面检测方法的流程如图6所示。具体的说，在本实施例中，包括步骤201至步骤204，其中步骤201至步骤203与第一实施方式中的步骤101至步骤103大致相同，此处不再赘述，下面主要介绍不同之处，未在本实施方式中详尽描述的技术细节，可参见第六实施例所提供的地面检测方法，此处不再赘述。

在步骤201至步骤203之后，执行步骤204。

在步骤204中，在确定不存在地面的情况下，进行后退操作。

具体的说，机器人在确定行进前方不存在地面的情况下，说明行进前方存在悬崖或沟壑等不利于行走的路况，通过进行后退操作，可以避免由于向前摔倒造成的损坏。

与现有技术相比，本实施方式提供的地面检测方法，通过开启信号激发电路所得到的第一运放输入数据，以及关机信号激发电路所得到的第二运放输入数据就可以获得检测区域的地面状况，使得地面检测更加便捷。并在确定不存在地面的情况下，进行后退操作，可以避免由于摔倒造成的损坏。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。