智能清洁设备的制作方法

本发明涉及家用电器设备领域，尤其涉及一种智能清洁设备。

背景技术：

智能清洁设备(或称自动清洁设备)是一种根据设定程序能够自动完成清洁的设备。例如，扫地机器人。

图1中示出了一种自动清洁设备在上方障碍物的作用下发生机身倾斜的示意图。下面结合图1，对自动清洁设备发生机身倾斜与被上方障碍物卡死之间的关系和原理进行描述。

现有的自动清洁设备的位置确定装置20可以测量出周围物体的距离、尺寸等参数。但如果存在上方障碍物100，且上方障碍物100的底部空隙高度与自动清洁设备的高度十分接近，那么由于位置确定装置20的保护罩的顶部位于感测单元上方，因此这一部分为测量盲区，再加上存在测量误差等原因，导致位置确定装置20无法识别出上方障碍物100对自动清洁设备的阻碍，或者对上方障碍物100形成的前进阻碍可能形成误判断等。

比如自动清洁设备的最高处大约为10cm时，用户家中的柜子、床、沙发等的离地间距往往也是10cm左右，那么这些东西可能会成为自动清洁设备的上方障碍物。

随着自动清洁设备的前进，若位置确定装置20对应的凸起结构确实低于上方障碍物100的底侧高度，则自动清洁设备可以正常进入上方障碍物100的底部，并执行相应的自动清洁操作。而若位置确定装置20对应的凸起结构确实高于上方障碍物100的底侧高度，则该凸起结构将与上方障碍物100之间形成接触点。

那么，自动清洁设备的驱动轮与地面之间形成另一接触点。那么当自动清洁设备在行进过程中被上方障碍物100卡在其与上方障碍物100的接触点时，自动清洁设备受自身的向下的重力和驱动轮在地面上摩擦受到的向前的摩擦力的作用，自动清洁设备将沿顺时针旋转，即自动清洁设备的头部向上倾斜，形成图1所示的倾斜后状态。

这种情况下自动清洁设备处于卡死状态，不能再移动，导致设置卡死在缝隙内。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种智能清洁设备，以解决现有的清洁机器人进入高度不够的空间容易卡住的问题。

根据本发明的一方面，提供一种智能清洁设备，其包括：机器主体，机器主体包括主壳体，主壳体具有容纳腔；位置确定装置，位置确定装置可转动地设置在机器主体上，且位置确定装置的至少一部分能够转入主壳体的容纳腔内；防卡装置，防卡装置能够检测位置确定装置的转动位置信息，并根据检测的转动位置信息控制智能清洁设备执行防卡动作。

可选地，智能清洁设备包括行走部，行走部与机器主体连接，并可带动机器主体移动，防卡装置包括：检测器，检测器设置在主壳体的容纳腔内，并检测位置确定装置的转动位置；控制部，控制部分别与检测器和行走部连接，防卡动作包括：控制部根据检测器检测的位置确定装置的位置控制行走部带动机器主体执行避让动作。

可选地，位置确定装置包括：支架，支架可转动地设置在机器主体上，支架上承载保护罩和位置确定组件，位置确定组件位于保护罩内。

可选地，智能清洁设备还包括缓冲组件，缓冲组件设置在主壳体内。

可选地，缓冲组件包括主缓冲件，主缓冲件设置在位置确定装置上，并可随位置确定装置的转动而移动。

可选地，缓冲组件还包括辅助缓冲件，辅助缓冲件设置在主壳体内，且主缓冲件随位置确定装置转动过程中与辅助缓冲件接触。

可选地，检测器设置在辅助缓冲件上，主缓冲件上设置有触发器，当位置确定装置转入容纳腔内时，使得主缓冲件上的触发器触动检测器。

可选地，主缓冲件包括：基体，基体与位置确定装置连接；缓冲支腿，缓冲支腿为多个，且均固定连接在基体上。

可选地，主壳体的容纳腔内设置有风道隔板，辅助缓冲件设置在风道隔板上。

可选地，辅助缓冲件包括：安装座，安装座与风道隔板连接；缓冲板，缓冲板的第一端设置有折弯缓冲段，缓冲板通过折弯缓冲段与安装座连接。

可选地，保护罩的顶部边缘设置有倒角结构。

可选地，检测器包括微动开关、激光检测器或红外检测器。

为达到上述目的，本发明的实施例提供本发明的实施例的智能清洁设备通过将位置确定装置可转动地连接在主壳体上，防卡装置能够检测位置确定装置的转动位置信息，并根据位置确定装置的转动位置信息控制智能清洁设备执行防卡动作，这样位置确定装置能够在触碰障碍物时转动，从而使防卡装置控制智能清洁设备执行防卡操作，防止智能清洁设备卡死在高度不足的空间内，使智能清洁设备的适应性更好。

附图说明

图1为现有技术中的智能清洁设备进入高度不够的缝隙中卡住的结构示意图；

图2为本发明的实施例的智能清洁设备的俯视结构示意图；

图3为本发明的实施例的智能清洁设备的仰视结构示意图；

图4为本发明的实施例的智能清洁设备的后视结构示意图；

图5为本发明的实施例的智能清洁设备向缝隙内驶入的结构示意图；

图6为本发明的实施例的智能清洁设备的位置确定装置触碰障碍物时的结构示意图；

图7为本发明的实施例的智能清洁设备向缝隙外驶出的结构示意图；

图8为本发明的实施例的智能清洁设备的主壳体与位置确定装置的保护罩配合的立体结构示意图；

图9为本发明的实施例的智能清洁设备的保护罩与水平轴处的立体结构示意图；

图10为本发明的实施例的智能清洁设备的保护罩和支架的立体结构示意图；

图11为本发明的实施例的智能清洁设备的主缓冲件的立体结构示意图；

图12为本发明的实施例的智能清洁设备的辅助缓冲件的立体结构示意图；

图13为本发明的实施例的智能清洁设备的主壳体的安装板的立体结构示意图；

图14为图13中a处的局部放大图；

图15为本发明的实施例的智能清洁设备的第一种带有倒角的结构示意图；

图16为本发明的实施例的智能清洁设备的第二种带有倒角的结构示意图。

附图标记说明：

10、主壳体；11、前向部分；12、后向部分；13、安装板；131、检测器安装空间；20、位置确定装置；21、保护罩；211、转轴安装槽；25、支架；30、水平轴；41、检测器；51、主缓冲件；511、基体；512、缓冲支腿；513、触发器；52、辅助缓冲件；521、安装座；522、缓冲板；523、折弯缓冲段；60、风道隔板；70、行走部；100、障碍物。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例的智能清洁设备进行详细描述。

如图2至图4所示，根据本发明的实施例，提供一种智能清洁设备包括机器主体、位置确定装置20和防卡装置，机器主体包括主壳体10，主壳体10具有容纳腔。位置确定装置20可转动地设置在机器主体上，且位置确定装置20的至少一部分能够转入主壳体10的容纳腔内；防卡装置检测位置确定装置20的转动位置信息，并根据检测的转动位置信息控制智能清洁设备执行防卡动作。位置确定装置20可转动地设置在机器主体上，使得位置确定装置20能够至少一部分转动进入主壳体10的容纳腔内，防卡装置根据检测的位置确定装置20的位置控制智能清洁设备执行防卡操作，防止智能清洁设备在缝隙内卡住，从而提高了智能清洁设备适应窄缝的能力。

在本实施例中，位置确定装置20通过水平轴30可转动地设置在机器主体上。这种方式能够有效减小转动所占用的空间。

智能清洁设备可以为扫地机器人、拖地机器人等智能机器人。该智能清洁设备除包括机器主体和位置确定装置20外，还包括：感知系统、控制系统、驱动系统、清洁系统、能源系统和人机交互系统。其中，感知系统用于感知智能清洁设备的周边环境和自身信息等。控制系统用于接收各部分的信息，并进行控制。驱动系统用于带动智能清洁设备运动。清洁系统用于进行清洁。能源系统用于提供能源动力。人机交互系统用于与用户进行交互，便于用户控制智能清洁设备。

机器主体除包括主壳体10外，还包括前向部分11和后向部分12。机器主体具有近似圆形形状(前后都为圆形)，也可具有其他形状，包括但不限于前方后圆的近似d形形状。前向部分11是指智能清洁设备清洁时朝向前进方向的部分。后向部分12是指与前向部分11相对的部分，在本实施例中，前向部分11和后向部分12均为圆弧形。

感知系统包括位于机器主体的前向部分11的缓冲器、悬崖传感器和超声传感器(图中未示出)、红外传感器(图中未示出)、磁力计(图中未示出)、加速度计(图中未示出)、陀螺仪(图中未示出)、里程计(图中未示出)等传感装置。感知系统用于向控制系统提供智能清洁设备的各种位置信息和运动状态信息。

位置确定装置20包括支架25和位置确定组件，支架25可转动地设置在机器主体上，支架25上承载保护罩21和位置确定组件，位置确定组件位于保护罩21内。通过支架25承载保护罩21，并将位置确定组件设置在保护罩21内，可以通过保护罩21可靠地保护位置确定组件。位置确定装置20的位置确定组件包括但不限于摄像头、激光测距装置(lds)。位置确定装置20用于测量智能清洁设备与行进路径和周边的障碍物的距离，以保证智能清洁设备能够正常工作。下面以位置确定装置20包括采用三角测距法的激光测距装置为例说明如何进行位置确定。三角测距法的基本原理基于相似三角形的等比关系，在此不做赘述。

激光测距装置包括发光单元和受光单元。发光单元可以包括发射光的光源，光源可以包括发光元件，例如发射红外光线或可见光线的红外或可见光线发光二极管(led)。优选地，光源可以是发射激光束的发光元件。

在本实施例中，将激光二极管(ld)作为光源的例子。具体地，由于激光束的单色、定向和准直特性，使用激光束的光源可以使得测量相比于其它光更为准确。例如，相比于激光束，发光二极管(led)发射的红外光线或可见光线受周围环境因素影响(例如对象的颜色或纹理)，而在测量准确性上可能有所降低。激光二极管(ld)可以是点激光，测量出障碍物的二维位置信息，也可以是线激光，测量出障碍物一定范围内的三维位置信息。

受光单元可以包括图像传感器，在该图像传感器上形成由障碍物反射或散射的光点。图像传感器可以是单排或者多排的多个单位像素的集合。这些受光元件可以将光信号转换为电信号。图像传感器可以为互补金属氧化物半导体(cmos)传感器或者电荷耦合元件(ccd)传感器，由于成本上的优势优选是互补金属氧化物半导体(cmos)传感器。而且，受光单元可以包括受光透镜组件。由障碍物反射或散射的光可以经由受光透镜组件行进以在图像传感器上形成图像。受光透镜组件可以包括单个或者多个透镜。

基部可以支撑发光单元和受光单元，发光单元和受光单元布置在基部上且彼此间隔一特定距离。为了测量智能清洁设备周围360°方向上的障碍物情况，可以使基部可旋转地布置在机器主体上，也可以基部本身不旋转而通过设置旋转元件而使发射光、接收光发生旋转。旋转元件的旋转角速度可以通过设置光耦元件和码盘获得，光耦元件感应码盘上的齿缺，通过齿缺间距的滑过时间和齿缺间距离值相除可得到瞬时角速度。码盘上齿缺的密度越大，测量的准确率和精度也就相应越高，但在结构上就更加精密，计算量也越高；反之，齿缺的密度越小，测量的准确率和精度相应也就越低，但在结构上可以相对简单，计算量也越小，可以降低一些成本。

与受光单元连接的数据处理装置，如dsp，将相对于智能清洁设备0°角方向上的所有角度处的障碍物距离值记录并传送给控制系统中的数据处理单元，如包含cpu的应用处理器(ap)，cpu运行基于粒子滤波的定位算法获得智能清洁设备的当前位置，并根据此位置制图，供导航使用。定位算法优选使用即时定位与地图构建(slam)。

基于三角测距法的激光测距装置虽然在原理上可以测量一定距离以外的无限远距离处的距离值，但实际上远距离测量，例如6米以上，的实现是很有难度的，主要因为受光单元的传感器上像素单元的尺寸限制，同时也受传感器的光电转换速度、传感器与连接的dsp之间的数据传输速度、dsp的计算速度影响。激光测距装置受温度影响得到的测量值也会发生系统无法容忍的变化，主要是因为发光单元与受光单元之间的结构发生的热膨胀变形导致入射光和出射光之间的角度变化，发光单元和受光单元自身也会存在温漂问题。激光测距装置长期使用后，由于温度变化、振动等多方面因素累积而造成的形变也会严重影响测量结果。测量结果的准确性直接决定了绘制地图的准确性，是智能清洁设备进一步进行策略实行的基础，尤为重要。

机器主体的前向部分11可承载缓冲器，在清洁过程中驱动系统推进智能清洁设备在地面行走时，缓冲器包括一个或多个传感器，例如红外传感器，检测智能清洁设备的行驶路径中的一或多个事件(或对象)，智能清洁设备可通过由缓冲器检测到的事件(或对象)，例如障碍物、墙壁，而控制驱动系统使智能清洁设备来对事件(或对象)做出响应，例如远离障碍物。

控制系统设置在机器主体内的电路主板上，包括与非暂时性存储器(例如硬盘、快闪存储器、随机存取存储器)通信的计算处理器(例如中央处理单元、应用处理器)，应用处理器根据激光测距装置反馈的障碍物信息利用定位算法(例如slam)，绘制智能清洁设备所在环境中的即时地图。并且结合缓冲器、悬崖传感器和超声传感器、红外传感器、磁力计、加速度计、陀螺仪、里程计等传感装置反馈的距离信息、速度信息综合判断智能清洁设备当前处于何种工作状态，如过门槛，上地毯，位于悬崖处，上方或者下方被卡住，尘盒满，被拿起等等，还会针对不同情况给出具体的下一步动作策略，使得智能清洁设备的工作更加符合主人的要求，有更好的用户体验。进一步地，控制系统能基于slam绘制的即使地图信息规划最为高效合理的清扫路径和清扫方式，大大提高智能清洁设备的清扫效率。

能源系统包括充电电池。其中，充电电池可以包括镍氢电池和锂电池等。充电电池可以连接有充电控制电路、电池组充电温度检测电路和电池欠压监测电路，充电控制电路、电池组充电温度检测电路、电池欠压监测电路再与单片机控制电路相连。主机通过设置在机身侧方或者下方的充电电极与充电桩连接进行充电。如果裸露的充电电极上沾附有灰尘，会在充电过程中由于电荷的累积效应，导致电极周边的塑料机体融化变形，甚至导致电极本身发生变形，无法继续正常充电。

驱动系统包括行走部70，行走部70用于带动智能清洁设备移动。具体地，行走部70与机器主体连接，并可带动机器主体移动。

如图5至图7所示，当智能清洁设备移动过程中，如果进入高度不足的缝隙，则由于位置确定装置20的上端与障碍物接触，造成机器主体受力变化，使得机器主体呈现图1中所示的卡死状态，智能清洁设备无法继续工作。

为了避免此种情况使位置确定装置20能绕水平轴30转动，当进入高度不足的缝隙或者在进入缝隙过程中与障碍物碰撞时，位置确定装置20受力向主壳体10内转动，防卡装置检测到位置确定装置20转动到主壳体10内，则控制智能清洁设备执行防卡规避动作，例如，使智能清洁设备后退。

当然，在其他实施例中，为了避免此种情况，当智能清洁设备进入高度不足的缝隙或者在进入缝隙过程中与障碍物碰撞时，可以使位置确定装置20绕水平轴30转动向主壳体10内转动，通过降低智能清洁设备的整体高度的方式，避免智能清洁设备卡死。

优选地，控制系统包括该防卡装置，防卡装置包括检测器41和控制部(该控制部可以与上述的计算处理器合并为一个，也可以单独设置)，检测器41设置在主壳体10的容纳腔内，并检测位置确定装置20的位置。如图6所示，当位置确定装置20转动进入容纳腔内后，检测器41可以检测到位置确定装置20处于转入容纳腔内的位置，表明此时智能清洁设备处于高度不足的位置或保护罩21碰撞到障碍物。具体地，检测器41可以包括微动开关、激光检测器、红外检测器等。

控制部分别与检测器41和行走部连接，防卡操作包括控制部根据检测器41检测的位置确定装置20的位置控制行走部带动机器主体后退。当检测器41检测到位置确定装置20处于高度不足的空间或与障碍物碰撞时，控制部控制行走部反向行走，从而远离障碍物或者从缝隙中脱离。

如图8至图10所示，支架上设置有转轴安装槽211。支架包括保护罩21，并通过水平轴30连接在主壳体10上。水平轴30可以设置于保护罩21的前侧、后侧或左右两侧。如图15和图16所示，为了避免保护罩21与障碍物碰撞损坏，分散撞击力，同时使保护罩21更容易从缝隙内脱出，保护罩21的顶部边缘设置有倒角结构。优选地，在保护罩21的前向顶部边缘设置倒角结构。该倒角结构可以是圆弧倒角，也可以是45°倒角。

优选地，为了提高耐用性，避免转动过程中检测器由于过大的碰撞冲击损坏，智能清洁设备还包括的缓冲组件，缓冲组件设置在主壳体10内。通过缓冲组件可以减小支架25转动的冲力，防止过大的物理冲击力破坏检测器，例如微动开关，提高使用寿命。

缓冲组件的结构可以为多种，任何能够降低冲击力的结构均可。例如，在支架25上设置缓冲橡胶垫等。

优选地，在本实施例中，缓冲组件包括主缓冲件51，主缓冲件51设置在位置确定装置20的保护罩21上，并可随保护罩21的转动而移动。具体地，如图11所示，主缓冲件51包括基体511和缓冲支腿512，基体511与保护罩21连接，基体511的形状为矩形，其为框架结构，既可以减轻重量，又可以保证强度。缓冲支腿512为多个(两个或两个以上)，且均固定连接在基体511上，缓冲支腿512，为细长腿结构，这样可以通过细长腿的形变吸收撞击冲力。基体511和缓冲支腿512的材质可以根据需要选择，例如，塑料、钢材等。

优选地，缓冲支腿512为多个，且沿基体511的周向均布在基体511上。

优选地，缓冲组件还包括辅助缓冲件52，辅助缓冲件52设置在主壳体10内，且主缓冲件51随位置确定装置20的保护罩21转动过程中与辅助缓冲件52接触。如图9所示，主壳体10的容纳腔内设置有风道隔板60，辅助缓冲件52设置在风道隔板60上。当然，在其他实施例中，辅助缓冲件52可以设置在其他结构上，只要能够安装辅助缓冲件52，同时辅助缓冲件52能够对保护罩21进行缓冲即可。

优选地，如图12所示，辅助缓冲件52包括安装座521和缓冲板522。安装座521与风道隔板60连接。安装座521的结构和形状可以适应于被安装物的结构设置。在本实施例中，安装座521包括多个圆孔，通过圆孔将安装座521固定在风道隔板60上部的圆柱上。缓冲板522的第一端设置有折弯缓冲段523，缓冲板522通过折弯缓冲段523与安装座521连接。折弯缓冲段523为u型，缓冲板522与安装座521组合形成悬臂结构。当保护罩21向主壳体10内转动时，主缓冲件51随之运动，辅助缓冲件52在其运动路径上。主缓冲件51运动过程中，缓冲支腿512与辅助缓冲件52的缓冲板522接触，通过缓冲支腿512的形变和缓冲板522的运动，可以吸收冲力，实现保护和缓冲保护罩21的目的。

优选地，为了便于检测保护罩21的位置，检测器41(微动开关)设置在辅助缓冲件52上，主缓冲件51上设置有触发器513，当位置确定装置20转入容纳腔内时，主缓冲件51上的触发器513触动检测器41(微动开关)，这时检测器41检测到保护罩21的位置。

优选地，如图11所示，为了进一步提高缓冲效果，触发器513为柱形凸起，其通过两个细长的缓冲桥与主缓冲件51的基体511连接。这样在触发器513与检测器41接触的过程中，通过细长的缓冲桥的形变可以吸收一部分冲击力，通过主缓冲件51的缓冲支腿512的形变可以吸收一部分冲击力，实现多级缓冲。

如图13和图14所示，主壳体10内设置有安装板13。安装板13上设置有检测器安装空间131。安装板13上设置有供触发器513穿出的孔，以使触发器513能够穿过该孔触发微动开关。保护罩21的可移动端最大行程可以根据需要设置，本实施例中为1.0mm，这一取值主要取决于电子器件(例如微动开关)的触发行程。

通过位置确定装置20采用可转动的方式设置，当出现由于上方障碍物阻挡而智能清洁设备卡住的情况时，位置确定装置20发生枢转，从而触发微动开关，控制部接收到该微动开关的信号后，调用后退命令，防止智能清洁设备继续前进。由此解决了现有技术中保护罩固定在机器壳体上，在某些高度不足的特殊场合卡死的问题。且通过硬件触发方式实现脱困，更加可靠准确。

本发明的智能清洁设备具有如下效果：

通过使保护罩和保护罩内的位置确定装置的其他结构可转动地设置在机器主体上，能够在遇到高度不足的情况时通知控制部，控制部收到信号后，控制智能清洁设备后退，防止保护罩与家具(或其他障碍物)发生严重碰撞，并且防止智能清洁设备卡死。

通过枢转的方式设置保护罩，自由度较大，且转动方向朝向机器内部，不会受外来异物的影响，结构易实现，功能实现成本低，可以满足功能需求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。