专利名称：灰尘传感器污染的判断方法和擦拭系统及其清洁机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种灰尘传感器透光板污染程度的判断方法，应用该污染程度判断方 法的灰尘传感器自感应擦拭系统，尤其是一种带有该自感应擦拭系统的智能清洁机器人。
背景技术：
在现有的智能清洁机器人产品及相关技术中，大多数的智能清洁机器人不能自主 感知清扫区域的灰尘。如美国专利US200302M72所述，当清扫区域中有某一小区域需要格 外清扫时，用户需要将清洁机器人放置在该某一小区域大致中心处，并为机器人选择定点 清扫模式，机器人将会在预先设置的条件下进行清扫。该方法虽能解决小区域重点清扫的 需求，但这需要人为干预辅助，该机器人的智能效果并不很完善。针对上述情况，目前出现技术改进型的智能清洁机器人，其可通过灰尘传感器对 清扫区域的灰尘进行感应及识别，当灰尘量较大时，机器人会自动在该清扫区域定点清扫， 即机器人在小区域范围内进行有规则或是无规则地清扫，以提高清洁效率。灰尘传感器的 工作原理主要是通过红外感应来实现对灰尘的感应及识别，通常是在机器人内部的灰尘通 道两侧设置一对光信号元件，一个用来发射红外线，另一个用来感应红外线，构成一对灰尘 传感器。并且在各光信号元件靠近灰尘通道一侧各设有一个透光板，可以对灰尘传感器起 到保护的作用，既能够实现对灰尘传感器的灰尘遮挡，又不会妨碍传感器的光线发射和接 收。当灰尘通道有灰尘进入时，两光信号元件之间的红外感应受到干扰而减弱。灰尘越多， 感应元件接收到的红外信号越弱，因此机器人通过红外感应信号的强弱就可判断清扫区域 灰尘量的大小。但由于机器人本身是一种清扫设备，所进行的工作是清洁灰尘，因此灰尘传感器 的透光板上不可避免或多或少的会粘上灰尘，当灰尘传感器的透光板上的灰尘积累到一定 量时，上述的两个光信号元件之间的红外感应就会受到影响，红外信号变得很弱，此时机器 人不管处于何种工作环境，均会误认为清扫区域很脏，从而一直在该区域进行清扫工作。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种灰尘传感器透光板污染程度的判断方 法，该方法可实时判断出灰尘传感器透光板的污染程度，从而及时启动灰尘传感器擦拭系 统的擦拭机构，从而始终有效保持灰尘传感器探测的灵敏度。本发明的目的还在于提供一种灰尘传感器自感应擦拭系统，该系统利用上述方法 实时监控判断灰尘传感器透光板的污染程度，并根据其判断结果，自动启动灰尘传感器擦 拭机构对灰尘传感器透光板进行擦拭，始终保持灰尘传感器透光板的清洁，从而确保灰尘 传感器对灰尘量的准确判断。本发明的目的还在于提供一种智能清洁机器人，所述智能清洁机器人采用了上述 的判断方法并具有上述灰尘传感器自感应擦拭系统，因此使得智能清洁机器人可以在任意 清扫模式下都能保持灰尘传感器透光板的清洁，保证灰尘传感器对灰尘量的准确判断，使智能清洁机器人始终能够正常地工作。具体说，本发明提供一种灰尘传感器透光板污染程度的判断方法，所述灰尘传感 器1包括一对光信号元件51，52，分别用来发射和接收光信号，各光信号元件51，52各设有 一个透光板3，用于遮挡灰尘保护灰尘传感器，所述灰尘传感器透光板污染程度的判断方法 是将灰尘传感器接收到的实际信号经模拟/数字转换后，进行求算术平均值处理，当求得 的算术平均值Y2小于某一预先设定值时，判定灰尘传感器的透光板3需要进行擦拭。此外，当求得的算术平均值Y2小于第一阈值并且大于第二阈值时，判定灰尘传感 器的透光板3的污染程度较小，需要擦拭的时间短；当求得的算术平均值Y2小于第二阈值 时，判定灰尘传感器的透光板3的污染程度较大，需要擦拭的时间长。而且，同时将灰尘传感器接收到的实际信号的交流变化量放大，当放大后的所述 变化量值Yi大于某一预先设定值时，判定灰尘量大，需要进行定点清扫。本发明还提供一种灰尘传感器自感应擦拭系统，其包括传感器单元101，具有由 一对发射和接收光信号元件51，52构成的灰尘传感器1，用于探测灰尘量，并且各光信号元 件51，52各设有一个透光板3，用于遮挡灰尘保护灰尘传感器；擦拭机构301，用来擦拭灰尘 传感器的透光板3 ；以及控制单元201，接收来自灰尘传感器1的信号，利用上述的灰尘传 感器透光板污染程度的判断方法，实时监控判断灰尘传感器的透光板3的污染程度，并根 据其判断结果，向擦拭机构301发出指令，使擦拭机构301对灰尘传感器的透光板3进行擦 拭。在上述灰尘传感器自感应擦拭系统中，所述擦拭机构301包括设在所述透光板3 一侧的一个擦拭件2，所述透光板3或擦拭件2之一与一个马达6的马达轴61相配接，受马 达6驱动透光板3与擦拭件2之间产生相对位移，将附着在透光板3内侧表面的灰尘擦拭掉。所述透光板3可以与马达轴61相固定，使透光板3由马达6驱动作旋转运动。此外，所述马达轴61可以与两侧的透光板3都固定连接，用以同时驱动所述的两 个透光板3。此外，所述擦拭件2可以固定不动，所述透光板3的一侧设有齿条31，所述马达轴 61的前端设有齿轮62，所述的齿条31和齿轮62相啮合，由马达6驱动透光板3作往复运动。本发明还提供一种智能清洁机器人，包括机器人本体、传感器单元、驱动单元、行 走单元、控制单元、清扫机构，所述控制单元控制所述清扫机构工作，并控制所述驱动单元， 由所述驱动单元驱动所述行走单元行走，其中，所述传感器单元采用上述的判断方法对其 灰尘传感器的透光板3的污染程度进行判断。此外，所述智能清洁机器人还包括上述的灰尘传感器自感应擦拭系统。本发明的有益效果在于通过实时判断出灰尘传感器透光板的污染程度，从而及 时自动启动灰尘传感器擦拭系统的擦拭机构，对灰尘传感器的透光板进行擦拭，保持灰尘 传感器透光板的清洁，以有效保持灰尘传感器探测的灵敏度，使得智能清洁机器人可以在 任意清扫模式下都能保证灰尘传感器对灰尘量的准确判断，使智能清洁机器人始终能够正 常地工作。
图1为智能清洁机器人的外观示意图。图2为智能清洁机器人的结构示意图。图3为图2中A部分的局部放大图。图4为本发明灰尘传感器自感应擦拭系统的组成框图。图5为本发明灰尘传感器自感应擦拭系统中的灰尘传感器擦拭机构第一个实施 例的局部剖面示意图。图6为图5中沿A-A方向的剖视图。图7为本发明灰尘传感器自感应擦拭系统中的灰尘传感器擦拭机构第二个实施 例的局部剖面示意图。图8为图7中沿C-C方向的剖视图。图9为本发明灰尘传感器自感应擦拭系统中的灰尘传感器擦拭机构第三个实施 例的局部剖面示意图。图10为灰尘传感器接收到的实际信号值曲线图。图11为将图10的实际信号值曲线的交流变化量进行放大处理后得到的灰尘传感 器信号变化量值曲线图。图12为将图10的实际信号值曲线进行算术平均值处理后得到的灰尘传感器信号 平均值曲线图。图13为灰尘传感器硬件系统电路图。图14为本发明灰尘传感器自感应擦拭系统的工作流程图。
具体实施例方式下面结合附图并以一智能清洁机器人为例对本发明的技术方案进行详细说明。图1为智能清洁机器人的外观示意图。图2为智能清洁机器人的结构示意图。图 3为图2中A部分的局部放大图。图4为本发明灰尘传感器自感应擦拭系统的组成框图。 结合图3和图4所示，本发明灰尘传感器自感应擦拭系统包括传感器单元101，具有由一 对发射和接收光信号元件构成的灰尘传感器1，用于探测进入灰尘通道12中的灰尘量；擦 拭机构301，用来擦拭灰尘传感器透光板；以及控制单元201，接收灰尘传感器1提供的信号 并发出指令给到灰尘传感器擦拭机构301，使灰尘传感器擦拭机构301执行擦拭动作。所述 控制单元201由CPU、微控制器以及存储器等集成电路元件构成，所述控制单元201可以整 合成一体的控制单元，同时控制清扫机构401执行清扫动作以及控制擦拭机构301执行擦 拭动作；也可以是由几个单独模块的控制子单元构成，例如包括控制清扫机构401执行清 扫动作的单元和控制擦拭机构301执行擦拭动作的单元。如图2和图3所示，在智能清洁机器人的灰尘通道12的两侧，分别设有光发射元 件51和光接收元件52(见图幻，它们构成用于探测进入灰尘通道灰尘量的灰尘传感器1。 在所述光发射元件51和光接收元件52靠近灰尘通道12 —侧分别设有透光板3，用来保护 这对光信号元件即灰尘传感器不受灰尘污染。灰尘传感器擦拭机构301分别设置在灰尘传 感器透光板的内侧，即靠近灰尘通道12 —侧。下面结合图5至图9对本发明灰尘传感器自感应擦拭系统中的几种灰尘传感器擦拭机构进行说明。图5为本发明灰尘传感器自感应擦拭系统中的灰尘传感器擦拭机构的第一个实 施例。图6为图5中沿A-A方向的剖视图。在灰尘通道12的侧壁11上开有一通孔13，在 所述通孔13内固定设置有一个擦拭件2。所述擦拭件2设置在透光板3和侧壁11之间，并 紧贴在透光板3的内侧的表面上。所述擦拭件2的内部设有一孔21，用于使光发射元件51 中发出的光可以从所述的孔21中穿过，并被光接收元件52感应到。擦拭件2也可以是呈 一直条形状，只要不阻挡住光信号的正常传输即可。擦拭件2可以由海绵或者呢绒等易擦 拭材料制成。在盖板4和透光板3的中心位置都设有一个孔，马达6的马达轴61穿过盖板 4后插入到透光板3的孔内，并与透光板3相固定。透光板3的内侧有一个凸台，可旋转地 支撑在侧壁11上，当马达6启动后，马达轴61的旋转会带动透光板3绕着马达轴线旋转。 由于透光板3分设在通道两侧，因此两个透光板3分别由一个马达带动。当两个马达6转 动时，马达轴61带动透光板3 —起旋转，由于擦拭件2是固定不动的，因此此时透光板3和 擦拭件2之间会相对运动，从而将附着在透光板3内侧表面的灰尘擦拭掉。图7为本发明灰尘传感器自感应擦拭系统中的灰尘传感器擦拭机构的第二个实 施例。图8为图7中沿C-C方向的剖视图。该第二个实施例的灰尘传感器擦拭机构与第一 个实施例的灰尘传感器擦拭机构的区别在于所述透光板3为矩形，其一侧设有齿条31，所 述马达轴61的前端设有齿轮62，所述的齿条31和齿轮62相啮合，所述透光板3的一侧还 设有用于使透光板3回复的弹簧7，以便使透光板3由马达6驱动后作垂直于马达轴线的往 复运动。当擦拭完毕后，弹簧7克服齿轮齿条配合所产生的阻力将透光板3回复到初始位 置。当然，也可以不用弹簧7，直接控制马达正反转即可。通过马达转动，齿轮齿条配合使透 光板3做直线运动，由于擦拭件2是固定不动的，因此此时透光板3和擦拭件2之间会相对 运动，从而将附着在透光板3内侧表面的灰尘擦拭掉。图9为本发明灰尘传感器自感应擦拭系统中的灰尘传感器擦拭机构的第三个实 施例。该第三个实施例的灰尘传感器擦拭机构与第一个实施例的灰尘传感器擦拭机构的区 别在于所述马达轴61穿过灰尘通道12，与位于两侧的透光板3都固定连接，用以同时驱动 所述两个透光板3，省去了一个马达。并且所述马达也可以由智能清洁机器人的主电机代替。此外，本发明灰尘传感器自感应擦拭系统中的灰尘传感器擦拭机构也可以将擦拭 件2与马达6的马达轴61相配接，由马达6驱动后作旋转或往复运动，而把透光板3设置 在相应的固定位置。当马达转动时，使透光板3与擦拭件2之间产生相对运动，从而将附着 在透光板3内侧表面的灰尘擦拭掉。下面，结合图10至图13对本发明灰尘传感器透光板污染程度的判断方法进行说 明。图10为通过图13中的灰尘传感器接收到的实际信号值曲线，图10的横轴表示时 间(单位为“秒”)，纵轴Y表示灰尘传感器实际信号值(单位为“毫伏”)。灰尘传感器接收到的实际信号值曲线受两方面的影响，一方面是来自地面上的灰 尘量的影响，它是随机上下波动的，从宏观上看，它不随时间产生规律性的变化；另一方面 是来自透光板污染的影响，它随时间有规律的变化，时间越长，污染程度增加。因此，综合起 来，所述实际信号值曲线呈局部波动、且总体下降的趋势。
通过如图13所示的硬件电路结构将灰尘传感器接收到的实际信号的交流变化量 放大后，得到如图11所示的变化量值曲线，图11的横轴表示时间(单位为“秒”)，纵轴Yl 表示灰尘传感器信号的变化量值(单位为“毫伏”)。正常情况下，所述变化量值曲线在一定 范围内上下波动，反映出各时刻进入到智能清洁机器人灰尘通道中的灰尘量的变化情况， 即，间接反映出地面灰尘量的多少，借助于该数值可以对地面的灰尘量及时检测。放大处理 后的信号强度，能更清晰、有效地观察实际信号值的状况，从而根据所述变化量值曲线短时 间内的变化来控制清扫系统的工作。另一方面，通过如图13所示的硬件电路结构将灰尘传感器接收到的实际信号经 A/D转换后，进行求算术平均值处理，得到如图12所示的平均值曲线，图12的横轴表示时间 (单位为“秒”)，纵轴Y2表示灰尘传感器信号的平均值(单位为“毫伏”)。所述平均值曲 线呈逐渐下降的趋势，反映出透光板正在被逐渐污染，其逐渐下降趋势的大小主要由透光 板的污染程度而决定。算术平均值Y2越小，灰尘传感器透光板的污染程度越严重。借助于 所述平均值曲线在较长时间内的变化结果来控制对透光板的擦拭。S卩，如果算术平均值Y2小于某一预先设定值时，则判断出灰尘传感器透光板所附 着的灰尘多，透光板污染程度大，透光板需要擦拭。所述预先设定值可以根据实际需要进行 设定，通常是生产者通过试验而得出的经验值，被预先存储在相应的存储器中。下面，结合图14对本发明灰尘传感器自感应擦拭系统的工作过程进行说明。在智能清洁机器人开始工作后，本发明灰尘传感器自感应擦拭系统中的灰尘传感 器1对灰尘通道12中的灰尘量进行信号探测，得到实际信号值(步骤Si)。将灰尘传感器接收到的实际信号值的交流变化量放大，并进行A/D转换，得到灰 尘传感器信号的变化量值(步骤S》，该值被输入控制单元201 (微控制器(MCU))。当灰尘传感器信号的变化量值大于第一预先设定值时(在步骤S3中为“是”)，则 认为是灰尘传感器所探测到的灰尘量大，需执行定点清扫动作。此时，控制单元201发出指 令启动清扫机构401对地面进行定点清扫(步骤S4)。所述第一预先设定值可以根据实际 需要进行设定，通常是生产者通过试验而得出的经验值，被预先存储在控制单元的存储器 中。与此同时，将灰尘传感器接收到的实际信号值进行A/D转换后，输入控制单元 201 (微控制器(MCU))，进行求算术平均值处理，得到灰尘传感器信号的平均值(步骤S5)。当灰尘传感器信号的平均值小于第二预先设定值时(在步骤S6中为“是”)，则认 为灰尘传感器透光板3所附着的灰尘多，透光板污染程度大，需执行擦拭动作。此时，控制 单元201发出指令启动灰尘传感器擦拭机构301对灰尘传感器透光板3进行擦拭(步骤 S7)。所述第二预先设定值也可以根据实际需要进行设定，并被预先存储在控制单元的存储 器中。此外，本发明灰尘传感器自感应擦拭系统能够根据灰尘传感器透光板污染的严重 程度来确定擦拭时间的长短。例如可以设定两个阈值(第一阈值大于第二阈值)，当Y2值 (算术平均值)小于第一阈值并且大于第二阀值时，擦拭机构开始擦拭，擦拭时间较短，如 擦拭2秒；当Y2值小于第二阈值时，污染加重，可以延长擦拭时间，如擦拭5秒。所述第一 阈值和第二阈值也是根据实际需要进行设定，分别被预先存储在相应的存储器中。此外，智能清洁机器人可以在任意清扫模式的过程中视灰尘传感器输出端的输出情况，来决定是否需要进行灰尘传感器透光板的擦拭以及擦拭时间的长短。“执行定点清扫 动作”和“执行擦拭动作”可以同步进行，也可以在“执行擦拭动作”时，智能清洁机器人暂 时停止“执行定点清扫动作”。实际上，在智能清洁机器人使用过程中，因为擦拭灰尘传感器 透光板上灰尘的时间很短，在秒级的时间单位上即可完成擦拭工作，所以“定点清扫动作” 和“擦拭灰尘传感器透光板的动作”是同步进行，还是分开进行，对机器人工作本身而言，没 有任何影响。 当擦拭动作完成后，返回到步骤Si，并根据当前灰尘传感器接收到的实际信号的 平均值来判断是否需要再次擦拭。如果需要再次擦拭，则再次执行擦拭动作(步骤S7)。
权利要求
1.一种灰尘传感器透光板污染程度的判断方法，所述灰尘传感器(1)包括一对光信号 元件(51，52)，分别用来发射和接收光信号，各光信号元件(51,5 各设有一个透光板(3)， 用于遮挡灰尘保护灰尘传感器，所述灰尘传感器透光板污染程度的判断方法是将灰尘传感器接收到的实际信号经模拟/数字转换后，进行求算术平均值处理，当求 得的算术平均值(Y2)小于某一预先设定值时，判定灰尘传感器的透光板(3)需要进行擦 拭。
2.根据权利要求1所述的灰尘传感器透光板污染程度的判断方法，其特征在于，当求 得的算术平均值(Y2)大于第一阈值并且小于第二阈值时，判定灰尘传感器的透光板(3)的 污染程度较小，需要擦拭的时间短；当求得的算术平均值(Y2)小于第二阈值时，判定灰尘 传感器的透光板(3)的污染程度较大，需要擦拭的时间长。
3.根据权利要求1或2所述的灰尘传感器透光板污染程度的判断方法，其特征在于，同 时将灰尘传感器接收到的实际信号的交流变化量放大，当放大后的所述变化量值(Yi)大 于某一预先设定值时，判定灰尘量大，需要进行定点清扫。
4.一种灰尘传感器自感应擦拭系统，包括传感器单元(101)，具有由一对发射和接收光信号元件(51,5 构成的灰尘传感器 (1)，用于探测灰尘量，并且各光信号元件(51，52)各设有一个透光板(3)，用于遮挡灰尘保 护灰尘传感器；擦拭机构(301)，用来擦拭灰尘传感器的透光板(3)；以及控制单元001)，接收来自灰尘传感器(1)的信号；其特征在于控制单元(201)利用权利要求1-2中任意一项所述的灰尘传感器透光板 污染程度的判断方法，实时监控判断灰尘传感器的透光板(3)的污染程度，并根据其判断 结果，向擦拭机构(301)发出指令，使擦拭机构(301)对灰尘传感器的透光板(3)进行擦拭。
5.根据权利要求4所述的灰尘传感器自感应擦拭系统，其特征在于，所述擦拭机构 (301)包括设在所述透光板C3) —侧的一个擦拭件O)，所述透光板C3)或擦拭件( 之一 与一个马达(6)的马达轴(61)相配接，受马达(6)驱动透光板( 与擦拭件( 之间产生 相对位移，将附着在透光板(3)内侧表面的灰尘擦拭掉。
6.根据权利要求5所述的灰尘传感器自感应擦拭系统，其特征在于，所述透光板(3)与 马达轴(61)相固定，使透光板(3)由马达(6)驱动作旋转运动。
7.根据权利要求5所述的灰尘传感器自感应擦拭系统，其特征在于，所述马达轴(61) 与两侧的透光板C3)都固定连接，用以同时驱动所述的两个透光板(3)。
8.根据权利要求5所述的灰尘传感器自感应擦拭系统，其特征在于，所述擦拭件(2)固 定不动，所述透光板(3)的一侧设有齿条(31)，所述马达轴(61)的前端设有齿轮(62)，所 述的齿条(31)和齿轮(6 相啮合，由马达(6)驱动透光板C3)作往复运动。
9.一种智能清洁机器人，包括机器人本体、传感器单元、驱动单元、行走单元、控制单 元、清扫机构，所述控制单元控制所述清扫机构工作，并控制所述驱动单元，由所述驱动单 元驱动所述行走单元行走，其特征在于，所述传感器单元采用权利要求1-3中任意一项所述的判断方法对其灰尘传感器的透 光板(3)的污染程度进行判断。
10.根据权利要求9所述的智能清洁机器人，其特征在于，所述智能清洁机器人还包括 权利要求4-7中任意一项所述的灰尘传感器自感应擦拭系统。
全文摘要
本发明提供灰尘传感器污染的判断方法和擦拭系统及其清洁机器人。所述灰尘传感器包括设置在灰尘通道两侧的一对光信号元件，分别用来发射和接收光信号，在各光信号元件靠近灰尘通道一侧各设有一个透光板，用于遮挡灰尘保护灰尘传感器，所述灰尘传感器污染的判断方法是将灰尘传感器接收到的实际信号经模拟/数字转换后，进行求算术平均值处理，当求得的算术平均值小于某一预先设定值时，判定灰尘传感器的透光板需要进行擦拭。由此，实时判断出灰尘传感器透光板的污染程度，及时自动启动灰尘传感器擦拭系统的擦拭机构对透光板进行擦拭，有效保证灰尘传感器对灰尘量的准确判断，使智能清洁机器人始终能够正常工作。
文档编号G01N21/59GK102121900SQ20101000181
公开日2011年7月13日 申请日期2010年1月7日 优先权日2010年1月7日
发明者汤进举 申请人:泰怡凯电器(苏州)有限公司