专利名称：探测自移动机器人周边障碍物的探测装置及自移动机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种探测自移动机器人周边障碍物的探测装置，以及带有该探测装置的自移动机器人。
背景技术：
三角激光测距的原理是发射一个点激光源，反射后由图像传感器接收，通过发射和接收的两个角度算出目标距离(发射源和图像传感器在同一水平面上)。这种测距方法要求发射光和反射光在同一平面上，这样才能确保图像传感器能接收到反射光，由此再计算出距离。如图2所示，激光三角测距仪主要由一个光学发射器和光学接收器组成。激光三角测距仪采用三角原理测距，光学发射器可以为一红外线发射器10，光学接收器为一 CXD 图像传感器11 (Charge coupled Device,电荷稱合元件)。红外线发射器10沿一定角度发射光束，当红外线发射器的发射光线12遇到物体50后形成点光源会被反射回来。红外线发射器的反射光线14被CCD图像传感器11检测到后会获得一个偏移值L，CCD图像传感器的中心线13与红外线发射器的发射光线12形成发射角度α，利用三角关系，在获得发射角度α、偏移值L、中心矩X以及滤镜60的焦距f以后，通过几何关系，计算出光学接收器与物体的距离D。现有技术中，采用图I中的三角测距仪感测障碍物时，需要光学发射器和光学接收器在同一平面上，如图2所示，这样才能确保光学接收器能接收到发射光束被物体反射回来的光束。激光测距仪在实际使用时，通常采用点激光源来发射光，光学发射器和光学接收器水平放置。但由于机器的装配不当或者工作时仪器的抖动，会造成光学发射器和光学接收器不在一个平面上，使得反射回来的光总是反射到光学接收器的下面或上面，而不是落在光学接收器本体，使得发射回来的激光不能被光学接收器所接收到，测距仪上读取不到数据，导致清洁机器人不能及时地感测到障碍物，大大降低其可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种探测自移动机器人周边障碍物的探测装置，提高测量的可靠性、稳定性。具体说，本发明提供一种探测自移动机器人周边障碍物的探测装置，所述探测装置设置于自移动机器人本体上，其包括光学发射器和图像传感器，所述光学发射器为线性光学发射器，所述图像传感器接收由所述光学发射器发射至所述自移动机器人周边的物体的反射信号，所述光学发射器的发射光线与所述图像传感器的中心线形成大于0°的角度α，所述光学发射器发射至所述自移动机器人周边的物体的线性光线与水平面形成大于0°的角度。具体一种方式是所述光学发射器的发射光线与所述图像传感器的中心线位于同
一平面上。
具体另一种方式是所述图像传感器的中心线为水平线，所述图像传感器的中心线与所述光学发射器的发射光线为异面直线。角度α为5° 30。，优选地，角度α为5° 15。。所述光学发射器发射至所述自移动机器人周边的物体的线性光线与所述图像传感器的中心线基本垂直，所述光学发射器发射至所述自移动机器人周边的物体的线性光线与所述图像传感器的中心线形成的角度为75° 105°。进一步地，所述光学发射器发射至所述自移动机器人周边的物体的线性光线与所述图像传感器的中心线形成的角度为85° 95°。进一步地，所述光学发射器发射至所述自移动机器人周边的物体的线性光线与所述图像传感器的中心线垂直。
进一步地，所述光学发射器为激光红外发射器、紫外光发射器或者可见激光发射器。进一步地，所述图像传感器为CXD图像传感器或CMOS图像传感器。进一步地，所述探测装置还包括信号处理单元，所述信号处理单元接收所述图像传感器发送的信号，计算周边物体与所述自移动机器人之间的距离，并将该距离存储或输出。本发明还提供一种带有上述探测装置的自移动机器人，保证自移动机器人能及时探测到障碍物，提高其可靠性。具体地说，本发明带有上述探测装置的自移动机器人的技术方案如下一种自移动机器人，包括机器人本体、驱动轮、功能单元和控制单元，还包括上述的探测装置，探测装置将探测到的信号发送给所述控制单元。探测装置或控制单元还包括信号处理单元，用于计算周边物体与所述自移动机器人之间的距离，并将该距离存储或输出。控制单元内设有预定距离值；当所述信号处理单元计算出的周边物体与所述自移动机器人之间的距离等于或小于该预定距离值时，所述控制单元控制所述驱动轮转向或停止工作。与现有技术相比，本发明探测装置中的光学发射器发射一束与水平面形成角度的线性光线，经过物体反射后，图像传感器接收到反射光，随之通过测距得出目标距离。由于本发明探测装置发射的是线性光线，因此，不论自移动机器人是否在移动过程出现抖动或者在产品组装过程中出现装配不良等问题，光学发射器发射一线性光线后，总有至少一个反射光点会被图像传感器所接收，因此，本发明探测装置的可靠性、稳定性十分好，应用在自移动机器人产品上成效十分明显。
图I为现有技术光学发射器发射点光源示意图；图2为三角测距仪工作原理图；图3本发明中探测装置实施例一示意图(光学发射器发射的线性光线和图像传感器的中心线垂直)；图4为本发明探测装置实施例二示意图(光学发射器发射的线性光线和图像传感器的中心线不垂直)；图5为本发明自移动机器人中的光学发射器和图像传感器的位置示意图；图6为本发明自移动机器人立体结构示意图。附图标记10.红外线发射器11. CXD图像传感器12.红外线发射器的发射光线13. CXD图像传感器的中心线14.红外线发射器的反射光线60.滤镜 20.光学发射器21.图像传感器30.机器人本体40.驱动轮50.物体70.线性光线80.图像传感器的中心线 90.光学发射器的发射光线
具体实施例方式实施例I如图5所示，本发明探测自移动机器人周边障碍物的探测装置设置于自移动机器人本体30上，其包括光学发射器20和图像传感器21，光学发射器20和图像传感器21，光学发射器20为线性光学发射器，发射线光源。具体地说，光学发射器20可以为激光红外发射器、紫外光发射器或者可见激光发射器，图像传感器21为CCD图像传感器或CMOS图像传感器。(XD图像传感器又称为电荷稱合元件；CM0S图像传感器的英文全称ComplementaryMetal Oxide Semiconductor,又称为互补金属氧化物半导体。CO)图像传感器和CMOS图像传感器为现有技术，在此不再赘述。如图3所示，图像传感器21接收由光学发射器20发射至自移动机器人周边的物体的反射信号，所述光学发射器20的发射光线90与所述图像传感器的中心线80形成大于0°的角度α，角度α的范围为5° 30°，在优选方案中，角度α为5° 15° ;光学发射器20发射至所述自移动机器人周边的物体的线性光线70与水平面形成大于0°的角度。本发明采用的测距原理是三角测距原理，具体在附图2以及背景技术中有详细地描述，在此不再赘述。如图4所示，光学发射器20发射的是线性光源，光学发射器20发射至所述自移动机器人周边的物体的线性光线70与水平面形成大于0°的角度。所述光学发射器发射至所述自移动机器人周边的物体的线性光线70与所述图像传感器的中心线80呈基本垂直，即所述光学发射器发射至所述自移动机器人周边的物体的线性光线70与所述图像传感器的中心线80形成的角度为75° 105° ;进一步地，所述光学发射器发射至所述自移动机器人周边的物体的线性光线70与所述图像传感器的中心线80形成的角度为85° 95°时，图像传感器接收光学发射器信号的能力会更强些。本实施例中，如图3所示，光学发射器20发射的线性光线70与图像传感器21的中心线80垂直。此设置使得光学发射器20发射的线性光线的线段长度即为图像传感器21接收反射光的上下限检测位置的高度，探测装置有效作用的工作机率最高，探测效果最好。本发明中，光学发射器的发射光线90与图像传感器的中心线80可以位于同一平面。具体地说，光学发射器的发射光线90与图像传感器的中心线80可以是位于同一水平面；光学发射器的发射光线90与图像传感器的中心线80也可以是两者位于一个与水平面呈一定倾角的平面内。优选方案是光学发射器20的发射光线与图像传感器21的中心线位于同一水平面上，由此进一步增加图像传感器21能接收到光学发射器20的反射光的可能性。具体地说，当自移动机器人水平行进时，光学发射器20的线光源朝水平行进方向发射光束，若遇到障碍物，部分光束被障碍物反射回来后可被图像传感器21探测到，则自移动机器人依据探测装置探测到的信号，执行闪避动作或者停止移动。如图3所示，由于光学发射器20发射的是线性光线，其发射的光束总有部分和图像传感器21处于同一水平面。因此，该同平面的发射光束后经物体反射后被图像传感器21接收，使得探测装置总能感测到障碍物。探测装置还包括信号处理单元，信号处理单元接收图像传感器21发送的信号，计算周边物体50与自移动机器人之间的距离，并将该信息存储或输出。 除此种方式外，还可以有另外一种方式，具体为图像传感器的中心线80为水平线，图像传感器的中心线80与光学发射器的发射光线90为异面直线，即图像传感器的中心线80为水平线，图像传感器的中心线80与光学发射器的发射光线90即不相交也不平行，两者不在同一平面上。此时，图像传感器的中心线80与光学发射器的发射光线90之间存着的空间高度差，图像传感器接收光学发射器的光线信号也弱于图像传感器与光学发射器位于同一平面时的光线信号，但总体而言，也能达到基本相同的效果。实施例2实施例2的技术方案与实施例I的技术方案基本相同，区别在于如图4所示，光学发射器发射的线性光线70和图像传感器的中心线80不垂直。即使由于自移动机器人的装配因素或者图像传感器自身的原因，使光学发射器发射的线性光线70和图像传感器的中心线80不垂直，但由于光学发射器20发射的是线性光线，其发射的光束总有部分被图像传感器21所接收，仍使得探测装置可探测到物体，从而大大提高探测装置的可靠性。本发明中的探测装置应用于自移动机器人中，如图5-6所示，本发明自移动机器人包括机器人本体30、驱动轮40、功能单元、控制单元和设置在机器人本体上的探测装置，探测装置将探测到的信号发送给控制单元。所述的功能单元为清洁单元、打蜡单元、空气净化单元或安保单元。当自移动机器人上设有的功能单元为清洁单元时，自移动机器人在自移动的过程中，可以实现对待清洁表面进行清洁维护的功能。当自移动机器人上设有的功能单元为打蜡单元时，自移动机器人在自移动的过程中，可以实现对待打蜡表面进行打蜡处理的功能。当自移动机器人上设有的功能单元为空气净化单元时，自移动机器人在自移动的过程中，可以实现对待净化的空间进行空气净化的作用。当自移动机器人上设有的功能单元为安保单元时，自移动机器人可以在自移动的过程中，对待安全检查的区域进行类似有煤气泄漏、火灾等安全报警功能。本发明自移动机器人中的机器人本体、驱动轮、功能单元和控制单元的结构及有关机器人如何行走的技术为现有技术，在此不再赘述。在自移动机器人中，探测装置或控制单元还包括信号处理单元，用于计算周边物体与自移动机器人之间的距离，并将该距离存储或输出。控制单元内设有预定距离值；当信号处理单元计算出的周边物体与自移动机器人之间的距离等于或小于该预定距离值时，控制单元控制驱动轮转向或停止工 作。
权利要求
1.一种探测自移动机器人周边障碍物的探测装置，所述探测装置设置于自移动机器人本体上，其包括光学发射器和图像传感器，其特征在于所述光学发射器为线性光学发射器，所述图像传感器接收由所述光学发射器发射至所述自移动机器人周边的物体的反射信号，所述光学发射器的发射光线与所述图像传感器的中心线形成大于0°的角度α，所述光学发射器发射至所述自移动机器人周边的物体的线性光线与水平面形成大于0°的角度。
2.根据权利要求I所述的探测自移动机器人周边障碍物的探测装置，其特征在于所述光学发射器的发射光线与所述图像传感器的中心线位于同一平面上。
3.根据权利要求I所述的探测自移动机器人周边障碍物的探测装置，其特征在于所述图像传感器的中心线为水平线，所述图像传感器的中心线与所述光学发射器的发射光线为异面直线。
4.根据权利要求I所述的探测自移动机器人周边障碍物的探测装置，其特征在于角度α为5° 30° ;角度α为5° 15°。
5.根据权利要求I所述的探测自移动机器人周边障碍物的探测装置，其特征在于所述光学发射器发射至所述自移动机器人周边的物体的线性光线与所述图像传感器的中心线形成的角度为75° 105° ;所述光学发射器发射至所述自移动机器人周边的物体的线性光线与所述图像传感器的中心线形成的角度为85° 95° ;所述光学发射器发射至所述自移动机器人周边的物体的线性光线与所述图像传感器的中心线垂直。
6.根据权利要求I所述的探测自移动机器人周边障碍物的探测装置，其特征在于所述光学发射器为激光红外发射器、紫外光发射器或者可见激光发射器；所述图像传感器为CXD图像传感器或CMOS图像传感器。
7.根据权利要求I至6任一所述的探测自移动机器人周边障碍物的探测装置，其特征在于所述探测装置还包括信号处理单元，所述信号处理单元接收所述图像传感器发送的信号，计算周边物体与所述自移动机器人之间的距离，并将该距离存储或输出。
8.一种自移动机器人，包括机器人本体、驱动轮、功能单元和控制单元，其特征在于还包括如权利要求I所述的探测装置，所述探测装置将探测到的信号发送给所述控制单J Li ο
9.根据权利要求8所述的自移动机器人，其特征在于所述探测装置或所述控制单元还包括信号处理单元，用于计算周边物体与所述自移动机器人之间的距离，并将该距离存储或输出。
10.根据权利要求9所述的自移动机器人，其特征在于所述控制单元内设有预定距离值；当所述信号处理单元计算出的周边物体与所述自移动机器人之间的距离等于或小于该预定距离值时，所述控制单元控制所述驱动轮转向或停止工作。
全文摘要
本发明涉及一种探测自移动机器人周边障碍物的探测装置以及带有该探测装置的自移动机器人。所述探测装置设置于自移动机器人本体上，其包括光学发射器和图像传感器光学发射器为线性光学发射器，图像传感器接收由光学发射器发射至自移动机器人周边的物体的反射信号，光学发射器的发射光线与图像传感器的中心线形成大于0°的角度α，光学发射器发射至自移动机器人周边的物体的线性光线与水平面形成大于0°的角度。本发明探测装置发射至物体上的是线性光线，光学发射器发射一线性光线后，总有至少一个反射光点会被图像传感器所接收，因此，本发明探测装置的可靠性、稳定性十分好，应用在自移动机器人产品上成效十分明显。
文档编号G01C3/24GK102866433SQ20111018677
公开日2013年1月9日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者汤进举 申请人:泰怡凯电器(苏州)有限公司