自主移動機器人及其控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種自主移動機器人及其控制方法，該機器人具有一能夠在地面上移動的機器人本體，包括至少一個被動輪單元和一被動輪旋轉檢測單元，被動輪單元包括通過一轉軸轉動設置在機器人本體底部的被動輪，被動輪能夠借助于機器人本體的移動而轉動；被動輪旋轉檢測單元包括至少一個磁性元件和磁場感應元件，磁性元件設置在被動輪上并能夠在被動輪周圍產生磁場，磁場感應元件設置在被動輪附近并用以感應磁性元件產生的磁場變化。本發明的被動輪轉動，磁性元件同被動輪一起轉動，引起周邊磁場有規律變化，磁場感應元件通過對磁場變換的檢測來向主控單元間接傳輸機器人本體是否處于正常工作的信息，從而為自主移動機器人實現平穩連續工作提供保障。
【專利說明】
自主移動機器人及其控制方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種自主移動機器人及其控制方法，特別涉及一種在自移動過程中出現移動異常時，能夠及時被主控單元獲知的自主移動機器人及其控制方法。
【背景技術】
[0002]自主移動機器人為能夠在地面自身移動的機器人，目前自主移動機器人包括自移動地面清潔機器人、自移動的巡防機器人等。由于自主移動機器人都是自行在地面上移動，自主移動機器人需要有一個或多個主動輪或主動行走的腳和一個或多個被動輪，被動輪能夠借助于機器人主動輪移動而轉動，此被動輪可以為萬向輪或固定轉軸的輪，可以起支撐機器人的重量或被動檢測行進速度的。當機器人正常移動時，被動輪持續轉動；當機器人遇到障礙物被遮擋或者主動輪被懸空等問題出現時，被動輪停止轉動。因此，通過在被動輪上或周圍設置能監控腳輪是否轉動的部件來判斷機器人是否正常移動。一般自主移動機器人行進中都會碰到障礙物而原地打滑或停止前進(視覺系統或超聲波檢測很難完全避免碰上障礙物)，如果沒有一種可靠的方案判斷機器人是否在打滑或沒有前進，會引起不希望的結果或中途結束工作。
[0003]現有技術中，最常見的是利用在被動輪上同軸設置齒輪和光電式旋轉編碼器的方案，通過齒輪和編碼器的結合來測量直線位移以及知曉被動輪是否正常轉動。還有一種較為常見的是利用光學傳感器來檢測被動輪的方法來判斷腳輪是否在持續轉動的方案，如公開號為US7359766B2的文獻中公開了一種利用光學傳感器來檢測腳輪(即被動輪)是否持續轉動的自動吸塵器，該自動吸塵器中，腳輪的外表面被設置成具有兩種光反射率的黑色涂層和白色涂層，當光學傳感器向腳輪發射光線時，經黑色涂層和白色涂層反射回來的反射光的強度將不同，以此可以判斷腳輪是否持續轉動，進而獲知自動吸塵器是否在正常移動；公開號為US08417383B2的文獻中也公開了一種利用光學傳感器來檢測腳輪(即被動輪)是否持續轉動的機器人清潔機器人，該機器人中，腳輪的外表面被設置成具有兩種不同光反射率的涂層，當光學傳感器向腳輪發射光線時，經不同反射率的涂層所反射回來的反射光的強度將不同，以此可以判斷腳輪是否持續轉動，進而獲知自動吸塵器是否在正常移動。
[0004]上述第一種方案中，腳輪上的齒輪容易進灰，導致容易壞，以及生產成本過高，機構復雜麻煩，而且輪子內有連接電線，電線容易被轉動導致斷掉，亦在機器定點轉圈工作模式下，而無法判斷是否前面懸空。第二種方案中，由于腳輪在地面上移動時，外表面容易被污染，所以長此以往，外表面上具有不同光反射率的涂層的光反射率會趨于相同，從而影響光學傳感器的準確判斷。

【發明內容】

[0005]針對上述存在的技術不足，本發明的第一目的是提供一種自主移動機器人，該自主移動機器人能夠在不能正常行進時，通過準確地被檢測出來。奔發明的第二目的是提供一種該自主移動機器人的控制方法。
[0006]為了實現上述發明的第一目的，本發明采用如下技術方案:一種自主移動機器人，具有一能夠在地面上移動的機器人本體，所述的機器人本體包括:
一驅動單元，用于驅動所述的機器人本體在地面上移動；
至少一個被動輪單元，所述的被動輪單元設置在所述機器人本體的底部，所述的被動輪單元包括一被動輪，所述的被動輪通過一轉軸轉動設置在所述機器人本體的底部，所述被動輪的外圓周表面支撐在地面上，所述的被動輪能夠借助于所述機器人本體的移動而轉動；
一被動輪旋轉檢測單元，用以檢測所述的被動輪是否繞著所述的轉軸轉動；
一主控單元，用于響應來自所述的被動輪旋轉檢測單元檢測的信號來控制所述的驅動單元工作；所述的被動輪旋轉檢測單元包括至少一個磁性元件和磁場感應元件，所述的磁性元件設置在所述被動輪上并能夠在被動輪周圍產生磁場，所述的磁場感應元件設置在所述的被動輪附近并用以感應所述磁性元件產生的磁場的變化。
[0007]上述技術方案中，優選的，所述的磁場感應元件為感應磁場方向變化的磁場方向感應元件或感應磁場強度變化的磁場強度感應元件。
[0008]上述技術方案中，優選的，所述的磁場感應元件包括磁阻傳感器。
[0009]上述技術方案中，優選的，所述的磁性元件為永磁體。
[0010]上述技術方案中，優選的，所述的磁性元件埋設在所述的被動輪內部。
[0011]上述技術方案中，優選的，當所述的被動輪旋轉檢測單元檢測到所述被動輪的旋轉停止時，所述的主控單元向所述的驅動單元輸出一驅動所述機器人本體朝著與正常行進方向不同的方向移動的控制信號。
[0012]上述技術方案中，優選的，所述的驅動單元包括至少兩個移動輪以驅動所述的移動輪轉動的馬達，所述的移動輪在所述馬達的驅動下帶動所述的機器人本體移動。
[0013]上述技術方案中，優選的，所述的機器人本體還包括一清潔單元，所述的清潔單元安裝在所述的機器人本體上，所述的清潔單元用以在所述的機器人本體移動過程中移地面上的污物。
[0014]上述技術方案中，優選的，所述的清潔單元包括吸塵模塊、抹布清潔模塊、海綿清潔模塊中的至少一種。
[0015]為了實現上述發明的第二目的，本發明采用如下技術方案:
一種自主移動機器人的控制方法，包括:
一通過檢測一支撐在待地面上并借助于該自主移動機器人的移動而轉動的被動輪是否轉動，來判斷該自主移動機器人是否行進正常的移動檢測步驟；
所述的移動檢測步驟是使用設置在所述被動輪內并能夠在所述被動輪周圍產生磁場的至少一個磁性元件以及用以感測該磁場變化的磁場感應元件來實現的。
[0016]上述技術方案中，優選的，所述的磁性元件為設在所述被動輪上的永磁體。
[0017]上述技術方案中，優選的，所述的磁性元件埋設在所述被動輪內。
[0018]上述技術方案中，優選的，所述的方法中還包括通過讀取所述的磁場感應元件變化的頻率來判斷所述的機器人本體的移動快慢，從而來進行控制所述機器人本體移動的速度或距離的調速步驟。
[0019]上述技術方案中，優選的，所述的方法還包括將該自主移動機器人從上述的移動檢測步驟中探測到所述被動輪停止轉動的位置解救的解救步驟。
[0020]上述技術方案中，優選的，所述的解決步驟是通過驅動自主移動機器人調轉行進方向來實現的。
[0021]本發明的有益效果在于:通過在被動輪內設置磁性元件，配合設置磁場感應元件，這樣隨著被動輪轉動，磁性元件同被動輪一起轉動，從而引起周邊磁場有規律的變化，磁場感應元件通過對磁場變換的檢測來向主控單元間接傳輸機器人本體是否處于正常工作的信息，從而為自主移動機器人實現平穩連續工作提供保障。
【附圖說明】
[0022]附圖1為本發明的機器人本體的仰視立體示意圖；
附圖2為本發明的機器人本體的沿前后方向的剖視圖(仰視視角)；
附圖3為本發明的機器人本體的沿前后方向的剖視圖(俯視視角)；
附圖4為本發明的機器人本體的控制過程示意圖；
其中:1、機器人本體；2、頂壁；3、底壁；4、外圓周側壁；5、吸塵口 ；6、側刷；7、粘接條；
8、清潔海綿；9、主動輪；10、被動輪單元；11、被動輪；12、水平轉軸；13、被動輪旋轉檢測單元；14、永磁體；15、磁場感應元件；16、主控單元；17、吸塵電機；18、集塵盒；19、充電電池單元；20、充電電極。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖所示的實施例對本發明的技術方案作以下詳細描述:
本實施例列舉的是一種自移動地面清潔機器人，如圖1~3所示，該自移動地面清潔機器人具有一個能夠在待清潔地面上前后移動以及轉動的機器人本體I，機器人本體I具有一個由頂壁2、一個底壁3以及一個外圓周側壁4構成的外殼體。
[0024]機器人本體I上設置有用于在機器人本體I移動過程中清除待清潔地面上的污物的清潔單元7。本例中，清潔單元由吸塵模塊、抹布清潔模塊以及海綿清潔模塊構成。其中，吸塵模塊包括設置在機器人本體I內部的吸塵電機17、開設在底壁3上的吸塵口 5以及集塵盒18和過濾部件，含塵氣流能在吸塵電機17的作用下經由吸塵口 5吸入到機器人本體I內部的集塵盒18內，干凈空氣通過經過過濾部件后從機器人本體I上的排氣口排出。一般為了加強吸塵口 5處的吸塵效果，有些機器人本體I在吸塵口 5處配置有一馬達帶動轉動的滾刷(本例中未設置)，在吸塵口 5左右兩側還設置有一對側刷6，側刷6能夠將遠處的灰塵帶至吸塵口 5處。抹布清潔模塊由設置在底壁3上的粘接條7和粘接在粘接條上的清潔布構成，在機器人本體I在待清潔地面上移動時，地面上的細小灰塵能夠被清潔布擦除。海綿清潔模塊由設置在底壁3上的清潔海綿8構成，在機器人本體I在待清潔地面上移動時，地面上的細小灰塵或水漬能夠被清潔海綿擦除。抹布清潔模塊和海綿清潔模塊能夠起到“抹布擦地”的效果，通常用在硬地面的清潔過程中。
[0025]機器人本體I上還設置有用于驅動機器人本體I在待清潔地面上移動的驅動單元。驅動單元包括設置在機器人本體I底部的一對主動輪9，一對主動輪9分別由一馬達帶動轉動，一對主動輪9按照對稱的方式居中地分別布置在機器人本體I的底部的兩側處。一對主動輪9可在機器人本體I的主控單元的控制下執行包括移動和旋轉的運動操作。
[0026]機器人本體I的底部上還設置有一被動輪單元10，如圖4所示，被動輪單元10包括一被動輪11，被動輪11通過一水平轉軸12轉動設置在機器人本體I的底部，被動輪11的外圓周表面支撐在地面上，被動輪11能夠借助于機器人本體I的主動輪9移動而繞水平轉軸12轉動。被動輪11還能在機器人本體I為改變前進方向而發生旋轉同時保持穩定的姿態。
[0027]機器人本體I在被動輪單元10附近還設置一被動輪旋轉檢測單元13，用以檢測被動輪11是否繞著水平轉軸12轉動。被動輪旋轉檢測單元13包括埋設在被動輪11內的永磁體14以及設置在被動輪11附近的磁場感應元件15構成。永磁體14能夠在被動輪11周圍產生磁場，磁場感應元件15被用以感應永磁體14產生的磁場的變化。當被動輪11隨著機器人本體I的移動而繞水平轉軸12轉動時，永磁體14也會隨之轉動，從而使其在被動輪11周圍產生的磁場發生變化。按照該原理，當磁場感應元件15持續感應到不到磁場變換時，則表明被動輪11不轉動，即機器人本體I處于停滯不前的狀態；當磁場感應元件15持續感應到磁場變換時，則表明被動輪11在正常轉動，即機器人本體I處于正常的前行狀
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[0028]上述的磁場感應元件15可以采用感應磁場方向變化的磁場方向感應元件，也可以采用感應磁場強度變化的磁場強度感應元件。本例中采用的是磁場強度感應元件，該磁場強度感應元件包括一磁阻傳感器。
[0029]機器人本體I上還設有一主控單元16，主控單元16能夠控制清潔單元和驅動單元工作。被動輪旋轉檢測單元13與主控單元16相信號連接，主控單元16用于響應來自被動輪旋轉檢測單元13檢測的信號來控制驅動單元工作。
[0030]本例中，當磁場感應元件15在設定時間內持續感應到不同的磁場強度時，則主控單元16將判斷出機器人主體I在當前的前行方向上遇到障礙，主控單元16將向驅動單元8輸出一驅動機器人本體I朝著與正常行進方向不同的方向(或掉頭或轉向)移動的控制信號命令。當磁場感應元件15在設定時間內感應到同一磁場強度時，則主控單元16將判斷出機器人主體I在當前的前行方向一切正常。
[0031]機器人本體I內部還設置有充電電池單元19，充電電池單元19能夠個各個電機以及主控單元供電。為了使得用戶能夠給機器人本體I上的充電電池單元19充電，機器人本體I在外圓周側壁4的外壁面上設置有一充電電極20。當充電電池單元19較低時，機器人本體I能夠在主控單元16的控制下自行尋找到充電座進行充電。
[0032]下面，將結合附圖4詳細描述上述自移動地面清潔機器人的連續控制過程: 第一步，當使用者打開該自移動地面清潔機器人時，該自移動地面清潔機器人的機器人本體將按照預定程序在待清潔地面上行進，以執行清潔操作步驟。
[0033]在機器人本體I在待清潔地面上執行清潔操作步驟的過程中，被動輪旋轉檢測單元13持續對被動輪是否繞水平轉軸12轉動進行檢測的移動檢測步驟。
[0034]在移動檢測步驟的過程中，當磁場感應元件感應到永磁體產生的磁場在周期性變化，則表明當前機器人本體I的行進正常，則機器人本體I繼續進行當前的清潔操作步驟。
[0035]如果磁場感應元件感應不到永磁體產生的磁場的變化，則意味著障礙物妨礙了機器人本體I的進一步行進，此時將執行將機器人本體I從障礙物處所在位置解救的解救步驟，該解決步驟的具體方法是通過主控單元16向驅動單元8輸出一驅動機器人本體I調轉行進方向(轉向或掉頭)的控制信號命令來實現的，當磁場感應元件再次感應到永磁體產生的磁場的變化時，則認定機器人本體I已經被從障礙物所在位置處成功解救出來，機器人本體I繼續進行當前的行進方法而進行清潔操作步驟。此時，如果在主控的那元發出調轉行進方向的控制信號命令后的一定時間后，磁場感應元件仍然感應不到永磁體產生的磁場的變化，則表明解救失敗，此時機器人本體I將停止清潔操作步驟和驅動單元的進一步運轉，以避免不必要的能量損耗和元件的過度運行，并最好對外報警，以提醒使用者通過人工來解救該機器人本體I脫困。
[0036]另外，由于機器人本體I在正常的行進過程中，磁場感應元件檢測到磁場都是在周期內有規律的變化的，因此基于此，主控單元能夠通過讀取磁場感應元件變化的頻率來判斷當前機器人本體I的移動快慢，從而來執行調節機器人本體移動的速度或距離的步驟。
[0037]本例的自移動地面清潔機器人在行進中，能夠隨時判斷機器人本體是否被障礙物卡住而出現移動困難等突發情況，主控單元可以依次控制向其他部件施加控制命令以使得機器人本體I從當前的困境中逃脫從來，從而使得自移動地面清潔機器人能夠平穩和持續地執行地面清潔工作。
[0038]上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種自主移動機器人，具有一能夠在地面上移動的機器人本體，所述的機器人本體包括: 一驅動單元，用于驅動所述的機器人本體在地面上移動； 至少一個被動輪單元，所述的被動輪單元設置在所述機器人本體的底部，所述的被動輪單元包括一被動輪，所述的被動輪通過一轉軸轉動設置在所述機器人本體的底部，所述被動輪的外圓周表面支撐在地面上，所述的被動輪能夠借助于所述機器人本體的移動而轉動； 一被動輪旋轉檢測單元，用以檢測所述的被動輪是否繞著所述的轉軸轉動； 一主控單元，用于響應來自所述的被動輪旋轉檢測單元檢測的信號來控制所述的驅動單元工作；其特征在于: 所述的被動輪旋轉檢測單元包括至少一個磁性元件和磁場感應元件，所述的磁性元件設置在所述被動輪上并能夠在被動輪周圍產生磁場，所述的磁場感應元件設置在所述的被動輪附近并用以感應所述磁性元件產生的磁場的變化。2.根據權利要求1所述的自主移動機器人，其特征在于:所述的磁場感應元件為感應磁場方向變化的磁場方向感應元件或感應磁場強度變化的磁場強度感應元件。3.根據權利要求2所述的自主移動機器人，其特征在于:所述的磁場感應元件包括磁阻傳感器。4.根據權利要求1所述的自主移動機器人，其特征在于:所述的磁性元件為永磁體。5.根據權利要求1或4所述的自主移動機器人，其特征在于:所述的磁性元件埋設在所述的被動輪內部。6.根據權利要求1所述的自主移動機器人，其特征在于:當所述的被動輪旋轉檢測單元檢測到所述被動輪的旋轉停止時，所述的主控單元向所述的驅動單元輸出一驅動所述機器人本體朝著與正常行進方向不同的方向移動的控制信號。7.根據權利要求1所述的自主移動機器人，其特征在于:所述的驅動單元包括至少兩個移動輪以驅動所述的移動輪轉動的馬達，所述的移動輪在所述馬達的驅動下帶動所述的機器人本體移動。8.根據權利要求1所述的自主移動機器人，其特征在于:所述的機器人本體還包括一清潔單元，所述的清潔單元安裝在所述的機器人本體上，所述的清潔單元用以在所述的機器人本體移動過程中移地面上的污物。9.根據權利要求8所述的自主移動機器人，其特征在于:所述的清潔單元包括吸塵模塊、抹布清潔模塊、海綿清潔模塊中的至少一種。10.一種自主移動機器人的控制方法，包括: 一通過檢測一支撐在待地面上并借助于該自主移動機器人的移動而轉動的被動輪是否轉動，來判斷該自主移動機器人是否行進正常的移動檢測步驟；其特征在于: 所述的移動檢測步驟是使用設置在所述被動輪內并能夠在所述被動輪周圍產生磁場的至少一個磁性元件以及用以感測該磁場變化的磁場感應元件來實現的。11.根據權利要求10所述的自主移動機器人的控制方法，其特征在于:所述的磁性元件為設在所述被動輪上的永磁體。12.根據權利要求10或11所述的自主移動機器人的控制方法，其特征在于:所述的磁性元件埋設在所述被動輪內。13.根據權利要求10或11所述的自主移動機器人的控制方法，其特征在于:所述的方法中還包括通過讀取所述的磁場感應元件變化的頻率來判斷所述的機器人本體的移動快慢，從而來進行控制所述機器人本體移動的速度或距離的步驟。14.根據權利要求10或11所述的自主移動機器人的控制方法，其特征在于:所述的方法還包括將該自主移動機器人從上述的移動檢測步驟中探測到所述被動輪停止轉動的位置解救的解救步驟。15.根據權利要求14所述的自主移動機器人的控制方法，其特征在于:所述的解決步驟是通過驅動自主移動機器人調轉行進方向來實現的。
【文檔編號】A47L11/28GK105832252SQ201510019373
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月14日
【發明人】孫佳儉, 尚海芝
【申請人】東莞締奇智能股份有限公司