基于万向轮的扫地机器人测速、测距系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于万向轮的扫地机器人测速、测距系统及方法，多极磁环（4）套接在万向轮（1）的滚动轴（6）上，多极磁环（4）的两侧对称设置有磁屏蔽层（5），多极磁环（4）的前后两端对称设置有霍尔传感器。霍尔传感器固定安装在底盘（8）的中心轴（9）位置。本发明在万向轮上设置多极磁环，在底盘上设置霍尔传感器，结构简单、设计合理，成本较低且测速、测距的准确度高；贴近多极磁环的两侧设置有磁屏蔽层，保证仅当机器人沿中心轴方向直线行走时霍尔传感器才有输出，进一步提高了扫地机器人沿中心轴前行或后退速度及距离的测量结果准确度，为工作在直线迂回状态下的机器人前行和后退的定位提供了可靠的数据。
【专利说明】基于万向轮的扫地机器人测速、测距系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能清洁机器人领域，特别是涉及一种基于万向轮的扫地机器人测速、测距系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着人们生活水平的不断提高，智能家用电器的应用越来越广泛，而且具有非常广阔的市场前景。扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘器、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。一般采用刷扫和真空方式，将地面杂物先吸纳进入自身的垃圾收纳盒，从而完成地面清理的功能。扫地机器人最早在欧美市场进行销售，随着国内生活水平的提高，逐步进入中国市场。
[0003]当前扫地机器人行走速度与距离的测量大多都是采用安装在左右轮子上的霍尔传感器或光电编码器来实现的。对于设置在左右轮上的霍尔传感器而言，它们更重要的任务是控制机身的姿态，对机器人行走速度与距离的测量有较大的累积误差。机器人无法进行长时间的可靠定位，进而导致机器人在工作过程中容易出现方位迷失、工作区域漏扫等问题。对于光电编码器而言，一方面，扫地机器人工作时两边旋转的边扫会带来大量灰尘，易使光电编码器失效；另一方面，编码器安装在驱动轮轴上，由于轮子打滑、两驱动轮与地面接触点之间距离的不确定等原因，编码器对于速度与距离的测算准确度较差，累积误差较大，无法对机器人进行可靠定位。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的基于万向轮的扫地机器人测速、测距系统及方法，在万向轮上设置多极磁环，在机器人底盘上设置霍尔传感器，可在扫地机器人沿直线行走时测量其前行或后退的距离及速度，结构简单、设计合理，测速、测距的准确度高。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:基于万向轮的扫地机器人测速、测距系统，用于测量扫地机器人在直线行走时的前行或后退距离及速度，它包括前行霍尔传感器、后退霍尔传感器、多极磁环和磁屏蔽层，多极磁环套接在万向轮的滚动轴上，并正中设置于万向轮的中轴线上；多极磁环的两侧对称设置有磁屏蔽层，磁屏蔽层贴近多极磁环设置，多极磁环的前后两端对称设置有前行霍尔传感器和后退霍尔传感器。
[0006]所述的前行霍尔传感器和后退霍尔传感器固定安装在扫地机器人底盘的中心轴位置。
[0007]基于万向轮的扫地机器人测速、测距系统还包括微控制器MCU，前行霍尔传感器和后退霍尔传感器均与微控制器MCU的采样信号输入端连接，微控制器MCU内设有用于根据前行霍尔传感器和后退霍尔传感器采集到的信号计算扫地机器人直线行走时前行或后退距离及速度的计算模块。
[0008]基于万向轮的扫地机器人测速、测距方法，它包括以下步骤: S1:扫地机器人沿中心轴的方向直线前行或后退，万向轮沿滚动轴滚动，带动固定在滚动轴上的多极磁环滚动；
52:前行霍尔传感器和后退霍尔传感器感应到多极磁环滚动产生的磁场；
53:微控制器MCU接收到前行霍尔传感器、后退霍尔传感器输出的信号；
S4:计算模块根据万向轮转动一周输出脉冲的个数、单位时间收到的实际脉冲个数及万向轮的外径周长，计算得出万向轮的转速；
55:计算模块结合万向轮的外径周长计算出扫地机器人的即时行走速度；
56:计算模块结合行走时间计算出扫地机器人行走的距离。
[0009]基于万向轮的扫地机器人测速、测距方法还包括一个磁屏蔽步骤:贴近于多极磁环两侧的磁屏蔽层对多极磁环滚动产生的磁场进行磁屏蔽，使得只有扫地机器人沿中心轴方向直线前行或后退时，前行霍尔传感器和后退霍尔传感器才能感应到磁场。
[0010]本发明的有益效果是:
1)在万向轮上设置多极磁环，在机器人底盘上设置霍尔传感器，可在扫地机器人沿直线行走时测量其前行或后退的距离及速度，结构简单、设计合理，成本较低且测速、测距的准确度高；
2)贴近多极磁环的两侧设置有磁屏蔽层，可防止万向轮不在中心轴方向时的误测，保证仅当机器人沿中心轴方向直线行走时霍尔传感器才有输出，进一步提高了扫地机器人沿中心轴前行或后退速度及距离的测量结果准确度，为工作在直线迂回状态下的机器人前行和后退的定位提供了可靠的数据。
[0011]3)可对机器人直线行走进行可靠定位，避免机器人在工作过程中出现方位迷失、工作区域漏扫等问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明结构示意图；
图2为万向轮非直线运动时本发明结构示意图；
图3为本发明截面结构示意图；
图4为本发明测速、测距方法流程图；
图中，1-万向轮，2-前行霍尔传感器，3-后退霍尔传感器，4-多极磁环，5-磁屏蔽层，6-滚动轴，7-中轴线，8-扫地机器人底盘，9-中心轴。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0014]如图1、图3所示，基于万向轮的扫地机器人测速、测距系统，用于测量扫地机器人在直线行走时的前行或后退距离及速度，它包括前行霍尔传感器2、后退霍尔传感器3、多极磁环4 (宽度很窄)和磁屏蔽层5，多极磁环4套接在万向轮I的滚动轴6上，并正中设置于万向轮I的中轴线7上；多极磁环4的两侧对称设置有磁屏蔽层5，磁屏蔽层5贴近多极磁环4设置，多极磁环4的前后两端对称设置有前行霍尔传感器2和后退霍尔传感器3。
[0015]如图2所示，前行霍尔传感器2和后退霍尔传感器3固定安装在扫地机器人底盘8的中心轴9位置。前行霍尔传感器2和后退霍尔传感器3的位置是固定不动的，只有万向轮I在前行霍尔传感器2与后退霍尔传感器3之间围绕其固定轴做360°转动。
[0016]基于万向轮的扫地机器人测速、测距系统还包括微控制器MCU，前行霍尔传感器2和后退霍尔传感器3均与微控制器MCU的采样信号输入端连接，微控制器MCU内设有用于根据前行霍尔传感器2和后退霍尔传感器3采集到的信号计算扫地机器人直线行走时前行或后退距离及速度的计算模块。前行霍尔传感器2和后退霍尔传感器3输出的信号为方波信号。
[0017]如图4所示，基于万向轮的扫地机器人测速、测距方法，它包括以下步骤:
51:扫地机器人沿中心轴9的方向直线前行或后退，万向轮I沿滚动轴6滚动，带动固定在滚动轴6上的多极磁环4滚动；
52:前行霍尔传感器2和后退霍尔传感器3感应到多极磁环4滚动产生的磁场；
53:微控制器MCU接收到前行霍尔传感器2、后退霍尔传感器3输出的方波信号；
54:计算模块根据万向轮I转动一周输出脉冲的个数、单位时间收到的实际脉冲个数及万向轮I的外径周长，计算得出万向轮I的转速；
55:计算模块结合万向轮I的外径周长计算出扫地机器人的即时行走速度；
56:计算模块结合行走时间计算出扫地机器人行走的距离。
[0018]基于万向轮的扫地机器人测速、测距方法，还包括一个磁屏蔽步骤:贴近于多极磁环4两侧的磁屏蔽层5对多极磁环4滚动产生的磁场进行磁屏蔽，使得只有扫地机器人沿中心轴9方向直线前行或后退时，前行霍尔传感器2和后退霍尔传感器3才能感应到磁场，扫地机器人的运动方向与中心轴9有夹角时，前行霍尔传感器2和后退霍尔传感器3无信号输出(保证仅当机器人沿中心轴9方向直线行走时霍尔传感器才有输出)。
[0019]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.基于万向轮的扫地机器人测速、测距系统，用于测量扫地机器人在直线行走时的前行或后退距离及速度，其特征在于:它包括前行霍尔传感器(2)、后退霍尔传感器(3)、多极磁环(4)和磁屏蔽层(5 )，多极磁环(4)套接在万向轮(I)的滚动轴(6 )上，并正中设置于万向轮(I)的中轴线(7)上；多极磁环(4)的两侧对称设置有磁屏蔽层(5)，磁屏蔽层(5)贴近多极磁环(4)设置，多极磁环(4)的前后两端对称设置有前行霍尔传感器(2)和后退霍尔传感器(3)。
2.根据权利要求1所述的基于万向轮的扫地机器人测速、测距系统，其特征在于:所述的前行霍尔传感器(2)和后退霍尔传感器(3)固定安装在扫地机器人底盘(8)的中心轴(9)位置。
3.根据权利要求1所述的基于万向轮的扫地机器人测速、测距系统，其特征在于:还包括微控制器MCU，前行霍尔传感器(2 )和后退霍尔传感器(3 )均与微控制器MCU的采样信号输入端连接，微控制器MCU内设有用于根据前行霍尔传感器(2)和后退霍尔传感器(3)采集到的信号计算扫地机器人直线行走时前行或后退距离及速度的计算模块。
4.基于万向轮的扫地机器人测速、测距方法，其特征在于:它包括以下步骤: 51:扫地机器人沿中心轴(9 )的方向直线前行或后退，万向轮(I)沿滚动轴(6 )滚动，带动固定在滚动轴(6 )上的多极磁环(4 )滚动； 52:前行霍尔传感器(2)和后退霍尔传感器(3)感应到多极磁环(4)滚动产生的磁场； 53:微控制器MCU接收到前行霍尔传感器(2)、后退霍尔传感器(3)输出的信号； 54:计算模块根据万向轮(I)转动一周输出脉冲的个数、单位时间收到的实际脉冲个数及万向轮(I)的外径周长，计算得出万向轮(I)的转速； 55:计算模块结合万向轮(I)的外径周长计算出扫地机器人的即时行走速度； 56:计算模块结合行走时间计算出扫地机器人行走的距离。
5.根据权利要求4所述的基于万向轮的扫地机器人测速、测距方法，其特征在于:还包括一个磁屏蔽步骤:贴近于多极磁环(4)两侧的磁屏蔽层(5)对多极磁环(4)滚动产生的磁场进行磁屏蔽，使得只有扫地机器人沿中心轴(9)方向直线前行或后退时，前行霍尔传感器(2)和后退霍尔传感器(3)才能感应到磁场。
【文档编号】G01C23/00GK104006823SQ201410266593
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】唐炳钢 申请人:成都北斗群星智能科技有限公司