[发明专利]基于万向轮的扫地机器人测速、测距系统及方法

说明书

技术领域

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

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。

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

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。

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。

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。

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。

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； 

S2：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；

S3：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；

S5：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；

S6：计算模块结合行走时间计算出扫地机器人行走的距离。

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。 

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。

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。 

附图说明

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；