[发明专利]一种自聚焦超声换能器、扫地机器人及声阻抗计算方法

说明书

本发明公开了一种自聚焦超声换能器、扫地机器人及声阻抗计算方法，其自聚焦超声换能器包括支撑件，支撑件的底部设有凹球面，凹球面的周围围设有环形平面，支撑件的上端设有连接接头；交联聚丙烯压电驻极体薄膜，交联聚丙烯压电驻极体薄膜的上下表面均印刷有导电银浆并覆在凹球面内；屏蔽线，屏蔽线的一端与交联聚丙烯压电驻极体薄膜的下表面边缘连接，另一端与连接接头连接作为正极；银膜，银层镀在支撑件表面，将交联聚丙烯压电驻极体薄膜的上表面与连接接头连接作为负极。本发明自聚焦超声换能器可实现声能量的自聚焦，并对反射物声阻进行识别检测，识别出反射物的不同材质，并根据不同材质控制机器人切换不同的工作模式。

技术领域

本发明涉及扫地机器人技术领域，具体涉及一种自聚焦超声换能器、扫地机器人及声阻抗计算方法。

背景技术

扫地机器人由于其高效智能的清洁方式，越来越来在社会中普及。扫地机器人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。此外，一些扫地机器人配有水箱，可完成擦地功能。清扫时，如果遇到地毯，将改变扫地机器人行走路径，避免其对地毯造成损坏。因此，需要对地毯等地面材质进行检测。

目前，现有技术中，扫地机器人的地毯检测方式为根据滚刷或电机的工作电流变化或内部声音特征来判断是否有地毯。专利ZL201610765425.0与ZL201910172819.9提出当扫地机器人在地毯材质上时，滚刷或电机的工作电流会增大，通过监控电流对地毯与非地毯情况进行判断。专利ZL201810645504.7提出采集电机内部产生并经地面反射的声音进行分析，判断地面材质。但是当扫地机器人在受到非地毯物质带来的阻力时(如毛发的缠绕，边刷的阻挡，过障碍物等时)，会导致声音变化，引起误判。

因此，空气耦合超声换能器为解决此类问题提供了一个思路。现有针对空气耦合超声换能器的研究，例如专利ZL201721476404.3提供了一种自聚焦超声换能器的结构，但是该专利利用压电陶瓷晶片作为振动元件，带宽较窄，同时属于脆弱易碎材料，需要经过精细加工才能制成曲面型达到聚焦作用。专利ZL201811191335.0提供了一种基于点聚焦空气耦合超声换能器结构，该专利使用多孔聚丙烯铁电驻极体薄膜作为振动元件，粘在弧形金属背衬上实现聚焦，但是金属背衬弧形表面是通过机床精细加工制得，制作难度高，不可设计。

因此，为实现对地面材质的检测，保证检测精度和提高检测效率，有必要研发一种自聚焦超声换能器及扫地机器人。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的之一在于提供一种结构合理，可装配于扫地机器人底部的自聚焦超声换能器。其采用如下技术方案：

一种自聚焦超声换能器，其包括：

支撑件，所述支撑件的底部设有凹球面，所述凹球面的周围围设有环形平面，所述支撑件的上端设有连接接头；

交联聚丙烯压电驻极体薄膜，所述交联聚丙烯压电驻极体薄膜的上下表面均印刷有导电银浆并覆在所述凹球面内；

屏蔽线，所述屏蔽线的一端与所述交联聚丙烯压电驻极体薄膜的下表面边缘连接，另一端与所述连接接头连接作为正极；

银膜，所述银层镀在所述支撑件表面，将所述交联聚丙烯压电驻极体薄膜的上表面与所述连接接头连接作为负极。

作为本发明的进一步改进，所述支撑件的侧壁设有固定缝，所述屏蔽线固定于所述固定缝。

作为本发明的进一步改进，所述支撑件外形为圆柱状，所述支撑件的半径为6mm，高度为20mm。

作为本发明的进一步改进，所述凹球面的曲率半径为10mm，开口半径为4mm。

作为本发明的进一步改进，所述支撑件的顶部设有固定所述连接接头的固定腔。

作为本发明的进一步改进，所述连接接头通过环氧胶水固定于所述固定腔。