障碍方向传感装置及具有其的自移动设备的制作方法

障碍方向传感装置及具有其的自移动设备
【技术领域】
1.本实用新型涉及一种自动工作设备领域，尤其涉及一种用于自移动设备的障碍方向传感装置及具有其的自移动设备。


背景技术：

2.自移动设备，作为一种在工作区域内自动工作的机器人，如自动割草机、自动吸尘器等，这些自移动设备自动化程度高，让人们人能够摆脱繁多的劳动，大大节省了人们的时间。在自移动设备的工作场景中，经常会遇到障碍物，通常自移动设备检测到碰撞事件发生，或执行一系列的碰撞反应，比如倒退、改变方向等控制动作。
3.目前，自移动设备通常通过浮动盖碰撞检测来实现障碍物的检测和判断，并基于检测和判断的结果来避开障碍物。但是，这种检测方式的检测精度不够且无法辨识出障碍物所处的方向，当碰撞发生时，自移动设备随机调整方向，难免出现转向方向不正确或者角度偏离导致的多次碰撞，降低了工作效率。


技术实现要素：

4.针对上述技术中存在的不足之处，本技术提供了一种具有能够辨识出障碍物所处方向从而精确避障的障碍方向传感装置。
5.为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：
6.一种用于自移动设备的障碍方向传感装置，所述自移动设备包括：机座，安装在所述机座上的浮动盖，所述浮动盖在外力作用下能够相对所述机座在二维平面内发生相对位移；所述障碍方向传感装置包括：
7.障碍检测组件，用于检测所述相对位移；所述障碍检测组件包括安装于所述浮动盖上的磁钢，设置于所述机座上的多个霍尔元件，多个所述霍尔元件位于所述磁钢下方，用于感应所述磁钢的磁场强度，至少包括第一霍尔元件、第二霍尔元件和第三霍尔元件；
8.其中，所述第三霍尔元件位于所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件之间，用于检测碰撞事件是否发生；所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件均为线性霍尔，所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件的感应信号用于在碰撞事件发生的情况下确定所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件分别与所述磁钢的距离；
9.控制电路，与所述障碍检测组件电连接，在碰撞事件发生的情况下，所述控制电路接收所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件的所述感应信号，并结合所述自移动设备的行驶方向确定障碍物相对所述自移动设备的方位信息，所述控制电路输出控制信号，所述控制信号用于控制所述自移动设备调整方向以规避所述障碍物。
10.在其中一实施例中，所述第一、二、三霍尔元件呈一字型排布。
11.在其中一实施例中，所述第一、二、三霍尔元件的排列方向大致垂直于所述自移动设备的前进方向。
12.在其中一实施例中，所述第三霍尔元件与所述第一霍尔元件和所述第二霍尔元件
的距离相同。
13.在其中一实施例中，所述第三霍尔元件为线性霍尔或者开关霍尔。
14.在其中一实施例中，所述第三霍尔元件为双霍尔元件。
15.在其中一实施例中，所述双霍尔元件中的其中一个霍尔元件位于其中另一个霍尔元件的正下方。
16.在其中一实施例中，当所述浮动盖相对所述机座在未发生相对位移的情况下，所述第三霍尔元件位于所述磁钢的正下方。
17.本技术还提供了一种自移动设备，包括：机座，安装在所述机座上的浮动盖，所述浮动盖在外力作用下能够相对所述机座在二维平面内发生相对位移，所述自移动设备包括上述任意实施例所述的障碍方向传感装置。
18.在其中一实施例中，所述自移动设备还包括行走机构，所述控制电路与所述行走机构电连接，所述行走机构接收所述控制信号并根据所述控制信号调整所述自移动设备的行走方向。
19.本技术与现有技术相比，其有益效果是：
20.本技术提供的障碍方向传感装置及具有其的自移动设备，能够基于障碍检测组件的障碍物检测信号获得障碍物方位信息，具有较高检测精度且能够辨识出障碍物所处方向，从而准确的避障。
【附图说明】
21.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
22.图1是本技术第一实施例的自移动设备的立体分解结构示意图；
23.图2是图1所示实施例中自移动设备的障碍检测组件的剖视示意图；
24.图3是图2所示实施例的自移动设备的障碍检测组件的俯视示意图；
25.图4是图2所示实施例的自移动设备与一方位的障碍物碰撞后的障碍检测组件的俯视示意图；
26.图5是图2所示实施例的自移动设备与另一不同方位的障碍物碰撞后的障碍检测组件的俯视示意图；
27.图6是本技术另一实施例提供的自移动设备的障碍检测组件的剖视示意图；
28.图7是图6所示实施例的自移动设备的障碍检测组件的俯视示意图；
【具体实施方式】
29.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本技术的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部结构。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
30.本技术中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
31.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
32.本技术一实施例提供了一种用于自移动设备的障碍方向传感装置。其中，图1示出了一自移动设备100，具体为自动割草机，本技术以该障碍方向传感装置应用至自动移动设备100为例进行说明。
33.如图1所示，自移动设备100包括机座51、行走机构50、浮动盖10。
34.其中，行走机构50安装于机座51，用于带动所述自移动设备100行走和转向。在图1所示实施例中，行走机构50包括4个车轮(其中一个未展示出)，其中两个前轮为万向轮，两个后轮为驱动轮，用于驱动自移动设备100 前进。
35.浮动盖10安装于机座51，具体为机座51的上方且可大致罩住机座51。浮动盖10在受到外力作用时，浮动盖10在外力作用下可相对机座51发生位置偏移，具体而言，当碰撞发生时，浮动盖10在障碍物抵推作用下相对机座在二维平面内相对位移，这个二维平面为碰撞平面，基本平行于自移动设备的当前工作平面。浮动盖10与机座51通过弹性元件30连接，弹性元件30 包括橡胶摆动脚、弹簧杆、扭簧或其他具有弹性的连接件。在该具体实施例中，浮动盖10的四个角部通过四个橡胶摆动脚与机座51连接。橡胶摆动脚的一端通过压板20固定在机座51的安装耳板40上，橡胶摆动脚的另一端通过螺栓固定于浮动盖10上。当自移动设备100发生碰撞时，摆动脚产生变形，浮动盖10相对机座51发生位置偏移，在二维平面内发生前后或左右摆动，当外力消失后，在弹性元件30的作用下浮动盖10自动复位。
36.障碍方向传感装置用于检测浮动盖10相对机座51在二维平面内的相对位移。障碍方向传感装置包括障碍检测组件，和与障碍检测组件电连接的控制电路(未示出)。
37.障碍检测组件用于检测自移动设备100所处工作区域内的障碍物；当浮动盖10相对机座51发生位置偏移时，障碍检测组件生成障碍物检测信号。继续参考图2和图3，本技术中一种障碍检测组件的剖视图和俯视图。在该实施例中，障碍检测组件包括磁钢60和多个霍尔元件，多个霍尔元件包括第一霍尔元件62、第二霍尔元件66和第三霍尔元件64。磁钢60安装于浮动盖 10上，具体地，浮动盖10的下面伸出一安装柱，磁钢60嵌装在安装柱内。第一霍尔元件62、第二霍尔元件66和第三霍尔元件64安装于机座51上，大致位于同一平面上，第三霍尔元件64设置于第一霍尔元件62和第二霍尔元件66之间。优选地，多个霍尔元件与机座51之间设置有霍尔板63。第三霍尔元件64与磁钢60沿上下轴线a
‑
a对齐，当浮动盖10相对机座51在未发生相对位移的情况下，第三霍尔元件64位于磁钢60的正下方。磁钢60 位于第三霍尔元件64的正上方，距离第三霍尔元件64的高度为d。第三霍尔元件64用于检测碰撞事件的发生，即用于检测浮动盖10是否相对机座51 发生位置偏移，当磁钢60相对第三霍尔元件64的位移超过预设阈值，第三霍尔元件64发出识别信号，控制电路接收识别信号并判断碰撞事件发生。
38.第一霍尔元件62和第二霍尔元件66为线性霍尔，能够感应磁钢60的磁场信号输出不同幅值的电压，根据电压值的大小可以计算出磁钢60相对第一霍尔元件62和第二霍尔元件66的距离。根据同时满足与第一霍尔元件62 和第二霍尔元件66的距离的点确定磁钢60的位置。
39.具体而言，请参见图4，控制电路用于在碰撞事件发生的情况下计算磁钢60相对第一霍尔元件62的距离r1，以及磁钢60相对第二霍尔元件66的距离r2，并在二维平面内模拟以第一霍尔元件62为圆心以r1为半径的第一定位圆圈72的轨迹坐标，和以第二霍尔元件66为圆心以r2为半径的第二定位圆圈73的轨迹坐标，计算第一定位圆圈72与第二定位圆圈73的交点坐标。具体而言，当第三霍尔元件64被触发，控制电路识别到碰撞事件发生，通过计算第一定位圆圈72和第二定位圆圈73的交点坐标来锁定磁钢60的位置坐标。可以理解的，在数据正常的情况下，第一定位圆圈72和第二定位圆圈 73相交或相切，因此至少具有一个交点坐标，该交点坐标可能有两个，也可能有一个，当交点坐标仅有一个，也就是说第一定位圆圈72和第二定位圆圈 73相切，那么以该交点坐标作为磁钢60的位置坐标，若交点坐标有两个，那么磁钢60的位置坐标为这两个交点坐标中的一个，为了确定磁钢60的位置坐标，控制电路根据自移动设备100的行驶方向从两个交点坐标中确定一个交点坐标作为磁钢60的位置坐标，控制电路输出控制信号，用于控制自移动设备100调整方向以规避障碍物。具体而言，当自移动设备在沿着前进方向f行驶的过程中碰到障碍物，以在机身前后方向上位于后方的交点坐标为磁钢60的位置坐标，当自移动设备100在后退时碰到障碍(参见图5所示后退方向t)，以机身前后方向上位于前方的交点坐标为磁钢60的位置坐标。
40.为了保证识别精度，使得当第一定位圆圈72和第二定位圆圈73在相交的情况下，两个交点坐标沿前后方向分布，如此方便结合前进或后退可靠的判断磁钢60具体位于哪一个交点坐标上。请参见图2，第一霍尔元件62，第二霍尔元件66、第三霍尔元件64呈一字型排布，如图轴线c
‑
c所示，排列方向大致垂直于自移动设备100的前后方向，如轴线b
‑
b所示，轴线c
‑
c垂直于轴线b
‑
b。轴线c
‑
c贯穿第一霍尔元件62，第二霍尔元件66、第三霍尔元件64，更具体的，第一霍尔元件62，第二霍尔元件66、第三霍尔元件 64的几何中心大致位于轴线c
‑
c上。第三霍尔元件64位于第一霍尔元件62 和第二霍尔元件66之间。第三霍尔元件64位于第一霍尔元件62和所述第二霍尔元件66之间。为了保证霍尔元件的有效识别范围均匀分布，更具体的，第三霍尔元件64与第一霍尔元件62和第二霍尔元件66的距离相同。如图2 和图3所示，第一霍尔元件64、第二霍尔元件62和第三霍尔元件66沿同一轴线c
‑
c等距分布。
41.第一霍尔元件62、第二霍尔元件66和第三霍尔元件64通过接收磁钢60 的磁感应强度转换为输出电压。第一霍尔元件62和第二霍尔元件66为线性霍尔。第一霍尔元件62产生第一输出电压、第二霍尔元件66产生第二输出电压。霍尔元件感应的磁感强度与输出电压在一定范围内呈线性关系。当磁钢60相对机座51发生位移变化时，第一输出电压、第二输出电压也随之变化，即输出电压与磁钢距第一、二霍尔元件的距离相关，可根据每个霍尔元件感应的电压值可对应计算出该霍尔元件距磁钢60的距离，即可根据第一霍尔元件62和第二霍尔元件66的感应电压得出第一霍尔元件相对磁钢60的距离r1和第二霍尔元件66相对磁钢60的距离r2。
42.第三霍尔元件64可以为线性霍尔也可以为开关霍尔，当为线性霍尔时，设其输出电压为第三输出电压，若第三输出电压超过预设电压阈值，控制电路判断碰撞事件发生。在
碰撞事件发生的情况下，如前所述，控制单元计算 r1和r2，并计算第一定位圆圈72和第二定位圆圈73的交点坐标。
43.在另一实施例中，如图6和图7所示，第三霍尔元件64为双霍尔元件，双霍尔元件即两个霍尔元件，包括双霍尔元件的a霍尔641和双霍尔元件的 b霍尔643，在图6和图7所述实施例中，两个霍尔元件641和643并排布置，沿着中心线b
‑
b对称设置，其均作为检测碰撞事件，两个霍尔元件能够降低只有一个霍尔元件的情况下，霍尔元件发生损坏导致碰撞检测功能失效的风险。在另一实施例中，两个霍尔元件641和643也可以沿着上下方向布置，即沿着轴线a
‑
a上下布置，其中一个霍尔元件位于其中另一个霍尔元件的正下方，这样在未发生碰撞的情况下，两个霍尔元件均位于磁钢60的正下方，其感应磁钢60的信号强度大致相同，有利于保证两个霍尔元件检测碰撞事件的可靠性和一致性。
44.在另一优选实施例中，结合图3所示进行说明，以图3所示的图纸上方为上，下方为下，多个霍尔元件还包括第四霍尔元件(未示出)，第四霍尔元件设置于第三霍尔元件64的正上方。结合第四霍尔元件可以准确的识别出磁钢60是向上移动还是向下移动的，无需结合自移动设备100前进方向或后退方向了。
45.在另一实施例中，请参见图5，图5示出了自移动设备100沿着后退方向t行驶，碰到障碍物的情况。当第一定位圆圈72与第二定位圆圈73相离，计算模块计算第三霍尔元件64与磁钢60的距离，并以第三霍尔元件64为圆心，以该距离为半径做第三定位圆圈71，计算出第三定位圆圈71未落入第一定位圆圈72和第二定位圆圈73范围内的轨迹坐标，通常该轨迹坐标为两段位置坐标序列，结合行驶方向确定磁钢60位于哪一段位置坐标序列，即当自移动设备100前进状态，以位于后方的位置坐标序列的中点作为磁钢60 的位置坐标，当自移动设备100处于后退状态，以位于前方的位置坐标序列的中点作为磁钢60的位置坐标。根据磁钢60的位置坐标计算浮动盖10相对机座51的位移，进而得出障碍物相对自移动设备100的方位信息。
46.本技术还提供了一种自移动设备100，请参见图1，自移动设备100包括机座51，安装在机座51上的浮动盖10，浮动盖10在外力作用下能够相对机座51在二维平面内发生相对位移，还包括上述任意实施例所提供的障碍方向传感装置。
47.自移动设备100还包括行走机构50，控制电路与行走机构电连接，控制电路按照上述实施例所述的方案输出控制信号，行走机构50接收控制信号调整行走方向，从而准确躲避障碍物。
48.以上所述仅为本技术的实施方式，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。