一种超声波悬崖检测装置及扫地机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种超声波悬崖检测装置及扫地机器人。

背景技术：

目前扫地机器人主要采用红外信号检测悬崖的方式，然而，红外信号反射强度会受反射物颜色影响，颜色深的反射物会比颜色浅的反射物反射强度低很多。扫地机器遇到颜色深的地面时会有误判情况，严重影响清扫，在遇到反光很好的地面时，会出现悬崖检测漏判，导致扫地机器人跌落的情况。另外，红外信号在外界环境中有强光干扰的情况下，也会导致扫地机机器人悬崖检测误判或者漏判。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本实用新型提供了一种超声波悬崖检测装置及扫地机器人，用于解决扫地机器人悬崖检测在特殊应用环境下失效的问题。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的实施例提供的一种超声波悬崖检测装置，包括超声波发射组件(1)、超声波接收组件(2)和悬崖判断组件(3)；

所述超声波发射组件(1)、所述超声波接收组件(2)分别与悬崖判断组件(3)连接；

所述超声波发射组件(1)的发射探头(11)与所述超声波接收组件 (2)的接收探头(21)，分别安装于无人机的前下部；

所述悬崖判断组件(3)，用于测量所述超声波发射组件(1)、超声波接收组件(2)同步信号的时间差ΔT；若所述时间差ΔT大于预设的时间阈值，输出控制信号到电机控制组件，控制电机停转。

进一步地，所述超声波发射组件包括超声波发射探头(11)、超声波发射驱动器(12)和数字信号发生器(13)；

所述数字信号发生器(13)与超声波发射驱动器(12)连接；所述超声波发射驱动器(12)与超声波发射探头(11)连接；

所述数字信号发生器(13)用于产生与发射超声波信号频率相同的数字方波信号，到所述超声波发射驱动器(12)进行放大；同时产生发射同步信号输出到悬崖判断组件(3)；

所述超声波发射驱动器(12)用于将放大后的数字方波信号输出到所述超声波发射探头(11)，产生超声波信号进行发射。

进一步地，所述数字信号发生器(13)与PWM控制器连接；所述 PWM控制器用于输出控制信号控制所述数字信号发生器(13)每次输出方波的个数。

进一步地，所述超声波信号的频率为40KHz±5KHZ。

进一步地，所述超声波接收组件(2)包括超声波接收探头(21)、第一滤波器(22)、第一放大电器(23)、第二滤波器(24)、AD转换器 (25)、信号处理器(26)。

所述超声波接收探头(21)用于接收反射物反射回来的回波信号，输出电信号到所述第一滤波器(22)进行一次滤波；

所述第一滤波器(22)将一次滤波后的信号输出到第一放大电器(23) 进行信号放大；

所述第二滤波器(24)对第一放大电器(23)放大的信号进行二次滤波；

所述AD转换器(25)对二次滤波后的信号进行AD转换，得到数字回波信号；

所述信号处理器(26)判断数字回波信号的大小，当数字回波信号大于设置的目标阈值时，信号处理器输出回波同步信号到所述悬崖判断组件(3)。

进一步地，悬崖判断组件(3)包括计时组件(31)、判决组件(32)；

所述计时组件(31)连接所述超声波发射组件(1)和所述超声波接收组件(2)；用于接收所述超声波发射组件(1)输出的发射同步信号和所述超声波接收组件(2)输出的回波同步信号；计时回波同步信号与发射同步信号的时间差ΔT；

所述判决组件(32)，比较预设的时间阈值T0与时间差ΔT；ΔT＞T0时，输出悬崖判决信号到电机控制组件，控制电机停转。

进一步地，所述计时组件(31)为计数器，所述发射同步信号连接计数器的开始计数端，所述接收同步信号连接计数器的停止计数端；计数器输出端连接所述判决组件(32)；

所述判决组件(32)为数值比较器，所述计数器输出端连接数值比较器的A输入端；所述数值比较器的B输入端接入悬崖判断阈值；所述数值比较器的输出端连接电机控制组件。

进一步地，所述判决组件(32)连接计数器(33)，所述计数器(33) 输出端连接电机控制组件；所述判决组件(32)将悬崖判决信号输出到计数器(33)进行计数，所述计数器(33)连续计数次数超过计数阈值时，输出悬崖确定信号到电机控制组件，控制电机停转。

进一步地，所述发射探头(11)和接收探头(21)之间安装有隔音装置，或者安装距离大于最小阈值。

一种扫地机器人，包括上述任一所述悬崖检测装置。

与现有技术相比，本实用新型有益效果如下：

本实用新型避免了红外信号检测悬崖的方式易受反射物颜色影响和强光干扰的问题；

采用PWM控制超声波发射功率；可以实现近距离检测采用低功率，远距离检测采用高功率，这样可以大大提高超声波测距的距离范围，保证既可以测到比较近距离的反射物，也可以测到较远距离的反射物；并且，在近距采用低功率，不但提高扫地机器人的续航，而且还会减少噪音。

在做出悬崖检测过程中，通过连续多次的悬崖检测确定悬崖，保证悬崖检测的准确性。

本实用新型实现了扫地机器人的悬崖检测工作，实现方式简单、环境适应性强、检测可靠性高，较大的提高了扫地机器人的性能。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本实用新型实施例中的超声波悬崖检测装置组成连接示意图；

图2为本实用新型实施例中的超声波发射组件组成连接示意图；

图3为本实用新型实施例中的超声波接收组件组成连接示意图；

图4为本实用新型实施例中的悬崖判断组件组成连接示意图；

图5为本实用新型实施例中的超声探头安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理。

本实用新型具体实施例提供了一种超声波悬崖检测装置，如图1所示，包括超声波发射组件(1)、超声波接收组件(2)和悬崖判断组件(3)；

超声波发射组件(1)、所述超声波接收组件(2)分别与悬崖判断组件(3)连接；

超声波发射组件(1)的发射探头(11)与超声波接收组件(2)的接收探头(21)，分别安装于无人机的前下部；

超声波发射组件(1)的发射探头(11)，用于向扫地机器人前下方发射超声波信号，同时超声波发射组件(1)将发射同步信号输出到悬崖判断组件(3)；

超声波接收组件(2)的接收探头(21)，用于接收扫地机器人前下方反射物反射的超声波回波信号，同时超声波接收组件(2)将回波同步信号输出到悬崖判断组件(3)；

悬崖判断组件(3)，用于测量所述超声波发射组件(1)、超声波接收组件(2)同步信号的时间差ΔT；若所述时间差ΔT大于预设的时间阈值，输出控制信号到电机控制组件，控制电机停转。

可选的，如图2所示，超声波发射组件包括超声波发射探头(11)、超声波发射驱动器(12)和数字信号发生器(13)；

数字信号发生器(13)与超声波发射驱动器(12)连接；所述超声波发射驱动器(12)与超声波发射探头(11)连接；

数字信号发生器(13)，用于产生与发射超声波信号频率相同的数字方波信号，到所述超声波发射驱动器(12)进行放大；同时产生发射同步信号输出到悬崖判断组件(3)；

超声波发射驱动器(12)，用于将放大后的数字方波信号输出到超声波发射探头(11)，产生超声波信号进行发射。

特殊的，数字信号发生器(13)与PWM控制器连接；PWM控制器用于输出控制信号控制所述数字信号发生器(13)每次输出方波的个数。

例如，PWM控制器控制每次输出方波的个数将发射功率分为低档、中档、高档三个档位，分别通过不同的方波个数对应不同的发射信号强度。比如，发射10个方波作为低档，发射20个方波作为中档，发射30 个方波作为3高档，每个档位的发射功率都不同，这样可以大大提高超声波测距的距离范围，保证既可以测到比较近距离的反射物，也可以测到较远距离的反射物。

可选的，数字信号发生器(13)产生的方波频率为40KHz±5KHZ，经超声波发射驱动器(12)驱动后，在超声波发射探头(11)产生超声波信号的频率同样为40KHz±5KHZ。

可选的，如图3所示，超声波接收组件(2)包括超声波接收探头(21)、第一滤波器(22)、第一放大电器(23)、第二滤波器(24)、AD转换器 (25)、信号处理器(26)。

其中，超声波接收探头(21)负责接收反射回来的超声波信号，并且把声波信号转换为电信号，转化的电信号非常小，并且会伴有噪声，在进行信号放大前进行信号的去噪声工作；所以，通过第一滤波器(22) 对微小的电信号进行一次滤波，对信号进行滤波后得到噪声较小的电信号之后，输入第一放大电器(23)进行信号放大，由于接收到的信号太小，超声波信号放大电路提供两级放大功能，在进行一级放大之后再次滤波，滤波后在进行二级放大。由于放大倍数过大，噪声也在此过程得到了放大，所以还要输入第二滤波器(24)进行滤波处理；进行了滤波处理后的信号输入AD转换器(25)进行模拟信号转数字信号的采样工作，转换成可以处理的数字信号之后，输入信号处理器(26)判断数字回波信号的大小，当数字回波信号大于设置的目标阈值时，信号处理器输出回波同步信号到所述悬崖判断组件(3)。

可选的，如图4所示，悬崖判断组件(3)包括计时组件(31)、判决组件(32)；

所述计时组件(31)连接所述超声波发射组件(1)和所述超声波接收组件(2)；用于接收所述超声波发射组件(1)输出的发射同步信号和所述超声波接收组件(2)输出的回波同步信号；计算回波同步信号与发射同步信号的时间差ΔT；

所述判决组件(32)，比较预设的时间阈值T0与时间差ΔT；ΔT＞T0时，输出悬崖判决信号到电机控制组件，控制电机停转。

特殊的，计时组件(31)为计数器，所述发射同步信号连接计数器的开始计数端，所述接收同步信号连接计数器的停止计数端；计数器输出端连接判决组件(32)；

特殊的，判决组件(32)为数值比较器，所述计数器输出端连接数值比较器的A输入端；所述数值比较器的B输入端接入悬崖判断阈值；所述数值比较器的输出端连接电机控制组件，当A＞B时，输出悬崖判决信号到电机控制组件控制电机停转。

进一步地，判决组件(32)连接计数器(33)，通过计数器(33)的输出端连接电机控制组件；判决组件(32)将悬崖判决信号输出到计数器(33)进行计数，所述计数器(33)连续计数次数超过计数阈值时，输出悬崖确定信号到电机控制组件，控制电机停转。

通过计数器(33)连续多次对，在做出悬崖检测过程中，通过连续多次的悬崖检测确定悬崖，保证悬崖检测的准确性。

进一步地，如图4所示，所述发射探头(11)和接收探头(21)之间安装距离大于最小阈值；其中最小阈值对应的安装间隔确保在发射组件以最大强度发射信号时，不对接收探头的信号接收造成影响。

可选的，所述发射探头(11)和接收探头(21)之间安装有隔音装置，例如声壁障装置，声壁障材料可选为橡胶条。

本实施例还公开了一种扫地机器人，包括悬崖检测装置，并且悬崖检测装置包括超声波发射组件(1)、超声波接收组件(2)和悬崖判断组件(3)；

超声波发射组件(1)、所述超声波接收组件(2)分别与悬崖判断组件(3)连接；

超声波发射组件(1)的发射探头(11)与超声波接收组件(2)的接收探头(21)，分别安装于无人机的前下部；

超声波发射组件(1)的发射探头(11)，用于向扫地机器人前下方发射超声波信号，同时超声波发射组件(1)将发射同步信号输出到悬崖判断组件(3)；

超声波接收组件(2)的接收探头(21)，用于接收扫地机器人前下方反射物反射的超声波回波信号，同时超声波接收组件(2)将回波同步信号输出到悬崖判断组件(3)；

悬崖判断组件(3)，用于测量所述超声波发射组件(1)、超声波接收组件(2)同步信号的时间差ΔT；若所述时间差ΔT大于预设的时间阈值，输出控制信号到电机控制组件，控制电机停转。

与现有技术相比，本实施例提供的超声波悬崖检测装置及扫地机器人避免了红外信号检测悬崖的方式易受反射物颜色影响和强光干扰的问题；采用PWM控制超声波发射功率；可以实现近距离检测采用低功率，远距离检测采用高功率，这样可以大大提高超声波测距的距离范围，保证既可以测到比较近距离的反射物，也可以测到较远距离的反射物；并且，在近距采用低功率，不但提高扫地机器人的续航，而且还会减少噪音；在做出悬崖检测过程中，通过连续多次的悬崖检测确定悬崖，保证悬崖检测的准确性。本实用新型实现了扫地机器人的悬崖检测工作，实现方式简单、环境适应性强、检测可靠性高，较大的提高了扫地机器人的性能。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。