一種用于對接清掃機器人的對接站及清掃機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于對接清掃機器人的對接站，屬于清潔電器領域，解決了現有技術中對接站前方存在無信號區域導致清掃機器人無法對接的問題，解決該問題的技術方案主要包括基體以及設于基體的第一信號發射器、第二信號發射器、第三信號發射器和第四信號發射器，第一信號發射器發射對接信號，第二信號發射器發射近距離導向信號，近距離導向信號具有弧形邊界，第三信號發射器發射左側遠距離導向信號，第四信號發射器發射右側遠距離導向信號。本實用新型主要供清掃機器人的對接充電或卸載垃圾。另外，本實用新型還提供一種與上述對接站進行對接的清掃機器人。
【專利說明】
一種用于對接清掃機器人的對接站及清掃機器人
技術領域
[0001]本實用新型涉及清潔電器，特別是一種用于對接清掃機器人的對接站以及與該對接站進行對接的清掃機器人。
【背景技術】
[0002]清掃機器人可以在不需要用戶操縱的情況下在預定范圍區域內移動，在移動的同時進行清潔操作，例如吸取地板的灰塵、紙肩等垃圾，當清掃機器人電量不足或者清掃機器人內積累的垃圾足夠多時，或者在用戶使用遙控器發出指令讓清掃機器人進行對接時，清掃機器人會移動到對接站進行對接進行充電或者卸載垃圾。因此如何控制清掃機器人與對接站進行準確對接是需要得到有效解決的問題。
[0003]現有的技術中，對接站利用三個發射單元發射對接導向信號，由第一發射單元向第一方向發射第一對接導向信號，由第二發射單元向第二方向發射第二對接導向信號，由第三發射單元朝向對接站前側的方向發射第三對接導向信號，如圖1所示，第一對接導向區包括第一短距離對接導向區(L區)和第一長距離對接導向區(Wl區)，第二對接導向區包括第二短距離對接導向區(R區)和第二長距離對接導向區(W2區)，第一對接導向區和第二對接導向區彼此不重疊，在兩者之間形成沒有信號的一個區域，第三發射單元將第三對接導向信號發射到這個無信號的區域形成對接區(P區)，當清掃機器人進入對接區(P區)則向對接站沿對接區(P區)直線行走即可實現對接，當清掃機器人沒有位于對接區(P區)，則先引導清掃機器人沿短距離對接導向區和長距離對接導向區的邊界行走進入對接區(P區)，例如L區和Wl區的邊界或R區和W2區的邊界。由于清掃機器人的信號接收方向與行走方向不垂直，清掃機器人沒有辦法保證沿著短距離對接導向區和長距離對接導向區的邊界行走，當清掃機器人收到信號時，清掃機器人沿當前方向行走，由于信號接收方向與行走方向不垂直，清掃機器人會走到短距離對接導向區和長距離對接導向區的邊界線外(或邊界線內)，假設是邊界線外(遠離對接站)，此時清掃機器人僅接收到長距離對接導向區的信號，清掃機器人需要重新調整方向，向著對接站的方向前進，當接收到短距離對接導向區的信號時，清掃機器人需要重新調整方向，沿短距離對接導向區和長距離對接導向區的邊界行走;反復以上過程，直至進入對接區，所以清掃機器人的走行軌跡會類似于鋸齒狀。又由于第一對接導向區與第二對接導向區之間存在無信號區域，若出現多個無信號區域，清掃機器人無法判斷出這些無信號區域是否為第一對接導向區與第二對接導向區之間的無信號區域，會導致清掃機器人在對接前的行走時間延長，影響對接效率。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型所要達到的目的就是提供一種用于對接清掃機器人的對接站，提高清掃機器人對接的效率。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案:一種用于對接清掃機器人的對接站，包括基體以及設于基體的第一信號發射器、第二信號發射器、第三信號發射器和第四信號發射器；
[0006]第一信號發射器用于沿第一方向發射對接信號，對接信號覆蓋的區域為對接區域，清掃機器人沿對接區域朝向第一信號發射器行走；
[0007]第二信號發射器用于交替發射防止清掃機器人在清掃工作中撞擊對接站的近衛信號和引導清掃機器人進入對接區域的近距離導向信號，近距離導向信號覆蓋的區域為近距離導向區域，近距離導向區域具有弧形邊界，弧形邊界有一部分位于對接區域內，弧形邊界用于引導清掃機器人沿弧形邊界行走至對接區域；
[0008]第三信號發射器用于發射左側遠距離導向信號，左側遠距離導向信號覆蓋的區域為左側遠距離導向區域，第四信號發射器用于發射右側遠距離導向信號，右側遠距離導向信號覆蓋的區域為右側遠距離導向區域，左側遠距離導向區域的半徑和右側遠距離導向區域的半徑均大于近距離導向區域的半徑。
[0009]作為優選的方案，所述左側遠距離導向區域與右側遠距離導向區域重疊形成遠距離重疊導向區域。對接區域與重疊導向區域會有重疊，可以避免在對接區域以外的區域出現無信號區域，確保清掃機器人在工作范圍內都能接收到對接站的信號。
[0010]進一步優選的方案，所述弧形邊界位于左側遠距離導向區域的部分為左側邊界，僅檢測到左側遠距離導向信號或者同時檢測到左側遠距離導向信號和近距離導向信號的清掃機器人朝向左側邊界行走;所述弧形邊界位于右側遠距離導向區域的部分為右側邊界，僅檢測到右側遠距離導向信號或者同時檢測到右側遠距離導向信號和近距離導向信號的清掃機器人朝向右側邊界行走。
[0011]進一步優選的方案，所述對接信號、近距離導向信號、左側遠距離導向信號、右側遠距離導向信號為紅外線信號或超聲波信號。
[0012]進一步優選的方案，所述第二信號發射器包括透明本體，透明本體為圓柱形，透明本體的下端固定在基體的頂部，透明本體的外圓周面露出基體，透明本體的下端設有上凹空腔，在上凹空腔的頂壁中心設有向上凹陷的球形凹槽，透明本體的頂部設有下凹的反射凹槽，反射凹槽的內壁為回轉曲面，回轉曲面的母線為拋物線，拋物線的焦點與球形凹槽的球心重合，上凹空腔中設有信號源，信號源位于球形凹槽的球心。
[0013]更進一步優選的方案，所述透明本體的頂部設有罩體。
[0014]另外，本實用新型還提供一種清掃機器人，與上述任一技術方案所述的對接站進行對接，包括殼體和設于殼體的控制系統和行走機構，控制系統用于控制清掃機器人工作，行走機構包括轉向裝置，所述殼體的前端設有第一信號接收器和第二信號接收器，在殼體前端的左側端角設有第三信號接收器，在殼體前端的右側端角設有第四信號接收器，第一信號接收器、第二信號接收器、第三信號接收器和第四信號接收器均與控制系統連接并用于接收對接站發射的所有信號。
[0015]作為優選的方案，所述第三信號接收器的信號接收方向與行走機構的行走方向的切向相垂直，第四信號接收器的信號接收方向與行走機構的行走方向的切向相垂直。
[0016]采用上述技術方案后，本實用新型具有如下優點:利用第二信號發射器同時交替發射近衛信號和近距離導向信號，不僅可以減少信號發射器的數量，而且可以同時實現發出近距離導向信號的覆蓋區域形成弧形邊界，讓清掃機器人沿近距離導向信號區域的弧形邊界行走，清掃機器人可以在行走過程中連續、穩定地接收到對接站發出的近距離導向信號，反過來又確保了清掃機器人能夠沿著弧形邊界行走，而清掃機器人接收到左側遠距離導向信號或右側遠距離導向信號，可以判斷此時位于對接站的左側或右側，讓清掃機器人行走至最近位置的弧形邊界，然后沿著弧形邊界行走進入對接信號區域并最終與對接站進行對接，另外，清掃機器人會一直接收到對接站發出的信號，不會出現清掃機器人搜尋信號的情況，因此本實用新型能夠降低清掃機器人接收對接指令到實現對接的時間間隔，大大提高清掃機器人對接的效率。
【附圖說明】
[0017]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明:
[0018]圖1為現有技術中對接站發射信號的覆蓋區域示意圖；
[0019]圖2為本實用新型實施例一中對接站的結構示意圖；
[0020]圖3為本實用新型實施例一中對接站發射信號的覆蓋區域示意圖；
[0021]圖4為實用新型圖3中I處的放大圖；
[0022]圖5為本實用新型實施例一中第二信號發射器的結構示意圖；
[0023]圖6為本實用新型實施例二中清掃機器人的結構示意圖(左側)；
[0024]圖7為本實用新型實施例二中清掃機器人的結構示意圖(右側)。
【具體實施方式】
[0025]實施例一:
[0026]本實用新型首先提供一種用于對接清掃機器人的對接站，如圖2所示，包括基體I，基體I固定在墻腳，基體I的前端設有向前延伸的對接臺11，清掃機器人在對接時會行走到對接臺11上。基體I上設有第一信號發射器101、第二信號發射器102、第三信號發射器103和第四信號發射器104，結合圖3看，其中:
[0027]第一信號發射器101位于基體I前端面的中間位置，用于沿對接站的正前方發射對接信號，對接信號覆蓋的區域為對接區域P，清掃機器人沿對接區域P行走并最終與對接站對接；
[0028]第二信號發射器102位于基體I頂面的中間位置，用于交替發射防止清掃機器人在清掃工作中撞擊對接站的近衛信號和引導清掃機器人進入對接區域P的近距離導向信號，近衛信號覆蓋的區域為近衛區域，近距離導向信號覆蓋的區域為近距離導向區域，近衛區域SI和近距離導向區域S2均為半圓形，近衛區域SI的覆蓋半徑小于近距離導向區域S2的覆蓋半徑;第二信號發射器102交替發射近衛信號和近距離導向信號的頻率較高，因此清掃機器人可以連續接收近衛信號和近距離導向信號。由于近衛區域SI是半圓形，因此利用第二信號發射器102發出近距離導向信號形成的近距離導向區域S2也是半圓形的，從而在近距離導向區域S2形成弧形邊界Cl，弧形邊界Cl用于引導清掃機器人沿弧形邊界Cl行走至對接區域P，清掃機器人可以在行走過程中連續、穩定地接收到對接站發出的近距離導向信號；
[0029]第三信號發射器103位于基體I前端面，并且位于第一信號發射器101的左側，用于發射左側遠距離導向信號，左側遠距離導向信號覆蓋的區域為左側遠距離導向區域L;第四信號發射器104位于基體I前端面，并且位于第一信號發射器101的右側，用于發射右側遠距離導向信號，右側遠距離導向信號覆蓋的區域為右側遠距離導向區域R。左側遠距離導向區域L和右側遠距離導向區域R的覆蓋半徑大于近距離導向區域S2的覆蓋半徑，在本實施例中，左側遠距離導向區域L和右側遠距離導向區域R在對接站的正前方重疊形成重疊導向區域W。左側遠距離導向區域L和右側遠距離導向區域R基本能夠覆蓋清掃機器人所要打掃的房間面積。
[0030]弧形邊界位于左側遠距離導向區域的部分為左側邊界，僅檢測到左側遠距離導向信號或者同時檢測到左側遠距離導向信號和近距離導向信號的清掃機器人朝向左側邊界行走;所述弧形邊界位于右側遠距離導向區域的部分為右側邊界，僅檢測到右側遠距離導向信號或者同時檢測到右側遠距離導向信號和近距離導向信號的清掃機器人朝向右側邊界行走，具體行走過程見實施例二。
[0031]由于第三信號發射器103與第四信號發射器104的安裝位置之間存在一定距離，所以如圖4所示，在對接站面前的位置，左側遠距離導向區域L和右側遠距離導向區域R并不能重疊，左側遠距離導向區域L的右邊界m和右側遠距離導向區域R的左邊界η之間的這個區域(陰影部分)只有對接信號、近衛信號和近距離導向信號能覆蓋到。
[0032]需要說明一下，本實用新型中所提到的左、右方位，是以清掃機器人正面面對對接信號時的左、右側為參考，所以在圖3中的左即左，右即右。第三信號發射器103和第四信號發射器104可以互換位置。
[0033]本實施例中，由于基體I固定在墻腳，所以只需要近衛區域SI和近距離導向區域S2呈半圓形，為了實現近衛區域SI和近距離導向區域S2均為半圓形，如圖5所示，第二信號發射器102包括透明本體21，透明本體21為圓柱形，透明本體21的下端固定在基體I的頂部，透明本體21的外圓周面露出基體I，透明本體21的下端設有上凹空腔22，在上凹空腔22的頂壁中心設有向上凹陷的球形凹槽23，透明本體21的頂部設有下凹的反射凹槽24，反射凹槽24的內壁為回轉曲面，回轉曲面的母線為拋物線y，拋物線y的焦點與球形凹槽23的球心重合，上凹空腔22中設有信號源3，信號源3位于球形凹槽23的球心。透明本體21的頂部設有罩體25，一來可以使回轉曲面實現全反射，將近衛信號和近距離導向信號全部水平反射出去，二來可以防止灰塵、雜物進入反射凹槽24。而第二信號發射器102采用的上述結構，可以實現360度發射信號，因此對接站也適合安裝在房間的中心位置或其他不靠墻的位置。
[0034]本實施例中，對接信號、近衛信號、近距離導向信號、左側遠距離導向信號、右側遠距離導向信號采用紅外線信號，除此之外，采用超聲波信號同樣可行。
[0035]實施例二:
[0036]本實用新型同時提供一種清掃機器人8，可以與上述實施例中的對接站進行對接，見圖6和圖7，清掃機器人8包括殼體81和設于殼體81的控制系統和行走機構，控制系統用于控制清掃機器人8工作，行走機構包括轉向裝置和行走輪82，行走輪82也可以用履帶替代或者與履帶共同設置。能夠實現清掃功能的清掃機器人8在市場上已經有售，屬于現有技術。在本實施例中，殼體81的前端設有第一信號接收器801和第二信號接收器802，在殼體81前端的左側端角設有第三信號接收器803，在殼體81前端的右側端角設有第四信號接收器804，第一信號接收器801、第二信號接收器802、第三信號接收器803和第四信號接收器804均與控制系統連接并用于接收對接站發射的所有信號。
[0037]為了清掃機器人8能夠全方位接收到近衛信號，第二信號接收器802的結構與第二信號發射器102的結構相同，第二信號接收器802的透明本體的下端與殼體81連接，第二信號接收器802的透明本體的外圓周面露出殼體81，第二信號接收器802的上凹空腔中設有接收端，接收端位于球形凹槽的球心。與此同時，第二信號接收器802也能夠全方位接收到近距離導向信號，方便清掃機器人8在沿近距離導向區域S2的弧形邊界Cl行走的同時，能夠連續、穩定地接收到對接站發出的近距離導向信號。另外，為了確保清掃機器人8沿近距離導向區域S2的弧形邊界Cl行走，即確保清掃機器人8的行走路線是弧形，第三信號接收器803的信號接收方向與行走機構的行走方向的切向相垂直，第四信號接收器804的信號接收方向與行走機構的行走方向的切向相垂直。第三信號接收器803和第四信號接收器804可以互換位置。
[0038]下面說明清掃機器人8進行對接的控制過程。
[0039]I)若清掃機器人8處于左側遠距離導向區域L內并位于近距離導向區域S2之外，清掃機器人8先原地向左及向右各旋轉180°，確定信號的最強方向，可以判斷出對接站所在方位，然后驅動行走機構沿信號的最強方向直線行走，當到達近距離導向區域S2的左側邊界時，清掃機器人8會沿近距離導向區域S2的左側邊界向右行走，使第三信號接收器803保持對準對接站，直到移動至對接區域P;
[0040]2)若清掃機器人8處于右側遠距離導向區域R內并位于近距離導向區域S2之外，清掃機器人8先原地向左及向右各旋轉180°，確定信號的最強方向，可以判斷出對接站所在方位，然后驅動行走機構沿信號的最強方向直線行走，當到達近距離導向區域S2的右側邊界時，清掃機器人8會沿近距離導向區域S2的右側邊界向左行走，使第四信號接收器804保持對準對接站，直到移動至對接區域P;
[0041]3)若清掃機器人8處于左側遠距離導向區域L內并位于近距離導向區域S2之內，清掃機器人8先原地向左及向右各旋轉180°，確定信號的最強方向，可以判斷出對接站所在方位，然后驅動行走機構沿信號的最強方向的反方向直線行走，當到達近距離導向區域S2的左側邊界時，清掃機器人8會沿近距離導向區域S2的左側邊界向右行走，使第三信號接收器803保持對準對接站，直到移動至對接區域P ；
[0042]4)若清掃機器人8處于左側遠距離導向區域L內并位于近距離導向區域S2之內，清掃機器人8先原地向左及向右各旋轉180°，確定信號的最強方向，可以判斷出對接站所在方位，然后驅動行走機構沿信號的最強方向的反方向直線行走，當到達近距離導向區域S2的右側邊界時，清掃機器人8會沿近距離導向區域S2的右側邊界向左行走，使第四信號接收器804保持對準對接站，直到移動至對接區域P ；
[0043]5)當清掃機器人8沿近距離導向區域S2的弧形邊界行走進入對接區域P之后，清掃機器人8朝向對接信號的方向行走即可與對接站對接；
[0044]6)若清掃機器人8處于對接區域P之內，清掃機器人8先原地向左及向右各旋轉180°，確定信號的最強方向，如果清掃機器人8僅收到對接信號和近距離導向信號，則沿對接信號的方向行走即可與對接站對接;如果清掃機器人8同時收到對接信號、左側遠距離導向信號和右側遠距離導向信號，則沿對接信號的方向行走，直到僅接收到對接信號和近距離導向信號，繼續行走即可與對接站對接;如果清掃機器人8同時收到對接信號和左側遠距離導向信號，沒有收到右側遠距離導向信號，則說明清掃機器人8路線偏離，此時清掃機器人8向右移動，直到同時收到對接信號、左側遠距離導向信號和右側遠距離導向信號，然后沿對接信號的方向行走，直到僅接收到對接信號和近距離導向信號，繼續行走即可與對接站對接;如果清掃機器人8同時收到對接信號和右側遠距離導向信號，沒有收到左側遠距離導向信號，則說明清掃機器人8路線偏離，此時清掃機器人8向左移動，直到同時收到對接信號、左側遠距離導向信號和右側遠距離導向信號，然后沿對接信號的方向行走，直到僅接收到對接信號和近距離導向信號，繼續行走即可與對接站對接；
[0045]7)若清掃機器人8處于左側遠距離導向區域L和右側遠距離導向區域R之外，或者由于某些原因未能接收到左側遠距離導向信號或右側遠距離導向信號，則清掃機器人8先原地向左及向右各旋轉180°，若未收到任何信號，則沿當前方向前進一定距離S，在行走的同時繼續搜索信號，若行走到位后仍然未收到任何信號，則繼續沿當前方向前進距離S，如此重復N次后，距離S和重復次數N可以通過設定，例如S設定為30cm或50cm等，N設為6或8或10等，若仍未收到信號，則一直沿當前方向前進直到碰到障礙物為止，然后進入貼邊行走模式，這樣能夠更快地找到位于墻腳的對接站，若進入左側遠距離導向區域L，則按照I)描述過程行走，最終與對接站對接，若進入右側遠距離導向區域R，則按照2)描述過程行走，最終與對接站對接。
[0046]除上述優選實施例外，本實用新型還有其他的實施方式，本領域技術人員可以根據本實用新型作出各種改變和變形，只要不脫離本實用新型的精神，均應屬于本實用新型權利要求書中所定義的范圍。
【主權項】
1.一種用于對接清掃機器人的對接站，包括基體以及設于基體的第一信號發射器、第二信號發射器、第三信號發射器和第四信號發射器，其特征在于: 第一信號發射器用于沿第一方向發射對接信號，對接信號覆蓋的區域為對接區域，清掃機器人沿對接區域朝向第一信號發射器行走； 第二信號發射器用于交替發射防止清掃機器人在清掃工作中撞擊對接站的近衛信號和引導清掃機器人進入對接區域的近距離導向信號，近距離導向信號覆蓋的區域為近距離導向區域，近距離導向區域具有弧形邊界，弧形邊界有一部分位于對接區域內，弧形邊界用于引導清掃機器人沿弧形邊界行走至對接區域； 第三信號發射器用于發射左側遠距離導向信號，左側遠距離導向信號覆蓋的區域為左側遠距離導向區域，第四信號發射器用于發射右側遠距離導向信號，右側遠距離導向信號覆蓋的區域為右側遠距離導向區域，左側遠距離導向區域的半徑和右側遠距離導向區域的半徑均大于近距離導向區域的半徑。2.根據權利要求1所述的對接站，其特征在于:所述左側遠距離導向區域與右側遠距離導向區域重疊形成遠距離重疊導向區域。3.根據權利要求1或2所述的對接站，其特征在于:所述弧形邊界位于左側遠距離導向區域的部分為左側邊界，僅檢測到左側遠距離導向信號或者同時檢測到左側遠距離導向信號和近距離導向信號的清掃機器人朝向左側邊界行走;所述弧形邊界位于右側遠距離導向區域的部分為右側邊界，僅檢測到右側遠距離導向信號或者同時檢測到右側遠距離導向信號和近距離導向信號的清掃機器人朝向右側邊界行走。4.根據權利要求1或2所述的對接站，其特征在于:所述對接信號、近距離導向信號、左側遠距離導向信號、右側遠距離導向信號為紅外線信號或超聲波信號。5.根據權利要求1或2所述的對接站，其特征在于:所述第二信號發射器包括透明本體，透明本體為圓柱形，透明本體的下端固定在基體的頂部，透明本體的外圓周面露出基體，透明本體的下端設有上凹空腔，在上凹空腔的頂壁中心設有向上凹陷的球形凹槽，透明本體的頂部設有下凹的反射凹槽，反射凹槽的內壁為回轉曲面，回轉曲面的母線為拋物線，拋物線的焦點與球形凹槽的球心重合，上凹空腔中設有信號源，信號源位于球形凹槽的球心。6.根據權利要求5所述的對接站，其特征在于:所述透明本體的頂部設有罩體。7.一種清掃機器人，與權利要求1至6任一所述的對接站進行對接，包括殼體和設于殼體的控制系統和行走機構，控制系統用于控制清掃機器人工作，行走機構包括轉向裝置，其特征在于:所述殼體的前端設有第一信號接收器和第二信號接收器，在殼體前端的左側端角設有第三信號接收器，在殼體前端的右側端角設有第四信號接收器，第一信號接收器、第二信號接收器、第三信號接收器和第四信號接收器均與控制系統連接并用于接收對接站發射的所有信號。8.根據權利要求7所述的清掃機器人，其特征在于:所述第三信號接收器的信號接收方向與行走機構的行走方向的切向相垂直，第四信號接收器的信號接收方向與行走機構的行走方向的切向相垂直。
【文檔編號】A47L11/24GK205612410SQ201620131196
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年2月19日
【發明人】毛怒濤, 周勝寬, 金文芳, 應遠軍, 鄭國威, 戚均敏, 錢智慧, 楊作謙, 吳鐘鳴
【申請人】松下家電研究開發（杭州）有限公司