專利名稱：機(jī)器人的充電座的制作方法
機(jī)器人的充電座技術(shù)領(lǐng)域-本發(fā)明涉及一種機(jī)器人的充電座，尤其是充電座的附屬設(shè)施，用于為 機(jī)器人利用超聲波測(cè)距時(shí)校正測(cè)距精度、便于正確測(cè)距。
背景技術(shù)：
目前吸塵機(jī)器人正越來越多地進(jìn)入市場(chǎng)，己有的吸塵機(jī)器人均采用電池 供電，電量不足時(shí)，需對(duì)其進(jìn)行充電。機(jī)器人能自動(dòng)充電的關(guān)鍵是它必須 能找到它的充電座的位置，另外自主行走的有固定路徑規(guī)劃的吸塵機(jī)器人 在一未知空間中的定位糾偏對(duì)于其能按正確的路徑規(guī)劃工作非常重要，目 前最常用的是用超聲波測(cè)距的方案，即測(cè)量超聲波到四周邊界的距離與預(yù) 期的進(jìn)行比較判別機(jī)器人是否方向正確、位置正確，但超聲波測(cè)距有個(gè)精 度的問題，即超聲波的速度在各種密度的介質(zhì)、各種溫度情況下是不一致 的，速度的變化對(duì)測(cè)距的精度起著主要的影響作用，要想保證機(jī)器人測(cè)距 的有效性，提高超聲波測(cè)距的精度是必須的；還有一定范圍的超聲波測(cè)距 時(shí)對(duì)反射回的超聲波強(qiáng)度要求很高，如果強(qiáng)度較弱，超聲波的換能器就檢 測(cè)不到回波，這樣超聲波測(cè)距就失效了，而固定距離的超聲波反射強(qiáng)度受 到反射界面的材料的密度的影響，密度越大反射強(qiáng)度越大，在檢測(cè)充電座 時(shí)，由于充電座一般為塑料制成，超聲波的反射強(qiáng)度相對(duì)于房間的墻面較 弱，有可能引起回波不能正確接收，從而影響測(cè)距的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種便于機(jī)器人尋找充電座、便于提高超聲波 反射強(qiáng)度的裝置或者利用反射板的組合，為機(jī)器人搭建一個(gè)己知固定長(zhǎng)度 的測(cè)距平臺(tái)，便于精確計(jì)算當(dāng)前超聲波速率的充電座上的附屬設(shè)施。本發(fā)明的目的是通過下述設(shè)計(jì)達(dá)到的在充電座上與機(jī)器人安裝超聲 波傳感器發(fā)射裝置(或超聲波傳感器的反射板或反射體，如CN200410014702. 1所描述的非接觸型傳感器)差不多高度的位置垂直安裝 至少一塊高密度材料制成的反射板，當(dāng)機(jī)器人在充電座上或走向或離開充 電座時(shí)，以超聲波的形式測(cè)量機(jī)器人到充電座及充電座相反方向的墻壁 (或障礙物)之間的距離、以及充電座到其相反方向的墻壁(或障礙物) 的距離——因?yàn)橛蟹瓷浒宓拇嬖冢暡ㄔ诔潆娮恢盟p的幅度不大， 這個(gè)距離應(yīng)該能夠測(cè)到。通過這些距離(包括超聲波垂直向上歷經(jīng)的固定 距離)的相互比較、計(jì)算，可以測(cè)量當(dāng)時(shí)的超聲波(聲音)速度，并以此 速度作為基準(zhǔn)，用于機(jī)器人隨后工作時(shí)，利用超聲波測(cè)距的超聲波速度。 此外，還可以利用反射板的組合，在充電座上人為地搭建一個(gè)固定長(zhǎng)度 (已知)的超聲波測(cè)距線路，通過這個(gè)固定的距離，測(cè)出當(dāng)時(shí)的超聲波速 度。這樣做的好處是可以省掉常用的溫度傳感器對(duì)超聲波速度進(jìn)行速度補(bǔ) 償、并且兼顧了空氣氣壓、密度、濕度等其它因素對(duì)超聲波速度的影響。由于機(jī)器人在行走過程中遇到一些特殊通道(充電座反射板的方向 上)的超聲波反射強(qiáng)度高于墻面和木質(zhì)家具等物體，測(cè)試一定距離上的超 聲波強(qiáng)度以判別機(jī)器人是否正對(duì)著充電座對(duì)于判別機(jī)器人行走的正確方向 和尋找充電座也有積極的意義(在有些地方，比如機(jī)器人在離墻壁較近的 地方超聲波的反射強(qiáng)度也較大，但因測(cè)得距離較短，這種強(qiáng)度大的情況可 以忽略，只有在機(jī)器人離充電座有一定距離且超聲波的反射強(qiáng)度較大的情 況下，才被認(rèn)為是機(jī)器人正處于對(duì)直充電座的通道上)。這種充電座附屬裝置尤其在自主移動(dòng)型機(jī)器人一一比如借助超聲波測(cè) 距確定方位的吸塵機(jī)器人上有較好的應(yīng)用前景。


圖1 圖4為本發(fā)明的原理圖。圖5 圖7為本發(fā)明的三視圖，其中圖7為半剖圖。 圖8為本發(fā)明的立體透視(局部)圖。 圖9為圖8的局部(平臺(tái))放大圖。 圖10 圖12為坡道工作原理圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的目的是通過下述設(shè)計(jì)達(dá)到的，實(shí)施例1:在充電座上與機(jī)器 人安裝超聲波傳感器1發(fā)射裝置差不多高度的位置垂直安裝至少一塊高密 度材料制成的反射板3，當(dāng)機(jī)器人在充電座上或走向或離開充電座時(shí)，以 超聲波的形式測(cè)量機(jī)器人到充電座擋板5及充電座相反方向的墻壁(或障 礙物)之間的距離、以及充電座擋板5到其相反方向的墻壁(或障礙物) 的距離。所述的反射板3設(shè)置于機(jī)器人所攜帶的超聲波傳感器(或超聲波 傳感器的反射板或反射體2,如CN200410014702. 1所描述的非接觸型傳感 器)等高或者差不多高的位置，比如機(jī)器人處于充電座上時(shí)，反射板3能 反射超聲波(如果必須要測(cè)距的話)，而機(jī)器人不在充電座上時(shí)，反射板 3的高度也能反射超聲波，尤其以機(jī)器人不在充電座上時(shí)所需要的高度為 主設(shè)置。垂直安裝的反射板3還可以安裝在充電座的側(cè)板6上，位置在充 電座下，或者在側(cè)板6外側(cè)(如圖6、圖8)，設(shè)置高度以機(jī)器人不在充電 座上時(shí)反射體2的高度一致，反射板3本身高度也比反射體2本身的高度 略高。如圖4 (圖中為表示平面與凹面反射板在信號(hào)發(fā)散范圍上的區(qū)別，反射 板3 —半為平面、 一半為凹面)機(jī)器人在某一時(shí)刻開始發(fā)射超聲波并接 收回波，會(huì)在多個(gè)時(shí)間段接收到清晰的回波，根據(jù)波的傳播速度和發(fā)射信 號(hào)波到接收到回波的時(shí)間間隔，測(cè)算出機(jī)器人離墻壁的距離用2d3、 2dl、 2d4、 2d2表示，如果回波信號(hào)足夠強(qiáng)的話，還可能會(huì)有2(d4+d3)、 2(dl+d2)等等，當(dāng)然如果信號(hào)不夠強(qiáng)，可能會(huì)測(cè)不到2d4、 2(dl+d2)等等，而反射板3的作用就是增強(qiáng)超聲波的反射強(qiáng)度，使機(jī)器人能測(cè)試出比 如2 (dl+d2)的距離。而實(shí)際(如圖1)測(cè)量到2dl的長(zhǎng)度為2 (a+d) ，2d2的長(zhǎng)度為2 (b+d) ，2 (dl+d2)的長(zhǎng)度為2 (a+b) +2d——其 中d為超聲波探頭到反射體的距離(已知)，通過2dl+2d2-2(dl+dl)二2(a+d)+2(b+d)-(2(a+b)+2d)=2d 的計(jì)算，即使dl、 d2、 dl+d2都有誤差，但上述等式中dl，d2都可以忽 略，只有d是有意義的，通過dl+d2與dl、 d2的時(shí)間差，得到超聲波歷經(jīng) d處的時(shí)間，就可以計(jì)算出當(dāng)前的超聲波速度，且機(jī)器人在走下充電座后 能在正對(duì)反射板3的通道上多個(gè)位置做上述檢測(cè)和計(jì)算，得到多個(gè)超聲波 速度的計(jì)算值，在一定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)取其平均值，就能得到更精確的超聲 波速度。所用的機(jī)器人可攜帶橫截面為等腰直角三角形的反射體2，反射體2 的底邊的一部分長(zhǎng)度e(實(shí)際上超聲波是發(fā)散的信號(hào)，不能將信號(hào)具體定位 在那條線上，e、 d等只能是均值)照例應(yīng)該包括在dl+d2中，可以將它加 到d中，通過具體的精確的測(cè)算——比如在已知精確的超聲波速度的情況 下，精確測(cè)出dl、 d2、 dl+d2的長(zhǎng)度，就能算出精確的d的長(zhǎng)度，并將它 作為-個(gè)常數(shù)保存在機(jī)器人的存儲(chǔ)器中。進(jìn)一步的改進(jìn)方式是實(shí)施例2:在充電座的擋板6上設(shè)置成組的反射 板4，將超聲波從側(cè)板6的一側(cè)反射到另一側(cè)，被認(rèn)為是機(jī)器人的另-側(cè) 回波接收(從左射出的超聲波反射到右側(cè)及從右射出的超聲波反射到左側(cè) 的回波在機(jī)器人的超聲波接收傳感器前強(qiáng)度是疊加的)，測(cè)出這個(gè)時(shí)間， 而超聲波反射通過的距離是已知的(機(jī)器人在充電座上的位置或方向有些 偏差也沒有關(guān)系)，通過計(jì)算就能得到正確的超聲波速率，如圖2，超聲 波從機(jī)器人所攜帶的超聲波傳感器1發(fā)射到接收的距離是2d+2a+2b(這個(gè) 距離是固定不變的)。下側(cè)的反射板4設(shè)置高度與機(jī)器人(當(dāng)機(jī)器人處于充電座上時(shí))所攜帶的超聲波傳感器(或超聲波傳感器的反射板或反射體)等高或者差不多高的位置。上側(cè)的反射板4與下側(cè)的反射板4相對(duì)，這組 反射板可以呈長(zhǎng)方形設(shè)置(均與充電座坡道(如果充電座呈全坡道)或平 臺(tái)呈45度夾角，分布于一個(gè)長(zhǎng)方形框架的四個(gè)角上。)如圖2，或三角形 如圖3 (超聲波反射到接收的距離是2d+a+b+c)或其它形狀(只要能將超 聲波反射--個(gè)固定的距離，并能反射回機(jī)器人的超聲波接收傳感器)設(shè) 置。由于這種方式下超聲波測(cè)量的距離較大，比單獨(dú)測(cè)量2d (實(shí)施例1) 得到的數(shù)據(jù)精度更高。上述兩種實(shí)施方式在充電座上均可以設(shè)置，或設(shè)置其中一種，但這兩 種設(shè)置方式都依賴于反射板的存在，只是這兩種反射板安裝的方式、所起 的作用不同而言。反射板3 —般呈平面或凹、凸面，反射板4呈平面即可，均可粘貼或 鑲嵌在充電座的擋板5或側(cè)板6上，或者是擋板5或側(cè)板6上固定有反射 板支架，凹面有助于提高超聲波的反射強(qiáng)度，而凸面有助于超聲波的發(fā) 散，便于機(jī)器人在更廣的范圍內(nèi)尋找充電座。如果充電座帶是靠坡道上行的平臺(tái)，那么對(duì)于CN03112949.8專利說明 書中描述行走機(jī)構(gòu)，有可能會(huì)在平臺(tái)與坡道交界處被擱死，如圖10，解決 的辦法是在可帶動(dòng)機(jī)器人左右移動(dòng)的兩列輪子相對(duì)應(yīng)的坡道和平臺(tái)處設(shè)置 兩條凹陷的坡道7，坡道7的切面可為直線(如圖11)或弧線(如圖 12)，使驅(qū)動(dòng)機(jī)器人左右移動(dòng)的兩列輪子在這兩條凹陷的坡道7處被架 空，如果這兩條坡道7的寬度略大亍多邊形輪子的一條邊長(zhǎng)，這兩條坡道 7還有輔助機(jī)器人糾正方向偏差的功效。當(dāng)然充電座也可呈全坡道(無平 臺(tái)))上行，充電座上就不需要這種凹陷的坡道7。充電座的坡道或平臺(tái)上還有充電、大電流輸出(對(duì)于全自動(dòng)吸塵機(jī)器人 來說，用于吹塵(電機(jī)工作)及吹塵對(duì)接電磁鐵吸合、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)換電機(jī)工作等用，吹塵時(shí)輸出電壓可略高于吸塵電機(jī)的額定電壓，讓吸塵電機(jī)超壓超 速運(yùn)轉(zhuǎn)，因?yàn)槲鼔m電機(jī)一般為交直流兩用電機(jī)，所以大電流輸出甚至可以 是低電壓交流電)、大電流輸入(比如為鎳鉻電池放電用)或信息交換彈性觸片8 (數(shù)量不限)，彈性觸片8及其安裝方式如手機(jī)的電池充電彈片(放 大后) 一樣，有成熟的技術(shù)，不作具體描述，相對(duì)應(yīng)的機(jī)器人底部存在充 電、大電流輸入(用于吹塵及電磁鐵吸合時(shí)用)、大電流輸出(電池放電用)或 信息交換用的電極，機(jī)器人走到相應(yīng)位置時(shí)，機(jī)器人底部的電極與充電座 上的彈性觸片與接觸。機(jī)器人底部電極間的間隙應(yīng)大于彈性觸片8的寬 度。為省電和保護(hù)充電座上的電子設(shè)施，可以讓機(jī)器人走到位時(shí)，充電座電源才導(dǎo)通在充電座的坡道或平臺(tái)上有一個(gè)按壓式開關(guān)9，能被機(jī)器人的輪子壓下，壓下后電源導(dǎo)通，電源適配器延時(shí)工作，通過充電座上的彈性觸片8作用于機(jī)器人；充電結(jié)束后，機(jī)器人退回一步，輪子離開開關(guān)， 充電座電源開關(guān)9彈起，電源切斷。該開關(guān)9還可以是一個(gè)杠桿式開關(guān)，杠桿上還可以固定充電、大電流輸出、大電流輸入或信息交換用觸片(觸片上可帶觸點(diǎn))，機(jī)器人的輪子壓上杠桿時(shí)，觸片8被連同抬起，與機(jī)器 人底部的電極接觸。當(dāng)然開關(guān)9不一定非得設(shè)置在底部，也可設(shè)置與充電 座的檔板或側(cè)板上，開關(guān)是由機(jī)器人碰撞觸發(fā)的，同樣彈性觸片8也可設(shè) 置于充電座的擋板5或側(cè)板6上。如果機(jī)器人的落差傳感器為朝下的開關(guān)，坡道或平臺(tái)上的機(jī)器人?？?位置檢測(cè)處可開設(shè)凹坑(方孔或圓孔)10。圖中的吸塵機(jī)器人的防跌落 (樓梯)的傳感器為貼膜的海綿塊加簿膜開關(guān)(W02005092577中描述)。如果機(jī)器人的落差傳感器為朝下的光電對(duì)管(一收一發(fā))，坡道或平 臺(tái)上的機(jī)器人位置檢測(cè)處可貼(或印)上不反射光的印簽，如黑色標(biāo)簽。本說明書所指充電座 一 般包含垃圾箱11 ，其 一 般技術(shù)為CN200310106456.8說明書所描述(或者對(duì)接口處也可以有一電磁鐵，而機(jī) 器人底部為固定的環(huán)狀鐵片或磁性鐵片，當(dāng)然對(duì)接的方式還可以是其它方 式)，不過如果有些吸塵機(jī)器人并沒有自動(dòng)垃圾排出裝置的話，所指充電 座就僅僅是不包含垃圾箱11的充電座，即充電座擋板5后無箱體11，坡 道或平臺(tái)上無垃圾通道12和對(duì)接口 13。為了防止人意外的撞擊引起人受傷，可將充電座(包括垃圾箱)所有 的擋板、側(cè)板(底板可除外)的邊緣進(jìn)行倒圓角處理，各處接頭處也可進(jìn) 行倒角處理，為美觀起見，充電座的長(zhǎng)寬高之比可采用黃金分割，如高為 寬的1.618倍，側(cè)擋板--塊與高等長(zhǎng)，另一塊長(zhǎng)度為高度的1.618倍，充 電座整體或局部的色彩可制成近似于家具的顏色(擋板上也可貼膜為家具 的顏色，膜為多種顏色供人們自行選擇)，當(dāng)然也可漆上(噴上)各種文 字或圖案。側(cè)板6的形狀并不限定，除了要固定反射板3、反射板4夕卜， 只要能夠省料、美觀、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固并起到加固充電座的作用即可。充電座的 底板可用較重的金屬板制成，以降低其重心位置，保證充電座的穩(wěn)固，電 源適配器等較重的部件也可設(shè)置于底板上，垃圾箱11直接與充電座固定在 一起，充電座的擋板5、側(cè)板6也就是垃圾箱11的擋板，垃圾箱11也可 作為一個(gè)箱體透過垃圾通道12固定在充電座底盤上，還可將垃圾通道12 和垃圾箱11密封為一體，垃圾通道口 13與機(jī)器人對(duì)接處的環(huán)狀鐵片可拆 卸，那么垃圾箱可設(shè)計(jì)為可拆卸式的一個(gè)獨(dú)立的帶管狀垃圾通道12的箱 體，以便于清理或更換。垃圾箱的濾網(wǎng)14如果設(shè)置在箱體上部可能會(huì)因?yàn)?細(xì)小的灰塵透過濾網(wǎng)逸出并吸附而影響整體的美觀，可以考慮將濾網(wǎng)14設(shè) 置在垃圾箱的后部或在濾網(wǎng)14上設(shè)置一塊蓋板，蓋板離濾網(wǎng)14有一定距 離，中間用泡沫或膠墊等材料密封，蓋板可被打開，濾網(wǎng)可被拆卸，便于傾 倒垃圾或檢視垃圾箱的充盈程度(或蓋板或擋板、側(cè)板上有透明窗口)。本發(fā)明并不局限于只能對(duì)專利號(hào)為CN200310106456.的說明書中所描 述的自動(dòng)垃圾箱所擴(kuò)展，對(duì)于其它帶垃圾箱的充電座或其它種類的機(jī)器人 的充電座)，或者是燃料電池的燃料添加座，本發(fā)明同樣適用。充電座上 還可以設(shè)置一些其它類型的傳感器或能被傳感器識(shí)別的標(biāo)志，還可以設(shè)置 一些功能性部件比如無線通信裝置、空氣過濾、空氣清新裝置、機(jī)器人設(shè) 置輸入裝置、語音提醒裝置等等。
權(quán)利要求
1. 一種機(jī)器人的充電座，其特征在于機(jī)器人的充電座上有至少一塊反射板，設(shè)置在充電座的擋板或側(cè)板上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人的充電座，其特征在于所述的反 射板為垂直貼于充電座的擋板或側(cè)板上的反射板。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種機(jī)器人的充電座，其特征在于所述的反 射板呈凹形。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人的充電座，其特征在于所述的反 射板至少有3塊，其中至少兩塊反射板斜置于充電座的側(cè)板上，超聲波可 通過反射板從一側(cè)側(cè)板反射至另-一側(cè)側(cè)板。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種機(jī)器人的充電座，其特征在于第3塊反射板設(shè)置于充電座上方的支架上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種機(jī)器人的充電座，其特征在于所述的反 射板共有4塊，均與充電座坡道或平臺(tái)呈45度夾角，分布于一個(gè)長(zhǎng)方形框 架的四個(gè)角上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種機(jī)器人的充電座，其特征在于所述的反 射板還有平貼在擋板或側(cè)板上的至少一塊呈平板狀或凹形的反射板。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2、 3、 7之一所述的一種機(jī)器人的充電座，其特征在 于平貼在擋板或側(cè)板上反射板為高密度材料制成。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人的充電座，其特征在于它還包括 一垃圾箱及垃圾通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人的充電座，在充電座上安裝至少一塊高密度材料制成的反射板，當(dāng)機(jī)器人在充電座上或走向或離開充電座時(shí)，以超聲波的形式測(cè)量已知的固定長(zhǎng)度的距離，可以測(cè)算當(dāng)時(shí)的超聲波速度，并以此速度作為基準(zhǔn)，用于機(jī)器人隨后工作時(shí)，利用超聲波測(cè)距的超聲波速度，涉及的反射板用于增強(qiáng)超聲波的反射強(qiáng)度或者利用反射板的組合，為機(jī)器人搭建一個(gè)已知固定長(zhǎng)度的測(cè)距平臺(tái)。
文檔編號(hào)H01M10/44GK101222074SQ20071001929
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2007年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月12日
發(fā)明者張周新 申請(qǐng)人:張周新