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1、10申请公布号CN104181925A43申请公布日20141203CN104181925A21申请号201410467943522申请日20140915G05D1/0220060171申请人湖南格兰博智能科技有限责任公司地址423000湖南省郴州市苏仙区白露塘林邑大道台湾工业园14栋72发明人陈海初刘亮邓清华74专利代理机构北京风雅颂专利代理有限公司11403代理人李阳陈安平54发明名称一种自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人57摘要本发明公开一种自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人，包括两组驱动马达分别安装在该自动地面清洁机器人底部居中的左右两端，推动前进、转向和后退；万向轮支撑该自动地面。
2、清洁机器人保持平衡；电池为整个自动地面清洁机器人提供电能；在两驱动马达的之间设置有吸尘单元，掠扫单元安装在该自动地面清洁机器人接触清洁面的底面上；控制单元、监测单元和陀螺仪分别安装在该自动地面清洁机器人的底部靠前位置，监测单元与控制单元电性相连，对工作环境执行监测任务；陀螺仪与控制单元电性相连，驱动马达与控制单元电性相连。因此，本发明所述自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人能够使自动地面清洁机器人按照预定的线路行驶，从而提高工作效率。51INTCL权利要求书2页说明书6页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图4页10申请公布号CN104181925。
3、ACN104181925A1/2页21一种自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人，其特征在于，包括万向轮、驱动马达、控制单元、吸尘单元、掠扫单元、监测单元、陀螺仪和电池；其中，所述驱动马达为两组，分别安装在该自动地面清洁机器人底部居中的左右两端，所述两个驱动马达负责推动该自动地面清洁机器人前进、转向和后退移动；所述万向轮支撑该自动地面清洁机器人保持平衡；所述电池为整个所述的自动地面清洁机器人提供电能；在所述两驱动马达的之间设置有所述吸尘单元，所述掠扫单元安装在该自动地面清洁机器人接触清洁面的底面上；所述控制单元、所述监测单元和所述陀螺仪分别安装在该自动地面清洁机器人的底部靠前的位置，所述监测单元。
4、与所述控制单元电性相连，所述监测单元对该自动地面清洁机器人的工作环境执行监测任务；所述陀螺仪与所述控制单元电性相连，所述两个驱动马达与所述控制单元电性相连。2根据权利要求1所述的地面清洁机器人，其特征在于，所述掠扫单元设计为一马达上安装有至少三个扫刷，由马达带动扫刷转动，将地面灰尘小颗粒垃圾掠扫起来，便于所述吸尘单元的吸入。3根据权利要求1所述的地面清洁机器人，其特征在于，所述自动地面清洁机器人还包括防跌落红外发射装置和防跌落红外接收装置，并且防跌落红外接收装置与所述控制单元连接；在该自动地面清洁机器人底座的前、左、右三个位置分别成对设置防跌落红外发射装置和防跌落红外接收装置，每一处的防跌落红。
5、外发射装置一直发射一种垂直地面的红外信号，防跌落红外接收装置负责接收由地面反射的红外信号，当接收信号突然消失或变化比较大时，防跌落红外接收装置会把信号发送给所述控制单元，所述控制单元会认为前或左、右方为无道路，所述控制单元执行后退或转向，即所述控制单元控制所述驱动马达执行后退或转向。4根据权利要求1所述的地面清洁机器人，其特征在于，该吸尘单元设计为风扇和集尘盒，所述的风扇通过风道与集尘盒相连通，风扇产生负压将灰尘通过该风道吸入到集尘盒中。5根据权利要求4所述的地面清洁机器人，其特征在于，所述的吸尘单元还包括集尘盒满红外发射装置和集尘盒满红外接收装置，在所述吸尘单元的集尘盒入口处的两端分别设有集。
6、尘盒满红外发射装置和集尘盒满接收装置，并且集尘盒满接收装置与所述控制单元连接；当灰尘或垃圾阻挡了集尘盒满红外发射装置的信号后，集尘盒满接收装置不能收到红外信号，集尘盒满接收装置会发送信号给所述控制单元，所述控制单元认为集尘盒满或吸入口被垃圾阻挡，然后所述控制单元执行警报，即提醒用户清理集尘盒。6根据权利要求1所述的地面清洁机器人，其特征在于，所述陀螺仪为一种监测传感器，它具有时刻监测运动物体X、Y、Z三轴运动角速度和加速度变化的功能；所述陀螺仪把角速度与加速度的变化值传递至所述控制单元，通过控制程序运算，判断出自动地面清洁机器人是否偏离设定路线；如果有偏离，则执行调整。7根据权利要求6所述的地。
7、面清洁机器人，其特征在于，所述陀螺仪把角速度与加速度的变化值传递至所述控制单元，通过控制程序运算，判断出自动地面清洁机器人是否偏离设定路线；如果有偏离，则执行调整包括权利要求书CN104181925A2/2页3第一步，所述陀螺仪监测所述自动地面清洁机器人的X、Y、Z三轴运动角速度和加速度的变化；第二步，所述陀螺仪将监测到的X、Y、Z三轴运动角速度和加速度的变化发送给所述控制单元；第三步，所述控制单元根据获得的X、Y、Z三轴运动角速度和加速度的变化，判断出自动地面清洁机器人是否偏离设定路线，若偏离则先进行步骤四，再执行步骤五；若不偏离则直接执行步骤五；第四步，所述控制单元对所述自动地面清洁机器人。
8、偏离设定路线的进行调整；第五步，退出自动校准行驶路线的控制。8根据权利要求7所述的地面清洁机器人，其特征在于，所述陀螺仪具备X、Y、Z轴角速度变化传感器和加速度变化传感器，能够监测得到所述自动地面清洁机器人X、Y、Z轴角速度变化和加速度变化。9根据权利要求8所述的地面清洁机器人，其特征在于，所述控制单元根据获得的X、Y、Z三轴运动角速度和加速度的变化，计算获得航向角，通过判断航向角的变化来判断自动地面清洁机器人是否偏离设定路线。10根据权利要求9所述的地面清洁机器人，其特征在于，所述通过判断航向角的变化来判断自动地面清洁机器人是否偏离设定路线，是如果航向角增大，则表示所述自动地面清洁机器人向右。
9、偏斜，需要调整左右驱动马达的速度，即左驱动马达适当减小，右驱动马达适当增大；如果航向角减小，则表示所述自动地面清洁机器人向左偏斜，需要调整左右驱动马达速度，即左驱动马达适当增大，右驱动马达适当减小。权利要求书CN104181925A1/6页4一种自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人技术领域0001本发明涉及机械领域，特别是指一种自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人。背景技术0002随着现代科技的发展，自动地面清洁机器人已经逐渐走进一般的家庭生活，不仅分担了部分家务，也增添了家庭生活乐趣。0003现有的自动地面清洁机器人为了提高转向的灵活性，一般采用两组驱动马达和一个辅助万向轮支撑，对地面进行全。
10、面清扫任务时，一般采用Z字行走路线图1中所示。由于驱动自动地面清洁机器人推进的两组驱动马达之间存在误差，在实际使用过程中，会出现如图2中所示行走路线的偏差。0004这种偏差造成的影响如图3所示，清扫机器人走过的地方出现无法清扫到的区域图3中标有斜杠的区域为无法清扫的区域。为了解决这个问题，目前的自动地面清洁机器人一般都会缩小每次掉头拐弯向前移动的距离。这样就可以全面覆盖清扫区域。但是这种方式的一个明显缺陷是效率太低，很多地方被重复清扫了多次。发明内容0005有鉴于此，本发明的目的在于提出一种自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人，能够使得自动地面清洁机器人能够按照预定的线路行驶，从而提高工作效率。
11、。0006基于上述目的本发明提供的自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人，包括万向轮、驱动马达、控制单元、吸尘单元、掠扫单元、监测单元、陀螺仪和电池；其中，所述驱动马达为两组，分别安装在该自动地面清洁机器人底部居中的左右两端，所述两个驱动马达负责推动该自动地面清洁机器人前进、转向和后退移动；所述万向轮支撑该自动地面清洁机器人保持平衡；所述电池为整个所述的自动地面清洁机器人提供电能；0007在所述两驱动马达的之间设置有所述吸尘单元，所述掠扫单元安装在该自动地面清洁机器人接触清洁面的底面上；所述控制单元、所述监测单元和所述陀螺仪分别安装在该自动地面清洁机器人的底部靠前的位置，所述监测单元与所述控制单。
12、元电性相连，所述监测单元对该自动地面清洁机器人的工作环境执行监测任务；所述陀螺仪与所述控制单元电性相连，所述两个驱动马达与所述控制单元电性相连。0008可选地，所述掠扫单元设计为一马达上安装有至少三个扫刷，由马达带动扫刷转动，将地面灰尘小颗粒垃圾掠扫起来，便于所述吸尘单元的吸入。0009可选地，所述自动地面清洁机器人还包括防跌落红外发射装置和防跌落红外接收装置，并且防跌落红外接收装置与所述控制单元连接；0010在该自动地面清洁机器人底座的前、左、右三个位置分别成对设置防跌落红外发射装置和防跌落红外接收装置，每一处的防跌落红外发射装置一直发射一种垂直地面的红外信号，防跌落红外接收装置负责接收由地。
13、面反射的红外信号，当接收信号突然消失或变化比较大时，防跌落红外接收装置会把信号发送给所述控制单元，所述控制单元会认为前说明书CN104181925A2/6页5或左、右方为无道路，所述控制单元执行后退或转向，即所述控制单元控制所述驱动马达执行后退或转向。0011可选地，该吸尘单元设计为风扇和集尘盒，所述的风扇通过风道与集尘盒相连通，风扇产生负压将灰尘通过该风道吸入到集尘盒中。0012进一步地，所述的吸尘单元还包括集尘盒满红外发射装置和集尘盒满红外接收装置，在所述吸尘单元的集尘盒入口处的两端分别设有集尘盒满红外发射装置和集尘盒满接收装置，并且集尘盒满接收装置与所述控制单元连接；0013当灰尘或垃圾。
14、阻挡了集尘盒满红外发射装置的信号后，集尘盒满接收装置不能收到红外信号，集尘盒满接收装置会发送信号给所述控制单元，所述控制单元认为集尘盒满或吸入口被垃圾阻挡，然后所述控制单元执行警报，即提醒用户清理集尘盒。0014可选地，所述陀螺仪为一种监测传感器，它具有时刻监测运动物体X、Y、Z三轴运动角速度和加速度变化的功能；所述陀螺仪把角速度与加速度的变化值传递至所述控制单元，通过控制程序运算，判断出自动地面清洁机器人是否偏离设定路线；如果有偏离，则执行调整。0015进一步地，所述陀螺仪把角速度与加速度的变化值传递至所述控制单元，通过控制程序运算，判断出自动地面清洁机器人是否偏离设定路线；如果有偏离，则执。
15、行调整包括0016第一步，所述陀螺仪监测所述自动地面清洁机器人的X、Y、Z三轴运动角速度和加速度的变化；0017第二步，所述陀螺仪将监测到的X、Y、Z三轴运动角速度和加速度的变化发送给所述控制单元；0018第三步，所述控制单元根据获得的X、Y、Z三轴运动角速度和加速度的变化，判断出自动地面清洁机器人是否偏离设定路线，若偏离则先进行步骤四，再执行步骤五；若不偏离则直接执行步骤五；0019第四步，所述控制单元对所述自动地面清洁机器人偏离设定路线的进行调整；0020第五步，退出自动校准行驶路线的控制。0021进一步地，所述陀螺仪具备X、Y、Z轴角速度变化传感器和加速度变化传感器，能够监测得到所述自动。
16、地面清洁机器人X、Y、Z轴角速度变化和加速度变化。0022进一步地，所述控制单元根据获得的X、Y、Z三轴运动角速度和加速度的变化，计算获得航向角，通过判断航向角的变化来判断自动地面清洁机器人是否偏离设定路线。0023进一步地，所述通过判断航向角的变化来判断自动地面清洁机器人是否偏离设定路线，是如果航向角增大，则表示所述自动地面清洁机器人向右偏斜，需要调整左右驱动马达的速度，即左驱动马达适当减小，右驱动马达适当增大；如果航向角减小，则表示所述自动地面清洁机器人向左偏斜，需要调整左右驱动马达速度，即左驱动马达适当增大，右驱动马达适当减小。0024从上面所述可以看出，本发明提供的一种自动校准行驶路线。
17、的自动地面清洁机器人，通过两组驱动马达分别安装在该自动地面清洁机器人底部居中的左右两端，推动前进、转向和后退；万向轮支撑该自动地面清洁机器人保持平衡；电池为整个自动地面清洁机器人提供电能；在两驱动马达的之间设置有吸尘单元，掠扫单元安装在该自动地面清洁机器说明书CN104181925A3/6页6人接触清洁面的底面上；控制单元、监测单元和陀螺仪分别安装在该自动地面清洁机器人的底部靠前位置，监测单元与控制单元电性相连，对工作环境执行监测任务；陀螺仪与控制单元电性相连，驱动马达与控制单元电性相连。从而，本发明所述的自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人能够对自动地面清洁机器人行驶路线进行校准，实现了高效。
18、的清洁工作。附图说明0025图1为自动地面清洁机器人应该行走的Z字路线示意图；0026图2为现有技术中自动地面清洁机器人实际行走的Z字路线示意图；0027图3为现有技术中自动地面清洁机器人实际行走的Z字路线中无法清洁区域的示意图；0028图4为本发明实施例自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人的结构示意图；0029图5为本发明实施例自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人底面的结构示意图；0030图6为本发明实施例自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人行走控制方法的流程示意图；0031图7为本发明实施例自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人陀螺仪测得的XYZ轴空间坐标系。具体实施方式0032为使本发明的。
19、目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。0033参阅图4所示，为本发明实施例自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人的结构示意图，所述自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人包括万向轮1如图5所示、驱动马达2、控制单元3、吸尘单元4、掠扫单元5、监测单元6、陀螺仪7和电池8。其中，驱动马达2为两组，分别安装在该自动地面清洁机器人底部居中的左右两端。两个驱动马达2负责推动该自动地面清洁机器人前进、转向和后退等移动，而万向轮1，负责支撑该自动地面清洁机器人保持平衡。电池8为整个所述的自动地面清洁机器人提供电能，较佳地，电池8安装在该自动地面清洁机器人的后端。
20、，并且设置在电池盒中。优选地，电池8为可充电电池。0034在两驱动马达2的之间设置有吸尘单元4，较佳地，该吸尘单元4设计为风扇和集尘盒，所述的风扇通过风道与集尘盒相连通。其中，风扇产生负压将灰尘通过该风道吸入到集尘盒中。0035掠扫单元5安装在该自动地面清洁机器人接触清洁面的底面上。如图5中所示，在该自动地面清洁机器人接触清洁面的底面上安装有两个掠扫单元5，分别位于所述底面上靠前部的左右两侧。较佳地，掠扫单元5设计为一马达上安装有至少三个扫刷，由马达带动扫刷转动，将地面灰尘等小颗粒垃圾掠扫起来，便于吸尘单元4的吸入。0036另外，控制单元3、监测单元6和陀螺仪7分别安装在该自动地面清洁机器人的。
21、底部靠前的位置。其中，监测单元6与控制单元3电性相连，较佳地，监测单元6可以为监测传感器，对该自动地面清洁机器人的工作环境执行监测任务。如碰撞障碍物监测，防跌落监说明书CN104181925A4/6页7测等。监测单元6的监测传感器把监测到的信号传递给控制单元3，经控制单元3分析，明确所述自动地面清洁机器人当前所处环境，控制单元3运行相应程序，做对应的处理。0037陀螺仪7与控制单元3电性相连，较佳地，陀螺仪7可以为一种监测传感器，它具有时刻监测运动物体X、Y、Z三轴运动角速度和加速度变化的功能。陀螺仪7把这种角速度与加速度的变化值传递至控制单元3，通过控制程序运算，判断出自动地面清洁机器人是否。
22、偏离设定路线。如果有偏离，则执行相应的调整程序。0038还有，两个驱动马达2与控制单元3电性相连，驱动马达2受控制单元3控制，而执行各种动作。当两驱动马达2的速度不一样时，便可以实现转向。吸尘单元4和掠扫单元5与控制单元3电性相连，受控制单元3控制，执行吸尘和掠扫任务。0039在本发明的另一个实施例中，所述自动地面清洁机器人还包括防跌落红外发射装置和防跌落红外接收装置，并且防跌落红外接收装置与控制单元3连接。较佳地，在该自动地面清洁机器人底座的前、左、右三个位置分别成对设置防跌落红外发射装置和防跌落红外接收装置。在实施例中，每一处的防跌落红外发射装置一直发射一种垂直地面的红外信号，防跌落红外接。
23、收装置负责接收由地面反射的红外信号，当接收信号突然消失或变化比较大时，防跌落红外接收装置会把信号发送给控制单元3，控制单元3会认为前或左、右方为无道路，控制单元3执行后退或转向，即控制单元3控制驱动马达2执行后退或转向。0040作为本发明的一个实施例，所述的吸尘单元4还包括集尘盒满红外发射装置和集尘盒满红外接收装置，较佳地，在吸尘单元4的集尘盒入口处的两端分别设有集尘盒满红外发射装置和集尘盒满接收装置，并且集尘盒满接收装置与控制单元3连接。当灰尘或垃圾阻挡了集尘盒满红外发射装置的信号后，集尘盒满接收装置不能收到红外信号，集尘盒满接收装置会发送信号给控制单元3，控制单元3认为集尘盒满或吸入口被垃。
24、圾阻挡，然后控制单元3执行警报，即提醒用户清理集尘盒。0041作为本发明的另一个实施例，参阅图6所示，为本发明实施例自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人行走控制方法的流程示意图，所述自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人行走控制方法包括0042步骤601，陀螺仪7监测所述自动地面清洁机器人的X、Y、Z三轴运动角速度和加速度的变化。0043较佳地，陀螺仪7为三轴陀螺仪。在实施例中，陀螺仪7具备X、Y、Z轴角速度变化传感器和加速度变化传感器，能够监测得到所述自动地面清洁机器人X、Y、Z轴角速度变化和加速度变化。其中，X、Y、Z轴角速度变化指的是3轴角速度变化，加速度变化指的是X、Y、Z轴线性加速度的。
25、变化。0044步骤602，陀螺仪7将监测到的X、Y、Z三轴运动角速度和加速度的变化发送给控制单元3。0045步骤603，控制单元3根据获得的X、Y、Z三轴运动角速度和加速度的变化，判断出自动地面清洁机器人是否偏离设定路线，若偏离则先进行步骤604，再执行605；若不偏离则直接执行605。0046作为本发明的一个实施例，控制单元3根据获得的X、Y、Z三轴运动角速度和加速度的变化，计算获得航向角，通过判断航向角的变化来判断自动地面清洁机器人是否偏离设定路线。较佳地，通过X、Y、Z三轴运动角速度和加速度的变化，计算获得航向角，其具体说明书CN104181925A5/6页8实施过程如下0047如图7所。
26、示的直角坐标系，其原点O在该陀螺仪的中心，OX为俯仰轴，OY为横摇轴，OZ正交于XY面。通过所述的陀螺仪得到H在OX轴分量A，在OY轴分量B，在OZ轴分量C。即陀螺仪测得的X、Y、Z三轴的加速度分别乘以时间获得的位移就是分量A、B、C。0048为了得到实际应用中所必须的航向角，必须在图7坐标系原点O基础上另外建立正交三轴坐标系OX、OY、OZ，其中XY面为水平面，OZ指向重力加速度方向，OM为H在XY平面上的投影，由此得到OM轴绕O点逆时针旋转到OX轴的角度即为航向角。0049设XY平面和XY平面夹角为，根据图7中的空间投影关系，得到0050SIN2SIN2SIN210051其中，、分别俯仰角。
27、和横摇角，即俯仰角为X轴与水平面的夹角，横摇角为Y轴与水平面的夹角。在本发明的实施例中，陀螺仪7测得的X、Y的角速度乘以时间分别得到俯仰角、横摇角。0052将XYZ坐标系看做是由XYZ坐标经转换而来的，即若首先保持OY轴不动，将XZ绕OY轴并在垂直于OY轴的平面内转动角后可得到中间过渡性坐标系XYZ，该坐标系与XYZ坐标系间存在如下关系00530054然后，再保持OX轴不动，将YZ平面绕OX轴并在垂直于OX轴的平面内转动角，可得所需的XYZ坐标系。该XYZ坐标系与中间过渡性坐标系XYZ有如下关系00550056根据公式2和3，可得到式400570058另外，根据图7中各坐标系间的相对位置关系，。
28、得到0059COSCOS/COS5006060061若将陀螺仪7测得的X、Y的角速度而得到的俯仰角、横摇角，以及将陀螺仪7测得的X、Y、Z三轴的加速度而得到的H在OX轴上分量A、在OY轴分量B、在OZ轴分量C代入式2至6，便可求得H在OX轴上分量D，在OY轴上分量E。然后再将D、E代入下式便可求得所需的航向角值。0062ARCTANE/D700630064步骤604，控制单元3对所述自动地面清洁机器人偏离设定路线的进行调整。0065在本发明的一个实施例中，比对航向角的前后变化，如果航向角增大，则表示所述说明书CN104181925A6/6页9自动地面清洁机器人向右偏斜，需要调整左右驱动马达2的。
29、速度左驱动马达2适当减小，右驱动马达2适当增大。如果航向角减小，则表示所述自动地面清洁机器人向左偏斜，需要调整左右驱动马达2速度左驱动马达2适当增大，右驱动马达2适当减小。0066步骤605，退出自动校准行驶路线的控制。0067由此可以看出，本发明实现的自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人，创造性的提出了通过陀螺仪与控制单元之间的联系来判断自动地面清洁机器人是否偏离设定路线，以校正两组驱动马达之间的误差；而且，所述自动地面清洁机器人消除了清扫空白区域，提高了该自动地面清洁机器人的工作效率；与此同时，所述自动地面清洁机器人还可以做到防跌落以及对集尘盒智能化控制操作；最后，整个所述的自动校准行驶路线的自动地面清洁机器人简便、紧凑，易于实现。0068所属领域的普通技术人员应当理解以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。说明书CN104181925A1/4页10图1图2图3图4说明书附图CN104181925A102/4页11图5说明书附图CN104181925A113/4页12图6说明书附图CN104181925A124/4页13图7说明书附图CN104181925A13。