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CN116135496A - 自主移动机器人 - Google Patents

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CN116135496A
CN116135496A CN202111363885.8A CN202111363885A CN116135496A CN 116135496 A CN116135496 A CN 116135496A CN 202111363885 A CN202111363885 A CN 202111363885A CN 116135496 A CN116135496 A CN 116135496A
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陈孝纶
钱群元
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Futaijing Precision Electronics Yantai Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Futaijing Precision Electronics Yantai Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Abstract

一种自主移动机器人，包括处理器、激光雷达模块、多个距离传感器及多路复用器，多个距离传感器通过多路复用器传输感测信号至处理器。上述自主移动机器人通过额外设置多个距离传感器来弥补激光雷达模块无法检测到的盲区，可增强自主移动机器人对周遭环境的完整侦查能力，同时通过在处理器与距离传感器之间设置多路复用器，强化感测信号的辨析度，最大程度避免感测信号发生传输失真的现象。

Description

自主移动机器人
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及一种自主移动机器人。
背景技术
自主移动机器人已成为当下的热门研究领域。在自主移动机器人系统中，涉及到对传感器信号的采集、传输和处理的问题。由于传感器输出的信号是比较微弱的信号，很容易在信号传输过程中发生传输失真现象。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种自主移动机器人，其可降低感测信号在传输过程中发生信号失真的概率。
本申请一实施方式提供一种自主移动机器人，包括处理器及电连接于处理器的激光雷达模块。自主移动机器人还包括多个距离传感器及多路复用器，多个距离传感器通过多路复用器传输感测信号至处理器。
在一些实施例中，多路复用器设置于第一电路板上，多个距离传感器设置于多个第二电路板上，多个距离传感器的感测信号通过多根导线传输至多路复用器。
在一些实施例中，多路复用器包括控制端、输入端及输出端，多路复用器的输入端电连接于多个距离传感器，多路复用器的控制端及输出端电连接于处理器，处理器通过控制端切换多路复用器的导通通路。
在一些实施例中，多路复用器的输出端电连接于处理器的I2C通信引脚。
在一些实施例中，多个距离传感器均为红外传感器，处理器为微控制单元。
在一些实施例中，自主移动机器人还包括透光镜片，红外传感器的发射光线经由透光镜片传输出去。
在一些实施例中，红外传感器包括发射器与接收器，发射器与接收器之间设置有隔离件，隔离件用于阻挡透光镜片对发射光线反射产生的反射光线射入至接收器。
在一些实施例中，隔离件由橡胶制成。
在一些实施例中，透光镜片包括镜片本体、设于镜片本体一表面的增透膜及设于镜片本体另一表面的增透膜与防水膜。
在一些实施例中，自主移动机器人还包括激光雷达模块，所述多个传感器布设在以所述激光雷达模块的激光发射点为中心，半径大于或等于预设值的区域上。
与现有技术相比，上述自主移动机器人通过额外设置多个距离传感器来弥补LiDAR模块无法检测到的低角度区域、视野盲区等，进而可增强自主移动机器人对周遭环境的完整侦查能力，提高机器人移动的安全性，且通过设置多路复用器，实现处理器上的一个I2C端口对接多个距离传感器，降低I2C通信线路的寄生电容，强化感测信号的辨析度，可最大程度避免感测信号发生信号失真的现象。
附图说明
图1是本申请一实施例提供的自主移动机器人的功能模块图。
图2是本申请一实施例提供的障碍物侦测系统的功能模块图。
图3是本申请一实施例提供的障碍物侦测系统的电路图。
图4是本申请一实施例提供的距离传感器的布设结构图。
主要元件符号说明
处理器 10
多路复用器 20
距离传感器 30
障碍物侦测系统 100
第一电路板 101
透光镜片 102
隔离件 103
自主移动机器人 200
发射器 301
接收器 302
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，所描述的实施方式仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
请参阅图1与图2，为本申请一实施方式提供的障碍物侦测系统100，应用于自主移动机器人200。
障碍物侦测系统100包括处理器10、多路复用器20及多个距离传感器30。多个距离传感器30通过多路复用器20传输感测信号至处理器10。本实施例通过在处理器10与距离传感器30之间设置多路复用器20，可强化距离传感器30输出的感测信号，且可通过切换多路复用器20的导通通路，实现处理器10上的一个通信端口接收多个距离传感器30的感测信号，节约处理器10的端口资源。
在一些实施例中，处理器10可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、单片机等。多路复用器20可以是二选一的多路选择开关、八选一的多路选择开关、十六选一的多路选择开关等。距离传感器30可以是红外传感器等可实现测距的传感器。
在一实施方式中，自主移动机器人200还包括激光雷达(Light Detection andRanging，LiDAR)模块，自主移动机器人200通过LiDAR模块获取周围环境信息，并基于即时定位和地图构建(Simultaneous Localization And Mapping，SLAM)算法构建环境地图，在环境地图的基础上，实现自主导航、路径规划。例如，LiDAR模块获取的周围环境信息可以传送给处理器10，由处理器10执行SLAM算法构建环境地图。
在一实施方式中，多个距离传感器30可以辅助LiDAR模块进行障碍物侦测，有效补足LiDAR模块无法检测到的低角度区域、视野盲区等，进而可增强自主移动机器人对周遭环境的完整侦查能力，提高机器人移动的安全性。
在一实施方式中，多个距离传感器30可以布设在以LiDAR模块的激光发射点为中心，半径大于或等于预设值的区域上。预设值可以根据自主移动机器人200的实际尺寸/元件布设结构进行设定，例如预设值为10厘米。
请参阅图3，以距离传感器30的数量为18个为例，处理器10与18个距离传感器30之间设置两个多路复用器20，一个多路复用器20为二选一的多路选择开关，另一个多路复用器20为十六选一的多路选择开关。处理器10通过两组集成电路总线(Inter-IntegratedCircuit，I2C)端口与两个多路复用器20通信。每组I2C端口均可以包括三个I2C通信引脚：串行数据(serial data，SDA)引脚、串行时钟(serial clock，SCL)引脚及中断(interrupt，INT)引脚。多路复用器20包括输入端、输出端及控制端。多路复用器20的输入端电连接于多个距离传感器30。多路复用器20的控制端电连接于处理器10的输入/输出(I/O)引脚，例如GPIO(General Purpose Input/Output)引脚。多路复用器20的输出端电连接于处理器10的I2C通信引脚，处理器10可以通过I/O引脚切换多路复用器20的导通通路。
如图3所示，对于十六选一的多路复用器20，处理器10可以通过四个I/O引脚(例如地址总线add0～add3)来控制该多路复用器20的导通通路的切换，对于二选一的多路复用器20，处理器10可以通过一个I/O引脚(地址总线add4)来控制该多路复用器20的导通通路的切换。
本实施例通过设置多路复用器20来实现对接多个距离传感器30，对于自主移动机器人200而言，由于多个距离传感器30共用一段I2C通信线路，缩短了I2C总通信线路长度，降低I2C通信线路的寄生电容，减少信号失真的机会，且可通过多路复用器20避免信号降速的问题。
在一些实施例中，距离传感器30与多路复用器20之间的线路长度越短，信号失真的机会越低。
在一些实施例中，当多个距离传感器30布设在自主移动机器人200四周靠近角落的位置，以便于补足LiDAR模块无法检测到的低角度区域、视野盲区的缺陷，多路复用器20与处理器10可能布设在自主移动机器人200的主板上，而该18个距离传感器30布设在多个子电路板上，多个距离传感器30的感测信号通过多根导线传输至多路复用器20。导线的导电系数越高，寄生电容越大，信号爬升速度变慢，可以选用超低介电系数的导线来降低寄生电容。
请参阅图4，为本申请一实施例的距离传感器的布设结构图。距离传感器30为红外传感器，距离传感器30设置在第一电路板101上，距离传感器30包括发射器301与接收器302，发射器301发射的光线经由透光镜片102传输出去。发射器301与接收器302之间设置有隔离件103，隔离件103用于阻挡透光镜片102对发射光线反射产生的反射光线射入至接收器302，有效降低因透光镜片102少量反射红外光所产生的无效噪声。
在一些实施例中，透光镜片102还可提供距离传感器30最基础的保护，防止因碰撞、泼水、静电等情形使距离传感器30功能无效化。透光镜片102可以包括镜片本体、设于镜片本体一表面的增透膜(AR Coating)及设于所述镜片本体另一表面的增透膜与防水膜(AFCoating)。通过内外双层的增透膜可以降低透光镜片102的表面反射率，增加垂直光透射率。透光镜片102可以由聚碳酸酯(PC)+聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料制成，可以提升透光镜片102的透光率、镀膜强度，降低因光源照射导致的老化速度，且产生的反射杂讯也较低。
在一些实施例中，隔离件103可以由橡胶制成。
在一些实施例中，为了实现校准距离传感器30的障碍物量测的准确性，可以先量测每个距离传感器30在全黑地板的感测噪声以及在全黑地板下有障碍物的量测值，量测每个距离传感器30在白色地板下的感测噪声以及在白色地板下有障碍物的量测值。透过有/无障碍物的传感器回传值来计算传感器的作动倍数比，并在自主移动机器人出厂时将预先算好的各个距离传感器30的作动倍数比之最坏情形并记录在整机中，可提高距离传感器30的感应准确性。自主移动机器人200在实际使用过程中，地板会有不同颜色配置或是些微色差造成每个距离传感器30回传值不一致，可以通过与整机上SLAM系统交互，在确认整机周遭有/无障碍物的情形下，在建图定位时一并将各区域之地板噪声记录于整机中，提高距离传感器30的感应准确性。
上述自主移动机器人，通过额外设置多个距离传感器来弥补LiDAR模块无法检测到的低角度区域、视野盲区等，进而可增强自主移动机器人对周遭环境的完整侦查能力，提高机器人移动的安全性，且通过设置多路复用器，实现处理器上的一个I2C端口对接多个距离传感器，降低I2C通信线路的寄生电容，强化感测信号的辨析度，最大程度避免感测信号发生信号失真的现象。
对本领域的技术人员来说，可以根据本申请的发明方案和发明构思结合生产的实际需要做出其他相应的改变或调整，而这些改变和调整都应属于本申请所公开的范围。

Claims (10)

1.一种自主移动机器人，包括处理器及电连接于所述处理器的激光雷达模块，其特征在于，还包括多个距离传感器及多路复用器，所述多个距离传感器通过所述多路复用器传输感测信号至所述处理器。
2.如权利要求1所述的自主移动机器人，其特征在于，所述多路复用器设置于第一电路板上，所述多个距离传感器设置于多个第二电路板上，所述多个距离传感器的感测信号通过多根导线传输至所述多路复用器。
3.如权利要求1所述的自主移动机器人，其特征在于，所述多路复用器包括控制端、输入端及输出端，所述多路复用器的输入端电连接于所述多个距离传感器，所述多路复用器的控制端及输出端电连接于所述处理器，所述处理器通过所述控制端切换所述多路复用器的导通通路。
4.如权利要求3所述的自主移动机器人，其特征在于，所述多路复用器的输出端电连接于所述处理器的I2C通信引脚。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的自主移动机器人，其特征在于，所述多个距离传感器均为红外传感器，所述处理器为微控制单元。
6.如权利要求5所述的自主移动机器人，其特征在于，还包括透光镜片，所述红外传感器的发射光线经由所述透光镜片传输出去。
7.如权利要求6所述的自主移动机器人，其特征在于，所述红外传感器包括发射器与接收器，所述发射器与所述接收器之间设置有隔离件，所述隔离件用于阻挡所述透光镜片对所述发射光线反射产生的反射光线射入至所述接收器。
8.如权利要求7所述的自主移动机器人，其特征在于，所述隔离件由橡胶制成。
9.如权利要求6所述的自主移动机器人，其特征在于，所述透光镜片包括镜片本体、设于所述镜片本体一表面的增透膜及设于所述镜片本体另一表面的增透膜与防水膜。
10.如权利要求5所述的自主移动机器人，其特征在于，所述多个传感器布设在以所述激光雷达模块的激光发射点为中心，半径大于或等于预设值的区域上。
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