阅读说明：本技术 一种激光红外下视传感器 (Laser infrared downward-looking sensor ) 是由 张伟明 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明属于机器人传感器领域,具体涉及一种激光红外下视传感器,包括红外激光发射装置和红外感光器件；红外激光发射装置通过脉冲发出激光,打到地面,地面发生漫反射,红外感光器件无法收到反射光线时,则判断行驶的高度不是安全距离,需要后退或避让。本发明所述的激光红外下视传感器,通过激光固定机器人的越障高度,保证机器人高台阶安规不掉落问题。(The invention belongs to the field of robot sensors, and particularly relates to a laser infrared downward-looking sensor which comprises an infrared laser emitting device and an infrared photosensitive device; the infrared laser emitting device emits laser through pulses, the laser is emitted to the ground, the ground is subjected to diffuse reflection, and when the infrared light sensing device cannot receive reflected light, the driving height is judged to be not a safe distance and needs to be backed or avoided. According to the laser infrared downward-looking sensor, the obstacle-crossing height of the robot is fixed through the laser, and the problem that the robot does not fall off due to high step safety regulations is solved.)

一种激光红外下视传感器

技术领域

本发明属于机器人传感器领域，具体涉及一种激光红外下视传感器。

背景技术

近些年来，随着现代高新技术的不断进步和发展，机器人行业蓬勃发展，民用的智能扫地机器人很畅销，广泛应用于银行大厅、机场等场所。机器人领域的传感器尤为重要，尤其是在安规与客户体验方面(性能体验方面)需要投入大量的研发人力以及设备。

目前各类机器人厂家运用红外下视系统解决了安规问题，在碰到高的台阶时可以防止机器人从台阶摔下去。但这样的红外下视系统仍有一个问题困扰着机器人厂家与用户：有的台阶虽然不高，但是超出了机器人的越障能力，机器人下去后，回不来，无法做到自动回充，需要搬运充电，如果主人不在家会出现耗电关机现象，造成较差的用户体验。

目前各类机器人厂家以及研发中心采用的下视方案都是能量反馈方案，LED发出的红外光通过地面反射给PD，让PD接受到对应的光能量，产生对应能量的电压，反馈给电路。由于(PD接受的光照能量)X(红外下视系统距离地面高度L)的平方＝定值，但是光照能量又受两个因素影响，不太受控：A，红外LED Bin不同，相同状况，发射出的光能量不一致。B，地面颜色不同，发射率不同。上述两个因素是造成下视系统测距不准的主要原因。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种激光红外下视传感器，通过激光固定机器人的越障高度，保证机器人高台阶安规不掉落问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种激光红外下视传感器，包括红外激光发射装置和红外感光器件；红外激光发射装置通过脉冲发出激光，打到地面，地面发生漫反射，红外感光器件无法收到反射光线时，则判断行驶的高度不是安全距离，需要后退或避让。

进一步的，红外感光器件能够接收到反射光线时，红外感光器件产生电信号反馈给传感器，机器继续运行。

进一步的，所述红外感光器件能够接收反射光线的角度范围为53°～60°。

进一步的，所述红外激光发射装置包括激光发射装置固定件和红外激光发射器；所述发射装置固定件位于红外激光发射器的侧方，用于控制激光发射的角度。

进一步的，所述红外感光器件包括感光芯片、感光器件固定件和挡光机构；所述感光器件固定件和挡光机构用于将红外感光器件可视范围控制在垂直方向靠右53°～60°的范围。

进一步的，地面与传感器距离小于42±2mm时，红外感光器件能够接收到反射光线，红外感光器件产生电信号反馈给传感器，机器继续运行。

进一步的，红外激光发射装置发射能量在100mm测量光能量<0.4mW。

进一步的，激光的波长为850～920nm。

本发明还提供了一种机器人，所述上述激光红外下视传感器，所述激光红外下视传感器设置于机器人前进方向。

进一步的，所述机器人还包括吸尘嘴和轮胎。

有益效果：

本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种激光红外下视传感器，不再依靠能量判断距离，通过激光固定机器人的越障高度，同时保证机器人高台阶安规不掉落问题，同时解决用户体验问题：超出了机器人的越障能力的台阶，机器人下去后，回不来，无法做到自动回充，需要人搬运，如果人不在家会出现耗电关机现象。

现有技术中的下视方案多采用红外光学能量反馈来探测距离，它的发射器为红外LED，它打出的光较散，机器人是根据红外LED发出的光能量反射到接受器PD，PD器件根据光能量的高低，产生反馈信号给到机器人核心计算器，判定机器人离地高度。但是由于地面的形状与粗糙度会影响反射效率，从而影响反射能量，会导致PD接受到的能量在不同的地面场景不同，会导致机器人产生误判。如果能量过低，会误判为悬空，引起机器人后退。(安全逻辑)如果反射率过高，可能会导致机器人误判为安全，可能会导致机器人在高台阶跌落，造成安规问题(该后退不后退)

本发明所述的下视方案，是把所有的光能量集中成为一个点–激光。激光与接收器PD有一定的角度，如图3所示，激光发射出的光在既定的三角区内，地面反射后，光的能量都能反射到PD，PD会产生电信号，告诉计算器机器没有悬空，处于正常状态。如果机器高出地面距离L，会导致激光发出的光无法被PD捕捉，PD无法产生电信号。因此机器人的新的判定逻辑为1与0；就可以判定机器人是否悬空。这个L与激光与地面的夹角是相关的。PD需要部分遮挡，这样能保证地面高度超过L，PD就接受不到能量，就可以完全解决地面反射率不同，机器人误判的问题，仅需判定PD是否有信号，就可以断定机器人是否悬空，是否需要后退，更为简单准确。

附图说明

图1为扫地机器人或服务机器人的下视传感器分布位置；(装在机器人前进方向位置)

图2为目前机器人的下视光学方案；

图3为本发明所述的下视光学方案(激光方案)。

图4为本发明运行示意图；

图5为本发明运行示意图；

图6为本发明运行示意图。

1、激光红外下视传感器；2、红外感光器件；4、红外激光发射装置；5、激光下视结构；6、外壳；9、机器人吸尘嘴；10、机器人轮胎；11、感光芯片；12、感光器件固定件；13、感光器件电源线；14、挡光机构；15、激光发射装置固定件；16、红外激光发射器；17、激光发射装置电源线；18、红外感光器件识别到的夹角；19、激光；20、地面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1-6所示，本发明提供了一种激光红外下视传感器1，包括红外激光发射装置4、红外感光器件2、红外下视系统、激光下视结构5和外壳6；所述红外激光发射装置4和红外感光器件2设置于外壳中；

所述激光红外下视传感器1安装于机器人底部；装在机器人前进方向位置。机器人底部还可以设置有机器人吸尘嘴9和机器人轮胎10；

所述红外激光发射装置包括红外激光发射器16、收光透镜、铜管；通过脉冲PWM控制红外激光发射器通过透镜收平行光实现激光发射；发射激光的波长为850～920nm之间，因为这个波段的红外光受干扰小；发射能量在100mm测量光能量<0.4mW，在这个功耗下，符合安规Class1，不需要额外防护处理；

所述红外感光器件2(PD)包括感光芯片11、感光器件固定件12、感光器件电源线13和挡光机构14；所述感光器件固定件和挡光机构用于将红外感光器件可视范围控制在垂直方向靠右53°～60°的范围(红外感光器件识别到的夹角18)；

所述红外激光发射装置4包括激光发射装置固定件15、红外激光发射器16和激光发射装置电源线17；所述发射装置固定件位于红外激光发射器的侧方，用于控制激光发射的角度；

如图4所示，红外激光发射装置4通过脉冲发出激光19，打到地面20，在PD感光器件的可视范围内，PD收到红外激光刺激会产生电压，告诉机器人，目前机器人行驶的高度是安全距离；机器人安全运行。

如图5所示，红外激光发射装置4通过脉冲发出激光，打到地面，刚好在PD感光器件的可视范围内，PD收到红外激光刺激会产生电压，告诉机器人，目前机器人行驶的高度是安全距离；机器人安全运行。

如图6所示，红外激光发射装置4通过脉冲发出激光，打到地面，不在PD感光器件的可视范围内，PD无法收到红外激光刺激，不会产生电压，由于脉冲发射的规律性，由于无反馈，机器人判定：目前机器人行驶的高度不是安全距离，需要后退，避让。防止机器人跌落，或超出越障高度，无法返回充电座。

参考图3，下视软件采用0与1的判定机器状态；当机器人正常运行的时候，设地面与传感器距离为L，若机器离地高度L<42±2mm，红外激光发射装置4发射光线，到达地面，地面发生漫反射，当激光到达地面的点在红外感光器件可以接受红外光能量视角范围，那么红外感光器件被光能量触发，因此反馈给电路告诉机器高度正常，正常运转。

目前下视方案是采用红外光学能量反馈来探测距离的。它的发射器为红外LED，它打出的光较散，机器人是根据红外LED发出的光能量反射到接受器PD，PD器件根据光能量的高低，产生反馈信号给到机器人核心计算器，判定机器人离地高度。但是由于地面的形状与粗糙度会影响反射效率，从而影响反射能量，会导致PD接受到的能量在不同的地面场景不同，会导致机器人产生误判。如果能量过低，会误判为悬空，引起机器人后退。(安全逻辑)如果反射率过高，可能会导致机器人误判为安全，可能会导致机器人在高台阶跌落，造成安规问题(该后退不后退)

本发明所述的下视方案，是把所有的光能量集中成为一个点–激光。激光与地面有一定的角度控制在58°±3°，如图4，图5，图6所示，激光发射出的光在PD感光器件可视范围内，地面反射后，光的能量都能反射到PD，PD会产生电信号，告诉计算器机器目前运行安全，处于正常状态。如果机器高出地面距离L，如图6所示，会导致激光发出的光无法被PD捕捉，PD无法产生电信号。因此机器人的新的判定逻辑为1与0；就可以判定机器人是否悬空。这个L与激光与地面的夹角是相关的。3PD感光器件需要固定于外壳6中的发射装置固定件15处，挡光机构14用于将红外感光器件可视范围控制在垂直方向靠右53°～60°的范围，这样能保证地面高度超过L，PD就接受不到能量，就可以完全解决地面反射率不同，机器人误判的问题，仅需判定PD是否有信号，就可以断定机器人是否悬空，是否需要后退，更为简单准确。

上述设计保证红外下视系统距离地面高度L的稳定性。

红外激光发射装置发射光线，到达地面，地面发生漫反射，当激光达到地面的点不在红外感光器件可以接受红外光能量视角范围，红外感光器件不会被光能量触发，因此反馈给电路告诉机器已经悬空，需要后退。

初步判定机器离地高度L在大于42±2mm时–即为超出了机器人的越障能力的台阶，不会再前进，从而彻底解决安规与用户体验问题。

当机器人正常运行的时候，机器离地高度L<42±2mm，红外激光发射装置发射光线，到地面，地面发生漫反射，当激光达到地面的点在红外感光器件可以接受红外光能量视角范围，红外感光器件被光能量触发，因此反馈给电路告诉机器高度正常，正常运转。

通过上述方法，不再采用光能量为探测，大大增加了下视的探测高度的准确性。