CN101502406B - 地面处理系统及地面处理装置与充电座的快速对接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地面处理系统，该地面处理系统包括自动移动的地面处理装置和充电座。地面处理装置设有工作模式和充电模式，其包重复充电的供能单元和控制单元。当供能单元电量低于预先设定值时，地面处理装置通过控制单元由工作模式转入充电模式状态。充电座用于给供能单元充电，其设有信号发射装置。所述充电座上设有一旋转机构，所述的旋转机构驱动信号发射装置相对于充电座基座旋转，用于主动寻找地面处理装置的位置。本发明缩短了地面处理装置对接充电的时间，延长了其有效工作时间、提高了工作效率。

Description

地面处理系统及地面处理装置与充电座的快速对接方法

技术领域

本发明涉及一种地面处理系统，具体地说，该地面处理系统包括自移动并可重复充电的地面处理装置和充电座，所述的地面处理装置进一步地涉及一种比如自动吸尘器、自动打蜡机、自动拖地机等之类的家用地面处理装置。

背景技术

随着科技水平的不断提高，地面处理装置，诸如吸尘器、打蜡机等等已不再停留在通过人为地将其沿着待处理地面来回移动来实现不同工作需求的阶段。各种智能清扫机器人、智能打蜡机应运而生，使得很多的家庭妇女摆脱了繁重的家务劳动。

目前市场上出现的地面处理系统，大多包括地面处理装置和充电座。地面处理装置包括可再充电的供能单元和控制单元。在供能单元的能量供应下，地面处理装置在待处理地面上做有规律地或是随机地移动，以此满足实际工作需要，该供能单元也在地面处理过程中逐渐地释放电能。当地面处理装置内置的控制单元监测到该供能单元的电量低于预先设定值时，该控制单元就会向地面处理装置发出工作指令，驱使该地面处理装置自动转入寻找充电座的模式。该充电座具有能给内置于地面处理装置的供能单元再次充电的能量源。通过充电座上设有的充电电极与地面处理装置的对接电极的准确对接，实现充电座给该供能单元充电。一旦充电完毕，该地面处理装置将会执行或等待下一个工作指令。

在现有技术和产品中，自动移动机器人在电量不足的情况下可自动回充电座充电，例如公开号为CN1284177A的中国专利揭示了一种地面处理系统，其主要原理为：充电座上带有一个发射红外目标辐射的信号发射装置，该信号发射装置具有一个方向性差、形成远距离宽光束的第一发射单元和一个方向性强、形成近距离窄光束的第二发射单元。自动移动机器人上包含一充电电池，一控制单元，一与控制单元相连接的接收装置，接收装置用来接收充电座上信号发射装置发射的红外目标辐射。如果充电电池的电量低于一下限值，且自动移动机器人已进入了近场或远场方位时，控制单元就会给机器人一个指令，驱使它通过远距离光束的指引驶向并靠近充电座，进而再通过近距离光束的引导，实现与充电座准确对接。

从中可以看出，当电池电量低于一下限值时，如果自动移动机器人不在充电座的近场或远场范围内，即接收器接收不到充电座发射装置所发射的红外目标辐射，清扫机器人就不能立即回充电座，必须要等到自动移动机器人找到充电座发射装置发射的红外目标辐射后才能回充电座，这样就增加了充电对接的时间。为了保证自动移动机器人能与充电座实现成功对接，势必要提高充电电池电量的下限值，以延长自动移动机器人寻找充电座可能需要的时间，由此而不得不牺牲自动移动机器人实际有效的工作时间。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，通过在充电座上安装一旋转装置，使得信号发射装置中至少第一发射单元可旋转，实现充电座主动寻找自动移动机器人的位置，减少机器人回充电座的时间，提高了充电对接的效率。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种地面处理系统，包括：自动移动的地面处理装置，该地面处理装置设有工作模式和充电模式，所述的地面处理装置上具有可重复充电的供能单元、控制单元及信号接收装置；所述的控制单元包括一与所述供能单元相连的监测端，当该监测端监测到所述的供能单元的电量大于等于预先设定值时，所述控制单元控制所述的地面处理装置处于工作模式；当该监测端监测到所述的供能单元的电量小于预先设定值时，所述控制单元控制所述的地面处理装置处于充电模式；充电座，该充电座用于给所述地面处理装置的供能单元充电，所述充电座上设有信号发射装置，该信号发射装置用于向所述地面处理装置的信号接收装置发射信号；所述信号发射装置包括第一信号发射单元和第二信号发射单元；所述充电座包括基座和至少一个旋转机构，所述信号发射装置中至少有第一发射单元与所述旋转机构相连，以使所述第一发射单元实现相对于所述基座旋转。

进一步地，所述第一发射单元为发射宽状、远距离方向性红外光束的发射单元；所述第二发射单元为发射窄状、近距离方向性红外光束的发射单元。所述充电座还包括第一发射组件，所述第一发射单元设置在所述第一发射组件上，所述第二发射单元设置在充电座的基座上。

再进一步地，所述基座上设有一个旋转轴，所述第一发射组件套设在所述旋转轴上，以使所述第一发射组件可相对于充电座基座旋转。

更进一步地，所述旋转机构由可旋转地设置在第一发射组件内的转动板和设置在所述基座上的滑槽构成，所述转动板上偏心设置有一个转动板凸点，该转动板凸点设置在滑槽内且可在滑槽内滑动。所述第一发射组件内部还设有一电机，该电机的电机轴与所述的转动板固接。

再进一步地，所述地面处理装置同时设有全向接收器和定向接收器，所述全向接收器安装在所述的地面处理装置的顶端部，用于360°方向接收所述的第一发射单元发出的信号；所述的定向接收器用于方向性地接收所述的第二发射单元发出的信号。

本发明还揭示了一种地面处理装置与充电座的快速对接方法，包括如下步骤：

(1)所述充电座的旋转机构至少驱动所述充电座的信号发射装置中的第一发射单元相对于充电座基座旋转；

(2)当所述充电座的第一发射单元或第二发射单元发射的目标辐射被所述地面处理装置的信号接收装置接收到时，所述地面处理装置的控制单元发出信号让充电座的信号发射装置停止旋转；

(3)所述地面处理装置通过信号接收装置接收到充电座的信号发射装置发射的信号指引，使其朝着充电座的方向前进，再通过调整地面处理装置的姿态使得该地面处理装置的头部对准充电座；

(4)地面处理装置朝着充电座前进，并检测充电座的充电电极与地面处理装置的对接电极是否对接，对接成功后，所述地面处理装置停下来，由所述充电座对所述地面处理装置充电。

在上述的第(4)步骤中，如果所述地面处理装置已与该充电座相接触，而所述充电座的充电电极与地面处理装置的对接电极没有对接成功，则所述的地面处理装置向后退一段距离后停下来，再进入所述的第(3)步骤。

进一步地，通过检测该地面处理装置的对接电极上的电压或电流来判断该充电座的充电电极与该地面处理装置的对接电极是否对接成功。

本发明的有益效果主要体现在：1)轻松实现对接功能：充电座的信号发射装置上至少第一发射单元可旋转，主动寻找地面处理装置的位置，使得地面处理装置可以在第一时间进入充电座发射信号区域，再通过地面处理装置前端设有的定向接收器的作用，调整地面处理装置向充电座靠近的运动姿态，轻松实现对接功能；2)有效工作时间延长：由于充电座能主动寻找地面处理装置，实现地面处理装置与充电座准确而快速地对接，因此可以适当地降低电池充电时的预先设定值，由此地面处理装置实际有效的工作时间延长，提高了一次性地面处理效率。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明的优选实施例的充电座的主视图。

图2：图1中的充电座的俯视图。

图3：图1中的充电座的左视图。

图4：图1中沿A-A方向的剖视图。

图5：地面处理装置自动寻找充电座的示意图。

图6：图4中的转动板的结构示意图。

图7：图1中的充电座的第一发射组件的结构示意图。

图8：图1中的充电座的充电器基座的结构示意图。

图9：本发明优选实施例的充电座的应用的示意图。

图10：现有技术的充电座的应用的示意图。

其中：10、地面处理装置；102、壳体；103、驱动轮；104、对接电极；105、全向接收器；106、定向接收器；

20、充电座；201、充电电极；203、充电座底面；207、信号发射装置；208、第一发射单元；209、第二发射单元；210、第一发射组件；211、电机；212、转动板；213、旋转轴；214、转动板凸点；215、滑槽；216、充电器基座；217、转动板电机轴孔。

具体实施方式

本发明揭示了一种地面处理系统，如图5所示，包括地面处理装置10和充电座20。与现有技术一样，地面处理装置10包括壳体102、壳体102的内部设有可重复充电的供能单元(图中未示)和控制单元(图中未示)。地面处理装置10还包括行驶机构，两个驱动轮103分别位于地面处理装置10的两侧、并位于地面处理装置10的下方，每个驱动轮103分别配备一个电动马达(图中未示)驱动。电动马达设置在壳体102内部，由供能单元供应能量、控制单元控制驱动得以实现。地面处理装置10设有工作模式和充电模式。当所述的供能单元的电量大于等于预先设定值时，所述的控制单元控制所述的地面处理装置处于工作模式。通过控制单元的工作指令，地面处理装置10在两个驱动轮103的转动下在待处理地面上处于工作模式状态来进行工作，供能单元也在工作的过程中逐渐消耗能量。一旦供能单元的能量低于预先设定值时，置于壳体102内的控制单元将发出指令，地面处理装置10由当前的工作模式转而进入自动寻找充电座20的充电模式。地面处理装置10还包括二个对接电极104，该对接电极104位于地面处理装置10的头部。充电座20用于给供能单元再充电，其上设有二个充电电极201，充电电极201的中心线与充电座20的对称轴位于同一个垂直面上。当地面处理装置10寻找到充电座20，对接电极104与充电电极201紧密接触，从而实现给供能单元再充电的作用。当供能单元的电量充到一定程度时，将停止当前的充电模式，转而进入下一个工作指令。

如图1至图3所示，充电座20包括一个基座216与第一发射组件210，所述的充电电极201即设置在该充电座基座216上，充电电极201的中心线与充电座的对称轴位于同一个垂直面上。与图10中现有的充电座10一样，所述充电座基座216还包括一个用于将充电座20平稳放置在地面的充电座底面203以及第二发射单元209。第一发射组件210包括第一发射单元208，第一发射单元208和第二发射单元209合称为信号发射装置207。第一发射单元208的中心线与第二发射单元发209的中心线位于同一个垂直面上，并且第一发射单元208的中心线和第二发射单元209的中心线均与充电座20的对称轴位于同一个垂直面上，即：信号发射装置207的中心线与充电座20的充电电极201的的中心线位于同一垂直平面上。第一发射单元208包含一个红外发射管，通过采用增强电流强度和光道结构设计的方法，以此调整红外线发射管的光束，使得红外线发射管发射呈远而宽的纺锤体状光束，角度范围在30°～40°，光束长度大于3米。第二发射单元209包含一个红外线发射管，通过采用减弱电流强度和光道结构设计的方法，以此调整红外线发射管的光束，使得红外线发射管发射呈近而窄的纺锤体状光束，角度范围大致在10°，光束长度小于2米。为增强信号的能量，便于地面处理装置10快速寻找到充电座20，第一发射单元208发射的远距离光束与第二发射单元209发射的近距离光束彼此部分重合叠加。

如图5所示，本实施例的地面处理装置10上设有信号接收装置，包括设置在地面处理装置10顶端设有全向接收器105和设置在地面处理装置10的前端的定向接收器106。所述全向接收器105用于360°方向接收第一发射单元208发出的信号。该全向接收器105包括一个红外接收元件和一个透镜，本实施例中，红外接收元件为红外接收二极管。透镜将红外接收元件的上端及四周呈封闭式地包络围设，通过这种简单易行、价格低廉的方法，实现了全向接收红外信号的功能。为便于更好地接收红外发射信号，定向接收器106设置在地面处理装置10的前端，该定向接收器106用于方向性地接收所述的信号发射装置207发出的信号。为更好地保证地面处理装置与充电座对接效果，该定向接收器106的中心线与地面处理装置1上的两个对接电极104的中心线位于同一垂直平面上。本实施例中，该定向接收器106为红外光敏元件。

在本发明中，所述充电座10上设有一旋转机构，所述的旋转机构至少驱动所述信号发射装置207中的的第一发射单元208相对于充电座基座216旋转。在本优选实施例中，如图4所示，所述第一发射单元208固定设置第一发射组件210上，所述第二发射单元209固定设置在充电座基座216上。结合图6至图8所示，所述充电座基座216上设有一个旋转轴213和一个与之相邻的滑槽215，所述旋转轴213设置在滑槽215的轴线的延长线上。所述第一发射组件210套设在所述旋转轴213上，所述旋转机构驱动第一发射组件210相对于所述充电座基座216旋转，即带动第一发射单元208相对于充电座基座216旋转。

具体来说，所述旋转机构包括可旋转地设置在第一发射组件210内部的转动板212和设置在充电座基座上的滑槽215。所述第一发射组件210的内部固设有一个电机211，所述电机211的电机轴与转动板212固接，即电机211可以驱动转动板212旋转。具体参照图6，所述转动板212为一块圆板，其圆心处设有转动板电机轴孔217，在其靠近边缘处偏心设置有一个转动板凸点214，所述转动板凸点214设置在滑槽215内且可在滑槽215内滑动。

本优选实施例的旋转机构采用的是典型的曲柄连杆机构。当电机211转动时，电机轴带动转动板212旋转，即驱动转动板凸点214也同时要做旋转运动。而由于转动板凸点214又同时设置在滑槽215内，因此限定了驱动转动板凸点214垂直于滑槽215方向的运动。因为滑槽215本身是固定的，因此会带动转动板凸点214在滑槽215内往复滑动，进而带动第一发射组件210在一个角度范围α内摆动，如图9所示。对比于图10的现有技术，会发现第一发射组件210上的第一发射单元208发出的红外光束较之现有技术的范围大了5倍左右，因此当地面处理装置10的供能单元(图中未示)的能量低于预先设定值后自动转入充电模式时，能更快速地被充电座20寻找到，进而缩短了对接充电的时间。

本优选实施例所举的旋转机构仅为一最优的实施例，本发明不排除其他的类似功能的旋转机构。

在本发明的优选实施例中，所述的地面处理装置10上还设有一个置于其顶部的全向信号发射装置(图中未示)，该全向信号发射装置受控于地面处理装置10上的控制单元，用于360°方向发射一远距离光束信号。所述的充电座20上相对应的设有一全向或定向信号接收器(图中未示)，用于接收地面处理装置10上的全向信号发射装置所发射的信号。进一步的，所述充电座20上还设有一控制单元，该控制单元的输入端与充电座20上的全向或定向信号接收器相连，输出端与第一发射组件210相连。当第一发射单元208发射的目标辐射被地面处理装置10上的信号接收装置接收到时，所述地面处理装置10上的控制单元控制全向信号发射装置向充电座20发出一全向光束信号，充电座20上的信号接收装置接收到该信号后，其上的控制单元便向第一发射组件210发出一指令，控制第一发射组件210停止摆动。

充电座20在地面处理装置10处于工作状态前，已接上电源。当所述的地面处理装置10转入充电模式时，此时如果所述的定向接收器106接收不到所述的信号发射装置207发出的信号，根据地面处理装置10当前位置与充电座20所在位置之间的距离远近，将会出现二种状况。第一种状况是：当地面处理装置10所处位置离充电座20较远时(二者之间距离≥2米)，通过地面处理装置10顶端设有的全向接收器105来感知充电座20的第一发射单元208发射出远而宽的纺锤体状光束，依靠此信号的指引，使得地面处理装置10可以从任意角度向靠近所述的信号发射装置207的方向移动。当所述的地面处理装置10移动进入所述的定向接收器106的信号接收区域时，再依靠所述定向接收器106接收到的信号的指引向所述的充电座移动，通过控制单元(图中未示)的控制来差动调节驱动轮103的转速，不断调整所述的地面处理装置10的位置，从而使得所述的地面处理装置10上的对接电极104与所述的充电座20上的充电电极201相对准。第二种状况是：地面处理装置10转入充电模式后，当地面处理装置10所处位置离充电座20较近时(二者之间距离＜2米)，通过地面处理装置10顶端设有的全向接收器105来感知充电座20的第二发射单元209发射出近而窄的纺锤体状光束，依靠此信号的指引，使得地面处理装置10可以从任意角度向靠近所述的信号发射装置207的方向移动。当所述的地面处理装置10移动进入所述的定向接收器106的信号接收区域时，再依靠所述定向接收器106接收到的信号的指引向所述的充电座移动，通过控制单元(图中未示)的控制来差动调节驱动轮103的转速，不断调整所述的地面处理装置10的位置，从而使得所述的地面处理装置10上的对接电极104与所述的充电座20上的充电电极201相对准。

为增强信号的能量，便于地面处理装置10快速地寻找到充电座20，当地面处理装置10与充电座20二者之间处于近距离(＜2米)时，地面处理装置10所采集到的信息可以是第一发射单元208发射的远距离光束与第二发射单元209发射的近距离光束彼此部分重合叠加的发射信号。

当所述的地面处理装置10转入充电模式时，地面处理装置10与充电座20的对接方法包括如下步骤：

(1)所述充电座的第一发射单元208在旋转机构的作用下相对于充电座基座203旋转；

(2)当所述充电座的第一发射单元208发射的目标辐射被所述地面处理装置的信号接收装置接收到时，所述地面处理装置10的控制单元发出信号让充电座20的第一发射单元208停止旋转，即：第一发射组件210静止；

(3)所述地面处理装置10通过信号接收装置接收到充电座20的信号发射装置发射的信号指引，使其朝着充电座20的方向前进，再通过调整地面处理装置10的姿态使得该地面处理装置10的头部对准充电座20；

(4)地面处理装置10朝着充电座20前进，并检测充电座20的充电电极201与地面处理装置10的对接电极104是否对接，对接成功后，所述地面处理装置10停下来，由所述充电座20对所述地面处理装置10充电。

在上述的第(4)步骤中，如果所述地面处理装置10已与该充电座20相接触，而所述充电座20的充电电极201与地面处理装置10的对接电极104没有对接成功，则所述的地面处理装置向后退一段距离后停下来，再进入所述的第(3)步骤。

进一步地，充电座20的充电电极201与地面处理装置10的对接电极104是否对接成功，是通过检测地面处理装置10的对接电极104上的电流或电压来进行判断。

根据不同的工作需要，设计者可以在地面处理装置机构单元的内部装设有不同功能的元件或多种功能的组合，诸如：地面清扫功能、地面打蜡功能、地面拖地功能等，将诸如此类的单个功能或者多个功能的随意组合，添入到地面处理装置内。

本发明还有多种实现方式。例如，将第二发射单元也设于第一发射组件上，通过旋转机构使得第一发射单元208和第二发射单元209同时相对于充电座基座216旋转；或者在充电座20上设置第二发射组件，第二发射单元位于第二发射组件上，通过同一旋转机构使得第一发射组件和第二发射组件相对于充电座基座216实现同步旋转，即：使第一发射单元208和第二发射单元209实现同时相对于充电座基座203旋转；或者在充电座20上设置第二发射组件，第二发射单元209位于第二发射组件上，第二发射组件通过另外一个旋转机构实现相对于充电座基座216旋转，以此第一发射单元208和第二发射单元209分别通过各自的旋转机构实现相对于充电座基座216同步或异步旋转。而上述的第一发射单元208和第二发射单元209的旋转都是为了能更快地实现地面处理装置10与充电座20的对接。凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种地面处理系统，包括：

自动移动的地面处理装置，该地面处理装置设有工作模式和充电模式，所述的地面处理装置上具有可重复充电的供能单元、控制单元及信号接收装置；所述的控制单元包括一与所述供能单元相连的监测端，当该监测端监测到所述的供能单元的电量大于等于预先设定值时，所述控制单元控制所述的地面处理装置处于工作模式；当该监测端监测到所述的供能单元的电量小于预先设定值时，所述控制单元控制所述的地面处理装置处于充电模式；

充电座，该充电座用于给所述地面处理装置的供能单元充电，所述充电座上设有信号发射装置，该信号发射装置用于向所述地面处理装置的信号接收装置发射信号；所述信号发射装置包括第一信号发射单元和第二信号发射单元；

其特征在于：所述充电座包括基座和至少一个旋转机构，所述信号发射装置中至少有第一发射单元与所述旋转机构相连，以使所述第一发射单元实现相对于所述基座旋转。

2.根据权利要求1所述的地面处理系统，其特征在于：所述第一发射单元为发射宽状、远距离方向性红外光束的发射单元；所述第二发射单元为发射窄状、近距离方向性红外光束的发射单元。

3.根据权利要求2所述的地面处理系统，其特征在于：所述充电座还包括第一发射组件，所述第一发射单元设置在所述第一发射组件上，所述第二发射单元设置在充电座的基座上。

4.根据权利要求3所述的地面处理系统，其特征在于：所述基座上设有一个旋转轴，所述第一发射组件套设在所述旋转轴上。

5.根据权利要求3所述的地面处理系统，其特征在于：所述旋转机构由可旋转地设置在第一发射组件内的转动板和设置在所述基座上的滑槽构成，所述转动板上偏心设置有一个转动板凸点，该转动板凸点设置在滑槽内且可在滑槽内滑动。

6.根据权利要求5所述的地面处理系统，其特征在于：所述第一发射组件内部还设有一电机，该电机的电机轴与所述的转动板固接。

7.根据权利要求6所述的地面处理系统，其特征在于：所述地面处理装置的信号接收装置包括全向接收器和定向接收器，所述全向接收器安装在所述的地面处理装置的顶端部，用于360°方向接收所述的第一发射单元发出的信号；所述的定向接收器用于方向性地接收所述的第二发射单元发出的信号。

8.一种地面处理装置与充电座的快速对接方法，其特征在于：它包括如下步骤：

(1)所述充电座的旋转机构至少驱动所述充电座的信号发射装置中的第一发射单元相对于充电座基座旋转；

(2)当所述充电座的第一发射单元或第二发射单元发射的目标辐射被所述地面处理装置的信号接收装置接收到时，所述地面处理装置的控制单元发出信号让充电座的信号发射装置停止旋转；

(3)所述地面处理装置通过信号接收装置接收到充电座的信号发射装置发射的信号指引，使其朝着充电座的方向前进，再通过调整地面处理装置的姿态使得该地面处理装置的头部对准充电座；

(4)地面处理装置朝着充电座前进，并检测充电座的充电电极与地面处理装置的对接电极是否对接，对接成功后，所述地面处理装置停下来，由所述充电座对所述地面处理装置充电。

9.根据权利要求8所述的地面处理装置与充电座的快速对接方法，其特征在于：在上述的第(4)步骤中，如果所述地面处理装置已与该充电座相接触，而所述充电座的充电电极与地面处理装置的对接电极没有对接成功，则所述的地面处理装置向后退一段距离后停下来，再进入所述的第(3)步骤。

10.根据权利要求8所述的地面处理装置与充电座的快速对接方法，其特征在于：通过检测该地面处理装置的对接电极上的电压或电流来判断该充电座的充电电极与该地面处理装置的对接电极是否对接成功。 

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