【应用】扫地机器人传感器系统设计，助力其实现路径规划、碰撞检测以及限位保护等功能

时间： 2018-08-08 来源：世强

技术问答

扫地机器人是目前家庭中比较常用的一类智能家用电器，通常帮助家庭成员可以完成对房间地面的清扫、吸尘、擦地等工作，这些工作的完成通常根据各类传感器的信息来协调规划、处理和控制来实现的。扫地机器人电气控制系统如图1所示，主要包括传感器系统单元、运动控制单元、执行单元和电源管理单元等。本文主要介绍扫地机器人传感器系统的常用传感器。

图1 扫地机器人的电气控制系统框图

扫地机器人的传感器系统单元主要包括接触碰撞保护单元、位置感知单元以及限位保护单元等。

（1）接触碰撞保护单元

接触碰撞保护单元采用红外接近传感器用于接触或碰撞的检测，推荐使用SILICON LABS公司的Si115x系列传感器，目前常用传感器型号为Si1153，该传感器属于非接触式传感器芯片，均布安装在扫地机器人的边缘，可以从检测从各个方向检测到障碍物，并且接近检测的范围可调，可检测从 1cm到 200cm。

Si1153传感器属于高集成度解决方案，可以降低成本和复杂性。它采用I²C串行通信接口，可以支持最高3.4Mbps的数据速率。该传感器用于接近检测的典型应用电路如图2所示，可以最多可驱动3个独立的红外LED，支持多轴接近动作检测。当三个红外LED被放置成L形配置时，可以在三维接近场内对物体进行三角测量，可以借助主机软件实现非接触式用户接口。当主机明确指令或周期性通过自动过程，该传感器可以启动接近感应测量。

图2：Si1153传感器用于接近检测的典型应用电路

（2）位置感知单元

位置感知单元采用角速度传感器用于位置感知实现高精度导航功能，推荐使用EPSON公司的XV7001BB角速度传感器，该传感器具有16位的数字输出，并且内置温度补偿功能和内置可选择的数字滤波器，可以提高其在整个温度范围内的精度。该传感器具有4线SPI连接、3线SPI连接和I²C连接三种接口方式，其典型应用电路分别如下：

图3 XV7001BB的4线SPI连接的典型应用电路

图4 XV7001BB的3线SPI连接的典型应用电路

图5 XV7001BB的I2C连接的典型应用电路

（3）限位保护单元

限位保护单元实现扫地机器人运动限位保护的，到扫地机器人的电机运动到机械限位的位置时必须有信号传递给控制系统停止电机的运动或调整电机转动方向，从而实现对扫地机器人的保护。

推荐使用的限位保护传感器为LITTELFUSE的MDSR-10或FLEX-14或MDCG-4超小型磁簧开关或霍尔开关。这三款磁簧开关都具有小体积、低功耗、高可靠性、高精度和高灵敏度的优点，并且它们都具有气密密封的开关触点，位置检测不受外部环境的影响，也不会对外部环境产生影响。在扫地机器人正常工作情况下，这三款磁簧开关属于常开型开关，均是开路状态，功耗为0。工程师可以根据开关开合速度和灵敏度等的需要来灵活选择磁簧开关。

综上所述，扫地机器人是一个非常复杂的系统，传感器系列不仅仅局限于上述所提供的各类传感器，后续会为大家推荐更多新型适用于扫地机器人的传感器。

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全部评论（4）

小小的 Lv6. 高级专家 2018-11-10

学习一下
执着 Lv4. 资深工程师 2018-11-02

挺好
卍君卍 Lv7. 资深专家 2018-10-31

学习
Jjd Lv4. 资深工程师 2018-10-23

不错

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