用于扫地机器人的TOF光学系统和扫地机器人的制作方法

本发明涉及扫地机器人，更具体地涉及一种用于扫地机器人的tof光学系统和扫地机器人。

背景技术：

1、随着科学技术的飞速发展，扫地机器人也逐渐进入了大众的视野，并且扮演着越来越重要的角色。由于扫地机器人不可避免地遇到避障和/或建图的问题，因此目前市场上的扫地机器人主要通过lds与vslam的方式进行避障或建图，但一方面因lds价格昂贵而导致现有的扫地机器人价格居高不下，且需要额外配置视觉模块以处理避障问题；另一方面又因vslam技术需要被动光照射而导致应用场景被严格限制，且精度较差。

2、众所周知，由于飞行时间法(time offlight，tof)是通过测量投射模组发出的脉冲信号从发射到接收的时间间隔t(常被称为脉冲测距法)或激光往返环境目标一次所产生的相位(相位差测距法)来实现对环境目标的三维结构或三维轮廓的测量，因此tof模组作为一种精度较高的测距仪器，被广泛应用在体感控制、行为分析、监控、自动驾驶、人工智能、机器视觉和自动3d建模等诸多领域。

3、然而，在扫地机器人的投射接收模组实现方案中，目前大多数扫地机器人的tof模组位于该扫地机器人的上方，并且其在竖直方向(即v方向)上的视场角窗口在水平线以上，使得该视场角窗口位于扫地机器人的上方，这导致扫地机器人对诸如门槛、楼梯等高度较低的地面障碍物无法做出鉴别，进而影响扫地机器人的清扫效果和安全性能；而如果采用在水平线以下的设计，则扫地机器人本身的结构将会挡住投射接收模组所投射的光线，无法准确测距，更无法实现近距离的避障功能，严重影响扫地机器人的工作性能。

技术实现思路

1、本发明的一优势在于提供一种用于扫地机器人的tof光学系统和扫地机器人，其能够解决现有的扫地机器人存在的近距离避障问题。

2、本发明的另一优势在于提供一种用于扫地机器人的tof光学系统和扫地机器人，在本发明的一实施例中，所述tof光学系统中的tof模组适于被安装于扫地机器人本体的侧部，有助于实现所述扫地机器人对诸如楼梯、粪便等位置的避障功能。

3、本发明的另一优势在于提供一种用于扫地机器人的tof光学系统和扫地机器人，在本发明的一实施例中，所述tof光学系统的通用性强，能够适用于不同类型的扫地机器人。

4、本发明的另一优势在于提供一种用于扫地机器人的tof光学系统和扫地机器人，在本发明的一实施例中，所述tof光学系统能够替代现有的lds和vslam技术，降低硬件成本，以便在实现避障和/或建图功能的同时，大幅地降低扫地机器人的成本。

5、本发明的另一优势在于提供一种用于扫地机器人的tof光学系统和扫地机器人，在本发明的一实施例中，所述tof光学系统能够使扫地机器人摆脱各种应用场景的限制，有助于拓展扫地机器人所适用的应用场景范围。

6、本发明的另一优势在于提供一种用于扫地机器人的tof光学系统和扫地机器人，在本发明的一实施例中，所述tof光学系统的水平视场角大、测距远，以便实现高效建图。

7、本发明的另一优势在于提供一种用于扫地机器人的tof光学系统和扫地机器人，在本发明的一实施例中，所述tof光学系统能够实现障碍物的有效像素分辨，以便有效地进行避障操作。

8、本发明的另一优势在于提供一种用于扫地机器人的tof光学系统和扫地机器人，其中为了达到上述优势，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一解决方案，不只提供一简单的用于扫地机器人的tof光学系统和扫地机器人，同时还增加了所述用于扫地机器人的tof光学系统和扫地机器人的实用性和可靠性。

9、为了实现上述至少一优势或其他优点和目的，本发明提供了一种用于扫地机器人的tof光学系统，包括：

10、至少一tof模组，其中所述至少一tof模组适于被设置于一扫地机器人本体的侧部，并且每所述tof模组包括用于投射输出光场的一投射模块和用于接收被反射回的接收光场的一接收模块，其中所述投射模块的垂直投射视场角在8°至44°之间，并且所述投射模块的水平投射视场角大于100°；和

11、一自动控制系统，其中所述自动控制系统可通信地连接于所述至少一tof模组，并且所述自动控制系统适于可控制地连接于该扫地机器人本体，用于根据经由所述至少一tof模组采集的深度信息，自动地控制该扫地机器人本体的运动。

12、根据本发明的一实施例，每所述tof模组的安装高度在3cm至8cm之间，用于通过所述tof模组探测与该扫地机器人本体相距20cm至40cm、且自身高度在0.2cm至3cm之间的前方障碍物的深度信息。

13、根据本发明的一实施例，每所述tof模组的所述接收模块的垂直接收视场角大于44°，并且所述接收模块的水平接收视场角大于100°。

14、根据本发明的一实施例，每所述tof模组的所述接收模块包括一感光芯片和一镜头组件，其中所述镜头组件被对应地设置于所述感光芯片的感光路径，用于对该接收光场进行整形，其中所述感光芯片的角分辨率大于1pixel/deg。

15、根据本发明的一实施例，每所述tof模组的所述接收模块的所述镜头组件的焦距与有效口径之比小于1.4。

16、根据本发明的一实施例，所述投射模组包括一光源模块和一衍射光学元件，其中所述衍射光学元件设于所述光源模块的发射路径，用于对所述光源模块发射的输入光场进行整形，以形成该输出光场。

17、根据本发明的一实施例，所述自动控制系统包括相互可通信地连接的一获取模块、一处理模块以及一控制模块，其中所述获取模块可通信地连接所述tof模组，用于获取经由所述tof模组探测周围环境以得到的深度数据；其中所述处理模块用于处理来自所述获取模块的所述深度数据，以得到该扫地机器人本体的周围环境信息；其中所述控制模块用于根据该周围环境信息，发送控制信号至该扫地机器人本体以控制该扫地机器人本体的运动。

18、根据本发明的一实施例，所述控制模块包括相互可通信地连接的一距离判断模块、一高度判断模块以及一控制信号生成模块，其中所述距离判断模块用于判断前方障碍物与该扫地机器人本体之间的距离是否小于一避障距离阈值，以得到距离判断结果；其中所述高度判断模块用于响应于该距离判断结果为真，判断该前方障碍物的自身高度是否大于第一避障高度阈值且该前方障碍物的悬空高度是否小于第二避障高度阈值，以得到高度判断结果；其中所述控制信号生成模块用于响应于所述高度判断结果为真，生成该控制信号，使得该扫地机器人基于该控制信号进行相应的避障操作。

19、根据本发明的一实施例，所述第一避障高度阈值根据该扫地机器人本体的越障高度进行设计，并且所述第二避障高度阈值根据该扫地机器人本体的自身高度进行设计。

20、根据本发明的另一方面，本技术的一实施例进一步提供了一扫地机器人，包括：

21、一扫地机器人本体；和

22、一tof光学系统，其中所述tof光学系统包括：

23、至少一tof模组，其中所述至少一tof模组被设置于所述扫地机器人本体的侧部，并且每所述tof模组包括用于投射输出光场的一投射模块和用于接收被反射回的接收光场的一接收模块，其中所述投射模块的垂直投射视场角在8°至44°之间，并且所述投射模块的水平投射视场角大于100°；和

24、一自动控制系统，其中所述自动控制系统可通信地连接于所述至少一tof模组，并且所述自动控制系统可控制地连接于所述扫地机器人本体，用于根据经由所述至少一tof模组采集的深度信息，自动地控制所述扫地机器人本体的运动。

25、通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

26、本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。