作者Jim Toal

Vishay Intertechnology公司

前幾天，我扭傷了背部，只好在地板上睡了幾夜。第一天晚上，我被掃地機器人吵醒。不僅噪聲，（盡管非常靜音），而且它一直在我周圍轉(zhuǎn)，撞到我、后退、向左或向右移動幾英寸，然后再次嘗試繞過我。我不是地板正常布局的一部分。掃地機器人使用光學傳感器或攝像頭在房間中導航。攝像頭導航的掃地機器人不會撞到我，但我得掏一大筆錢。 光學傳感器導航的掃地機器人取決于防撞條與桌腿或我這樣的物體之間的接觸。

防撞條與掃地機器人機身之間存在間隙。想象間隙形成的光環(huán)。當防撞條碰到桌腿時光環(huán)斷開，因為防撞條凹陷足以擋住光線。“無光”表示撞到物體。掃地機器人停止工作，轉(zhuǎn)一個角度，然后再次直線清掃。

光環(huán)的建立采用分立式紅外發(fā)射器和光電探測器、反射式傳感器或集成式數(shù)字光傳感器，如基于VCNL36687S VCSEL的接近傳感器。

分立式紅外發(fā)射器和檢測器可采用幾種可能的配置。單個高功率發(fā)射器連接柔性光導管與光導管另一端的光電二極管。這類似光纖電纜，但這種情況下，撞到物體時柔性光導管受到擠壓，光線遮斷。第二種配置需要將連續(xù)防撞條分成幾部分。每一部分的紅外發(fā)射器對準與外圈平行的光電晶體管。當防撞條局部撞到物體時內(nèi)凹阻斷光束，再次造成“無光”的情況。Vishay將這種配置稱為透射感測。兩種情況下，光電探測器輸出電流，可以放大，由微控制器進行轉(zhuǎn)換和解讀。

跌落一直是掃地機器人的一大難題。如果有向下延伸的樓梯，就存在跌落的可能。機器人從樓梯上掉下來會受到損壞；因此需要避免跌落。這種情況下可使用數(shù)字光接近傳感器，傳感器朝地面傾斜一定角度，位于機器人前緣。這種接近傳感器在單個封裝中集成紅外發(fā)射器、光電二極管和信號處理電路。Vishay VCNL36687S等傳感器的輸出為0到4095的數(shù)字，因為分辨率為12位。沿著地板移動時，發(fā)射器將木頭、瓷磚或地毯表面反射的光傳到光電二極管，傳感器讀取的是“高”計數(shù)，并通過I2C傳送到微控制器。當計數(shù)降到零時，表示沒有地面，機器人停止工作。為減輕機器人的負擔，不必持續(xù)輪詢值，傳感器可對設置的閾值做出反應，并通過簡單的HIGH / LOW引腳（中斷腳）將信息傳給微控制器。傳感器系統(tǒng)必須足夠智能，知道從反射表面到懸空，從木材等反射表面到可吞噬紅外光的深色粗毛地毯之間的區(qū)別，從而判斷前行還是停止。

掃地機器人最重要的功能之一是知道行走距離。這也可使用光學傳感器、透射傳感器或帶縫隙的中斷器，紅外發(fā)射器的光穿過碼盤間隙傳到光電晶體管。

? ? ? 這種情況下，透射傳感器是單體封裝而不是上述分立器件。碼盤連接到輪子的驅(qū)動軸上，阻斷傳送到光電晶體管的紅外光。它們統(tǒng)稱為光學編碼器。使用TCUT1630X01之類的3通道透射傳感器，機器人可跟蹤行進距離、前進后退方向以及必要的轉(zhuǎn)數(shù)。

謝天謝地所有這些傳感器都使用940 nm紅外光。如果是可見光，我就別想睡了。