浅谈扫地机器人背后的光学传感器技术

前几天，我扭伤了背部，只好在地板上睡了几夜。第一天晚上，我被扫地吵醒。不仅噪声，（尽管非常静音），而且它一直在我周围转，撞到我、后退、向左或向右移动几英寸，然后再次尝试绕过我。我不是地板正常布局的一部分。扫地机器人使用或摄像头在房间中导航。摄像头导航的扫地机器人不会撞到我，但我得掏一大笔钱。导航的扫地机器人取决于防撞条与桌腿或我这样的物体之间的接触。  

    防撞条与扫地机器人机身之间存在间隙。想象间隙形成的光环。当防撞条碰到桌腿时光环断开，因为防撞条凹陷足以挡住光线。“无光”表示撞到物体。扫地机器人停止工作，转一个角度，然后再次直线清扫。光环的建立采用分立式发射器和探测器、反射式传感器或集成式数字光传感器，如基于VCNL36687S VCSEL的接近传感器。        

分立式红外发射器和器可采用几种可能的配置。单个高功率发射器连接柔性光导管与光导管另一端的光电。这类似光纤电缆，但这种情况下，撞到物体时柔性光导管受到挤压，光线遮断。第二种配置需要将连续防撞条分成几部分。每一部分的红外发射器对准与外圈平行的光电。当防撞条局部撞到物体时内凹阻断光束，再次造成“无光”的情况。将这种配置称为透射感测。 两种情况下，光电探测器输出，可以放大，由微控制器进行转换和解读。  

跌落一直是扫地机器人的一大难题。如果有向下延伸的楼梯，就存在跌落的可能。机器人从楼梯上掉下来会受到损坏；因此需要避免跌落。这种情况下可使用数字光接近传感器，传感器朝地面倾斜一定角度，位于机器人前缘。这种接近传感器在单个封装中集成红外发射器、光电二极管和处理电路。Vishay VCNL36687S等传感器的输出为0到4095的数字，因为分辨率为12位。

沿着地板移动时，发射器将木头、瓷砖或地毯表面反射的光传到光电二极管，传感器读取的是“高”计数，并通过传送到微控制器。当计数降到零时，表示没有地面，机器人停止工作。为减轻机器人的负担，不必持续轮询值，传感器可对设置的阈值做出反应，并通过简单的HIGH / LOW引脚（中断脚）将信息传给微控制器。传感器系统必须足够，知道从反射表面到悬空，从木材等反射表面到可吞噬红外光的深色粗毛地毯之间的区别，从而判断前行还是停止。  

  扫地机器人最重要的功能之一是知道行走距离。这也可使用光学传感器、透射传感器或带缝隙的中断器，红外发射器的光穿过码盘间隙传到光电晶体管。这种情况下，透射传感器是单体封装而不是上述分立器件。码盘连接到轮子的驱动轴上，阻断传送到光电晶体管的红外光。它们统称为光学。使用TCUT1630X01之类的3通道透射传感器，机器人可跟踪行进距离、前进后退方向以及必要的转数。  

  谢天谢地所有这些传感器都使用940 nm红外光。如果是可见光，我就别想睡了。  

编辑：黄飞