有了這款全新的掃地機器人避障方案，能省好多家務事呢

目前，有多種掃地機器人在市面銷售，在效率和效果方面有所欠缺。該文介紹了角速度傳感器XV-3510的功能和成功應用，增加掃地機器人的方向感應，以達到很好的避障效果。它可通過軟件算法，提高清掃覆蓋率，實現(xiàn)行程記錄與掃地規(guī)劃，以及快速回到掃地機器人充電站。

陀螺儀檢測原理

角速度傳感器也稱為陀螺儀，是用高速回轉(zhuǎn)體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個或二個軸的角運動檢測裝置，此為機械陀螺儀。EPSON采用雙T型晶體做為檢測角速度的材料，屬于電子式的一種，如圖1中所示;當芯片做一定角度旋轉(zhuǎn)，內(nèi)部T型晶體產(chǎn)生形變，壓力改變后產(chǎn)生電壓，芯片檢測到電壓改變后做相應輸出。

圖1：掃地機器人產(chǎn)品圖

系統(tǒng)組成

掃地機器人設(shè)備由主控器MCU、距離傳感器、陀螺儀、電源、吸塵器等組成，在清掃機的頂部共設(shè)有距離傳感器;掃地機器人底部前方邊沿安有接近開關(guān)，接近開關(guān)與距離傳感器一起，構(gòu)成清掃機測距系統(tǒng);利用距離傳感器判斷某次單向清掃途中是否有障礙物。

圖2：系統(tǒng)組成框圖

陀螺儀功能

XV-3510陀螺儀在掃地機器人的功能，主要是判斷出機器人的行走方向，配合室內(nèi)定位系統(tǒng)，行走電機的運行狀況，可以準確定位出XOY坐標。在繞過障礙物行走時，記錄繞行方向，避免機器人重復行走，免除重復清掃，提高清掃效率。通過軟件計算出機器人行走路線，可做行程記錄，通過清掃路徑覆蓋算法，完成掃地規(guī)劃并且保存起來;運動過程中，可檢測機器人水平轉(zhuǎn)動與水平位置，調(diào)整機身運行狀態(tài)。在掃地機器人需要充電的時候，可以通過自身XOY坐標，快速回到充電站;充電完成后，還可以通過行程記錄，回到掃地處繼續(xù)進行清掃，效率大為提高。對于凹型或者死角地形，在清掃過程中做行程記錄，可順利清掃。

坐標計算方法

掃地機器人所用傳感器，包括陀螺儀、紅外傳感器、碰撞檢測模塊、浮動開關(guān)模塊、沿邊行走檢測模塊，各功能傳感器模塊配合工作，能提高產(chǎn)品綜合性能。通過陀螺儀方向和電機行走路線，可以計算出移動變量，計算模型如圖3所示：

在當前時間內(nèi)，左輪輪子行走的距離為Δr，右輪行走的距離為Δl，兩輪的軸間距為d ，則機器人當前時間內(nèi)行走的距離Δs = (Δr + Δl)/2，轉(zhuǎn)過的角度(設(shè)定初始角度為0°)為Δθ = (Δr ? Δl)/d，則當前坐標計算為Δx = Δs * cos(Δθ)，Δy = Δs * sin(Δθ)。

在傳感器的選用上，需要注意以下方面：

(1)精度高，重復性好。機器人傳感器的精度直接影響機器人的工作質(zhì)量。用于檢測和控制機器人運動的傳感器是控制機器人定位精度的基礎(chǔ)。機器人能否準確無誤地正常工作，很大程度上取決于傳感器的測量精度。

(2)穩(wěn)定性好、可靠性高。機器人傳感器的穩(wěn)定性和可靠性是保證機器人能夠長期穩(wěn)定可靠地工作的必要條件。

(3)抗干擾能力強。機器人的工作環(huán)境是不定和未知的，在運行中可能會有來自外在的干擾存在。

XV-3510產(chǎn)品特點

EPSON陀螺儀XV-3510，檢測范圍±300 deg/s，模擬輸出參考電壓1430mV，比例因子為3.0 mV/(°/s)，非線性參數(shù)為±0.5 % FS，產(chǎn)品特性如下：

. 超小封裝尺寸的SMD(5x3.2x1.3mm)
. 通過采用真空密封實現(xiàn)優(yōu)異的耐環(huán)境特性
. 利用振動晶體的高度穩(wěn)定性
. 睡眠模式下的剪輯啟動時間和低功率消耗
. 應用于DVC與DSC圖像穩(wěn)定性檢測，人機接口的運動檢測