在智能家居中，掃地機器人將是必不可少的成員，而掃地機器人則要求更智能化；高效率是要求的一方面，最好能達到自動導(dǎo)航。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(yīng)用，增加掃地機器人的方向感應(yīng)，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(yīng)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(fù)行走，免除重復(fù)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：

　　圖3.移動增量模型

　　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）。

　　世強市場經(jīng)理張永龍建議，在傳感器的選用上，需要注意以下方面：

　?。?）精度高，重復(fù)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。

　?。?）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。

　?。?）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

　　世強代理的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(yīng)用于DVC與DSC圖像穩(wěn)定性檢測，人機接口的運動檢測

　　關(guān)于世強

　　世強先進成立于1993年，是包括安華高、瑞薩電子、Silicon Labs、Rogers、Melexis、英飛凌、acam、Alliance、Micrel、Littelfuse、NEMICON、EMC & RF Labs、EPSON、Cpyress、Vincotech、SMI、理光微電子、是德等在內(nèi)的全球知名半導(dǎo)體企業(yè)及測試測量儀器公司在大中國區(qū)的重要分銷商，同時也是眾多電子制造和研發(fā)企業(yè)的重要供應(yīng)商，產(chǎn)品業(yè)務(wù)除了覆蓋傳統(tǒng)的工業(yè)、通信、消費和汽車電子領(lǐng)域，更為新興的物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、智能移動終端等市場帶來更多前沿技術(shù)和創(chuàng)新產(chǎn)品。

　　作為技術(shù)驅(qū)動型分銷企業(yè) ，世強還擁有成熟的技術(shù)支持團隊和系統(tǒng)的服務(wù)流程，根據(jù)需求向客戶提供新產(chǎn)品推介、快速樣品、應(yīng)用咨詢、方案及軟件設(shè)計、開發(fā)環(huán)境、售后及物流等方面的專業(yè)服務(wù)。2014年，世強年銷售額2.32億美金，在全國設(shè)有17個分公司和辦事處，擁有員工近500人。