CN100355535C - 移动机器人 - Google Patents

Abstract

一种具有轮子的移动机器人，即使在移动机器人遇到表面上的障碍物时并且移动机器人的主体靠着障碍物被强制提升时，所述轮子保持靠着所述表面的接触力。移动机器人在不需要任何传感器、任何特定的控制器、任何特定的用来越过障碍物的行进单元或任何特定的用来驱动特定行进单元的驱动单元的情况下，可容易地越过表面上的障碍物。移动机器人包括：主体；与主体连接在一起的轮子，并相对于主体弧形地移动；以及轮子引导单元，其第一端连接到主体上，其第二端连接到每一个轮子的轮毂上。当主体离开机器人移动的表面时，轮子引导单元处于收缩状态。然而，当主体与所述表面相接触时，轮子引导单元伸开，以允许轮子与所述表面相接触。

Description

移动机器人

技术领域

本发明涉及移动机器人，更具体而言，涉及能够容易地越过表面上的障碍物的移动机器人。

背景技术

传统的移动机器人包括轮式机器人和履带式机器人。轮式机器人的优点是在平面上移动时的高速移动性及高操作效率。然而，大多数传统的轮式机器人的问题在于：轮式机器人不能在具有诸如门槛和/或楼梯等障碍物的表面上操作。

在日本专利公开出版物No.Sho.60-176871中公开了传统履带式机器人的一个例子。如该日本专利所述，某些移动机器人配备有诸如履带之类的特定行进单元来替代传统轮子，以越过诸如门槛和/或楼梯之类的障碍物，同时利用该行进单元在表面上移动。然而，配备有特定行进单元(如履带)的移动机器人在机器人的主体上需要各种传感器、特定的控制器、特定的驱动单元以及能够越过表面上的障碍物的行进单元。因此，具有特定行进单元(如履带)的移动机器人减少了其主体中的有效空间量，从而很难在机器人的主体上安装执行所需功能所需要的某些重要元件。具有特定行进单元(如履带)的移动机器人的其它问题包括过高的生产成本和机器人的工作噪声。

发明内容

因此，本发明的一方面内容是提供了一种轮式移动机器人，即使当移动机器人必须越过表面上的障碍物并且移动机器人的主体靠着障碍物被强制升高时，所述轮式移动机器人的轮子也能保持靠着表面的接触力，因此，所述轮式移动机器人容易越过表面上的障碍物。

本发明的另一方面是提供了一种轮式移动机器人，所述轮式移动机器人在其主体中或在主体上不需要任何传感器、任何特定的控制器、任何特定的用来越过障碍物的行进单元或任何特定的用来驱动特定行进单元的驱动单元，而是具有简单和较小尺寸的控制单元以控制轮子，由此，提高了生产能力并减小了制造移动机器人的生产成本，并在移动机器人的主体中提供了较大的有效空间。

本发明的其它方面和/或优点部分将在下面的描述中进行说明，部分可从下面的描述中明显得出，或通过实施本发明而了解。

通过提供一种移动机器人可实现上述和/或其它方面，所述移动机器人包括：主体；轮子，所述轮子与主体装配在一起，用于相对主体向上和向下移动；轮子引导单元，所述轮子引导单元包括：弹簧导杆，所述弹簧导体的第一端连接到主体上，它的第二端连接到轮子的轮毂上；以及卷簧，所述卷簧套在弹簧导杆上。所述移动机器人还包括：驱动电机，其设置在主体上；以及设置在主体与轮子之间的动力传递单元，用于将动力从驱动电机传递到轮子。当主体离开机器人移动的表面时，轮子引导单元保持收缩状态，当主体与所述表面相接触时，轮子引导单元伸开以使轮子与所述表面相接触。

所述移动机器人还包括副引导单元，所述副引导单元的第一端连接到轮子和弹簧导杆上，以便绕驱动电机的轴旋转。

在所述移动机器人中，主体可包括引导槽，所述引导槽引导轮子引导单元的运动；轮子引导单元可包括插入部分，所述插入部分插在主体的引导槽中。

附图说明

结合附图，从下面对实施例的描述中，本发明的这些和/或其方面和优点将变得更加明显和更加容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的移动机器人的轮子控制单元的分解透视图；

图2示出了当机器人越过障碍物时图1的移动机器人的轮子控制单元的操作的前视图；和

图3A至3E示出了当移动机器人越过障碍物时图1的移动机器人的连续动作的侧视图。

具体实施方式

以下将详细说明本发明的实施例，在附图中示出了其例子，其中在全部附图中相同的标号表示相同的部件。

图1是根据本发明实施例的移动机器人的轮子控制单元的分解透视图。移动机器人具有至少一个轮子50；轮子控制单元与轮子50协作，以独立地驱动和控制各个轮子50。如图1所示，根据本发明实施例的移动机器人的轮子控制单元具有：支撑架20；驱动电机10；以及轮子引导单元，其包括主引导单元30和副引导单元35以引导轮子50的竖直运动。轮子控制单元还具有动力传递单元40。

支撑架20构成了移动机器人主体的一部分，并具有锁定孔21、弧形引导槽22和环形突出26。环形突出26在其上限定了电机轴孔25，以容纳驱动电机10的电机轴11。

驱动电机10产生旋转动力以旋转轮子50。在本实施例中，可使用诸如AC电机或步进电机之类的传统电机作为驱动电机10。驱动电机10具有电机轴11，当驱动电机10与支撑架20组装时，该电机轴11穿过支撑架20的环形突出26的电机轴孔25。

引导轮子50的竖直运动的主引导单元30具有弹簧导杆31和弹簧34，所述弹簧34为套在弹簧导杆31上以便保持在其上的卷簧。弹簧导杆31具有：圆柱体32，其形成弹簧导杆31的上部；以及活塞33，其形成弹簧导杆31的下部。圆柱形连接突出32a设置在圆柱体32的上端，以将圆柱体32连接到支撑架10的锁定孔21，同时允许圆柱体32绕支撑架20的锁定孔21旋转。插入部分33a设置在活塞33的下端。插入部分33a伸向支撑架20。锁定突出33c设置在活塞33的下端，同时沿着与插入部分33a相对的方向延伸。活塞33的锁定突出33c与副引导单元35的第二端相接合。用于支撑主引导单元30的弹簧34两端的第一和第二弹簧阻挡表面32b和33b分别设置在活塞33的上端和下端。

引导轮子50的竖直运动的副引导单元35具有下述结构。副引导单元35的第一端具有锁紧环35a，锁紧环35a套在支撑架20的环形突出26上，以便与环形突出26的外表面相接触。因此，副引导单元35的第一端围绕环形突出26旋转。副引导单元35的第二端具有锁紧环35c和齿轮支撑突出35b。副引导单元35的锁紧环35c向主引导单元30张开，同时齿轮支撑突出35b沿着与主引导单元30相对的方向延伸。在本实施例中，轮子控制单元可以在没有副引导单元35的情况下，仅通过主引导单元30有效地控制轮子50的竖直运动。然而，在图1的实施例中，牢固地与支撑架20组装的副引导单元30可有利地分配施加到动力传递单元40和主引导单元30上的力，从而提高轮子控制单元的耐久性，延长轮子控制单元的寿命，使移动机器人可以重复使用。而且，当动力弹簧被连接到副引导单元35上时，副引导单元35在没有主引导单元30的情况下可引导轮子50的竖直运动。

动力传递单元40包括主动齿轮41和被动齿轮42。动力传递单元40的主动齿轮41在其中心处具有轴孔41a，以容纳电机轴11。与主动齿轮41相啮合的从动齿轮42在其中心处具有轴突出42a。锁定孔42b沿从动齿轮42的轴突出42a的中心轴线形成，以便容纳副引导单元35的齿轮支撑突出35b。

轮子50的中心处具有开口轮毂50a，以容纳从动齿轮42的轴突出42a。

移动机器人的轮子控制单元的上述部件的装配如下。

将图1的驱动电机10安装到支撑架20上。在这种情况下，将电机轴11插入到支撑架20的环形突出26的电机轴孔25中。通过将弹簧34套在弹簧引导杆31的圆柱体32上来构成主引导单元30。将活塞33插入到圆柱体32中。当构成主引导单元30后，将圆柱体32的圆柱形连接突出32a插入到支撑架10的锁定孔21中，以便允许圆柱体32围绕支撑架20的锁定孔21旋转。活塞33的插入部分33a被插入到支撑架20的弧形引导槽22中。之后，将副引导单元35的锁紧环35a套在支撑架20的环形突出26上，同时，将副引导单元35的锁定孔35c套在活塞33的锁定突出33c上。通过将电机轴11插入到主动齿轮41的轴孔41a中，使动力传递单元40的主动齿轮41与电机轴11装配在一起。将副引导单元35的齿轮支撑突出35b插入到从动齿轮42的轴突出42a的锁定孔42b中。之后，通过将从动齿轮42的轴突出42a插入到轮子50的张开毂50a中，将轮子50与从动齿轮42装配在一起。

如图2和3A-3E所示，当移动机器人在表面上移动的同时越过障碍物时操作轮子控制单元的过程如下。

如图2的左侧所示，当移动机器人在平面上正常移动时，主引导单元30的弹簧34因移动机器人的重量而被压缩。然而，当移动机器人的主体的下表面与表面上的障碍物相接触而将轮子50升高到表面以上时，因移动机器人的重量而施加到轮子50上的负荷被从轮子50上解除。如图2的右侧图所示，弹簧34伸开。因弹簧34的伸开，活塞33的插入部部分33a沿支撑架29的弧形导槽22向下移动。在这种情况下，活塞33的插入部分33a绕电机轴11有角度地运动。因活塞33的插入部分33a沿弧形导槽22向下运动，副引导单元35的齿轮支撑突出35b、从动齿轮42的中心和轮子50的轮毂沿着与插入部分33a相同的方向移动，其中所述副引导单元35的齿轮支撑突出35b、从动齿轮42的中心和轮子50的轮毂同轴地连接到活塞33的插入部分33a。因此，轮子50向下移动以与表面相接触，从而保持与表面的接触力。

因此，如图3A所示，当移动机器人在平面上正常运动时，由于移动机器人的重量，轮子50相对移动机器人的主体保持在预定的位置上。然而，当移动机器人必须越过表面上的障碍物时，如图3B所示，移动机器人的主体的倾斜前部被障碍物提升至表面以上，从而因移动机器人的重量而施加到轮子50上的负荷被解除。当负荷从轮子50上解除时，轮子50向下移动以保持相对表面的接触力。因此，如图3C、3D和3E所示，移动机器人在表面上连续向前移动，同时越过障碍物。如图3C、3D和3E所示，当移动机器人越过障碍物时，主引导单元30的弹簧34因移动机器人的重量而被压缩，以便轮子50向上移动以恢复相对移动机器人主体的起始位置。每当移动机器人在表面上移动而遇到障碍物，如上所述，轮子50向下运动，以便移动机器人在表面上连续向前移动，同时在不停止的情况下越过障碍物。

如上所述，可使用动力弹簧来替代普通类型的卷簧34，以便将轮子50向下移动以允许移动机器人越过障碍物。

当利用动力弹簧来替代普通的卷簧34时，动力弹簧的第一端安装到支撑架20上，动力弹簧的第二端安装到主引导单元30的圆柱体32的圆柱形连接突出32a上或安装到副引导单元35的一部分上。当移动机器人在平面上正常移动时，动力弹簧因移动机器人的重量而保持紧缩状态。因此，轮子50相对移动机器人的主体被保持在特定的位置上。然而，当移动机器人遇到障碍物并且因移动机器人的重量而施加到轮子50上的负荷从轮子50上解除时，松驰动力弹簧以允许轮子引导单元和轮子50向下移动，因此，使轮子50与表面相接触。从而使移动机器人在表面上向前移动的同时越过障碍物。

因此，提供一种轮式移动机器人，即使当移动机器人在表面上遇到障碍物并且移动机器人的主体相对障碍物被迫上升时，所述轮式移动机器人的轮子靠着表面保持接触力，从而可容易地越过表面上的障碍物。

轮式移动机器人在其主体中或在其主体上不需要任何传感器、任何特定的控制器、任何特定的用来越过障碍物的行进单元或任何特定的用来驱动特定行进单元的驱动单元，并且具有一个简单和较小尺寸的控制单元以控制轮子外，因此，提高了生产能力并减小了制造移动机器人的生产成本。移动机器人在其主体中还包括较大的有效空间，以容纳执行机器人的所需功能所需要的重要部件。

尽管对本发明的一些实施例进行了图示和描述，本领域技术人员应该理解，在不偏离本发明的原理和实质的情况下，可对这些实施例进各种变化，其范围由权利要求及其等同物来限定。

Claims (14)

1.一种移动机器人，包括：

主体；

轮子，其与主体连接在一起，并且被构造为可相对主体沿第一方向和第二方向移动；

轮子引导单元，所述轮子引导单元包括：弹簧导杆，其第一端连接到主体上，其第二端连接到轮子的轮毂上；以及卷簧，所述卷簧套在弹簧导杆上；当主体离开移动机器人移动的表面时，轮子引导单元处于收缩状态；

驱动电机，其与主体相连接；和

设置在主体与轮子之间的动力传递单元，其被构造为用于将动力从驱动电机传递到轮子；

其中，当主体与所述表面相接触时，轮子引导单元伸出以允许轮子与所述表面相接触。

2.根据权利要求1所述的移动机器人，还包括：

副引导单元，所述副引导单元的第一端连接到轮子以及弹簧导杆上，以便绕驱动电机的轴旋转。

3.根据权利要求1所述的移动机器人，其特征在于：所述主体包括引导槽，所述引导槽引导轮子引导单元的运动；和

其中，轮子引导单元包括插入部分，所述插入部分插在主体的引导槽中。

4.根据权利要求1所述的移动机器人，所述主体具有第一端和位于第一端附近的第一下表面，第一下表面从主体最底部的水平面倾斜。

5.根据权利要求4所述的移动机器人，其特征在于：主体包括支撑架，所述支撑架具有第一锁定孔、弧形引导槽和环形突出。

6.根据权利要求5所述的移动机器人，其特征在于：环形突出包括电机轴孔，

其中，驱动电机包括穿过电机轴孔设置的电机轴。

7.根据权利要求6所述的移动机器人，还包括：

圆柱形连接突出；

其中，弹簧导杆包括圆柱体和活塞；

其中，圆柱形连接突出设置在圆柱体的上端并将圆柱体连接到第一锁定孔，和

其中，圆柱体可围绕第一锁定孔旋转。

8.根据权利要求5所述的移动机器人，还包括：

副引导单元，所述副引导单元的第一端连接到轮子以及弹簧导杆上，其第二端设置有锁紧环，

所述锁紧环套在环形突出上，

其中，锁紧环与环形突出的外表面相接触。

9.根据权利要求8所述的移动机器人，其特征在于：副引导单元包括第二锁定孔和齿轮支撑突出，和

其中，第二锁定孔朝向轮子引导单元打开，齿轮支撑突出沿着与轮子引导单元相对的方向延伸。

10.根据权利要求7所述的移动机器人，其特征在于：动力传递单元包括主动齿轮和从动齿轮，从动齿轮固定地与轮子连接，主动齿轮与驱动电机连接，主动齿轮和从动齿轮处于啮合接触状态，

其中，当弹簧伸开时，活塞的一部分沿着弧形引导槽向下移动，和

其中，当弹簧伸开时，从动齿轮的中心和轮子的中心与所述活塞的一部分一起沿着弧形引导槽移动，并保持轮子靠着所述表面的接触力。

11.根据权利要求4所述的移动机器人，其特征在于：当移动机器人移动并且所述表面是平面时，轮子保持在特定的高度，

其中，当主体的第一下表面接触表面上高出的障碍物时，主体的第一下表面提升主体，从轮子上除去移动机器人的重量负荷，轮子与表面保持接触以越过障碍物。

12.根据权利要求11所述的移动机器人，其特征在于：当移动机器人越过高出的障碍物后，轮子朝向主体移动并且主体的正常位置被恢复。

13.根据权利要求4所述的移动机器人，其特征在于：轮子根据表面的高度变化从相对于主体的第一距离移动到相对于主体的第二距离。

14.根据权利要求1所述的移动机器人，其特征在于：轮子从主体向表面伸出，和

其中，当轮子接触表面上的障碍物时，主体的重量负荷从轮子上解除，并且松开卷簧，以允许轮子在与表面接触的状态下移动。

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