CN101844586B - 一种全方位移动载人智能机器人及其运行方法 - Google Patents

一种全方位移动载人智能机器人及其运行方法 Download PDF

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Abstract

一种全方位移动载人智能机器人及其运行方法，所述机器人包括斜向45°连接到全向轮连接机构外侧的全向轮，全向轮连接机构内侧相应位置有伺服电机，伺服电机与全向轮通过连接轴连接；生物反馈平台安装在全向轮连接机构上表面；伺服电机的控制信号线和生物检测平台的检测线与微型计算机控制系统连接。其运行方法为由微型计算机控制系统判断人的行走意图后，将信号通过伺服电机传输给全向轮，以此来控制机器人行走。本发明专门针对室内移动特点而设计，是一种高效率的室内全方向代步工具。

Description

一种全方位移动载人智能机器人及其运行方法
技术领域：本发明属于室内代步工具，具体涉及一种移动载人机器人。
背景技术：已有的国内200820180111.5公开的双轮自平衡机器人主要是针对户外运动而设计。由于其结构的限定，转弯时有半径差无法实现在平面内延任意方向无半径差运动，而图书馆工作人员在整理书目或超市理货员在清理货物时往往需要横向，前斜向，后斜向等全方向运动，而针对此类人群的需要研发的室内代步工具却存在空白。
发明内容：
发明目的：本发明提供一种高效率的室内代步工具，通过由四个称重传感器组成的生物反馈平台作为人的意图的检测手段，经过控制器处理生物反馈信号后判断人将要的行走方向，控制全方位移动平台按照人的意图运动。
技术方案：本发明是通过以下技术方案实施的：
一种全方位移动载人智能机器人，其特征在于：所述机器人包括四个全向轮，全向轮斜向45°连接到全向轮连接机构外侧，全向轮连接机构内侧设置有伺服电机，伺服电机的位置与全向轮的位置相对应，伺服电机上的连接轴穿过位于全向轮连接机构上的第二连接孔和位于全向轮上的第一连接孔，将全向轮与伺服电机连接；生物反馈平台与全向轮连接机构连接，生物反馈平台由传感器支撑平台、称重传感器、载人支撑平台组成，其中传感器支撑平台设置在全向轮连接机构上表面，传感器支撑平台上与伺服电机相对应位置安装有称重传感器，称重传感器上设置有载人支撑平台；伺服电机的控制信号线和生物检测平台的检测线与微型计算机控制系统连接，微型计算机控制系统固定在传感器支撑平台下表面。
所述全向轮由小轮和连接机构组成，四个小轮由连接机构组合成一个大轮，两个大轮错开45°连接在一起就组成了全向轮。
所述微型计算机控制系统包括车轮速度传感器、四轮动力驱动模块、使用者行走方向检测信号调理模块、控制环路、反馈环路、中央控制单元CPU、功率放大器、电源、用于紧急制动的紧急开关。
所述微型计算机控制系统还包括四个显示工作状态的发光二极管、声音提示系统、人机交互界面控制屏。
所述伺服电机为永磁直流无刷减速电机。
所述电源为蓄电池。
用于紧急制动的紧急制动开关安装在载人支撑平台上表面。
一种全方位移动载人智能机器人的运行方法，其特征在于：四个全向轮分别独立受控于微型计算机控制系统，称重传感器可以由力和力矩的关系计算出人的重心变化与称重传感器的输出信号变化之间的关系，将此信号传输给微型计算机控制系统后，微型计算机控制系统可以建立相应的数学模型来计算出人的重心变化，从而判断人的行走意图，然后通过四个伺服电机给四个全向轮发出行走信号；在运动过程中，微型计算机控制系统可以通过调整伺服电机的转数来调节整个机器人的行走速度、行走方向，完成机器人在平面内的全方位运动。
在运动过程中，微型计算机控制系统还应完成以下工作：控制四个显示工作状态的发光二极管来显示当前工作状态；控制人机交互界面控制屏来接收参数设置；控制声音提示系统提示使用者当前运动信息；接收紧急制动开关信号准备完成制动动作。
优点及效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、专门针对室内移动特点设计是一种室内全方向代步工具；
2、通过生物反馈平台作为检测手段智能的判断人的行走意图，控制机器人在平面内任意运动。
附图说明：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的全向轮结构示意图；
图3为本发明的连接机构结构示意图；
图4为本发明的生物反馈平台及微型计算机控制系统分解结构示意图；
附图标记说明：
1、全向轮连接机构2、全向轮4、微型计算机控制系统5、伺服电机6、小轮7、连接机构8、第一连接孔12、第二连接孔13、称重传感器14、传感器支撑平台15、载人支撑平台17紧急制动开关。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行具体说明：
全向轮连接机构1为包含八个侧面的筒状结构，相邻两个侧面呈45°角连接，不相邻的四个侧面中心位置带有第二连接孔12，这四个侧面的外侧分别连接有一个全向轮2，内侧则连接有伺服电机5，伺服电机5选用永磁直流无刷减速电机，其位置与全向轮2的位置相对应，伺服电机5上的连接轴穿过第二连接孔12和位于全向轮2上的第一连接孔8，将全向轮2与伺服电机5连接；全向轮连接机构1上面安装有生物反馈平台，伺服电机5的控制信号线和生物检测平台的检测线与微型计算机控制系统4连接。
微型计算机控制系统4包括车轮速度传感器、四轮动力驱动模块、使用者行走方向检测信号调理模块、控制环路、反馈环路、中央控制单元CPU、功率放大器、电源、用于紧急制动的紧急制动开关17；根据实际需要，微型计算机控制系统4还可以包括四个显示工作状态的发光二极管、声音提示系统、人机交互界面控制屏；电源选用蓄电池，通过电源处理电路提供3V、5V、12V、24V工作电压提供给机器人。
所述全向轮由小轮6和连接机构7组成，四个小轮6由连接机构7组合成一个大轮，两个大轮错开45°连接在一起就组成了全向轮2，在全向轮2中心有通孔作为第一连接孔8。
生物反馈平台由传感器支撑平台14、称重传感器13、载人支撑平台15组成，其中传感器支撑平台14呈十字交叉型，设置在全向轮连接机构1上表面，传感器支撑平台14的四个角分别设置有称重传感器13，称重传感器13的位置与伺服电机5的位置相对应，称重传感器13上设置有平板状的载人支撑平台15。
四个用于紧急制动的紧急制动开关17安装在载人支撑平台15上表面，而微型计算机控制系统4安装在传感器支撑平台14的下表面。
全方位移动载人智能机器人的运行方法为：
四个全向轮2分别独立受控于微型计算机控制系统4，称重传感器13可以由力和力矩的关系计算出人的重心变化与称重传感器13的输出信号变化之间的关系，将此信号传输给微型计算机控制系统4后，微型计算机控制系统4可以建立相应的数学模型来计算出人的重心变化，从而判断人的行走意图，然后通过四个伺服电机5给四个全向轮2发出行走信号；在运动过程中，微型计算机控制系统4可以通过调整伺服电机5的转数来调节整个机器人的行走速度、行走方向，完成机器人在平面内的全方位运动。
如果包括四个显示工作状态的发光二极管、声音提示系统、人机交互界面控制屏，则在运动过程中，微型计算机控制系统4还应完成以下工作：控制四个显示工作状态的发光二极管来显示当前工作状态；控制人机交互界面控制屏来接收参数设置；控制声音提示系统提示使用者当前运动信息；接收紧急制动开关17的信号准备完成制动动作。
以上所述为本发明的优选实施方式，在不脱离本发明构思前提下所做出的变形和改进，也视为属于本发明保护范围。

Claims (8)

1.一种全方位移动载人智能机器人，其特征在于：所述机器人包括四个全向轮(2)，全向轮(2)斜向45°连接到全向轮连接机构
(1)外侧，全向轮连接机构(1)内侧设置有伺服电机(5)，伺服电机(5)的位置与全向轮(2)的位置相对应，伺服电机(5)上的连接轴穿过位于全向轮连接机构(1)上的第二连接孔(12)和位于全向轮(2)上的第一连接孔(8)，将全向轮(2)与伺服电机(5)连接；生物反馈平台与全向轮连接机构(1)连接，生物反馈平台由传感器支撑平台(14)、称重传感器(13)、载人支撑平台(15)组成，其中传感器支撑平台(14)设置在全向轮连接机构(1)上表面，传感器支撑平台(14)上与伺服电机(5)相对应位置安装有称重传感器(13)，称重传感器(13)上设置有载人支撑平台(15)；伺服电机(5)的控制信号线、生物检测平台的检测线与微型计算机控制系统(4)连接，微型计算机控制系统(4)固定在传感器支撑平台(14)下表面。
2.根据权利要求1所述一种全方位移动载人智能机器人，其特征在于：所述全向轮(2)由小轮(6)和连接机构(7)组成，四个小轮(6)由连接机构(7)组合成一个大轮，两个大轮错开45°连接在一起就组成了全向轮(2)。
3.根据权利要求1所述一种全方位移动载人智能机器人，其特征在于：所述微型计算机控制系统(4)包括车轮速度传感器、四轮动力驱动模块、使用者行走方向检测信号调理模块、控制环路、反馈环路、中央控制单元CPU、功率放大器、电源、用于紧急制动的紧急开关。
4.根据权利要求1所述一种全方位移动载人智能机器人，其特征在于：所述伺服电机(5)为永磁直流无刷减速电机。
5.根据权利要求3所述一种全方位移动载人智能机器人，其特征在于：所述电源为蓄电池。
6.根据权利要求3所述一种全方位移动载人智能机器人，其特征在于：用于紧急制动的紧急制动开关(17)安装在载人支撑平台(15)上表面。
7.一种如权利要求1所述全方位移动载人智能机器人的运行方法，其特征在于：四个全向轮(2)分别独立受控于微型计算机控制系统(4)，称重传感器(13)可以由力和力矩的关系计算出人的重心变化与称重传感器(13)的输出信号变化之间的关系，将此信号传输给微型计算机控制系统(4)后，微型计算机控制系统(4)可以建立相应的数学模型来计算出人的重心变化，从而判断人的行走意图，然后通过四个伺服电机(5)给四个全向轮(2)发出行走信号；在运动过程中，微型计算机控制系统(4)可以通过调整伺服电机(5)的转数来调节整个机器人的行走速度、行走方向，完成机器人在平面内的全方位运动。
8.根据权利要求7所述一种全方位移动载人智能机器人的运行方法，其特征在于；在运动过程中，微型计算机控制系统(4)还应完成以下工作：控制四个显示工作状态的发光二极管来显示当前工作状态；控制人机交互界面控制屏来接收参数设置；控制声音提示系统提示使用者当前运动信息；接收紧急制动开关(17)的信号准备完成制动动作。
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