CN103622640B - 移动装置、智能机器人及检测障碍物和外轮运动状态方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种移动装置、智能机器人及其检测外轮运动状态的方法。智能机器人包括移动装置、功能单元、驱动单元和控制单元，移动装置设置在智能机器人的底部，控制单元和驱动单元连接，在控制单元的作用下，驱动单元控制移动装置移动；移动装置包含驱动轮和传动轴，驱动轮包含内轮和外轮，内轮与传动轴固定连接；智能机器人正常移动时，内轮带动外轮同步转动；当智能机器人遇到障碍物时，外轮停止转动，内轮相对于外轮转动。本发明通过检测单元的检测，判断移动装置是执行继续移动，还是执行转向动作或后退动作，如果遇到障碍物，移动装置停止移动时外轮与地面不会出现打滑现象，还可以通过检测单元的检测判断移动装置是否打滑。

Description

移动装置、智能机器人及检测障碍物和外轮运动状态方法
技术领域
本发明属于日用家电制造技术领域，涉及一种移动装置、智能机器人及检测障碍物和外轮运动状态方法。
背景技术
智能机器人包括拖地机器人、吸尘机器人等，其融合了移动机器人和吸尘器技术，是目前家用电器领域最具挑战性的热门研发课题。从2000年后清扫机器人商用化产品接连上市，成为服务机器人领域中的一种新型高技术产品，具有可观的市场前景。
智能机器人主要通过撞板或红外传感器来感测障碍物，传统智能机器人中的移动装置如图1所示。当撞板卡死或者红外传感器出现故障时，智能机器人无法判断遭遇障碍物，导致机器人的行进轮一直处于转动打滑状态。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种移动装置、智能机器人及检测障碍物和检测外轮运动状态方法，能够使智能机器人遇到障碍物停止移动时不会出现打滑现象。
本发明提供的智能机器人包括移动装置2、功能单元3、驱动单元4和控制单元5，移动装置2设置在智能机器人8的底部，控制单元5和驱动单元4连接，在控制单元5的作用下，驱动单元4控制移动装置2移动；移动装置2包含驱动轮和传动轴13，驱动轮包含内轮11和外轮12，内轮11与传动轴13固定连接；智能机器人正常移动时，内轮11带动外轮12同步转动；当智能机器人遇到障碍物时，外轮12停止转动，内轮11相对于外轮12转动。功能单元3为清扫部件或空气净化部件。
内轮11设置于外轮12的内侧，内轮11外侧的凸起部9与外轮12内侧的凹陷部10对应设置。
凸起部9为弹性卡勾，使得内轮11和外轮12能卡合和分离；凸起部9至少是1个，凹陷部10的数量与凸起部9相对应。
内轮11容置于外轮的内部，其中，内轮第一侧面上设有用于容置钢球20和弹簧19的圆孔111，在弹簧19的弹力作用下，钢球20突出于圆孔的凸出部与外轮12第一内侧面上设置的外轮摩擦板21相抵，外轮摩擦板21上对应设有凹部211，凹部211容纳至少部分钢球20的凸出部，以使外轮摩擦板21与钢球20之间产生足够的摩擦力。
钢球20和弹簧19至少为1对，弹簧19用于控制钢球20与外轮摩擦板21的摩擦力的大小。
内轮第二侧面设有内轮盖板17，弹簧两端分别与内轮盖板17和钢球20相抵，设置内轮盖板17是为了便于钢球20和弹簧19在内轮11中组装。
内轮盖板17与外轮第二内侧面之间设有端面轴承18，端面轴承18可以避免内轮与外轮两者直接摩擦。
外轮12的外侧套设有外轮包胶16，用于保护外轮12。
外轮12上设有信号源，智能机器人8还包括用于检测信号源信号的检测单元1，控制单元5根据检测单元1的检测信号控制智能机器人8移动。
信号源为红外信号发射器，则检测单元1为红外信号接收器；或者，信号源为超声波发射器，则检测单元1为超声波接收器；或者信号源为磁性元件，检测单元1为霍尔传感器。
本发明还提供一种移动装置，其包含驱动轮和传动轴13，驱动轮包含内轮11和外轮12，内轮11设置于外轮12的内侧或内部，内轮11与传动轴13固定连接；当移动装置2正常移动时，内轮11带动外轮12同步转动；否则，外轮12停止转动，内轮11相对于外轮12转动。
本发明还提供一种上述智能机器人检测外轮运动状态的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：智能机器人8在作业空间内进行移动式作业；
步骤S2：检测单元1第一次接收到信号时开始计时，控制单元5每间隔时间Δt，判断检测单元1是否接收到信号，若检测单元1没有接收到信号，则控制单元5控制移动装置2执行转向动作或后退动作；否则进入步骤S3；
步骤S3：控制单元每间隔时间Δt+t，判断检测单元1是否接收到新的信号，若检测单元1没有接收到信号，返回步骤S1；否则，控制单元5控制移动装置2执行转向动作或后退动作。
步骤2中，时间Δt为外轮12正常工作时转动一周所需时间，时间t小于时间Δt。
当在Δt时间内没有检测到信号时，判断智能机器人已经遇到障碍物,则控制单元5控制移动装置2执行转向动作或后退动作；如果在Δt时间内检测到信号，则有两种情形：机器人正常行走或者检测单元与外轮信号源一直处于对齐的状况。需要通过增加t时间，再次检测信号，如果没有检测到信号，则智能机器人正常行走；否则，控制单元5控制移动装置2执行转向动作或后退动作。
本发明再提供一种智能机器人检测障碍物方法，包含以下步骤：
步骤A1：智能机器人8在作业空间内进行移动式作业；
步骤A2：检测单元1检测外轮的运动状态信号；
步骤A3：控制单元5判断所述运动状态信号是否匹配内轮的输入信号，如果匹配，则返回步骤A1；否则，判定智能机器人遇到障碍物。
检测障碍物方法还包括步骤A4：控制单元5控制移动装置2执行转向动作或后退动作。
本发明智能机器人通过检测单元的检测，判断移动装置是执行继续移动，还是执行转向动作或后退动作，如果遇到障碍物，移动装置停止移动时不会出现打滑现象，还可以通过检测单元的检测判断移动装置是否打滑。
附图说明
图1为传统移动装置立体示意图；
图2为本发明移动装置实施例一立体示意图；
图3为图2中的外轮结构示意图；
图4为图2中的内轮和传动轴结构示意图；
图5为本发明移动装置实施例二剖面示意图；
图6为本发明移动装置实施例二爆炸结构示意图；
图7为本发明智能机器人结构示意图；
图8为本发明智能机器人控制示意图。
附图标记：
1.检测单元2.移动装置3.功能单元4.驱动单元
5.控制单元8.智能机器人9.凸起部10.凹陷部
11.内轮12.外轮13.传动轴14.壳体
15.大轮16.外轮包胶17.内轮盖板18.端面轴承
19.弹簧20.钢球21.外轮摩擦板22.螺钉
211.凹部111.圆孔
具体实施方式
图7为本发明智能机器人的结构图，智能机器人8包括壳体14和移动装置2，壳体14内还设有控制单元（图7中未示）。如图2所示，移动装置2包括驱动轮和驱动轴13等部件，智能机器人8通过移动装置2实现在地面的自移动。
如图2、7-8所示，本发明智能机器人包括移动装置2、功能单元3、驱动单元4和控制单元5，移动装置2设置在智能机器人8的底部，控制单元5和驱动单元4连接，在控制单元5的作用下，驱动单元4控制移动装置2移动；移动装置2包含驱动轮和传动轴13，驱动轮包含内轮11和外轮12，内轮11与传动轴13固定连接；智能机器人正常移动时，内轮11带动外轮12同步转动；当智能机器人遇到障碍物时，外轮12停止转动，内轮11相对于外轮12转动，功能单元3为清扫部件或空气净化部件。
其中，外轮12和内轮11之间设有连接驱动机构，当连接驱动机构处于卡合位置时，内轮11带动外轮12同步转动；当连接驱动机构处于分离位置时，内轮11相对于外轮12转动。
实施例一
如图2-4所示，本发明移动装置包括驱动轮和驱动轴13，驱动轮包含内轮11和外轮12，内轮11设置于外轮12的内侧，其中，内轮11外侧的凸起部9与外轮12内侧的凹陷部10对应设置，凸起部9至少是1个，凹陷部10的数量与凸起部9相对应。凸起部9为弹性卡勾，使得内轮11和外轮12能卡合和分离。
智能机器人8在正常行走的过程中，内轮的凸起部9合在外轮的凹陷部10内，动力源通过传动轴13将动力传给内轮11，由于内、外轮之间的静摩擦力，内、外轮同步转动。当智能机器人8碰到障碍物时，传动轴13相对地面没有水平位移，动力源继续通过传动轴13将动力传给内轮11，此时由于智能机器人8受阻，外轮12受到地面的摩擦力而停止转动，内轮11克服与外轮的静摩擦力开始变成滚动摩擦。此时外轮12不动，内轮11相对外轮12在转动，因此起到了防止外轮打滑的作用。
实施例二
实施例二与实施例一的共同之处在于：内轮11可以带动外轮12同步转动，也可以相对于外轮12转动。
如图5-6所示，内轮11容置于外轮12的内部，内轮第一侧面上设有用于容置钢球20和弹簧19的圆孔111，圆孔111为通孔，在弹簧19的弹力作用下，钢球20突出于圆孔的凸出部与外轮12第一内侧面上设置的外轮摩擦板21相抵，外轮摩擦板21上对应设有凹部211，凹部211容纳至少部分钢球20的凸出部，以使外轮摩擦板21与钢球20之间产生足够的摩擦力。
钢球20和弹簧19至少为1对，弹簧19用于控制钢球20与外轮摩擦板21的摩擦力的大小。
内轮第二侧面设有内轮盖板17，弹簧两端分别与内轮盖板17和钢球20相抵，设置内轮盖板17是为了便于钢球20和弹簧19在内轮11中组装。
内轮盖板17与外轮第二内侧面之间设有端面轴承18，端面轴承18可以避免内轮与外轮两者直接摩擦，外轮12的外侧套设有外轮包胶16，用于保护外轮12。
在上述两个实施例中，还可以增加检测单元来检测外轮的运动状态，从而进一步确定外轮是否打滑。
采用第一种检测方案：在外轮12上设有信号源，智能机器人8还包括用于检测信号源信号的检测单元1，检测单元1与控制单元5连接，控制单元5根据检测单元1的检测信号控制移动装置2转向动作或停止移动。其中，信号源为红外信号发射器，检测单元1为红外信号接收器；或者，信号源为超声波发射器，检测单元1为超声波接收器；或者信号源为磁性元件，检测单元1为霍尔传感器。
当检测单元能够周期性的检测到外轮信号源的信号，则智能机器人8正常移动，没有遭遇障碍物；当检测单元检测不到或一直能检测到外轮信号源的信号时，则智能机器人遭遇障碍物。
进一步地，本发明还提供一种智能机器人检测外轮运动状态的方法，如果外轮11突然停止转动，就可判定智能机器人8碰到障碍物。
检测外轮运动状态方法包括如下步骤：
步骤S1：智能机器人8在作业空间内进行移动式作业；
步骤S2：检测单元1第一次接收到信号时开始计时，控制单元5每间隔时间Δt，判断检测单元1是否接收到信号，若检测单元1没有接收到信号，则控制单元5控制移动装置2执行转向动作或后退动作；否则进入步骤S3；
步骤S3：控制单元每间隔时间Δt+t，判断检测单元1是否接收到新的信号，若检测单元1没有接收到信号，返回步骤S1；否则，控制单元5控制移动装置2执行转向动作或后退动作。
所述步骤2中的时间Δt为外轮12正常工作时转动一周所需时间，所述时间t小于时间Δt。外轮12绕传动轴13转动一周所需时间为Δt，在Δt内，检测单元1没有信号或者始终有信号，则表明外轮12已停止转动，即智能机器人8遇到障碍物，无法继续前行，控制单元5控制智能机器人8进行转向或后退动作。
机器人在一个时间Δt周期内检测到信号时，可能出现信号源和检测单元刚好对齐的情况，使得检测单元始终有信号，智能机器人就无法仅通过判断检测单元是否有信号来判断外轮是否运动。本发明通过增加Δt+t时间后，再一次检测外轮的运动状态，如果检测单元无法检测到信号，则智能机器人正常运行；反之，则是出现智能机器人遇到障碍物并且信号源和检测单元刚好对齐的情况。
采用第二种检测方案，检测单元1直接检测外轮的运动状态信号。具体地说，如检测单元1为红外传感器，外轮12对应内侧面间隔设置强弱反射材料，这样外轮转动时，红外传感器发射的红外信号经强弱反射材料反射后对应接收到光强较大和较小的反射信号。假设强、弱反射信号对应编码为“1”、“0”，则外轮正常传动时，检测单元检测到的信号为“101010……”；当智能机器人遭遇障碍物时，外轮停止转动或轻微抖动时，则检测单元1接收到信号为“100000……”、“011111……”、“111111……”或“000000……”等信号编码。如检测单元1采用超声波传感器时，外轮12对应内侧面间隔设置成凸凹面，也可以达到同样效果。
进一步地，本发明还提供一种智能机器人检测障碍物的方法，如果外轮11突然停止转动，就判定智能机器人8碰到障碍物。
该检测障碍物方法具体包括如下步骤：
步骤A1：智能机器人8在作业空间内进行移动式作业；
步骤A2：检测单元1检测外轮的运动状态信号；
步骤A3：控制单元5判断运动状态信号是否匹配内轮输入信号，如果匹配，则返回步骤A1；否则，判定智能机器人遇到障碍物。
由于内轮的输入信号确定，例如，驱动电机的输入功率确定内轮的转速，控制单元可以将该内轮输入信号（101010……）自动存储。当控制单元判断检测单元1检测到实时的外轮的运动状态信号（000000……）与内轮的输入信号不匹配时，则判断智能机器人遇到障碍物，内轮相对外轮转动。此时，控制单元控制执行步骤A4。
步骤A4为控制单元5控制移动装置2执行转向动作或后退动作。
以上介绍本发明的具体实施方式，本发明智能机器人不受上述具体实施方式的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种智能机器人，包括移动装置(2)、功能单元(3)、驱动单元(4)和控制单元(5)，移动装置(2)设置在智能机器人(8)的底部，控制单元(5)和驱动单元(4)连接，在控制单元(5)的作用下，驱动单元(4)控制移动装置(2)移动；其特征在于：移动装置(2)包含驱动轮和传动轴(13)，驱动轮包含内轮(11)和外轮(12)，内轮(11)与传动轴(13)固定连接；智能机器人正常移动时，内轮(11)带动外轮(12)同步转动；当智能机器人遇到障碍物时，外轮(12)停止转动，内轮(11)相对于外轮(12)转动。
2.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于：内轮(11)设置于外轮(12)的内侧，其中，内轮(11)外侧的凸起部(9)与外轮(12)内侧的凹陷部(10)对应设置。
3.如权利要求2所述的智能机器人，其特征在于：凸起部(9)为弹性卡勾。
4.如权利要求2或3所述的智能机器人，其特征在于：凸起部(9)至少是1个，凹陷部(10)的数量与凸起部(9)相对应。
5.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于：内轮(11)容置于外轮(12)的内部，内轮(11)第一侧面上设有用于容置钢球(20)和弹簧(19)的圆孔(111)，在弹簧(19)的弹力作用下，钢球(20)突出于圆孔(111)的凸出部与外轮(12)第一内侧面上设置的外轮摩擦板(21)相抵，外轮摩擦板(21)上对应设有凹部(211)，所述凹部(211)容纳至少部分钢球(20)的凸出部。
6.如权利要求5所述的智能机器人，其特征在于：钢球(20)和弹簧(19)至少为1对。
7.如权利要求5所述的智能机器人，其特征在于：内轮第二侧面设有内轮盖板(17)，弹簧(19)两端分别与内轮盖板(17)和钢球(20)相抵。
8.如权利要求7所述的智能机器人，其特征在于：内轮盖板(17)与外轮第二内侧面之间设有端面轴承(18)。
9.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于：外轮(12)设有信号源，智能机器人还包括用于检测信号源信号的检测单元(1)，控制单元(5)根据检测单元(1)的检测信号控制移动装置(2)移动。
10.如权利要求9所述的智能机器人，其特征在于：信号源为红外信号发射器，检测单元(1)为红外信号接收器；或者，信号源为超声波发射器，检测单元(1)为超声波接收器；或者信号源为磁性元件，检测单元(1)为霍尔传感器。
11.一种移动装置，包含驱动轮和传动轴(13)，其特征在于：驱动轮包含内轮(11)和外轮(12)，内轮(11)设置于外轮(12)的内侧或内部，内轮(11)与传动轴(13)固定连接；当移动装置(2)正常移动时，内轮(11)带动外轮(12)同步转动；否则，外轮(12)停止转动，内轮(11)相对于外轮(12)转动。
12.一种如权利要求1至10任一项所述的智能机器人检测外轮运动状态方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1：智能机器人(8)在作业空间内进行移动式作业；
步骤S2：检测单元(1)第一次接收到信号时开始计时，控制单元(5)每间隔时间Δt，判断检测单元(1)是否接收到信号，若检测单元(1)没有接收到信号，则控制单元(5)控制移动装置(2)执行转向动作或后退动作；否则进入步骤S3；
步骤S3：控制单元每间隔时间Δt+t，判断检测单元(1)是否接收到新的信号，若检测单元(1)没有接收到信号，返回步骤S1；否则，控制单元(5)控制移动装置(2)执行转向动作或后退动作；
其中，时间Δt为外轮(12)正常工作时转动一周所需时间，时间t小于时间Δt。
13.一种如权利要求1至10任一项所述的智能机器人检测障碍物方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤A1：智能机器人(8)在作业空间内进行移动式作业；
步骤A2：检测单元(1)检测外轮运动状态信号；
步骤A3：控制单元(5)判断所述运动状态信号是否匹配内轮输入信号，如果匹配，则返回步骤A1；否则，判定智能机器人遇到障碍物。
14.如权利要求13所述的检测障碍物方法，其特征在于：还包括步骤A4：控制单元(5)控制移动装置(2)执行转向动作或后退动作。
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