CN103862453B - 移动机器人及其终端装置姿态调整机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种移动设备，其自行式机体可承载终端装置，其终端装置姿态调整机构包括第一构件、第二构件和传动组件；其中，第一构件用于承载第一终端装置；第二构件与第一构件形成第一滑动铰接副，且第二构件的伸出端与第二终端装置相抵；传动组件的输出端与第一构件连接；且，第二构件在第一构件的带动下，可形成第一滑动铰接副中的铰接副在姿态调整平面内的圆弧位移轨迹，传动组件可带动第一构件形成在所述姿态调整平面内的平动轨迹。针对不同终端装置的位移轨迹要求，该移动设备的姿态调整机构能够在确保在一者调整工作姿态的同时，另一者能够保持稳定的工作姿态，具有结构合理可靠的特点。在此基础上，本发明还提供一种终端装置姿态调整机构。

Description

移动机器人及其终端装置姿态调整机构

技术领域

本发明涉及机械、电子技术领域，具体涉及一种终端装置姿态调整机构及具有该调整机构的移动机器人。

背景技术

移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。根据移动方式来分，可分为：轮式移动机器人、步行移动机器人、履带式移动机器人、爬行机器人、蠕动式机器人和游动式机器人等类型。基于灵活的空间移动性及操作能力，现有的各种类型移动机器人在不同作业环境得以广泛应用。

随着技术发展及应用需要不断提升，对于移动机器人的功能要求也呈现出日趋变化的态势。例如，在某种场合下，需要该机器人具有视频信号采集以及图文、视频演示功能，则相应配置摄像设备和具有显示屏的电子设备，即可满足基本功能需要。然而，在实际使用过程中往往会有姿态调整的需求，摄像设备始终保持稳定的工作姿态，而显示屏根据具体应用情境调整展示角度。也就是说，存在终端装置的两个不同姿态调整需求。

显然，上述需求属于存在于大多数移动机器人的共性问题。

有鉴于此，亟待提供一种用于不同终端装置姿态调整的机构，以满足一者调整工作姿态的过程中，另一者保持稳定工作姿态的使用场合。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种用于不同终端装置的姿态调整机构，以确保在一者调整工作姿态的同时，另一者能够保持稳定的工作姿态。在此基础上，本发明还提供一种具有该终端装置姿态调整机构的移动设备。

本发明提供的一种移动设备，包括自行式机体，所述自行式机体可承载终端装置；还包括终端装置姿态调整机构，所述终端装置姿态调整机构包括第一构件、第二构件和传动组件；其中，所述第一构件用于承载第一终端装置；所述第二构件与所述第一构件形成第一滑动铰接副，且所述第二构件的伸出端与第二终端装置相抵；所述传动组件的输出端与所述第一构件连接；且，所述第二构件在所述第一构件的带动下，可形成所述第一滑动铰接副中的铰接副在姿态调整平面内的圆弧位移轨迹，所述传动组件可带动所述第一构件形成在所述姿态调整平面内的平动轨迹。

优选地，所述传动组件包括第一连杆和第二连杆；其中，所述第一连杆的一端与所述第一构件铰接于第一铰点，另一端与所述自行式机体的固定部件铰接于第二铰点；所述第二连杆的一端与所述第一构件铰接于第三铰点，另一端与所述自行式机体的固定部件铰接于第四铰点；且四个铰点之间的所述第一构件、第一连杆、第二连杆及固定部件构成平行四连杆机构，以便带动所述第一构件在所述姿态调整平面内平动。

优选地，所述第一连杆和第二连杆中，一者设置为两根且分别位于另一者的两侧。

优选地，还包括驱动组件，其动力输出端与所述传动组件连接，以通过所述传动组件带动所述第一构件。

优选地，所述驱动组件包括马达和丝杆-丝母机构；其中，所述丝杆的一端与所述马达的输出端连接，所述丝母套接在所述丝杆上，所述丝母与所述传动组件形成第二滑动铰接副；所述传动组件在所述丝母的带动下可形成所述第二滑动铰接副中的铰接副的直线位移轨迹。

优选地，所述第一构件和第二构件中，一者具有第一滑槽，另一者具有内置于所述第一滑槽中的第一球头，所述第一滑槽与所述第一球头形成所述第一滑动铰接副；所述丝杆和所述传动组件中，一者具有第二滑槽，另一者具有内置于所述第二滑槽中的第二球头，所述第二滑槽与所述第二球头形成所述第二滑动铰接副。

优选地，所述第一终端装置为视频采集装置，所述第二终端装置为设置于所述自行式机体上的显示屏。

优选地，所述移动设备为移动机器人。

本发明提供的一种终端装置姿态调整机构，包括第一构件、第二构件和传动组件；其中，所述第一构件用于承载第一终端装置；所述第二构件与所述第一构件形成第一滑动铰接副，且所述第二构件的伸出端与第二终端装置相抵；所述传动组件与所述第一构件连接，且，所述第二构件在所述第一构件的带动下，可形成所述第一滑动铰接副中的铰接副在姿态调整平面内的圆弧位移轨迹，所述传动组件可带动所述第一构件形成在所述姿态调整平面内的平动轨迹。

优选地，所述传动组件包括第一连杆和第二连杆；其中，所述第一连杆的一端与所述第一构件铰接于第一铰点，另一端与固定部件铰接于第二铰点；所述第二连杆的一端与所述第一构件铰接于第三铰点，另一端与固定部件铰接于第四铰点；且四个铰点之间的第一构件、第一连杆、第二连杆及固定部件构成平行四连杆机构，以便带动所述第一构件在所述姿态调整平面内平动。

优选地，所述第一连杆和第二连杆中，一者设置为两根且分别位于另一者的两侧。

优选地，所述第一构件和第二构件中，一者具有第一滑槽，另一者具有内置于所述第一滑槽中的第一球头，所述第一滑槽与所述第一球头形成所述第一滑动铰接副。

本发明提供的姿态调整机构可用于不同位移轨迹的终端装置，第一终端装置在传动组件的带动下，可随第一构件在姿态调整平面内平动，以保持第一终端装置的姿态；由于第二构件的伸出端与第二终端装置相抵，在第一构件的带动下，第二终端装置可随第二构件在姿态调整平面内摆动。其中，第二构件与第一构件形成的第一滑动铰接副，有效兼容了两个构件之间的不同位移轨迹要求。具有结构设计合理，动作配合可靠的特点，可满足第二终端装置调整工作姿态的过程中，第一终端装置保持稳定工作姿态的使用场合。

在本发明的优选方案中，传动组件的第一连杆、第二连杆、第一构件与固定部件构成平行四连杆机构，工艺上易于实现，且可有效控制制造成本。进一步地，第一连杆和第二连杆中的一者设置为两根，且分别位于另一者的两侧；如此设置，大大提高了姿态调整过程中传动组件的整体刚性，为提高终端装置的工作稳定性提供了可靠保障。

本发明提供的终端装置姿态调整机构可适用于任何形式的移动设备，特别适用于移动机器人。

附图说明

图1为具体实施方式所述移动机器人的第一种使用状态下的轴测示意图；

图2为图1中所示移动机器人的侧向视图；

图3为图1中所述移动机器人的另一角度形成的轴测示意图；

图4示出了具体实施方式所述姿态调整机构的简图；

图5至图7所示分别为具体实施方式所述移动机器人的第二种使用状态下的轴测示意图、侧向视图以及另一角度形成的轴测示意图；

图8至图10所示分别为具体实施方式所述移动机器人的第三种使用状态下的轴测示意图、侧向视图以及另一角度形成的轴测示意图；

图11为图1的I部放大图；

图12示出了第二实施例所述姿态调整机构的简图；

图13为图12所示姿态调整机构的结构示意图。

图中：

自行式机体10、第一终端装置21、第二终端装置22、终端装置姿态调整机构30、第一构件31、第一球头311、第二构件32、容置槽321、第一滑槽322、传动组件33、第一连杆331、第二连杆332、第二滑槽3321、驱动组件40、丝杆41、第二球头411、丝母42、马达43；

第一滑动铰接副A、第二滑动铰接副B。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种姿态调整机构，以用于不同位移轨迹的终端装置，满足一者调整工作姿态的同时另一者保持稳定工作姿态的使用场合。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

不失一般性，本实施方式以移动机器人作为主体进行说明。

请参见图1、图2和图3，其中，图1为本实施方式所述移动机器人的第一种使用状态下的轴测示意图，图2为图1中所示移动机器人的侧向视图，图3为图1中所述移动机器人的另一角度形成的轴测示意图。

如图所示，该移动设备的自行式机体10可承载两个终端装置：第一终端装置21和第二终端装置22，其终端装置姿态调整机构30用于实现第二终端装置22姿态调节的同时，保持第一终端装置21的姿态不变。本文中所提及终端装置的“姿态”是指，终端装置相对于其直接承载结构的位置关系。

具体而言，该终端装置姿态调整机构30包括第一构件31、第二构件32和传动组件33三个主要构成。请一并参见图4，该图示出了本实施方式所述姿态调整机构的简图。

其中，第一构件31用于承载第一终端装置21，为第一终端的直接承载结构，显然，保持第一构件31在调整平面内的平动位移轨迹，即可满足保持第一终端装置21姿态不变的目标需求。本方案中，该第一终端装置21为音频和/或视频采集装置，以实时采集音频、视频等信号。

其中，第二构件32与第一构件31形成第一滑动铰接副A，且第二构件32的伸出端与第二终端装置22相抵，以便于在第二构件32的带动下实现第二终端装置22的姿态调整。本方案中，第二终端装置22为笔记本电脑，图中所示其直接承载结构为自行式机体10，显然，笔记本电脑的姿态调整为其显示屏部分开合角度变化，以适用不同展示方向的需要。

其中，传动组件33的输出端与第一构件31连接，进而依次带动第一构件31、第二构件32的位移。工作过程中，第二构件32在第一构件31的带动下，可形成第一滑动铰接副A中的铰接副在姿态调整平面内的圆弧位移轨迹。与此同时，传动组件33带动第一构件31形成在姿态调整平面内的平动轨迹。第一滑动铰接副保证了此运动过程中，笔记本电脑屏幕卷轴不承受径向力。

需要说明的是，传动组件33的具体配置可以不同的方式实现，本方案采用结构易于实现且制成成本较低的连杆机构。

如图所示，该传动组件具有第一连杆331和第二连杆332。第一连杆331的一端与第一构件31铰接于第一铰点a，第一连杆331的另一端与自行式机体10的固定部件铰接于第二铰点b，第二连杆332的一端与第一构件31铰接于第三铰点c，第二连杆332的另一端与自行式机体10的固定部件铰接于第四铰点d；且四个铰点之间的第一构件31、第一连杆331、第二连杆332及固定部件构成平行四连杆机构，以便带动第一构件31在姿态调整平面内平动，进一步带动第二构件32使得第一滑动铰接副A中的铰接副在姿态调整平面内沿圆弧状轨迹位移。

下面结合该移动机器人承载终端装置的不同使用状态示意图，简要说明姿态调节工作原理。

以图1至图3所示终端装置的工作姿态为基础，当前述平行四连杆机构的第一连杆331、第二连杆332相对于自行式机体10顺时转动改变角度时，上部第一构件31受机构约束形成平动位移轨迹；与此同时，由于第一滑动铰接副A的连接形式提供了两个自由度，因此只有第二构件32的与笔记本电脑（第二终端装置22）显示屏平面垂直的推力传递到笔记本屏幕，进而推动笔记本电脑的显示屏闭合。第一滑动铰接副保证了笔记本电脑屏幕卷轴不承受径向力。如图5至图7所示的半开使用状态，及图8至图10所示的全闭使用状态。

在笔记本电脑姿态调整过程中，视频采集装置随第一构件31平动，姿态不发生改变，从而维持不变的观测俯仰角。反之亦然。

当然，在笔记本电脑显示屏闭合及打开操作过程中，第二构件32推动或带动显示屏姿态调整过程中均需要保持相抵配合状态，以确保控制精度。应当理解，基于现有技术，第二构件32与显示屏的相抵配合关系可以采用不同的结构形式实现，只要满足上述功能需要均在本申请请求保护的范围内。

具体请参见图11，该图为图1的I部放大图。结合图11所示，本方案所述第二构件32的与显示屏相抵配合端开设有容置槽321，在满足装配关系的基础上，第二构件32的容置槽321可以双向带动笔记本电脑显示屏的作相应的姿态调整。进一步地，该容置槽321的进深可以预留一定余量，以适应不同高度尺寸的显示屏，可有效提高其可适应性。此外，该容置槽321的一侧壁可以具有弹性夹持功能，建立良好可靠的相抵配合关系。

进一步如图所示，本方案中第二构件32具有第一滑槽322，第一构件31具有内置于该第一滑槽322中的第一球头311，由第一滑槽322与第一球头311形成第一滑动铰接副A。显然，基于滑动铰接副的特性可以确定的是，相适配的滑槽与球头也可以反向设置，即第二构件32上设置球头，第一构件31上设置滑槽。

随着现有显示功能设备的技术发展，本方案不局限于采用笔记本电脑，还可以采用性能相对完善的平板电脑。实际设计时，只需要在自行式机体10上设置相应的安装结构即可。同理，第一终端装置也可以采用游戏用KINECT，如此设置，玩家可以通过这项技术在游戏中开车、与其他玩家互动、通过互联网与其他Xbox玩家分享图片和信息等。

另外，基于本方案所述终端装置姿态调整机构30，除终端装置的类型选择外，所述第一终端装置21和第二终端装置22还可以分别设计为多个，例如，第一构件31上还可以设置高度信号采集装置，第二构件32的外伸端还可以设置独立麦克风等等。

进一步地，第二连杆332可以设置为两根，且分别位于第一连杆331的两侧，即可以采用空间三杆设计方法，如此设置，大大提高了姿态调整过程中传动组件33的整体刚性，进而改善传动组件33的横向承载能力，具有较好的工作稳定性。当然，也可以反向设置，即第一连杆331设置为两根，分别设置在第二连杆332的两侧，均可以形成空间三杆架构。

本方案所述移动机器人可用于远程呈现（Tele-Presence），通过视频采集装置完成远程音频、视频信号的采用，并发送回主会场；同时在显示屏上实时展现必要的互动影像。此种应用情况下，传动组件33的原始驱动力可以由现场用户手动操作施加，当然若该移动机器人应用于无人作业空间，则需要具备自动驱动功能。

结合图4所示机构简图可知，可以将动力施加在第一连杆331和/或第二连杆332上。例如，通过丝杆拉动第二连杆332摆动，或者在第一连杆331和/或第二连杆332下部铰接处装置齿轮传动等，均为简单有效的驱动方案。以下将结合图12和图13详细说明通过丝杆带动的第二实施例。

请参见图12，该图示出了第二实施例所述姿态调整机构的简图。

本实施例与第一实施例的区别在于增加有驱动组件40，其他构成有工作原理与第一实施例相同。驱动组件40的动力输出端与传动组件33连接，以通过传动组件33带动第一构件331。实际工作过程中，控制单元可基于指令要求输出控制信号至驱动组件40，以实现自动姿态调整。

具体结合图13所示，该图为图12所示姿态调整机构的结构示意图。该驱动组件40的马达43输出端输出动力至丝杆41的一端，以提供丝杆41旋转的原动力，当然，根据配置需要也可以通过减速器进行减速增扭后输出至丝杆41。套接的丝母42与丝杆41构成丝杆-丝母机构，丝母42随着丝杆41的转动同步发生轴向位移。同样地，丝母42与传动组件33的第二连杆332（不局限于第二连杆332）形成第二滑动铰接副B；由于第二滑动铰接副B的连接形式同样提供了两个自由度，因此传动组件33在丝母42的带动下可形成俯仰角变化，实现姿态调整。

进一步如图所示，本方案中传动组件33的第二连杆332的伸出端开设有第二滑槽3321，丝母42具有内置于该第二滑槽3321中的第二球头411，并由第二滑槽3321与第二球头411形成第二滑动铰接副B。同样地，第二滑槽和第二球头也可以反向设置。具体设计时，上述机构中的丝杆-丝母机和驱动马达均可以隐藏在笔记本电脑下部的自行式机体10中。

特别说明的是，上述实施例中连杆构件可以根据各自的位移轨迹可能存在的干涉，例如，与自行式机体10或者第二终端装置22，因而可以将相应杆件进行折弯设计，只要符合机构功能需要均可。本方案中，各附图中所示第一连杆331和第二连杆332均为折弯式设计，以避免干涉扩大运动空间。

除本实施方式所述移动机器人之外，本方案提供的终端装置姿态调整机构的构思还可以应用于其他移动设备。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种移动设备，包括自行式机体，所述自行式机体可承载终端装置；其特征在于，还包括终端装置姿态调整机构，所述终端装置姿态调整机构包括：

第一构件，用于承载第一终端装置；

第二构件，与所述第一构件形成第一滑动铰接副，且所述第二构件的伸出端与第二终端装置相抵；和

传动组件，其输出端与所述第一构件连接；且，所述第二构件在所述第一构件的带动下，可形成所述第一滑动铰接副中的铰接副在姿态调整平面内的圆弧位移轨迹，所述传动组件可带动所述第一构件形成在所述姿态调整平面内的平动轨迹。

2.根据权利要求1所述的移动设备，其特征在于，所述传动组件包括：

第一连杆，其一端与所述第一构件铰接于第一铰点，另一端与所述自行式机体的固定部件铰接于第二铰点；和

第二连杆，其一端与所述第一构件铰接于第三铰点，另一端与所述自行式机体的固定部件铰接于第四铰点；且

四个铰点之间的所述第一构件、第一连杆、第二连杆及固定部件构成平行四连杆机构，以便带动所述第一构件在所述姿态调整平面内平动。

3.根据权利要求2所述的移动设备，其特征在于，所述第一连杆和第二连杆中，一者设置为两根且分别位于另一者的两侧。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的移动设备，其特征在于，还包括驱动组件，其动力输出端与所述传动组件连接，以通过所述传动组件带动所述第一构件。

5.根据权利要求4所述的移动设备，其特征在于，所述驱动组件包括：

马达；和

丝杆-丝母机构，其中，所述丝杆的一端与所述马达的输出端连接，所述丝母套接在所述丝杆上，所述丝母与所述传动组件形成第二滑动铰接副；

所述传动组件在所述丝母的带动下可形成所述第二滑动铰接副中的铰接副的直线位移轨迹。

6.根据权利要求5所述的移动设备，其特征在于，所述第一构件和第二构件中，一者具有第一滑槽，另一者具有内置于所述第一滑槽中的第一球头，所述第一滑槽与所述第一球头形成所述第一滑动铰接副；所述丝母和所述传动组件中，一者具有第二滑槽，另一者具有内置于所述第二滑槽中的第二球头，所述第二滑槽与所述第二球头形成所述第二滑动铰接副。

7.根据权利要求1所述的移动设备，其特征在于，所述第一终端装置为视频采集装置，所述第二终端装置为设置于所述自行式机体上的显示屏。

8.根据权利要求7所述的移动设备，其特征在于，所述移动设备为移动机器人。

9.一种终端装置姿态调整机构，其特征在于，包括：

第一构件，用于承载第一终端装置；

第二构件，与所述第一构件形成第一滑动铰接副，且所述第二构件的伸出端与第二终端装置相抵；和

传动组件，与所述第一构件连接，且，所述第二构件在所述第一构件的带动下，可形成所述第一滑动铰接副中的铰接副在姿态调整平面内的圆弧位移轨迹，所述传动组件可带动所述第一构件形成在所述姿态调整平面内的平动轨迹。

10.根据权利要求9所述的终端装置姿态调整机构，其特征在于，所述传动组件包括：

第一连杆，其一端与所述第一构件铰接于第一铰点，另一端与承载终端装置的自行式机体的固定部件铰接于第二铰点；和

第二连杆，其一端与所述第一构件铰接于第三铰点，另一端与承载终端装置的自行式机体的固定部件铰接于第四铰点；且

四个铰点之间的第一构件、第一连杆、第二连杆及固定部件构成平行四连杆机构，以便带动所述第一构件在所述姿态调整平面内平动。

11.根据权利要求10所述的终端装置姿态调整机构，其特征在于，所述第一连杆和第二连杆中，一者设置为两根且分别位于另一者的两侧。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的终端装置姿态调整机构，其特征在于，所述第一构件和第二构件中，一者具有第一滑槽，另一者具有内置于所述第一滑槽中的第一球头，所述第一滑槽与所述第一球头形成所述第一滑动铰接副。