CN103970131B - 一种自动机器人 - Google Patents

Abstract

一种自动机器人，包括：机体、光束扫描机构；光束扫描机构包括：光束发射部、光束接收部、反光镜、反光镜驱动机构、转动部、静止部、动力马达；反光镜包括转轴，动力马达驱动转动部旋转；反光镜和反光镜驱动机构设置在转动部上，反光镜和反光镜驱动机构随转动部旋转，同时转动部使反光镜驱动机构在静止部上沿圆周轨迹运动，反光镜驱动机构使反光镜绕转轴旋转。自动机器人运行时，光束扫描轨迹在机器人周围空间形成周围具有一定高度的连续斜栅状扫描轨迹，该轨迹斜线在竖直的空间内延伸，当机器人处于非水平表面的工作区域时，扫描轨迹在竖直空间的延伸使扫描光束能够投射到反光件上，进而使机器人能够利用反光件反射回的光信号确定自身的位置。

Description

一种自动机器人

技术领域

本发明涉及一种自动机器人。

背景技术

在机器人导航定位系统中通常在机器人的工作区域预先放置若干反光件，反光件在机器人工作区域的坐标是已知的，机器人的机体内设置光束发射器和光束接收器，机器人在行进的过程中以一定的角速度360°水平向外部发射旋转的扫描光束，扫描光束扫过每个预置的反光件时，反光件形成平行于扫描光束的反射光束。光束接收器接收反射光束，同时机器人具有角度传感器能够检测扫描光束和机器人航行方向上的夹角。机器人导航系统包括中央处理器，和预置在存储器中的导航算法，中央处理器利用已知的反光件坐标和夹角能够计算出当前机器人在工作区域所处的坐标。随着机器人的航行和光束扫描的过程中央处理器不断重新计算机器人当前所处的坐标。同时中央处理器能够根据当前坐标和预置在存储器中的导航算法控制机器人的行进路径。在一些机器人应用的场景中，机器人所处的工作区域往往不是完全水平的(参照图1)，机体在行进过程中因工作区域倾斜而倾斜，设置在机体上的光束发射装置发出的扫描光束也会产生倾斜，造成扫描光束投射在远离反光件的上部空间或投射在工作区域的表面，进而反光件也就无法产生反射光束。机器人与反光件之间的间距越远，倾斜的扫描光束无法投射到反光件上的几率越大。扫描光束无法投射到反光件上时，光束接收器无法接收反射光束，机器人则无法计算确定自身的位置，也就不能顺利的进行导航。因此针对上述存在的问题有必要提出一种新的解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种新的机器人光束扫描系统使机器人在倾斜时其发出的扫描光束也能够投射到反光件上。

为实现上述目的，本发明提供一种自动机器人，包括：机体、光束扫描机构；所述光束扫描机构包括：光束发射部、光束接收部、反光镜、反光镜驱动机构、转动部、静止部、动力马达；所述反光镜包括转轴，所述动力马达驱动转动部旋转；其特征在于：所述反光镜和反光镜驱动机构设置在转动部上，所述反光镜和反光镜驱动机构随转动部旋转，同时转动部使所述反光镜驱动机构在静止部上沿圆周轨迹运动，反光镜驱动机构使反光镜绕转轴旋转。

优选的，所述反光镜驱动机构设置联动部，联动部在静止部上沿圆周轨迹滚动。

优选的，所述联动部包括一联动轴和安装在联动轴上的轮部。

优选的，所述轮部为齿轮或滚轮。

优选的，所述静止部上设置与所述轮部配合的滚动区域。

优选的，反光镜转轴一端与反光镜驱动部连接。

优选的，所述反光镜驱动机构为齿轮传动结构。

优选的，所述反光镜驱动机构包括传动带结构。

优选的，所述静止部和转动部相邻设置。

自动机器人运行时联动部和反光镜随转动部沿水平方向转动，同时联动部在静止部上沿圆周轨迹滚动，联动部滚动时驱动反光镜绕转轴转动。光束发射部将光束投射至反光镜上，由于反光镜绕转轴转动其所产生的反射光束在竖直方向上沿一定角度摆动，同时反光镜沿水平方向转动使扫描光束360°旋转。所述光束扫描轨迹在机器人周围空间形成周围具有一定高度的连续斜栅状扫描轨迹，该轨迹斜线在竖直的空间内延伸，当机器人处于上坡、下坡或其他非水平表面的工作区域时，扫描轨迹在竖直空间的延伸使扫描光束能够投射到反光件上，进而使机器人能够利用反光件反射回的光信号确定自身的位置。

附图说明

图1是现有技术示意图

图2是机器人装配示意图

图3是激光扫描机构分解图

图4是激光扫描机构整体示意图

图5是激光扫描机构前视图

图6是激光扫描机构侧视图

图7是激光扫描机构沿Y-Y侧面剖视图

图8是激光扫描机构沿X-X正面剖视图

图9是与图6相对的侧视图

图10是激光扫描机构俯视图

图11是激光扫描轨迹示意图

图12是实施例2激光扫描机构示意图

具体实施方式

下面参照附图对本发明做进一步详细说明

实施例一：参照图2所示的机器人包括，机体1、光束扫描机构2、主行走轮11、辅行走轮12。机体1用于承载光束扫描机构2、和机器人其他部件。光束扫描机构2安装在机体1较高的位置防止机体上的其他部件遮挡扫描光束，本发明采用激光作为扫描光束，可以想象也可采用其他平行度较好的光源作为扫描光束，机器人行走时扫描机构2不断360°旋转形成的扫描激光。

参照图3所示激光扫描机构2包括：反光镜21、反光镜驱动部22、转动部23、静止部24、转动轴承25、支架26、集发射部和接收部一体的激光收发器27、动力马达28。所述反光镜21是多面镜，但也可采用只有单一反光侧面的单面镜，反光镜21设置在转动部23上，转动轴承25套设在转动部23外，转动部23与转动轴承25安装在静止部的开口240内。所述支架26用于固定激光收发器27和动力马达28，支架26固定于静止部24下部。

参照图3、4所示的激光扫描机构2，所述静止部24包括平面区241和齿轮区242，静止部安装在机器人的机体1上，所述平面区241为厚度均匀的板状，平面区241上设置若干穿孔243，连接静止部24和机器人机体的紧固件穿过该穿孔243。平面区241设置一开口240该开口呈圆形，并且贯穿平面区241，开口240上部外围设置环形圆柱244，该环形圆柱可以与平面区241一体地设置，也可以是可拆卸地连接在平面区241上。所述环形圆柱244上端面245与平面区241所在的平面平行，环形圆柱244上端面245具有齿结构，该齿结构由凹槽部和凸出部相间形成，所述凹槽部和凸出部以上端面245中心为圆心径向向外呈放射状排列。

参照图4、5、6，静止部24下方设置支架26，所述支架26与静止部24底部连接，支架与静止部形成腔体261。激光收发器27和动力马达28分别固定于支架26上，本实施例中所采用的动力马达28为直流电机，电机轴281的输出端设置在腔体261内部，电机主体282部分设置在腔体261外部，所述电机轴输出端上设有输出齿轮283。激光收发器27的收发窗口271(参照图3)设置在腔体261内部。

参照图7、8，在腔体261的内部设置转动部23，转动部23由基座231和反光镜支撑架232组成，所述反光镜21支撑架和基座为分体设置，基座231设置在腔体261内部，基座231呈中空的圆柱形，基座中心径向向内设有连接板233，该连接板233用于和反光镜支撑架232连接，连接板233上具有孔234贯穿连接板，螺钉紧固件穿过连接板233上的孔234连接基座231和反光镜支撑架232。连接板233的中心设有通光口235，激光收发器27位于通光口 235的正下方，激光收发窗口271正对连接板233中心的通光口235使得激光能够穿过该通光口235投射到反光镜21上。所述基座231的外表面设置减速齿轮236，该齿轮位于基座231的底部呈圆环形，而且所述减速齿轮236与电机轴的输出端设置的输出齿轮283相互啮合，减速齿轮236的齿数相对于电机输出端齿数较多，因此动力马达工作时转动部23相对于驱动马达的转速较低。

参照图7、8、9反光镜支撑架232设置在基座231上，支撑架包括设置在转动轴承25上的卡板237和与卡板一体设置位于卡板下部的内壁238，支撑架通过内壁238与基座231连接，所述内壁238设置有螺钉孔239，螺钉孔239沿内壁238纵向延伸，螺钉紧固件穿过连接板233上的孔234进入螺钉孔239。内壁238外侧设有转动轴承25，内壁238外侧与转动轴承25内侧可转动地连接。所述卡板237设置透光窗210，透光窗210位于卡板237的中心使得卡板237旋转时激光束能够无阻碍的投射到反光镜21上。透光窗210两侧设置两个平行支撑柱211，支撑柱211底部与卡板237一体设置，支撑柱211的上部与反光镜21的转轴212相连接，支撑柱211上部设有轴承孔213(参照图6)轴承孔213内设有轴承214，相对应地另一支撑柱211设置轴承孔和轴承，所述反光镜21转轴212穿过两轴承214，反光镜转轴212与卡板237表面平行，明显地反光镜转轴212也可不与卡板237表面平行。反光镜转轴212的一端设置驱动齿轮222，该驱动齿轮在竖直方向转动带动反光镜21绕转轴212在竖直方向上转动。所述驱动齿轮222与联动齿轮223啮合，该联动齿轮223设置在联动轴224上，所述联动轴224通过两联动轴轴承225支撑，联动轴轴承225设置在支撑部226内部。支撑部226相互平行地设置在联动齿轮223两侧，所述支撑部226与支撑柱211临近，靠近支撑柱211的支撑部226与支撑柱211通过连接部215(参照图4)连接在一起以增加驱动部22的整体稳定性。所述联动轴224与卡板237所在平面平行。与联动齿轮223相对地联动轴承另一端设置滚动齿轮227，滚动齿轮227设置在支撑部226外侧，所述滚动齿轮227与静止部24上的齿轮区242上的齿啮合。

参照图9、10、11，当机器人处于工作状态时，电机轴端部的输出齿轮283转动，与输出齿轮283啮合的减速齿轮236被驱动，俯视激光扫描机构22转动部23沿逆时针A方向旋转，设置在基座231上的支撑架232随基座的旋转转动，所述支撑架带动反光镜21在水平平面内旋转，同样的联动轴224在水平面内逆时针转动，联动轴224上的滚动齿轮227沿静止部24上的齿轮端面245表面圆周滚动，联动轴224随着滚动齿轮227转动，设置在联动轴224上的驱动齿轮222跟随联动轴224在竖直的平面内转动，反光镜21转轴212的一端的驱动齿轮222随联动齿轮223转动而转动，从滚动齿轮227向反光镜21侧视，滚动齿轮227沿顺时针方向C转动，反光镜21沿逆时针方向B转动。最终，反光镜21即能够在静止部24的开口 240内部做圆周运动，又能够绕自身转轴212旋转。

参照图7和图10激光从位于腔体261内的激光收发器发出穿过基座231上连接板的中心的通光口235然后通过反光镜21支架上的透光窗210，投射到反光镜21上。反光镜21是棱柱，具有十五个大小相同的侧面，所述反光镜21可具有大小不等的侧面，侧面总数亦可大于或小于十五个。反光镜21每个侧面能够将投射激光反射出去，反光镜21旋转时反射激光在竖直方向上摆动形成竖直方向上的扫描轨迹，顶端的反射激光T和底端的反射激光B所形成的夹角N大致为10°。同时反光镜21在环形柱244上端面245内做圆周运动，使所述反射光线同时做圆周运动，因此扫描激光能够在自动机器人周围形成具有一定高度的连续斜栅状扫描轨迹，该轨迹由很多斜线连接而成。反光件3设置在机器人的工作区域内，扫描轨迹形成的斜线经过反光件3形成反射激光，内置在机器人内的激光收发器27能够接收所述反射激光，经过定位系统计算出机器人所在位置。当机器人工作区域在一个非水平面上时，所述斜栅状扫描轨迹在竖直方向上延伸，扫描激光能够投射到反光件3上。

实施例二：参照图12静止部24的平面区241设置一开口240该开口呈圆形，并且贯穿平面区241。开口上部外围设置环形圆柱244，该环形圆柱244可以与平面区241一体地设置，也可以是可拆卸地连接在平面区241上。所述环形圆柱244上端面245与平面区241所在的平面平行，环形圆柱244上端面245具有平坦的表面。联动轴224设置在两支撑部226上联动轴224靠近环形柱244的一端设有滚轮228，滚轮228由摩擦系数较大的材料制成，本实施例滚轮228由橡胶材料制成。联动齿轮223和电机轴上的驱动齿轮222之间设有传动带229，所述传动带229外表面光滑内表面设置与联动齿轮223和驱动齿轮222啮合的传动齿(图中未示出)。转动部23转动时滚轮228沿环形柱244上端面245滚动，联动齿轮223随滚轮228转动并通过传动带229使驱动齿轮222转动，最终使反光镜21在竖直方向上转动。

综上所述动力马达驱动转动部23在水平方向上转动，联动轴224与静止部24表面平行因此联动轴224在平行于静止部24表面的平面内旋转，联动轴224一端设置的滚轮或齿轮在环形柱244上齿轮端面或平坦端面滚动，联动齿轮223通过传动带229或齿轮驱动反光镜21在竖直的平面旋转。反光镜21在水平和竖直方向上同时转动，激光穿过设置在基座231上的通光口235和设置在反光镜21支架上的透光窗210投射到反光镜21上，反光镜21转动使得激光在竖直方向上摆动，同时反光镜21随转动部23做圆周运动使在竖直方向上摆动的激光在水平方向上360°扫描，反射激光扫描轨迹在机器人外部空间形成密集连续的斜栅状扫描区域，该轨迹斜线在竖直的空间内沿以一定的高度延伸，当机器人处于上坡、下坡或其他非水平表面的工作区域时，扫描轨迹在竖直空间的延伸使扫描激光能够投射到反光件3上，进 而使机器人能够利用反光件3反射回的光信号确定自身的位置。

上述实施例，是本发明较佳的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域技术人员，在不脱离本发明的权利要求范围所做的变动和修改，均在本发明保护范围内。

Claims (8)

1.一种自动机器人，包括：机体(1)、光束扫描机构(2)；所述光束扫描机构包括：光束发射部、光束接收部、反光镜(21)、反光镜驱动机构(22)、转动部(23)、静止部(24)、动力马达(28)；所述反光镜包括转轴(212)，所述动力马达(28)驱动转动部旋转；其特征在于：所述反光镜(21)和反光镜驱动机构(22)设置在转动部上，所述反光镜和反光镜驱动机构随转动部旋转，同时转动部使反光镜驱动机构在静止部上沿圆周轨迹运动，反光镜驱动机构(22)使反光镜绕转轴(212)旋转；所述反光镜驱动机构(22)设置联动部(224)，联动部在静止部(24)上沿圆周轨迹滚动。

2.根据权利要求1所述的一种自动机器人，其特征在于：所述联动部(224)包括一联动轴和安装在联动轴上的轮部(227)。

3.根据权利要求2所述的一种自动机器人，其特征在于：所述轮部为齿轮或滚轮。

4.根据权利要求2所述的一种自动机器人，其特征在于：所述静止部上设置与所述轮部配合的滚动区域(245)。

5.根据权利要求1所述的一种自动机器人，其特征在于：反光镜转轴(212)一端与反光镜驱动机构(22)连接。

6.根据权利要求1所述的一种自动机器人，其特征在于：所述反光镜驱动机构(22)为齿轮传动结构。

7.根据权利要求1所述的一种自动机器人，其特征在于：所述反光镜驱动机构(22)包括传动带(229)结构。

8.根据权利要求1所述的一种自动机器人，其特征在于：所述静止部(24)和转动部(23)相邻设置。