CN104029193B - 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；所述光束扫描机构包括转动部、第一动力马达、第二动力马达、反光镜、镜轴；第一动力马达驱动转动部旋转，其特征在于：所述第二动力马达、反光镜、镜轴设置在转动部上，所述转动部上还设置有转轮和连杆，所述连杆一端与反光镜连接另一端与转轮连接，第二动力马达驱动转轮旋转使连杆一端绕转轮上旋转中心做圆周轨迹运动。由于连杆使反光镜绕转轴摆动，反射光束在竖直方向上沿一定角度摆动。同时反光镜360°旋转，光束扫描轨迹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，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。扫描光束投射到反光件外部，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

为解决上述问题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转动部、第一动力马达、第二动力马达、反光镜、镜轴；第一动力马达驱动转动部旋转，其特征在于：所述第二动力马达、反光镜、镜轴设置在转动部上，所述转动部上还设置有转轮和连杆，所述连杆一端与反光镜连接另一端与转轮连接，第二动力马达驱动转轮旋转使连杆一端绕转轮上旋转中心做圆周轨迹运动。

优选的，所述连杆与反光镜之间的连接为枢轴连接。

优选的，所述马达通过马达轴与转轮连接，连杆与转轮之间的连接为枢轴连接，该枢轴中心与转轮旋转中心不重合。

优选的，所述转轮为偏心轮，所述旋转中心相对转轮的几何中心偏置。

优选的，所述连杆与偏心轮外围枢轴连接。

优选的，所述旋转中心为转轮圆心。

优选的，所述转轮圆心外侧设有连接轴，所述连杆与连接轴枢轴连接。

优选的，所述光束扫描机构为具有收发装置的激光收发器。

自动机器人运行时反光镜随转动部在水平面内转动。光束发射部将光束投射至反光镜上，由于连杆使反光镜绕转轴摆动,反光镜所产生的反射光束在竖直方向上沿一定角度摆动，同时反光镜在水平面内转动使扫描光束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是现有技术机器人工作示意图

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是激光扫描机构侧视图

图6是激光扫描机构沿F-F剖面图

图7是激光扫描机构侧面透视图

图8是激光扫描机构沿E-E剖面示意图

图9是激光扫描机构俯视图

图10是转轮旋转轨迹示意图

图11是激光扫描轨迹示意图

图12是实施例二的连杆和转轮的正视和侧视图

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，机器人行走时光束扫描机构2不断360°旋转形成的扫描激光。

参照图3、4所示激光扫描机构2包括:反光镜21、连杆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、第一动力马达28、第二动力马达29、偏心轮291。所述反光镜21是具有单一反光侧面的单面镜，反光镜、连杆22和第二动力马达设置在转动部23上，所述转动部大致呈圆柱形，所述转动轴承25为环形，转动轴承中心具有能够恰好使转动部23套设在轴承25上的开口251。所述支架26用于固定激光收发器和第一动力马达，支架26安装在静止部24下部。

参照图3、4所示的激光扫描机构2，所述静止部24安装在机器人的机体1上，所述静止部24为厚度均匀的板状，静止部24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。静止部24设置一开口240该开口呈圆形，并且贯穿静止部24， 所述反光镜21和支撑臂215设置在静止部所在平面上方。

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和第一动力马达28分别固定于支架26上，本实施例中所采用的第一动力马达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6、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6、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臂211，支撑臂211底部与卡板237一体设置，支撑臂211上部设有轴承孔213轴承孔213内设有轴承214，反光镜21设置于透光窗上方间于两支撑臂之间，反光镜呈长方形，反光镜一端两侧相对设置半圆第一外凸部216，第一外凸部垂直于反光镜表面向上延伸，第一外凸部设置具有孔，该孔用于穿过反光镜轴212使反光镜倾斜地悬置在两支撑臂211之间。反光镜另一端中间位置设置另一对相对设置的第二外凸部217，所述第二外凸部217分别设置圆孔218，相对应地连杆上设置连杆孔221，连杆设置在两个第二外凸部之间，连杆轴219穿过第二外凸部上的圆孔218和连杆孔221，连接连杆22和反光镜21。所述连杆22上另一端设置圆形偏心轮开口222所述开口内设置偏心轮291，偏心轮的外径略小于偏心轮开口222使偏心轮既能够驱动连杆又能够使偏心轮291和连杆22相对灵活的转动。所述偏心轮上设有一偏心292。所述偏心为贯穿该偏心轮291的孔，第二动力马达29转轴安装在该偏心中。所述第二动力马达设置在马达座293上，马达座与反光镜支撑架232一体设置。

参照图10、11当机器人处于工作状态时，第二动力马达带动偏心轮旋转，从偏心轮一侧观察偏心轮旋转形成转动轨迹A、A’、A’’，所述偏心轮旋转形成轨迹的中心为偏心292。所述连杆上的偏心轮孔开口222的圆心与偏心轮的几何中心即圆心B相同，因此偏心轮291旋转时偏心轮孔圆心B形成圆形轨迹C，连杆一端绕偏心292做圆周轨迹运动，当偏心轮圆心B在圆形轨迹C上处于上升阶段时，连杆22对反光镜21产生向上地牵引使反光镜绕镜轴212向上偏转，当偏心轮圆心B在圆形轨迹C上处于下降阶段时，连杆22对反光镜21产生向下地推送使反光镜绕轴向下偏转。第二动力马达29持续旋转使连杆持续的进行牵引和推送，使反光镜能够沿反光镜沿以镜轴为中心的弧向M(参照图8)往复摆动，第二动力马达具有较高的转速使反光镜的震动频率能够维持在200Hz~500Hz。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，沿镜轴振动的反光镜所形成的反射光线轨迹在竖直方向上以一定角度的摆动，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°。机器人工作时第一动力马达输出齿轮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沿逆时针方向D旋转(参照图9)，使所述反射光线同时在水平面内做圆周运动，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所示转轮，与实施例一不同的是所述转轮为圆形轮，其圆心孔294用于将圆形轮安装在第二动力马达的轴297上，圆心孔294径向向外设置凸起部295，该凸起部呈圆柱形垂直于圆形轮表面向外延伸，连杆22上具有与凸起部配合孔296，凸起部安装在配合孔296上。当机器人处于工作状态时第二动力马达带动转轮绕圆心孔294旋转，同样地连杆与凸起部连接的一端绕圆心孔294做圆周轨迹C’运动，与实施例一类似地当连杆一端处于圆周轨迹上升阶段时，连杆沿弧向M(参照图8)向上牵引反光镜，相反地当摇一端在圆周轨迹上处于下降阶段时，连杆沿弧向M向下推送反光镜。第二动力马达29持续旋转使连杆持续的进行牵引和推送，使反光镜能够沿反光镜沿以镜轴为中心的弧向M往复摆动，第二动力马达具有较高的转速使反光镜的震动频率能够维持在200Hz~500Hz。

另外，所述的第二动力马达29达既可以沿单一方向旋转，也可以是周期性正反旋转，即能够使连杆一端沿圆周轨迹周期性的上升和下降，使反光镜产生沿弧向M周期性的摆动。总之所述连杆一端与转轮连接做圆周轨迹运动，连杆另一端牵引和推送反光镜使之产生沿弧向M周期性的摆动，激光投射到反光上后能够产生在竖直空间内摆动的反射轨迹。机器人工作时反光镜随转动在水平面内转动，使所述激光以机器人为中心360°扫描，最终在机器人的外部空间形成斜栅状扫描轨迹，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 (4)

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(2)包括转动部(23)、第一动力马达(28)、第二动力马达(29)、反光镜(21)、镜轴(212)；第一动力马达驱动转动部旋转，所述第二动力马达(29)、反光镜(21)、镜轴设置在转动部(23)上，所述转动部上还设置有转轮和连杆(22)，其特征在于：所述连杆(22)一端与反光镜连接，另一端设置圆形开口，所述转轮安装于所述圆形开口内，所述转轮的外径小于所述圆形开口以使得所述转轮能够与所述连杆相对转动，所述第二动力马达通过马达轴与转轮的旋转中心(292)连接，所述旋转中心(292)相对所述转轮的几何中心偏置，第二动力马达驱动转轮旋转使连杆一端绕转轮上旋转中心(292)做圆周轨迹(B)运动以推送所述反光镜绕所述镜轴向上或向下偏转，所述反光镜(21)设置两第二外凸部，所述连杆(22)设置在两所述第二外凸部之间。

2.如权利要求1所述的一种自动机器人，其特征在于：所述连杆(22)与反光镜(21)之间的连接为枢轴连接。

3.如权利要求2所述的一种自动机器人，其特征在于：所述转轮为偏心轮(291)。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种自动机器人，其特征在于：所述光束扫描机构为具有收发装置的激光收发器。