CN104097215B - 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、反光镜；其特征在于：反光镜设置在转动部上，所述光束扫描机构还包括复位件，复位件产生的回复力作用于反光镜上，临近反光镜设置导电线圈。导电线圈产生的磁场使复位件驱动反光镜绕镜轴摆动，由此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。扫描光束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，利于机器人在非区域工作时更好的确定自身位置。

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、反光镜；其特征在于：反光镜设置在转动部上，光束扫描机构还包括复位件，复位件产生的回复力作用于反光镜上，临近反光镜设置导电线圈。

优选的，回复力是由复位件在导电线圈产生的磁场中受力产生的。

优选的，复位件是安装在反光镜上的永磁体。

优选的，复位件是安装在反光镜上的导磁体。

优选的，反光镜具有尾板，所述复位件安装在尾板上。

优选的，导电线圈环绕反光镜，反光镜尾板向外延伸使复位件与导电线圈相邻。

优选的，导电线圈通入方波脉冲电压。

优选的，临近复位件设置有轭铁，所述导电线圈安装在轭铁上。

优选的，所述轭铁上设有环形槽，所述导线安装在环形槽内。

优选的，所述第一动力马达驱动转动部旋转，使反光镜和复位件随之同步旋转。

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，导电线圈通入方波脉冲电压，导电线圈产生的磁场使复位件驱动反光镜绕镜轴摆动，由此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。扫描光束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装配示意图。

图5是激光扫描机构剖视图。

图6是激光扫描机构内部结构装配示意图。

图7是激光扫描机构另一剖视图。

图8是图5剖面正视图。

图9是激光扫描机构俯视图。

图10是导电线圈中通入的方波脉冲电压示意图。

图11是激光扫描轨迹示意图。

图12是实施例二与图7对应的局部放大示意图。

图13是实施例二导电线圈中通入的方波脉冲电压示意图。

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。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、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、轭铁29、导电线圈291。所述反光镜21是具有单一反光侧面的单面镜，反光镜21设置在转动部上。所述转动轴承25为环形，转动部套设在转动轴承内。所述支架26用于安装激光收发器27和动力马达28，支架26安装在静止部24下部。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，所述轭铁设置在开口240的外部，固定在静止部24上。所述反光镜21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的外表面设置齿轮236，该齿轮位于基座231的底部呈圆环形，而且所述齿轮236与电机轴的输出端设置的输出齿轮283通过传动带284连接，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可随转动轴承25自由转动。所述卡板237中间位置设置透光窗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上部设有反光镜轴承213。反光镜21设置于透光窗210上方间于两支撑臂211之间，反光镜具有长方形的反光部212和向外延伸的尾板214。反光部两侧相对设置镜轴216，镜轴分别安装在两支撑臂上的反光镜轴213内，反光镜21悬置在两支撑臂211之间，尾板214向外延伸，尾板外端安装有导磁材料(如铁镍合金)等制成的导磁体217，尾板的下方设置有尾板外端218的正下方设有轭铁29，同样地轭铁由导磁材料制成，轭铁呈圆环形环绕在支撑架外部，轭铁上设置有一环形导线槽291，导线槽内绕有导电线圈292该导电线圈292通电产生磁力，本实施例中导线具有130匝。

参照图7、10、11当机器人处于工作状态时，动力马达驱动转动部快速旋转，反光镜在转动部的驱动下旋转，同时尾板因旋转离心效应沿以镜轴为中心的圆弧M向上转动。导电线圈通入方波脉冲电压 ，所述方波脉冲电压分为导通时端和断开时段，导通时段和断开时段相间排列，其间隔大小相等。处于导通时段时导电线圈通电产生磁力，轭铁29磁化使该磁力得到增强，尾板受到磁力沿以镜轴为中心的圆弧M向下转动。处于断开阶段时，尾板受转动产生的离心作用恢复至初始位置。方波脉冲电压使反光镜不断重复上述动作，使反光镜能够沿以镜轴为中心的弧向M往复摆动。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，沿镜轴摆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°。同时动力马达驱动转动部旋转，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和图13，与实施例一不同，反光镜尾板末端使用了永磁体219代替实施例一中的导磁体217，该永磁体提供反光镜沿弧向M摆动的动力，导电线圈中通入交变的方波脉冲电压，该脉冲电压可分为正向电压时段和反向电压-时段，上述两个时段导电线圈产生的磁场极性相反，当磁场极性与永磁体219临近磁极相同时，磁力沿弧向M向上推送反光镜尾板，磁场极性与永磁体219临近磁极相反时，磁力沿弧向M向下拉动反光镜尾板，方波脉冲电压使反光镜不断重复上述动作。最终，光束扫描机构形成与实施例一相同的斜栅状扫描轨迹。

总之，通入方波脉冲电压的导电线圈，使反光镜产生沿弧向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 (9)

1.一种自动机器人，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、反光镜；其特征在于：反光镜设置在转动部上，所述光束扫描机构还包括复位件，复位件产生的回复力作用于反光镜上，临近反光镜设置导电线圈，临近复位件设置有轭铁，导电线圈安装在轭铁上，轭铁呈圆环形环绕在支撑架外部。

2.如权利要求1所述的一种自动机器人，其特征在于：所述回复力是由复位件在导电线圈产生的磁场中受力产生的。

3.如权利要求2所述的一种自动机器人，其特征在于：所述复位件是安装在反光镜上的永磁体。

4.如权利要求2所述的一种自动机器人，其特征在于：所述复位件是安装在反光镜上的导磁体。

5.如权利按要求1所述的一种自动机器人，其特征在于：反光镜具有尾板，所述复位件安装在尾板上。

6.如权利要求5所述的一种自动机器人，其特征在于：所述导电线圈环绕反光镜，反光镜尾板向外延伸使复位件与导电线圈相邻。

7.如权利要求3或4所述的一种自动机器人，其特征在于：所述导电线圈通入方波脉冲电压。

8.如权利要求1所述的一种自动机器人，其特征在于：所述轭铁上设有环形导线槽，所述导电线圈安装在环形槽内。

9.如权利要求1所述的一种自动机器人，其特征在于：所述第一动力马达驱动转动部旋转，使反光镜和复位件随之同步旋转。