CN104175332A - 激光定位自动机器人 - Google Patents

Abstract

激光定位自动机器人，包括：机体、激光扫描机构；所述激光扫描机构包括：激光发射部、激光接收部、反光镜、第一动力马达、第二动力马达；所述第二动力马达驱动转动部旋转，所述反光镜安装在第一动力马达的转轴上，所述第一动力马达设置在转动部上。第一动力马达反光镜形成摆动激光，同时第一动力马达随转动部旋转形成扫描激光，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，该轨迹由排列密集的斜线连接而成。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上。

Description

激光定位自动机器人

技术领域

本发明涉及一种激光定位自动机器人。 

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激光发射器和激光接收器，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激光，扫描激光扫过每个预置的反光件时，反光件形成平行于扫描激光的反射激光。激光接收器接收反射激光，同时机器人具有角度传感器能够检测扫描激光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激光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，设置在机体上的激光发射装置发出的扫描激光也会产生倾斜，造成扫描激光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激光。机器人与反光件之间的间距越远，倾斜的扫描激光无法投射到反光件上的几率越大。扫描激光无法投射到反光件上时，激光接收器无法接收反射激光，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。对于上述问题，公开号为US5426584的美国专利揭露了一种解决方案其通过一组机械联动结构驱动反光镜振动并将光速投射在反光镜上，同时360°旋转反光镜形成扫描光，设置在机器人工作空间的光标反射扫描光，机器人上设置了光接受组件并依次计算机器人所在的位置，为了达到较好的实时定位效果扫反光镜需要设置较高的振动频率。然而，在实施过程中机械联动结构较为复杂不容易让反光镜产生较高的振动频率，且机械联动机构较为高频工作时其使用寿命较短。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激光定位自动机器人，包括：机体、激光扫描机构；激光扫描机构包括：激光发射部、激光接收部、反光镜、第一动力马达、第二动力马达；第二动力马达驱动转动部旋转，反光镜安装在第一动力马达的转轴上，第一动力马达设置在转动部上。 

 优选的，激光发射部产生的入射光线投射到反光镜上，入射光线与所述转动部的中轴线大致重合。 

优选的，入射光线大致投射到反光镜的几何中心。 

优选的，以所述中轴线为中心设置能够使激光穿过的通道。 

优选的，所述激光发射部设置在通道的一端，反光镜设置在通道的另一端。 

优选的，所述第一动力马达是能够正反转的摆动电机。 

优选的，摆动电机的最大扫描角度在区间[-15°+15°]内。 

优选的，反光镜呈薄片状其厚度为1至5毫米。 

优选的，转动部上设置有支架，所述第一动力马达安装在支架上。 

优选的，激光发射部和激光接受部是一体设置的激光收发器。 

 自动机器人运行时，激光发射部将激光投射至反光镜上，第一动力马达旋转带动反光镜绕镜轴往复摆动，由于反光镜绕转轴转动其所产生的反射激光在竖直方向上沿一定角度摆动，同时反光镜随转动部旋转使扫描激光360°旋转。所述激光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激光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。反光镜设置在第一动力马达的轴上，反光镜与马达之间没有冗余的机械结构其结构相对现有技术更加简单，同时薄片状的反光镜质量较小，因此相对于现有技术反光镜的振动频率可以达到较高的值。 

附图说明

图1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是激光扫描机构侧面剖视图和第一动力马达局部放大示意图。 

图6是激光扫描机构正面剖视图。 

图7是激光入射、反射及光标反射光路示意图。 

图8是激光扫描机构俯视图。 

图9是激光扫描轨迹示意图。 

具体实施方式

参照图2所示的机器人包括，机体1、激光扫描机构2、行走轮11。机体1用于承载激光扫描机构2。激光扫描机构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激光，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、第一动力马达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、第二动力马达28。所述反光镜21呈薄片状质量较小其厚度为1毫米，反光镜21设置在第一动力马达22的轴上，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24的开口240内。所述支架26用于固定激光收发器27和第二动力马达28，支架26固定于静止部24下部。静止部安装在机器人的机体1，静止部24上设置一圆形开口240。 

参照图4、5、6，静止部24下方设置支架26，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4、5、6，转动部23设置在腔体内部，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呈两端开口的中空圆柱形，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，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，通光口235和所述的基座231形成激光通道，该通道的中心与转动部的中轴A相同，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，所述激光与转动部中轴A大致重合，并投大致射到长方形反光镜21的中心（参照图7）。所述基座231的外表面设置传动齿轮236，该齿轮位于基座231的底部呈圆环形，所述传动齿轮236与电机轴的输出端设置的输出齿轮283通过传动带(图中未示出)连接，传动齿轮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5、6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。内壁的外侧与转动轴承卡接。上述的第一动力马达设置在支撑架232上，马达轴端部具有开叉221所述反光镜21插装在开叉内并通过胶水粘固。 

 参照图7、8、9，当机器人处于工作状态时，第二动力马达轴端部的输出齿轮283转动，传动齿轮236被驱动,激光扫描机构2的转动部23沿逆时针D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232带动反光镜21在水平平面内旋转，同时第一动力马达带动反光镜以一定频率摆动，其最大扫描角度为±5°。最终，反光镜21绕第一动力马达轴摆动，又能够随转动部做圆周运动。 

 参照图7、8入射光线a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投射到反光镜21上。反光镜随第一动力马达21摆动并在竖直方向上形成摆动的出射光线a’，出射光线a’投射到反光件3上形成方向相反的反射光线b和b’最终由激光收发器27接收。同时反光镜21随转动部23做圆周运动，使所述出射光线a’同时做圆周运动，反光镜21旋转时出射a’光线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°。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，该轨迹由排列密集的斜线连接而成。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形成反射光线b’，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。 

 综上所反光镜随转动23部做圆周旋转，同时，第一动力马达带动反光镜摆动，反光镜和第一动力马达之间无需复杂的传动机构，反光镜可以容易地达到较高的摆动频率，已知的马达摆动频率可以达到1500Hz甚至更高，因此完全能够满足实际扫描需求。激光投射到反光镜21上，反光镜21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。转动部内部23的入射激光a与其中轴A大致重合同时投射到反光镜的中心，使得到的光束扫描轨迹更为稳定，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 (10)

1.激光定位自动机器人，包括：机体、激光扫描机构；所述激光扫描机构包括：激光发射部、激光接收部、反光镜、第一动力马达、第二动力马达；其特征在于：所述第二动力马达驱动转动部旋转，所述反光镜安装在第一动力马达的转轴上，所述第一动力马达设置在转动部上。

2.根据权利要求1所述的激光定位自动机器人，其特征在于：所述激光发射部产生的入射光线投射到反光镜上，入射光线与所述转动部的中轴线大致重合。

3.根据权利要求2所述的激光定位自动机器人，其特征在于：所述入射光线大致投射到反光镜的几何中心。

4.根据权利要求2所述的激光定位自动机器人，其特征在于：在所述转动部上以中轴线为中心设置能够使激光穿过的通道。

5.根据权利要求4所述的激光定位自动机器人，其特征在于：所述激光发射部设置在通道的一端，反光镜设置在通道的另一端。

6.根据权利要求1所述的激光定位自动机器人，其特征在于：所述第一动力马达是能够正反转的摆动电机。

7.根据权利要求6所述的激光定位自动机器人，其特征在于：所述摆动电机的最大扫描角度在区间[-15°+15°]内。

8.根据权利要求1所述的激光定位自动机器人，其特征在于：所述反光镜呈薄片状其厚度为1至5毫米。

9.根据权利要求1所述的激光定位自动机器人，其特征在于：所述转动部上设置有支架，所述第一动力马达安装在支架上。

10.根据权利要求1所述的激光定位自动机器人，其特征在于：激光发射部和激光接受部是一体设置的激光收发器。