CN105563451A - 一种智能跟随机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能跟随机器人，包括机器人主体、遥控器，机器人主体上设有控制系统、动力系统、行走机构；控制系统包括控制器、定位模块，所述定位模块与遥控器无线连接，定位模块连接控制器，动力系统受控于控制器，动力系统包括电机驱动模块，电机驱动模块与用以驱动所述行走机构的行走电机相连。本发明的机器人主体能够随着拿着遥控器的人行走，不需要拖拽，还可以遥控操作；能够适应各种路面包括坡路、阶梯等复杂路段，行走平稳安全，自带的蜂鸣器可在特殊情况下进行报警，防止跟丢或遗失。

Description

一种智能跟随机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种智能跟随机器人。

背景技术

随着现代社会的发展，越来越多的工作发展需要用到机器人，但真正能给人们日常生活带来方便和“亲民”的机器人却寥寥无几，比如在春运的车站，人潮涌动，人们都大包小包的带着行李，背着挎着提着；建筑工地上，沉重木料，沙石，水泥让运送的工人们苦不堪言；工厂仓库里，仓库工人们正辛劳地搬运一件件货物。

发明内容

本发明旨在提供一种智能跟随机器人，能跟随使用者并搬运物体。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种智能跟随机器人，包括机器人主体、遥控器，所述机器人主体上设有控制系统、动力系统、行走机构；所述控制系统包括控制器、定位模块，所述定位模块与遥控器无线连接，定位模块连接控制器，所述动力系统受控于控制器，所述动力系统包括电机驱动模块，所述电机驱动模块与用以驱动所述行走机构的行走电机相连。

优选的，所述定位模块包括无线收发模块和超声波接收模块，所述遥控器包括遥控器控制器、无线收发模块和超声波发射模块，所述超声波接收模块至少有三个。

进一步的，所述行走电机和行走机构均有两个，两个行走电机分别与两个行走机构相连，所述两个行走机构相对于机器人主体前进的方向左右设置。两个行走电机分别控制两个行走机构，使用差速控制机器人主体的转向。

优选的，所述行走机构包括履带式轮。

进一步的，所述行走机构还包括移动履带，所述移动履带设于履带式轮前方并与履带式轮相连，所述移动履带包括转动臂和履带，步进电机通过转轴与转动臂的一端相连，转动臂两端均设有转轮，所述履带套在转轮上，移动履带前方设有避障传感器，所述避障传感器与控制器相连，所述步进电机与电机驱动模块相连。移动履带可以帮助机器人主体通过陡坡、阶梯等路面。

进一步的，所述控制器系统包括与控制器相连的避障传感器和/或温度传感器和/或角度传感器。

优选的，所述控制器连有蜂鸣器，当机器人本体与遥控器超过设定距离时蜂鸣器鸣响。

优选的，所述机器人主体设有LED灯，在遥控器上设有控制LED灯的遥控器按键。

进一步的，所述遥控器位于手环上。

进一步的，所述控制系统包括与控制器相连的蓝牙模块。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的机器人主体能够随着拿着遥控器的人行走，不需要拖拽，还可以遥控操作；能够适应各种路面包括坡路、阶梯等复杂路段，行走平稳安全，自带的蜂鸣器可在特殊情况下进行报警，防止跟丢或者遗失。

附图说明

图1是遥控器的电气原理框图；

图2是机器人主体的电气原理框图；

图3是机器人主体的结构示意图；

图中：1-箱体、2-履带式轮、3-移动履带、4-LED灯。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

本实施例中智能跟随机器人，包括机器人主体、遥控器，优选的遥控器包括可佩戴的手环，机器人主体上设有控制系统、动力系统、行走机构；遥控器设有遥控器控制系统。遥控器在智能跟随机器人系统中充当被动信号源角色，主要功能是接收机器人主体发射的无线信号，并向机器人主体回发超声波信号配合机器人系统完成对遥控器的定位。机器人主体外侧设有LED灯，在遥控器上设有控制LED灯的遥控器按键。

机器人主体控制系统包括控制器、定位模块，定位模块与遥控器无线连接，定位模块连接控制器，定位模块包括无线收发模块和超声波接收模块，遥控器包括遥控器控制器、无线收发模块和超声波发射模块，超声波接收模块至少有三个。控制器系统包括与控制器相连的避障传感器、温度传感器、角度传感器的一个或者多个。角度传感器是安放在机器人主体下方，控制器连有蜂鸣器，当机器人本体与遥控器超过设定距离时蜂鸣器鸣响。

动力系统受控于控制器，动力系统包括电机驱动模块，电机驱动模块与用以驱动所述行走机构的行走电机相连。行走电机和行走机构均有两个，所述两个行走电机分别与两个行走机构相连，两个行走机构相对于机器人主体前进的方向左右设置。两个行走电机分别控制两个行走机构，使用差速控制机器人主体的转向。行走机构包括履带式轮，行走机构还包括移动履带，移动履带设于履带式轮前方并与履带式轮相连，移动履带包括转动臂和履带，步进电机通过转轴与转动臂的一端相连，转动臂两端均设有转轮，履带套在转轮上，移动履带前方设有避障传感器，避障传感器与控制器相连，步进电机与电机驱动模块相连。步进电机与移动履带相连接，通过移动履带上的避障传感器信号来控制步进电机转动,从而实现移动履带往上转动。移动履带可以帮助机器人主体通过陡坡、阶梯等路面。

下面结合附图分别对遥控器系统和机器人主体系统进行介绍：

如图1所示，遥控器控制系统包括遥控器控制器，以及与遥控器控制器相连的无线收发模块、电源、超声波发射模块和遥控器按键。

超声波发射模块组：在本实施例中是利用超声波测距和定位技术完成机器人主体对遥控器的定位。为了减少定位误差，采用坐标系定位算法，为保证机器人系统至少同时有三个接收器能回应，所以超声波发射模块组的超声波信号至少覆盖180°的范围。

无线收发模块：为了实现机器人主体对遥控器的同步跟随，在机器人主体和遥控器中均安装了无线电装置。机器人主体向遥控器发送无线电，无线电为机器人主体的反馈信号，使得超声波发射模块向机器人主体发射超声波信号。

遥控器按键：此按键通过无线信号传输，按下按键就给LED灯一个输出信号，达到照明的作用；还有转换模式的作用，如在跟随模式和蓝牙遥控模式间转换。

电源模块：电源采用轻便可充电的锂电池，给遥控器供电。

机器人主体的动力系统与控制系统相连接，并根据控制系统的程序来执行命令，动力系统包括蓄电池、电机驱动模块，电机驱动模块连接两个行走电机，两个行走电机分别连着行走机构；蓄电池以给机器人系统供电，在没有电时，可充电。

如图2所示，机器人系统具体包括控制器，以及与控制器相连的无线收发模块、超声波接收模块组、蓝牙模块、按键、角度传感器、避障传感器、温度传感器、电源模块、蜂鸣器、显示模块、LED灯、电池管理模块、电机驱动模块。

超声波接收模块组：在本实施例中是利用超声波测距和定位技术完成机器人主体对遥控器的定位。为了减少定位误差，采用坐标系定位算法，单个超声波接收器无法满足，机器人系统至少同时有三个接收器能接收到超声波信号，为确保机器人系统同时至少有三个接收器接收到超声波信号，所以在机器人主体上安装至少3个超声波接收模块。为了连续准确定位，在机器人主体上安装4个超声波接收模块，这样机器人主体上的4个超声波接收器可以陆续收到超声波信号，优选的，4个超声波接收模块分别位于一个平行四边形的顶点上，为了方便计算，4个超声波接收模块分别位于一个矩形的顶点上。将4个超声波接收模块作为参照点，依次发射得到4个距离。根据空间位置计算出发射点相对于参照点的坐标，通过以上4个参照点可以获得发射点的2组坐标，将2组坐标求平均值可以减少误差。由此计算出遥控器在机器人本体所建立的坐标系中的具体坐标，从而确定遥控器的方向和距离。如果计算出来的距离大于设定距离，且机器人还处于跟随状态，则控制电机向遥控器方向移动，从而实现自动跟随功能。

无线收发模块：和遥控器控制系统中的无线收发模块是一样的，为了实现机器人主体对遥控器的同步跟随，在机器人主体和遥控器中均安装了无线电装置。

避障传感器：实现机器人主体自动避障的功能，使机器人主体的跟随更加安全和智能化。

蓝牙模块：通信使用异步串口实现，机器人主体与智能手机进行蓝牙通讯，智能手机上有控制机器人本体的APP，用手机遥控机器人主体的行驶。

温度传感器：温度传感器作为温度补偿单元，使声速等参数更加准确，从而提高超声波定位的精度。

按键：需要转换模式时用，控制机器人主体在跟随模式和蓝牙遥控模式间进行转换。

电机驱动模块：在选择电机时应充分考虑机器人主体的负载能力和扭力，为保证机器人主体在复杂路段顺利通过，本实施例中通过PWM(脉冲宽度调制)来控制电机转速实现机器人按照设定距离来跟随目标。电机驱动模块连接两个行走电机，两个行走电机就是图2中所示的左电机和右电机。

电源管理模块：在电源管理模块中主要对电池电压进行实时监测，并根据所检测的结果对电池进行过充、过放保护；在机器人系统中对电能的变换、分配、检测及其他电能进行管理。

角度传感器：主要在复杂路段能够反映坡度高度，让速度保持平衡，避免侧翻。

蜂鸣器：蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，本实施例中设定当遥控器与机器人主体的距离大于3米时，蜂鸣器立刻进行蜂鸣报警，提示使用者，防止机器人主体跟丢或者遗失。

LED灯：主要装置在机器人主体外侧，以遥控器控制该LED的输出是低电平还是高电平，起到照明作用。

显示模块：显示用电量，做好充电的准备。

电源模块：机器人主体为独立行走系统，所以机器人控制系统和动力系统只能由机器人主体自身携带，考虑电机的选择要求负载和扭力大，所以电源采用合适的可充电的锂电池。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例的区别自在于：机器人主体包括存放物品的箱体1，遥控器为与机器人控制系统配对的手环。箱体1的下方是控制器等相关模块的安置处，为避免路途的颠簸，控制器等相关模块的连接和摆放应特别注意。优选的，箱体1为长方体，4个超声波接收模块分别安装在箱体1的4个角上，LED灯4设置在箱体1前方在黑夜中起到照明的作用；履带式轮2是由主动轮驱动、围绕着主动轮、负重轮、诱导轮和托带轮的柔性链环，在选材中尽可能的选择较轻的，由于履带接触面大，所以摩擦力也大，动力系统要能达到足够的动力。为了在坡度大和阶梯中更稳定的行驶，机器人前方设有移动履带3，移动履带3包括转动臂和履带，步进电机通过转轴与转动臂的一端相连，转动臂两端均设有转轮，履带套在转轮上，移动履带设于履带式轮前方并与履带式轮相连，步进电机控制转动臂的转动，进而调整移动履带3的角度，行走电机驱动履带式轮2和移动履带3向前行走，移动履带3前方设有避障传感器，避障传感器与控制器相连。移动履带3前方的避障传感器只判断阶梯高度，让移动履带往上转或者不动，安装在别处的避障传感器是判断前方路段障碍物的，并顺利通过的。在遇到上阶梯时可根据移动履带3前方安装的避障传感器来判别前方高度，如前方高度与现在的角度，传感器将信号传给控制器，控制器控制步进电机的转动，将移动履带往上转动，直到避障传感器没检测到信号；平时则保持默认角度。箱体下方设置有角度传感器，在路途中机器人主体会利用角度传感器来判断路况的平整性，根据平整性的不同来减速或者加速，保持机器人主体的平衡性。为了避免中途电量用完和一些紧急情况，优选的，在机器人主体正前方设置拉杆，在特殊情况，操作者可以像拉行李箱一样拉着机器人走。本发明在实现跟随人行驶的过程中，做到了任何路况都可以简单通过；打破原有的背包，手提包，行李箱，不消耗体力，实现了包跟随人的脚步往前走，具有清洁环保、简单智能、成本合适、方便实用的特点。

当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能跟随机器人，其特征在于:包括机器人主体、遥控器，所述机器人主体上设有控制系统、动力系统、行走机构；所述控制系统包括控制器、定位模块，所述定位模块与遥控器无线连接，定位模块连接控制器，所述动力系统受控于控制器，所述动力系统包括电机驱动模块，所述电机驱动模块与用以驱动所述行走机构的行走电机相连。

2.根据权利要求1所述的智能跟随机器人，其特征在于：所述定位模块包括无线收发模块和超声波接收模块，所述遥控器包括遥控器控制器、无线收发模块和超声波发射模块，所述超声波接收模块至少有三个。

3.根据权利要求1所述的智能跟随机器人，其特征在于：所述行走电机和行走机构均有两个，两个行走电机分别与两个行走机构相连，所述两个行走机构相对于机器人主体前进的方向左右设置。

4.根据权利要求1或3所述的智能跟随机器人，其特征在于：所述行走机构包括履带式轮。

5.根据权利要求4所述的智能跟随机器人，其特征在于：所述行走机构还包括移动履带，所述移动履带设于履带式轮前方并与履带式轮相连，所述移动履带包括转动臂和履带，步进电机通过转轴与转动臂的一端相连，转动臂两端均设有转轮，所述履带套在转轮上，移动履带前方设有避障传感器，所述避障传感器与控制器相连，所述步进电机与电机驱动模块相连。

6.根据权利要求1所述的智能跟随机器人，其特征在于：所述控制器系统包括与控制器相连的避障传感器和/或温度传感器和/或角度传感器。

7.根据权利要求1所述的智能跟随机器人，其特征在于：所述控制器连有蜂鸣器。

8.根据权利要求1所述的智能跟随机器人，其特征在于：所述机器人主体设有LED灯，在遥控器上设有控制LED灯的遥控器按键。

9.根据权利要求1所述的智能跟随机器人，其特征在于：所述遥控器位于手环上。

10.根据权利要求1所述的智能跟随机器人，其特征在于：所述控制系统包括与控制器相连的蓝牙模块。