CN105583814B - 一种可迅速拆卸和组装的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可迅速拆卸和组装的机器人，由控制单元，动力单元的其中一个组件、任务接口单元的其中一个组件装配而成；所述动力单元的组件能够使机器人发生位移，由控制单元提供指令控制动力单元所配置的行驶、行走、滑行、飞行等任意一种组件，将机器人移动到任务地点；所述任务接口单元的组件根据任务的要求来装配，由控制单元提供指令控制任务接口单元的组件执行任务。本发明的机器人通过拆装相应的组件，提供对应通信、视频通话、信息发布与提醒、物品传递与运输、使用者监护、远程设备控制等各种任务的解决方案。本发明的模块化设计，将机器人的外部尺寸、重量进行最大限度的优化，以提高使用者使用的便捷性和舒适性。

Description

一种可迅速拆卸和组装的机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及一种可迅速拆卸和组装的机器人。

背景技术

机器人是一种自主的机械装置，主要根据使用者指令按照设计的原则纲领行动完成任务，可以协助人类完成一部分日常的工作，如行走、负重、运输、控制外部设备等。

当前市场上出售的各类机器人仅能完成预设的单一重复的功能，如智能扫地机器人，做饭机器人，生产线机器人等，同时，这类机器人仅能按照预先编制的程序工作，远不能达到智能的水平，无法完成日常生活中相对离散的任务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可迅速拆卸和组装的机器人，能够根据任务需求迅速拆卸并安装对应的任务组件，通过机械动作、通信或电子屏显示等形式来完成使用者指令，实现行走、负重、运输、控制外部设备等功能。

为了达到上述目的，本发明的目的在于提供一种可迅速拆卸和组装的机器人，所述机器人包含控制单元、动力单元、任务接口单元；

所述动力单元具有能够使机器人发生位移的一个或多个组件，通过相应的接口使控制单元与动力单元的其中一个组件进行装配及信号连接，由控制单元向动力单元提供指令，以控制动力单元所配置的组件运行，驱使机器人移动到任务地点；

所述任务接口单元具有能够使机器人执行设定任务的一个或多个组件，通过相应的接口使控制单元与任务接口单元的其中一个组件进行装配及信号连接，由控制单元向任务接口单元提供指令，以控制任务接口单元所配置的组件运行来完成任务。

优选地，所述机器人设置有一种或多种环境感知设备，来测定有关机器人和/或其使用者的自身状态，或者有关机器人和/或其使用者当前所处环境的参数；

所述机器人设置有通信设备，来接收用户向机器人发送的任务信息；

所述控制单元设置的中央处理器，接收环境感知设备传输的信息，并根据从通信设备接收的任务信息，得出符合任务要求的指令，通过相应接口发送指令给动力单元、任务接口单元各自配备的组件。

优选地，所述动力单元设置的运动部件，通过驱动用的电机连接降低转速以提升扭矩的减速机，并通过与减速机连接的传动轴将动力传送给动力单元所配置的组件；所述动力单元还设置有动力电池为机器人供电；所述动力电池配备有充电装置。

优选地，各单元设置的接口，包含：输送电能的电源接口，传递数据的数据接口，装配相应单元的连接定位槽，物理锁定的机械锁紧接口。

优选地，各单元分别设置有提供本单元内结构支撑、部件定位和保护的结构件，并分别设置有外观装饰件。

优选地，所述动力单元的组件，是以下任意一种能够使机器人发生位移的设备：转轮，或螺旋桨，或升降台，或浮筒，或拟人肢体。

优选地，所述任务接口单元的组件，是以下任意一种执行任务的设备或其组合：发布信息的显示设备，或通过机械手操作目标物品的机械臂，或承载使用者或物品的座椅型设备，或向智能电器的远程控制开关输送开关指令的设备。

优选地，所述机器人还通过任务接口单元设置的交互面板来接收使用者发布的任务信息；或者，所述机器人还通过环境感知设备来识别使用者发布的任务信息。

优选地，所述环境感知设备中，包含测算机器人与使用者之间距离与方位差的传感装置，以及对使用者的特征进行识别的摄像头；所述控制单元根据所述环境感知设备传输的信息，得出控制动力单元所配备的组件驱使机器人靠近或远离使用者的指令，通过相应接口发送该指令给动力单元，以保持机器人与使用者之间的距离符合预定范围，实现机器人对使用者的近距跟踪。

优选地，所述环境感知设备进一步包含GPS定位设备；根据所述GPS定位设备向机器人的通信设备发送的使用者的当前位置，控制单元得出控制动力单元所配备的组件驱使机器人接近使用者或任务目标的指令，通过相应接口发送该指令给动力单元，移动机器人直至摄像头能够识别到使用者，实现机器人对使用者的远程跟踪。

综上所述，本发明涉及的机器人，是一种经过模块化设计，可根据任务要求进行拆卸，卸下与任务不相关的组件，并通过自动或者手动的形式安装对应任务要求的组件，以最大的功能优势完成使用者发布的任务。即提供了一种多功能体系，为使用者提供对应任务的解决方案。通过模块化设计，将机器人的外部尺寸、重量进行最大限度的优化，以提高使用者使用的便捷性和舒适性。

附图说明

图1是本发明的一种可迅速拆卸和组装的机器人的结构示意图；

图2是本发明所述机器人中控制单元的系统框图；

图3是本发明所述机器人中动力单元的系统框图；

图4是本发明所述机器人中任务接口单元的系统框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所涉及的机器人，主要按照控制单元、动力单元和任务接口单元三大部件进行设计。其中，动力单元提供如机器人行驶、行走、滑行、飞行等各种能够使机器人发生位移的运动机构。控制单元经过运算，计算出针对当前配置的动力单元设备所应运行的步进和转向指令，并通过数据传输接口直接控制动力单元行动。任务接口单元根据任务的不同需求来装备所需的组件；在到达任务地点后，由控制单元控制任务接口单元开展作业任务。

如图2所示，控制单元是整个机器人的核心，包含中央处理器、通信设备、环境感知设备、各类接口、结构件和外观装饰件。其中，环境感知设备包含测距仪、摄像头、麦克风、红外、无线电、温湿度计、陀螺仪等能够感知外界环境的传感器中的任意一种或其任意组合，用来测定机器人及使用者当前存在环境的各类参数，如当前位置、高度或者与某个参照物的距离。通信设备通过无线电、蜂窝式数字通信等方式远程传递用户的命令要求至机器人。中央处理器根据用户任务要求，通过分析环境感知设备传输过来的状态信息，处理以当前配置下各组件完成任务的指令，通过接口将指令传输至对应单元和组件。结构件和外观装饰件提供本单元的结构支撑、部件定位和保护、外部美观度装饰等功能。

如图3所示，动力单元包括结构件、外观装饰件、动力电池、各类接口和运动部件。其中结构件和外观装饰件提供动力单元的结构支撑、部件定位和保护，以及外部美观度装饰等功能。动力电池安装在单元内部的特定位置，为机器人提供行动的能量来源。运动部件实现动力控制，通过电缆从电池取电，采用电机作为驱动部件，通过减速机降低转速并提供更大的扭矩。减速机通过传动轴将动力传送到轮子、螺旋桨、升降台、浮筒或拟人肢体型组件，构成不同形式的动力单元。

如动力单元配置的是平板车型组件，则可以根据指令驱动电机运转，通过减速机获得更大的扭矩，最终驱动整个机器人行驶。同时，可以驱动转向轮控制整体转向。

如动力单元配置的是螺旋桨型升力组件（飞行器型组件），则可以根据指令驱动电机及螺旋桨运转获得升力，使得机器人整体脱离地面。同时，可以控制多个螺旋桨不同的转速以获得不同的升力，最终获得一个偏转力，驱动机器人整体在立体空间内向除了纵向方向的任意其他方向飞行；最终到达目的地。

如动力单元配置的是拟人肢体型组件，则根据指令驱动电机运转，并通过减速器获得更大的扭矩最终驱动拟人肢体的各个关节活动，驱动整个肢体做类似人类下肢行走的运动，以完成复杂地形的位移任务，如上下楼梯。

如图4所示，任务接口单元主要接收控制单元发送的任务指令，依靠自身配备的设备，如显示器、机械臂或无线电发射装置等操作目标，完成用户发布的任务。

为了完成机械任务，任务接口单元可以配置1-2条机械臂，通过机械臂的空间运动，将机械臂末端的机械手送至靠近任务目标的附近，通过机械手的抓握、托举、释放等手势对目标物品进行操作。

或者，任务接口单元还可以配置显示设备，如触摸显示屏或投影仪，实现信息的发布，或者远程监控视频设备。在远程监控模式下，显示以机器人为第一视角的视频，通过操作者在触摸屏上手势动作，控制机器人的机械臂行动。

机器人通过通信设备接收使用者指令，其形式包括但不限于无线电、蓝牙、红外线、语音、程序预设等方式。同时，通过控制单元设置的通信设备或通过任务接口单元另外配置的通信设备，也可以将指令发送至外部设备，对家中的智能家电等进行控制。

又或者，任务接口单元可以配置座椅型设备，用来承载用户或放置物品，在与诸如平板车型等任意一种动力单元的组件配合下，提供大续航能力和平稳、舒适的行驶方式，将用户或物品运送到规定的地点，实现近距离代步。

本发明涉及的机器人是一种简易的、可根据任务要求即时进行模块化拆卸和组装的设备。其中，控制单元根据科技发展，在硬件配置上保持更新，更换性能更强，可以使用处理速度更快的芯片和传感器，但整体外观和接口保持一致性，防止出现与其他组件不兼容的情况发生。动力单元和任务接口单元则根据任务需求进行选择。

为了方便用户拆装，各单元模块之间的接口将进行统一集成化设计，分别为电源、数据、连接定位槽和机械锁紧接口。其中，电源接口提供能源输送，数据接口提供单元模块间的数据传递，连接定位槽可以降低模块间组装的难度，机械锁紧接口则进行物理锁定，防止模块间发生相对运动，损伤机体或其他接口。

各单元模块都根据特性进行结构设计并附以外观装饰，在结构件保护内部仪器、设备不受外部载荷损伤的同时，保证一定的美观度。

本发明中的机器人，通常由控制单元、动力单元的其中一个组件、任务接口单元的其中一个组件装配而成。在这样的组合下，整个机器人系统可分为外部数据通信系统、内部数据传输系统、外部环境感知系统、数据处理系统、电源控制系统、位移系统、输出系统。

其中，外部数据通信系统基于相应的通信设备，可通过无线电、蓝牙、红外等技术实现近距或远程数据通信，传输使用者与机器人之间的控制指令。内部数据传输系统基于相应的接口，实现数据在机器人的内部单元模块之间传递。

外部环境感知系统通过主要布置于各单元设备上的红外探测、无线电测距、摄像头识别、麦克风、导航、陀螺仪等感知设备，实现对机器人周边环境和自身状态的感知，并将数据传送至数据处理系统（控制单元的中央处理器），计算机器人完成任务所需要的各个系统的具体指令。

电源控制系统针对整个机器人的动力来源进行监控，本发明提供的机器人将采用蓄电池作为能量存储来源，并且可以通过家用电路、太阳能发电等装置进行充电。

位移系统根据当前动力单元配置的设备，以及控制单元所发布的位移指令，计算并驱动机器人运动。

输出系统是机器人与用户之间的接口，根据当前任务接口单元配置的组件设备，可实现画面显示或机械臂物理操作等。

进一步地，可以使本发明的机器人在任何配置下，都能够实现全天候跟随使用者，随时听候使用者指令以便提供辅助工作。为了实现机器人自主跟踪使用者，则必须通过控制单元的各类环境感知传感器感知该机器人与真正使用者之间的距离与方位差，计算以当前配置下接近和远离使用者的最佳方位的行动指令，并通过接口传输指令至动力单元进行相应移动。

跟随任务分为近距跟踪和远程跟踪。近距跟踪主要通过使用者生物识别技术实现，通过摄像头捕捉使用者的着装、形体等特征进行确认，并通过测距仪测量与使用者的距离，参考对比摄像头画面中跟使用者实际尺寸大小，综合计算出机器人与使用者之间的实际距离。结合预先设定的间距要求，计算出机器人下一步行走的路程和方向。远程跟踪是机器人在近距跟踪丢失（如摄像头无法搜寻到使用者）或完成远程任务时启动，通过GPS定位使用者和机器人的当前所处位置，例如使用者的GPS设备定位用户当前位置发送给机器人机载的通信设备，机器人通过对比使用者当前位置自动计算接近路线，通过环境感知系统感知接近路线中的障碍物，自动避开，以达到最终接近使用者或者任务目标，直到摄像头能捕捉到使用者。

当机器人在使用者附近时，使用者可以随时通过机器人交互面板（如触摸显示器）下达任务指令；也可通过语音下达指令，机器人的环境感知系统通过接收使用者语音命令，识别和分析后将任务传输至中央处理器。

以下通过一些实施例，说明本发明的机器人可以完成的任务，包括但不限于：通信、视频通话、信息发布与提醒、物品传递与运输、使用者监护、远程设备控制等。

通过机器人机载的摄像头对使用者的识别和监控，可以达到对使用者的实时监护，本发明提供的机器人可以将监控视频实时存储在机载存储设备上，同时可通过网络上传至云端，使用者可以随时通过机器人显示系统或云端存储调取视屏进行观察，如安排机器人监护儿童或老人，使用者通过视频可以随时定位被监护人的实时位置并查看状态，在走丢等紧急情况下，可通过监控视频进行取证。

远程设备控制模式下，通过与配套的远程控制开关进行对接，通过蓝牙、无线电、WIFI、蜂窝式数字通信网络等通信模式控制设备的开关。使用者也可以根据远程视屏监控，进一步操作机械臂来执行任务。比如，使用者坐在家中的沙发上，控制机器人去厨房使用微波炉加热饭菜，通过远程视屏监控，操作机械臂将盘子放入微波炉内，点击加热模式等待加热完毕后取出。

代步模式下，通过配置平板车型、飞行器型等高效的运行组件，配合座椅型任务接口单元，可实现机器人运送使用者的全新出行方式。这期间，用户可通过控制面板输入或通过语音输入目的地，由机器人自主计算行驶路线并实施，或通过控制面板的方向及速度控制按钮进行人工手动操作。机器人行驶的同时，自动探知周边环境，防止与周边行人或物体发生碰撞，并主动避开。在使用者不乘坐的期间，机器人依然可以自动跟随使用者，减轻使用者携带机器人本体的麻烦，同时，也可在机器人座椅上放置一定量的物品，实现物品的运输。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种可迅速拆卸和组装的机器人，其特征在于，

所述机器人包含控制单元、动力单元、任务接口单元；

所述动力单元具有能够使机器人发生位移的一个或多个组件，通过相应的接口使控制单元与动力单元的其中一个组件进行装配及信号连接，由控制单元向动力单元提供指令，以控制动力单元所配置的组件运行，驱使机器人移动到任务地点；所述动力单元的组件，是以下任意一种能够使机器人发生位移的设备：转轮，或螺旋桨，或升降台，或浮筒，或拟人肢体；

所述任务接口单元具有能够使机器人执行设定任务的一个或多个组件，通过相应的接口使控制单元与任务接口单元的其中一个组件进行装配及信号连接，由控制单元向任务接口单元提供指令，以控制任务接口单元所配置的组件运行来完成任务；所述任务接口单元的组件，是以下任意一种执行任务的设备或其组合：发布信息的显示设备，或通过机械手操作目标物品的机械臂，或承载使用者或物品的座椅型设备，或向智能电器的远程控制开关输送开关指令的设备；

所述机器人设置有一种或多种环境感知设备，来测定有关机器人和/或其使用者的自身状态，或者有关机器人和/或其使用者当前所处环境的参数；所述环境感知设备中，进一步包含：

测算机器人与使用者之间距离与方位差的传感装置，以及对使用者的特征进行识别的摄像头；所述控制单元根据所述环境感知设备传输的信息，得出控制动力单元所配备的组件驱使机器人靠近或远离使用者的指令，通过相应接口发送该指令给动力单元，以保持机器人与使用者之间的距离符合预定范围，实现机器人对使用者的近距跟踪；

以及，GPS定位设备；根据所述GPS定位设备向机器人的通信设备发送的使用者的当前位置，控制单元得出控制动力单元所配备的组件驱使机器人接近使用者或任务目标的指令，通过相应接口发送该指令给动力单元，移动机器人直至摄像头能够识别到使用者，实现机器人对使用者的远程跟踪。

2.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述机器人设置有通信设备，来接收用户向机器人发送的任务信息；

所述控制单元设置的中央处理器，接收环境感知设备传输的信息，并根据从通信设备接收的任务信息，得出符合任务要求的指令，通过相应接口发送指令给动力单元、任务接口单元各自配备的组件。

3.如权利要求2所述的机器人，其特征在于，

所述动力单元设置的运动部件，通过驱动用的电机连接降低转速以提升扭矩的减速机，并通过与减速机连接的传动轴将动力传送给动力单元所配置的组件；所述动力单元还设置有动力电池为机器人供电；所述动力电池配备有充电装置。

4.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，

各单元设置的接口，包含：输送电能的电源接口，传递数据的数据接口，装配相应单元的连接定位槽，物理锁定的机械锁紧接口。

5.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，

各单元分别设置有提供本单元内结构支撑、部件定位和保护的结构件，并分别设置有外观装饰件。

6.如权利要求2所述的机器人，其特征在于，

所述机器人还通过任务接口单元设置的交互面板来接收使用者发布的任务信息；或者，所述机器人还通过环境感知设备来识别使用者发布的任务信息。