CN105666460A - 具有室内定位及识别功能的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人，包括基台、全景摄像头和由ZigBee网络模块终端构成的无线数传网络，基台包括基体、车轮、动力总成、电源、通信模块和控制器，全景摄像头、通信模块和动力总成的控制单元均与控制器通信连接，电源分别为动力总成、全景摄像头、通信模块和控制器供电，车轮安装在动力总成的驱动轴上，通讯模块为处于无线数传网络内的ZigBee网络模块终端。该具有室内定位及识别功能的机器人具有水陆两用的功能，可以将本机器人作为被实验对象，使学生在分析本机器人具体结构及动作机理后，完成对本机器人进行控制的程序编译工作。亦可将本机器人做成儿童玩具，充分调动儿童对机械配合关系以及控制过程的兴趣，促进其学习劲头。

Description

具有室内定位及识别功能的机器人

技术领域

本发明涉及机械智能领域，尤其是涉及一种具有室内定位及识别功能的机器人。

背景技术

在现有技术中，随着社会的发展以及科技的进步，人们的生活水平越来越高，在日常生活以及各行各业中，人工智能正在逐渐的代替人们的手工劳动输出。

从最简单的方面来说，餐饮店、服装店等这些第三产业的门店入口处大多安置有代替“门迎”这一职务的拟人发声装置，一般来说，包括红外感应传感器或超声波传感器、微控制器和功率放大器等，通过红外感应传感器感应到前方扇形区域内有移动物，那么微控制器就会调用预先存储在存储器内的声音，再经过编码、解码等工作，然后通过功率放大器播放出来。比如，进门时播放“欢迎光临，祝您购物/用餐愉快”；出门时播放“欢迎您再次光临本店购物/就餐”。而随着科技的进步，这种拟人发声装置也进行了产品的升级，有针对的说，上述的装置只能判断一定区域内是否有物体移动，而不能判断出移动物到底是人还是其他物体，而通过对前端感应采集装置的替换以及相应算法的替换，那么就可以使该装置判断出移动物到底是人或非人，有针对性的进行发声。再者，初始的拟人发声装置只能发声，而不能同时将门店的门打开或关闭，经产品升级后，可以将该拟人发声装置和门店的自动门结合起来，发声的同时，同时开门，可以给消费者提供更温馨舒适的服务和消费体验。

从工业角度来说，中国以前乃至现在一直是充当世界工厂这一角色的，在工业水平比较低下的早期，大部分工作主要依靠人为劳动力输出来完成，工作效率十分低下，人工成本巨大，然而随着科技的进步，工业劳动越来越自动化和去人工化，大量机械手和机械臂的应用、生产作业的流水化，以及自动装卸、码放等，节省了大量的劳动力，也极大的提高了工作效率。此外，在工业应用中，ZigBee网络也已经成为了时下非常成熟的技术应用，并获得了大面积的推广，如公开号为CN105338662A的中国发明专利则公开的一种名为“ZigBee网络”的发明专利申请，然而现有的对于此网络系统的应用并不能可靠移动，使得适用范围受限。

时至当下，谷歌最新研发的alphago甚至能够战胜人类世界顶级围棋棋手，展现了其高超的计算能力。

然而，不积跬步无以至千里，不积小流无以成江河。仅针对人工智能来说，基本上每一次进步均是对现有技术积累的进一步改进和突破，如何对人工智能的方方面面进行改进和突破，始终是相关科研人员面临的问题。仅从具有全景摄像功能的机器人来说，如何提高机器人的灵活性和扩大其应用场合是本领域的技术人员需要去探索研究的课题。

发明内容

针对上述现有技术中的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种具有室内定位及识别功能的机器人，从而提高全景摄像装置的灵活性并扩大其应用场合。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有室内定位及识别功能的机器人，包括基台、全景摄像头和由ZigBee网络模块终端构成的无线数传网络，所述基台包括基体、车轮、动力总成、电源、通信模块和控制器，所述全景摄像头、通信模块和动力总成的控制单元均与控制器通信连接，所述电源分别为动力总成、全景摄像头、通信模块和控制器供电，所述车轮安装在动力总成的驱动轴上，所述通讯模块为处于所述无线数传网络内的ZigBee网络模块终端。

优选地，所述动力总成安装在基体内，在所述基体两侧开有四个通孔，所述通孔两两同轴设置，所述驱动轴为伸缩驱动轴，所述伸缩驱动轴为两根，两根伸缩驱动轴分别对应所述通孔设置，所述伸缩驱动轴通过对应的通孔收入或伸出基体。

优选地，在所述通孔处设置封闭门，所述封闭门包括密封板和驱动簧，所述驱动簧包括记忆合金弹簧和电阻丝，所述电阻丝沿记忆合金弹簧走势缠绕在记忆合金弹簧上与记忆合金弹簧形成双股线，所述电阻丝通过电源供电；所述基体侧面与上下内表面过渡的部位开有滑道，对应每个通孔设置的密封板均在所述滑道内滑动，所述密封板的边缘设置有密封件；位于同一侧面的两块密封板之间通过至少一个驱动簧连接。

优选地，所述动力总成包括驱动电机、传动轴和两根驱动轴，两根驱动轴的两端分别安装所述车轮，所述驱动电机驱动传动轴旋转，在所述传动轴上设置两个主动齿轮，在两根驱动轴上分别设置一个从动齿轮，传动轴上的两个主动齿轮各自通过链条带动一个从动齿轮转动。

优选地，所述驱动轴包括主轴和连接在主轴两端的连接轴，与主轴连接的一端加工为花键，对应的主轴开有花键孔，所述主轴和连接轴通过花键和花键孔配合连接并传递扭矩。

优选地，还包括用于将车轮收进基体内的悬挂伸缩架，所述悬挂伸缩架包括两组电动推杆和一个轴承座，所述连接轴安装在轴承座上，两组电动推杆分别用于带动轴承座的竖直升降和水平移动；用于带动轴承座竖直升降的电动推杆竖直设置，电动推杆的支撑座铰接在基体内，推杆与轴承座铰接；用于带动轴承座水平移动的电动推杆的支撑座铰接在基体内，推杆与轴承座铰接。

优选地，所述车轮包括弹性块、挤压板、支撑环板、卡瓦和橡胶套，所述挤压板固定在连接轴远离花键的一端，所述支撑环板和橡胶套均滑动套设在支撑轴上，所述弹性块夹在支撑环板和挤压板之间，所述卡瓦为多个，多个卡瓦成环形覆盖在弹性块的圆柱面上，所述橡胶套将挤压板、弹性块、支撑环板和卡瓦包裹在其内部。

优选地，所述卡瓦包括瓦片和尖锐凸刺，所述尖锐凸刺设置在卡瓦的弧形凸面上，所述尖锐凸刺具有凸出橡胶套的尖头。

优选地，在所述基体的下表面设置有气囊，在基体内设置有空气泵，所述空气泵通过管道与气囊连通，气囊与管道的连接部采用密封件密封。

优选地，所述全景摄像头的下方设置有电动推杆，所述电动推杆的支撑座固定安装在基体内部，所述电动推杆的推杆突出基体上表面与全景摄像头固定连接。

与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：

本发明所提供的具有室内定位及识别功能的机器人具有水陆两用的功能，应用范围非常广，各结构之间的配合巧妙合理。具体应用时，可应用在地震后的搜救工作以及水灾后的搜救工作中。还可以将本具有室内定位及识别功能的机器人作为被实验对象，使学生在分析本机器人的具体结构及动作机理后，完成对本机器人进行控制的程序编译工作。亦可将本具有室内定位及识别功能的机器人做成儿童玩具，充分调动儿童对机械配合关系以及控制过程的兴趣，促进其学习劲头。

附图说明

图1为本发明具有室内定位及识别功能的机器人的基台的结构示意图；

图2为本发明具有室内定位及识别功能的机器人的主视图；

图3为本发明具有室内定位及识别功能的机器人的侧视图；

图4为本发明具有室内定位及识别功能的机器人的悬挂伸缩架的具体实施方式示意图；

图5为本发明具有室内定位及识别功能的机器人的车轮的侧视图；

图6为本发明具有室内定位及识别功能的机器人的车轮的卡瓦的结构示意图；

图7为本发明具有室内定位及识别功能的机器人的车轮的结构示意图。

图中：1-基体，2-全景摄像头，3-驱动电机，4-电源，5-传动轴，6-通孔，7-密封板，8-弹簧，9-滑道，10-主轴，11-连接轴，12-主动齿轮，13-从动齿轮，14-电动推杆，15-轴承座，16-橡胶套，17-挤压板，18-弹性块，19-支撑环板，20-卡瓦。

具体实施方式

下面结合图1-7和实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1-3所示，图1为本发明具有室内定位及识别功能的机器人的基台的结构示意图，图2为本发明具有室内定位及识别功能的机器人的主视图，图3为本发明具有室内定位及识别功能的机器人的侧视图。

在图1中，为了更清晰地表述基体1内的连接及构造，图1中并没有给出线路的连接关系。可知的，电源与电动推杆、驱动电机及其他用电单元之间的线路连接关系均为现有技术中为公众所熟知的技术内容。

须知地，基体1的侧面为对应本机器人的车轮所在的面，基体1的上表面为承载面，在承载面上可以搭载及设置各种辅助设备；基体1的下表面即为机器人的底面，与地面最为靠近的一面；基体1的前端面和后端面即为机器人行走时，面的轴线方向与行走方向相同的两个面。

根据本发明的具有室内定位及识别功能的机器人，包括基台、全景摄像头2和由ZigBee网络模块终端构成的无线数传网络，基台包括基体1、车轮、动力总成、电源4、无线通信模块和控制器，全景摄像头2、无线通信模块和动力总成的控制单元均与控制器通信连接，电源4分别为动力总成、全景摄像头2、无线通信模块和控制器供电，车轮安装在动力总成的驱动轴上，所述通讯模块为处于所述无线数传网络内的ZigBee网络模块终端。

由于ZigBee技术、ZigBee自由组网、ZigBee网络模块终端、ZigBee中继器和ZigBee网络协调器等ZigBee相关概念均为已知且成熟的概念，因此在图中未示出。

应用时，在楼宇内分布设置多个ZigBee网络模块终端，机器人上的ZigBee网络模块终端与处于无线数传网络内的其他ZigBee网络模块终端之间具有相互通讯和距离检测的功能，当机器人在ZigBee网络模块终端形成的无线数传网络环境内行走时，机器人上的ZigBee网络模块终端实时与其在至少三个方向上最接近的ZigBee网络模块终端之间进行距离的探测，通过这些距离之间的组合，便可以准确定位机器人在楼宇内的位置信息，同时通过全景摄像头监测机器人周围的实时环境信息，将无线数传网络内设置一个协调器，所有的ZigBee网络模块终端均通过协调器与外界通信，机器人的位置信息和对周边环境的监测信息均可以通过无线数传网络及协调器上传到远程服务器中。

动力总成安装在基体1内，在基体1两侧分别开有四个通孔6，四个通孔6两两同轴设置，驱动轴为伸缩驱动轴，伸缩驱动轴为两根，两根伸缩驱动轴分别对应通孔6设置，伸缩驱动轴通过对应的通孔6缩入或伸出基体1。

在每个通孔6处均设置有封闭门，封闭门包括密封板7和驱动簧8，位于同一侧面的两块密封板7之间通过至少一个驱动簧8连接，两块密封板7位于同一侧面两个通孔6之间的滑道9内。驱动簧8包括记忆合金弹簧和电阻丝，电阻丝沿记忆合金弹簧走势缠绕在记忆合金弹簧上与记忆合金弹簧形成双股线，电阻丝通过电源4供电；基体1侧面与上下内表面过渡的部位开有滑道9，对应每个通孔6设置的密封板7均在滑道9内滑动，密封板7的边缘设置有密封件。

动力总成包括驱动电机3、传动轴5和两根驱动轴，两根驱动轴的两端分别安装车轮，驱动电机3驱动传动轴5旋转，在传动轴5上设置两个主动齿轮12，在两根驱动轴上分别设置一个从动齿轮13，传动轴5上的两个主动齿轮12各自通过链条带动一个从动齿轮13转动。

驱动轴包括主轴10和连接在主轴10两端的连接轴11，与主轴10连接的一端加工为花键，对应的主轴10开有花键孔，主轴10和连接轴11通过花键和花键孔配合连接并传递扭矩。

如图4所示，图4为本发明具有室内定位及识别功能的机器人的悬挂伸缩架的具体实施方式示意图。

基台还包括用于将车轮收进基体1内的悬挂伸缩架，悬挂伸缩架包括两组电动推杆14和一个轴承座15，位于主轴10两端的连接轴11安装在轴承座15上，两组电动推杆14分别用于带动轴承座15的竖直升降和水平移动；用于带动轴承座15竖直升降的电动推杆14竖直设置，电动推杆14的支撑座铰接在基体1内，推杆与轴承座15铰接；用于带动轴承座15水平移动的电动推杆14的支撑座铰接在基体1内，推杆与轴承座15铰接。

如图5-7所示，图5为本发明具有室内定位及识别功能的机器人的车轮的侧视图，图6为本发明具有室内定位及识别功能的机器人的车轮的卡瓦20的结构示意图，图7为本发明具有室内定位及识别功能的机器人的车轮的结构示意图。在图7中，为了更好的表示多个卡瓦20之间的配合关系，图中间距较大，仅作示意。

车轮包括弹性块18、挤压板17、支撑环板19、卡瓦20和橡胶套16，挤压板17固定在连接轴11远离花键的一端，支撑环板19和橡胶套16均滑动套设在支撑轴上，弹性块18夹在支撑环板19和挤压板17之间，卡瓦20为多个，多个卡瓦20成环形覆盖在弹性块18的圆柱面上，橡胶套16将挤压板17、弹性块18、支撑环板19和卡瓦20包裹在其内部。

卡瓦20包括瓦片和尖锐凸刺，尖锐凸刺设置在卡瓦20的弧形凸面上，尖锐凸刺具有凸出橡胶套16的尖头。

在基体1的下表面设置有气囊，在基体1内设置有空气泵，空气泵通过管道与气囊连通，气囊与管道的连接部采用密封件密封。

全景摄像头2的下方设置有电动推杆14，电动推杆14的支撑座固定安装在基体1内部，电动推杆14的推杆突出基体1上表面与全景摄像头2固定连接。

具有室内定位及识别功能的机器人的全景摄像头2能够360°实时采集现场图像，并通过无线通信模块将图像数据传输至远程服务器内进行远程分析并对具有室内定位及识别功能的机器人下达进一步命令。

本具有室内定位及识别功能的机器人的工作原理说明：

可实施地，具有室内定位及识别功能的机器人的基体1上可任意搭载动作执行机构、现场环境检测设备等，具体的如机械臂和机械手、各种传感器以及虹膜解锁、远程视频、GPS导航等功能实现装置。同时，全景摄像头2通过电动推杆14设置，可以使得全景摄像头2能够自由调节拍摄高度。

行走：悬挂伸缩架的两组电动推杆14调整本身推杆的伸出长度，首先使车轮正对基体1两侧的通孔6；其次将车轮推出基体1；再次将车轮放下，使车轮下侧轮缘比基体1下表面所在平面低，花键和花键孔之间的配合保证了连接轴11和主轴10之间在轴向能够相对移动，同时又可以保证主轴10和连接轴11之间能够传递扭矩，这样，就能实现具有室内定位及识别功能的机器人的行走。

制动：车轮保持行走时与基体1之间的相对位置关系，通过对应的电动推杆14将车轮向基体1一侧拉回，车轮内侧卡在基体1外侧，通过摩擦力进行一次制动；如果一次制动不能保证机器人停止，那么继续控制对应的电动推杆14使连接轴11向基体1内收缩，这时，车轮内的挤压板17开始朝向弹性块18运动，配合支撑环板19挤压弹性块18，弹性块18受压后会顶起车轮内的卡瓦20，而卡瓦20上的尖锐凸刺会刺出橡胶套16并进一步插入行走面内，使机器人“钉在”行走面上，完成二次制动。

回收：悬挂伸缩架的两组电动推杆14分别或同时进行动作，即行走准备过程中的反向动作，待车轮完全回收进基体1内，通过电源4对电阻丝进行通电，电阻丝通电之后加热，电阻丝加热到一定温度后(记忆合金弹簧能够发生形变的温度)，记忆合金弹簧由自由状态展开，将两个密封板7推至通孔6处，将通孔6密封，隔绝基体1和外界的联系。

漂浮：保持回收的状态，通过空气泵向气囊内注入空气或其他气体(优选氢气、氮气或氦气等密度较小的气体)使气囊膨胀，这样就可以保证本机器人能够在水上漂浮。当不需要机器人保持漂浮状态时，通过空气泵将气囊内的空气抽出，直至气囊保持真空状态“贴”在基体1的下表面上；或者气囊采取一次性设计，通过空气泵继续向气囊内注入气体，直至超过其膨胀极限，使气囊爆炸脱离基体1。可实施地，气囊与基体1的上表面采用防水胶粘贴设置。更具体的，为了避免机器人在水上漂浮时，水会涌上基体1上表面使基体1上的部件遇水不能正常工作，可以在基体1上表面四缘设置围堰，甚至以基体1为载体，设置封闭式的透明拱棚(以上气囊及空气泵的具体结构以及围堰和透明拱棚的结构均未给出)。

以上，所有能源消耗单元(电动推杆14、驱动电机3等)的能源输入均通过电源4提供，基体1内的电源4设置为两个，分别在机体的两端设置，两个电源4可以有针对性的分工对机器人上设置和搭载的用电单元进行供电，也可以将其中一个作为应急备用单元应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种具有室内定位及识别功能的机器人，包括基台、全景摄像头和由ZigBee网络模块终端构成的无线数传网络，其特征在于，所述基台包括基体、车轮、动力总成、电源和通信模块，所述电源分别为动力总成、全景摄像头和通信模块供电，所述车轮安装在动力总成的驱动轴上，所述通讯模块为处于所述无线数传网络内的ZigBee网络模块终端。

2.根据权利要求1所述的具有室内定位及识别功能的机器人，其特征在于，所述动力总成安装在基体内，在所述基体两侧开有四个通孔，所述通孔两两同轴设置，所述驱动轴为伸缩驱动轴，所述伸缩驱动轴为两根，两根伸缩驱动轴分别对应所述通孔设置，所述伸缩驱动轴通过对应的通孔收入或伸出基体。

3.根据权利要求2所述的具有室内定位及识别功能的机器人，其特征在于，在所述通孔处设置封闭门，所述封闭门包括密封板和驱动簧，所述驱动簧包括记忆合金弹簧和电阻丝，所述电阻丝沿记忆合金弹簧走势缠绕在记忆合金弹簧上与记忆合金弹簧形成双股线，所述电阻丝通过电源供电；所述基体侧面与上下内表面过渡的部位开有滑道，对应每个通孔设置的密封板均在所述滑道内滑动，所述密封板的边缘设置有密封件；位于同一侧面的两块密封板之间通过至少一个驱动簧连接。

4.根据权利要求3所述的具有室内定位及识别功能的机器人，其特征在于，所述动力总成包括驱动电机、传动轴和两根驱动轴，两根驱动轴的两端分别安装所述车轮，所述驱动电机驱动传动轴旋转，在所述传动轴上设置两个主动齿轮，在两根驱动轴上分别设置一个从动齿轮，传动轴上的两个主动齿轮各自通过链条带动一个从动齿轮转动。

5.根据权利要求4所述的具有室内定位及识别功能的机器人，其特征在于，所述驱动轴包括主轴和连接在主轴两端的连接轴，与主轴连接的一端加工为花键，对应的主轴开有花键孔，所述主轴和连接轴通过花键和花键孔配合连接并传递扭矩。

6.根据权利要求5所述的具有室内定位及识别功能的机器人，其特征在于，还包括用于将车轮收进基体内的悬挂伸缩架，所述悬挂伸缩架包括两组电动推杆和一个轴承座，所述连接轴安装在轴承座上，两组电动推杆分别用于带动轴承座的竖直升降和水平移动；用于带动轴承座竖直升降的电动推杆竖直设置，电动推杆的支撑座铰接在基体内，推杆与轴承座铰接；用于带动轴承座水平移动的电动推杆的支撑座铰接在基体内，推杆与轴承座铰接。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的具有室内定位及识别功能的机器人，其特征在于，所述车轮包括弹性块、挤压板、支撑环板、卡瓦和橡胶套，所述挤压板固定在连接轴远离花键的一端，所述支撑环板和橡胶套均滑动套设在支撑轴上，所述弹性块夹在支撑环板和挤压板之间，所述卡瓦为多个，多个卡瓦成环形覆盖在弹性块的圆柱面上，所述橡胶套将挤压板、弹性块、支撑环板和卡瓦包裹在其内部。

8.根据权利要求7所述的具有室内定位及识别功能的机器人，其特征在于，所述卡瓦包括瓦片和尖锐凸刺，所述尖锐凸刺设置在卡瓦的弧形凸面上，所述尖锐凸刺具有凸出橡胶套的尖头。

9.根据权利要求1所述的具有室内定位及识别功能的机器人，其特征在于，在所述基体的下表面设置有气囊，在基体内设置有空气泵，所述空气泵通过管道与气囊连通，气囊与管道的连接部采用密封件密封；所述基台内还设置有控制器，所述控制器分别基体、车轮、动力总成、电源和通信模块电路连接。

10.根据权利要求1或9所述的具有室内定位及识别功能的机器人，其特征在于，所述全景摄像头的下方设置有电动推杆，所述电动推杆的支撑座固定安装在基体内部，所述电动推杆的推杆突出基体上表面与全景摄像头固定连接。