CN106003069A - 一种机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器人，其包括头部、身体及脚部，通过将拟人化机器人头部、身体及脚部分别设置成类球状并叠加形成一整体外壳，让儿童触碰机器人时，接触机器人的每个表面皆为圆弧面，并通过设置于头部交互面板的摄像头及咪头，记录现场碰撞情况，解决了现有机器人监护性能不佳，安全性不够好的问题。

Description

一种机器人

技术领域

本发明涉及机械自动化技术领域，特别涉及一种机器人。

背景技术

智能机器人通过视听及接触等方式与儿童互动，并在学前及在学儿童教育中得到应用。然而，在互动过程中，儿童会单独接触机器人，现有机器人未能做成拟人化近球型，外壳表面偶有棱角或凸起处伤害儿童，时有儿童碰撞该表面至伤，发生碰撞时，亦未能发现碰撞情况。监护性能不佳，安全性不够好。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种机器人，旨在通过将拟人化机器人头部、身体及脚部分别设置成类球状并叠加形成一整体外壳，儿童与机器人发生碰撞时，接触机器人的每个表面皆为圆弧面，降低伤害风险。在发生碰撞时，通过设置于头部交互面板的摄像头及咪头，记录现场状况。解决了现有机器人监护性能不佳，安全性不够好的问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种机器人，包括头部、身体及脚部，所述头部及身体均呈圆球状设置，所述脚部呈椭圆形设置，所述头部设置有交互面板，所述交互面板上设有摄像头及咪头。

优选地，所述身体设置有开关装置，所述开关装置包括容置开关的凹陷部及用于将开关隐藏的保护盖。

优选地，所述身体包括用于控制机器人整体进行运动的底座，所述底座的底平面上设有水平对接式的充电模块。

优选地，所述底座沿球状身体球心方向凹陷形成一电池仓，所述蓄电池容置于所述电池仓内。

优选地，还包括避障装置，所述避障装置含有探测装置、控制器及所述驱动机构，所述探测装置及控制器内置于所述头部及身体并与所述驱动机构 电连接。

优选地，所述驱动机构设置为三轮两驱方式，其中两后轮设为驱动轮组，前轮设为万向轮。

优选地，所述底座还沿椭圆形脚部球心方向延伸两轮罩，所述驱动轮组嵌置于所述轮罩内。

优选地，还包括通讯模块并与控制器电连接，所述通讯模块用于所述机器人发送或接收信息。

优选地，所述身体的两侧还设有仿生机构，所述仿生机构与所述控制器电连接。

优选地，所述机器人的头部与所述身体可转动连接。

本发明提出一种机器人，通过将拟人化机器人头部、身体及脚部分别设置成类球状并叠加形成一整体外壳，让儿童触碰机器人时，接触机器人的每个表面皆为圆弧面，并通过设置于头部交互面板的摄像头及咪头，记录现场碰撞情况，优化机器人监护性能，改善安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一种机器人总体整体结构示意图；

图2为本发明一实施例开关装置拆解示意图；

图3为本发明一实施例中身体拆解示意图；

图4为本发明一实施例中头部与身体拆解示意图；

图5为本发明一实施例中驱动轮整体结构示意图；

图6为本发明一改进实施例中仿生机构拆解示意图；

图7为本发明一改进实施例中头部与身体拆解示意图；

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称	标号	名称
						11	头部	23	保护盖	61	探测装置
12	身体	30	控制器	611	红外距离传感器
						13	脚部	31	主控制器	612	透光片
111	交互面板	32	副控制器	613	测距传感器
						1111	摄像头	40	驱动机构	70	通讯模块
1112	咪头	41	驱动轮组	80	仿生机构
						112	转轴	42	从动轮	81	仿生鳍翅
121	底座	411	驱动轮	82	固定板
						1211	电池仓	4111	马达	83	驱动器
1212	轮罩	4112	电路卡板	811	连杆
						122	通孔	4113	活动轮	91	轴承
123	阶梯孔	421	万向轮	92	电动机
						20	开关装置	50	充电模块	93	联轴器
21	开关	51	蓄电池	94	齿轮组
						22	凹陷部	52	接线端
221	安装窗	60	避障装置

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所 示)下各部件之间的相对位置关系、活动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1所示，本发明提供一种机器人，其包括头部11、身体12及脚部13，所述头部11及身体12均呈圆球状设置，所述脚部13呈椭圆形设置，所述头部11设置有交互面板111，所述交互面板111上设置有摄像头1111及咪头1112。出于儿童与机器人发生碰撞时的安全性考虑，将机器人的头部11及身体12设置成圆球状，其目的在于通过圆弧表面减轻碰撞时所造成的伤害，通过加强壳体的防护性能，增强机器人的防撞能力。众所周知，圆弧表面每一处曲率相同，不会产生凸边或棱角，儿童在与机器人发生碰撞时，通过圆弧表面充分增大了表面接触面积，降低了潜在的伤害风险，增加了安全性。需要阐述的是，所述脚部设置成椭圆形，与圆球型相比较，有助于降低机器人的重心，防止机器人跌倒过程中压撞儿童。椭圆形表面曲率虽不完全一致，然而，整体上却呈现均匀过渡，并无发生曲率突变引致的凸边或棱角，发生碰撞时，依然能够提供充足的接触面积，降低了潜在的伤害风险，增加了安全性。还需特别说明的是，所述球状的头部11、身体12及脚部13可通过多种方式连成一整体，如：分腔式成型、3D打印、热熔接及胶接等，本领域技术人员可根据实际情况，结合本发明实施例及说明书附图获得相应技术方案，在此不再加以赘述。

儿童在与机器人发生碰撞时，冲击力及接触面积皆为重要的影响因素。在既定接触面积下，随着冲击力的加大依然会导致儿童碰伤的情况发生。机器人缺乏监护性能的优化，一旦伤害发生了，儿童的监护人无法得知碰撞发生的过程，从而难以实施预防措施。考虑到儿童在单独接触机器人过程中的安全性，本发明实施例的机器人不仅通过加强表面壳体防护提升监护性能， 亦通过加强监护性能改善儿童独立接触机器人时的安全性。通过在机器人的头部11设置交互面板111，该交互面板111可以是平面或曲面面板，采用平面面板时需对面板与头部连接处加入圆角处理，降低对头部11外形影响，采用曲面面板时可设为与头部11曲率一致的球冠状面板，淡化引入凸边导致其安全性变差，此外，由于平面面板的制造工艺相对简单、成本较低，因此优选平面面板为本实施例的一较佳方案。在该交互面板上设有摄像头1111及咪头1112，用于在儿童与机器人单独接触时采集视频、图片及声音等信息，监护人通过调用该信息得知碰撞发生的过程，从而提供对策预防碰撞再次发生，从而透过加强监护性能达至良好防撞，改善儿童独立接触机器人时的安全性。

进一步改善儿童独立接触机器人时的安全性，参照图2所示，在一实施例中，设置开关装置20将开关21隐藏加以防护。通过在机器人身体设置开关装置20，该开关装置包括容置开关21的凹陷部22及隐藏开关的保护盖23。凹陷部22沿机器人身体12表面凹陷而成，凹陷部22内设有安装窗221，开关21卡合于安装窗221并容置于凹陷部22内。进一步隐藏开关21并加以防护，保护盖23与凹陷部22卡合连接并遮蔽凹陷部22，以令开关21置于由保护盖23和凹陷部22围蔽的封闭空间内。显然，通过螺钉紧固方式或销孔配合方式，亦能实现连接并遮蔽凹陷部22，本领域技术人员通过本发明实施例或图例可容易获得的技术手段，在此不再赘述。由于受保护盖23遮盖，从机器人的外壳表面无法直观发现开关21，从而提高开关21的防护性能，提高了安全性。

机器人移动受控，可进一步改善儿童独立接触机器人时的安全性，参照图3所示，机器人身体12包括用于控制机器人整体进行移动的底座121，该底座121包含用于控制机器人整体进行移动的控制器30及驱动机构40，该控制器30置于底座121上方与所述驱动机构40电连接，对驱动机构40发出控制信号，由驱动机构40带动底座121，从而控制机器人整体移动。所述电连接可有多种实现方式，如：通过导线、集成数据线及集成电路等实现连接，该控制器30将内部信号进行处理并发出控制信号，控制器30可以由单片机或芯片实现信息处理及控制功能，在实际应用中，亦可根据机器人的内部构造，将控制器30设置为分置式或集成式，这里需要阐明的是，所谓集成式控制器是指将控制多个驱动机构的功能集成在一块电路板上，所谓分置式控制 器是指将控制多个驱动机构的功能独立成多块电路板。本实施例中，仅涉及单一驱动机构，在此不再阐述。该驱动机构40含有驱动轮组41及从动轮42，驱动轮组41用于使机器人整体移动提供动力，从动轮42主要起导向作用。控制的方式亦可以有多种，如通过程序式控制、遥控方式、自导航方式及近距离触控等，本发明后述作进一步说明，在此不作详述。为赋予机器人长续航能力，同时达至良好的防护性能，底座121的底平面上设有水平对接式的充电模块50。该充电模块50含有蓄电池51及接线端52，用于机器人长续航时储蓄电能，该蓄电池51置于底座的底平面上方，该接线端52置于底座的底平面下方通过导线与该蓄电池51电连接。蓄电池51设置在底座121的上方内置于机器人壳体，防止儿童触碰。同时，设置接线端52用于外接电源充电，显然，外接电源充电连接方式有多种，插接式为常见类型，如插接头，感应式充电亦时有应用，如线圈感应。然而，本实施例中，出于制造成本及安全性综合考虑，选用水平对接式充电，将接线端52设置为导电压片或弹片，并将接线端设置在底座的底平面下方，机器人充电时，通过外接电源的接线端在机器人底部接触充电片或弹片对机器人进行充电，接线端52隐藏于机器人底座121下方，儿童难以接触，保障安全性。

在外壳防护失效时，防止儿童将手伸入机器人体内触碰蓄电池51，再进一步提高机器人安全性。一较佳实施例中，底座121沿球状身体12球心方向凹陷形成一电池仓1211，所述蓄电池51容置于所述电池仓1211内。当外壳破损导致防护失效，儿童手部穿过受损外壳进入机器人体内触碰蓄电池51时，将受到电池仓1211的进一步阻隔，防止儿童直接触碰蓄电池51，优化了安全性能。

机器人拥有主动避免碰撞的功能提供更良好的防撞性，安全性更为可靠。参照图3和图4所示，在另一实施例中，机器人设有避障装置60，该避障装置60还包含探测装置61及控制器30，该探测装置61及控制器30内置于机器人的头部11及身体12，并与驱动机构40电连接。其中，此处所述控制器30设置为独立的主控制器31内置于机器人的头部11，而将驱动机构40所含控制器30设置成副控制器32内置于机器人的身体12，主控制器31与副控制器32之间电连接，对控制信号进行分置式处理。当然，亦可通过与驱动机构40中的控制器集成在一块电路板上，这是本领域技术人员由上述文字描述以 及附图可以很容易想到的技术，在此不再赘述。避障前，机器人为获得及时预判信号，探测装置61采用非接触式的传感器。同时，出于降低产品制造成本考虑，在一实施例中，探测装置61含有红外距离传感器611，红外距离传感器611通过发射红外光探测其所朝方向的障碍物，当障碍物反射回的红外光达到一定强度时，障碍物距离被感知并发送信号至主控制器31，从而由主控制器31发出信号至副控制器32，副控制器32处理该信号并发出控制信号至驱动机构40，控制驱动机构40转向从而避开障碍物，防止碰撞发生。红外传感器为非接触式探测器，相比于接触式探头或震动传感器等器件有提前预判障碍物的能力。当然，亦能将探测装置61设置为超声波传感器或其他光敏传感器等方式探测，其他光敏传感器如：光敏电阻、光敏二极管及紫外线传感器等。鉴于红外距离传感器成本较低，应用较广泛等特点，本实施例采用红外距离传感器。该红外距离传感器611布置于机器人行进、后退及转向等方向，固定安装于外壳内。在红外距离传感器611位置上设有透光片612，显然，通过设置通孔亦能进行红外光的收发，透光片612主要起保护红外距离传感器611的作用。该探测装置61还含有测距传感器613，分别布置于机器人底座平面。当障碍物进入机器人底部制停驱动机构40时，测距传感器613探知制停驱动机构40的距离信号并发送回主控制器31，从而由主控制器31发出信号至副控制器32，副控制器32控制驱动机构40反方向运动避开障碍物。还有一类障碍物是以路砍或断崖方式存在的，同理所得，通过上述方式可探知并引导机器人躲避该类障碍物，防止机器人翻侧或坠落，从而进一步提升避障效果，防止碰撞或冲击，提高了安全性。

通过改善转向能力提高防撞性能，参照图3至图5所示，在另一实施例中，驱动机构40设置为三轮两驱方式，驱动机构40置于所述底座121上，具体安装方式可以是嵌装及挂装等，此处所提及的挂装指悬挂式安装，嵌装指嵌入式安装，详细方案于后述阐明。为便于转向，增大转向角，从动轮42设置成一个前置的万向轮421，该驱动轮组41设置成一对后置的驱动轮411，所述驱动轮411含有马达4111、电路卡板4112及活动轮4113。转向时，控制器30通过发送控制信号至该电路卡板4112调整两个马达4111的转速，其目的在于形成两活动轮4113之间的转速差，该转速差驱动万向轮421调整方向，从而带动机器人转向。当然，驱动机构40的驱动方式可以有多样，如四轮四 驱、三轮三驱及四轮两驱等，此乃本领域技术人员根据本发明实施例及附图容易获得的结构，在此不再赘述。通过以上技术手段实现了机器人可移动控制，并达至灵活转向，避免儿童单独接触机器人时，由于机器人无法控制或转向而导致发生碰撞，进一步增强了防撞性能。

在外壳防护失效时，防止儿童将手伸入机器人体内触碰驱动轮组41，再进一步提高机器人安全性。又一较佳实施例中，底座121沿球型脚部13球心方向延伸两轮罩1212，所述驱动轮组41嵌置于轮罩1212内。轮罩1212下部开口与地面相通，驱动轮组41通过轮罩1212穿过底座121与地面接触。当儿童手部穿过受损壳体进入机器人脚部13触碰驱动轮组41时，受到轮罩1212的进一步阻隔，防止儿童直接触碰到驱动轮组41，再进一步提高了机器人的安全性能。

一旦碰撞伤害发生了，儿童监护人无法及时得知碰撞发生的情况，亦难以实施及时控制，阻止二次碰撞及多次碰撞的发生。本发明实施例中，机器人通过实时、远程的监护，改善儿童独立接触机器人时的安全性。机器人还包括通讯模块70内置于机器人内集成于控制器30内，该通讯模块70用于发射及接收信号，当碰撞发生时，现场图像及声音等通过信号形式发送至监护人客户端。监护人透过该信号获知实时碰撞情况，并通过客户端发回控制信号，通讯模块70接收该控制信号控制机器人启、停及转向等，透过实时、远程监护，快速防止二次碰撞发生，改善安全性。

考虑到监护过程中增加互动体验，参照图6所示，在机器人身体12的两侧还设有仿生机构80，仿生机构80与控制器30电连接。该仿生机构80包括仿生鳍翅81、固定板82、驱动器83，其中，机器人身体12两侧设有通孔122，该仿生机构通过固定板82卡合在该通孔122上，驱动器83安装在固定板82上置于机器人内侧，仿生鳍翅81位于固定板82另一侧置于壳体外，该仿生鳍翅81延伸出一连杆811，该连杆811另一端与驱动器83连接。驱动器83用于驱动连杆811带动仿生鳍翅81开合运动。该驱动器83可设置为电磁铁，亦可设置成电动机驱动，与控制器30电连接。此乃本领域技术人员根据本发明实施例及附图容易获得的结构，在此不再赘述。仿生机构80根据控制器30发出的控制信号进行开合运动，增加了监护过程中的互动性。

监护过程中视角存在局限，需依靠机器人移动调整方向，无法快速获知 周围状况。设置头部11转动达至快速调整视角，扫除监护的盲区，改善安全性。参照图7所示，在一较佳实施例中，机器人的头部11与身体12可转动连接。可转动连接的实施方式有多样，包括通过行星齿轮机构及转轴轴承配合等方式。本发明实施例中，以转轴轴承配合方式的案例加以描述。在机器人身体12的上部设置阶梯孔123，设置轴承91卡置于此阶梯孔123上，轴承设置成滚动轴承及滑动轴承均可。机器人的头部11延伸出一管状转轴112，此转轴112与机器人头部11一体成型或单独成型后固接，设置成管状其目的在于与轴承91连接后联通身体12与头部11，方便导线穿过。此转轴112相对轴承91转动带动头部11相对身体12转动，从而相对身体12调整头部11的角度，增大监护可视角度范围。当然，为进一步实现可视角度控制，通过设置电动机92带动转轴112，该电动机92与控制器30电连接，通过控制器30发出的控制信号调整头部11转动相应角度，达至全视角可控监护。电动机92带动的传动方式亦可有多种，通过设置联轴器93(图中未示出)实现直接传动及套装齿轮组94间接传动，此乃本领域技术人员根据本发明实施例及附图容易获得的结构，在此不再赘述。监护可视角控制提高监护能力，进一步改善了机器人安全性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种机器人，其特征在于，包括头部、身体及脚部，所述头部及身体均呈圆球状设置，所述脚部呈椭圆形设置，所述头部设置有交互面板，所述交互面板上设有摄像头及咪头。

2.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述身体设置有开关装置，所述开关装置包括容置开关的凹陷部及用于将开关隐藏的保护盖。

3.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述身体包括用于控制机器人整体进行运动的底座，所述底座的底平面上设有水平对接式的充电模块。

4.如权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述底座沿球状身体球心方向凹陷形成一电池仓，所述蓄电池容置于所述电池仓内。

5.如权利要求3所述的机器人，其特征在于，还包括避障装置，所述避障装置含有探测装置、控制器及所述驱动机构，所述探测装置及控制器内置于所述头部及身体并与所述驱动机构电连接。

6.如权利要求5所述的机器人，其特征在于，所述驱动机构设置为三轮两驱方式，其中两后轮设为驱动轮组，前轮设为万向轮。

7.如权利要求6所述的机器人，其特征在于，所述底座还沿椭圆形脚部球心方向延伸两轮罩，所述驱动轮组嵌置于所述轮罩内。

8.如权利要求1-7中任意一项所述的机器人，其特征在于，还包括通讯模块并与控制器电连接，所述通讯模块用于所述机器人发送或接收信息。

9.如权利要求1-7中任意一项所述的机器人，其特征在于，所述身体的两侧还设有仿生机构，所述仿生机构与所述控制器电连接。

10.如权利要求1-7中任意一项所述的机器人，其特征在于，所述机器人的头部与所述身体可转动连接。