CN106228795A - 防跌落的轮式机器人及防跌落方法 - Google Patents

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尚岸奇
刘光洪
陈桂东
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Abstract

本发明公开了一种防跌落的轮式机器人，安装有若干红外收发模块，且各个红外收发模块的红外信号发射及接收方向与水平面呈锐角。相应的，本发明还公开了一种轮式机器人的防跌落方法，包括：轮式机器人朝与水平面呈锐角的方向倾斜发射若干红外信号，并且在预定时间内没有接收到反射的相应红外信号的情况下停止前进。本发明的优点在于，采用倾斜的红外信号收发模式，增加了检测距离，从而起到有效防跌落的效果，且增加了轮式机器人外观设计的灵活性。

Description

防跌落的轮式机器人及防跌落方法
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种防跌落的轮式机器人及防跌落方法。
背景技术
在现有技术中，如图1所示，目前绝大数室内轮式机器人的防跌落方方法，在机器人轮子前面加上模拟红外检测模块1a，且模拟红外检测模块1a收到地面2的反射之后则认为前面是有地平面的，如果没有收到反射信号则认为前面有台阶。
现有技术的主要缺陷在于：由于模拟红外收发模块的检测灵敏度偏低，且易于受干扰，所以一般的检测距离不会很远，10cm左右，对这种布局的机器人来说是够了，但是在外观上很受限制，轮子一定要在检测模块之后，且因为需要一个制动距离，所以检测模块和轮子还需要保持一定的安装距离，这样极大的限制了机器人的外观设计，也因为平衡性，必须将机器人的重心后移才能保持机器人不会容易跌倒。
因此现有技术的轮式机器人防跌落方法难以检测较大的距离进行制动来达到防跌落的目的。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，现提供一种防跌落的轮式机器人，能够增加机器的检测距离，增加防跌落效果。
一种防跌落的轮式机器人，安装有若干红外收发模块，且各个红外收发模块的红外信号发射及接收方向与水平面呈锐角。
进一步而言，所述红外收发模块的红外接收头为数字红外接收头。
进一步而言，轮式机器人安装有多个红外收发模块，分别朝向不同方向，且不同红外收发模块所发送的红外信号之间采用分时发送的方式发送。
进一步而言，各个红外信号带有各自红外收发模块的编码信息用以与其他红外收发模块的红外信号相区别。
进一步而言，各红外收发模块所发射的红外信号为载波信号与编码地址信号叠加得到的编码信号，不同红外收发模块的编码地址信号互不相同。
进一步而言，各红外收发模块进行红外信号的发射和接收方向与水平面所呈角度范围为小于90度且大于或等于30度。
相应地，本发明还提供了一种防跌落方法，以增加检测提前的时间。
一种轮式机器人的防跌落方法，包括：轮式机器人朝与水平面呈锐角的方向倾斜发射若干红外信号，并且在预定时间内没有接收到反射的相应红外信号的情况下停止前进。
进一步而言，所发射的红外信号为数字红外信号。
进一步而言，有多个红外信号，分别朝不同方向发射，且不同的红外信号之间采用分时发送的方式发送。
进一步而言，各红外信号为载波信号与编码地址信号叠加得到的编码信号，不同红外收发模块的编码地址信号互不相同。
本发明的优点在于，采用倾斜的红外信号收发模式，增加了检测距离，从而起到有效防跌落的效果，且增加了轮式机器人外观设计的灵活性；采用数字红外接头避免了因倾斜发射红外信号产生漫反射所造成的能量损失；多个红外收发模块导致能够使检测更加全面，而采用分时发射以及朝向不同方向则尽量避免了不同信号之间的互相干扰；各个红外收发模块之间的红外信号采用不同的载波加编码地址信号用较为简单的方式区分不同模块，接收头接收到之后进行处理时能加以区分，从而保证准确性。
附图说明
图1为现有技术的防跌落轮式机器人结构示意图；
图2为本发明一个实施例的轮式机器人的结构示意图；
图3为当前实施例的信号收发结构示意图。
具体实施方式
为使本发明更加详细明了，现结合附图和实施例加以解释说明。
如图2所示，本发明一个实施例的轮式机器人3安装有若干红外收发模块1b，且各个红外收发模块1b的红外信号收发方向与水平面呈锐角，当前实施例中与水平面所呈角度为45度。在其他实现方式中，红外收发模块1b发送的红外信号与水平面所呈角度范围为小于90度且大于或等于30度。
红外收发模块1b可安装在机器人的任何位置，利用地面2的漫反射，红外收发模块1b中的红外接收头对接收到的同步漫反射信号进行检测，判断是否在预定时间内接收到来自地面2的漫反射，如果预定时间内没有接收到相应反射信号的情况下，则判断前方存在台阶，停止前进。
与现有技术不太不一样的是，现有技术是垂直射向地面2，所以反射回的信号光线较强，所以用一般的红外模拟接收头即可满足。而本发明方法需要克服的难点在于因为是斜向漫反射，反射回的能量较少。
针对此难点，可以用两种方式来解决：第一种方法为加大发射功率，这样可以弥补漫反射弱损失，与水平面夹角越小，漫反射的损失越大，因此需要增加的功率也越大，在接收灵敏度一定的情况下例如将红外信号(即红外光线)的发射方向设置为与水平面呈30度，则需要的功率为夹角为90度时的一倍以上。但此方法的弱点也明显，功率大容易产生不必要的干扰，如本机的红外信号干扰其他利用红外通信设备的运行，且也容易干扰到本机其他方向的检测；第二种方式为加大接收检测模块的灵敏度，比较低成本的方法为采用数字红外接收头(即红外遥控接收头)，市场上非常通用，且成本不会比模拟的方法高多少，且因为红外的遥控距离需要满足无遮挡5m以上，所以其灵敏度也是非常高，如亿光的IRM-3638T红外遥控接收头。
当前实施例的系统结构如图3所示。结合图2可以看到，为了保证各个方向的检测，需要在主要行进方向添加此模块，从而各个模块的信号干扰需要尽量避免，为达到此目的，本实施例将红外收发模块1b设置在轮式机器人3前进方向(即机器人的前方)，当前实施例设置了三个红外收发模块1b，分别安装在机器人的正前方、左前方和右前方位置。
为了避免红外收发模块1b之间的信号相互干扰，当前实施例将各个方向的发射信号分时发送，即三个红外收发模块1b的信号按预定顺序依次发送。为了进一步地加以区分，避免干扰，当前实施例不同红外收发模块1b发射的红外信号在载波(当前实施例为38KHz的载波信号)上加入不同的地址编码信息得到不同的编码信号，根据不同地址来区分各个模块。这样，在各个红外收发模块1b解析接收到经过地面2漫反射回来的漫反射信号后，由轮式机器人3的MCU(当前实施例为图3所示的单片机)从各个红外收发模块1b接收解析信号时，可以根据不同的编码地址判断所接收到的解析信号各个红外收发模块1b对应的信号通道是否在预定时间内收到解析信号，并且判断是否每个解析信号均与预定的编码信息吻合，来判断前方是否为正常地面：是否在预定时间内收到解析信号；如果在预定时间内收到，则判断解析信号的强度是否与预定值吻合，如果吻合，则表明前方为正常地面，在其他情况下则前方存在台阶。在存在台阶的情况下，可以根据解析信号的编码信息，判断解析信号所对应的红外收发模块1b，以确定台阶的方向。
当为正常平面的时候，红外接收头可以在预定时间内接收到漫反射回的信号，而通过红外接收头解析后得出的解析信号从相应的信号通道发送至MCU分析，MCU对比此解析信号通道所对应的编码信息，如果信息一致则认为此信号通道对应的红外收发模块1b是正常地面2，如果在预定的时间内没有收到信号，或者信号不正确则可以认为前方存在台阶，则发送信号至运动及处理模块，停止继续前进，从而达到防跌落的效果。从图2可以考到，对比图1中的红外检测模块1a垂直收发红外信号，图2中红外收发模块发射的信号为倾斜发送，同时接收相应的漫反射信号，从而制动距离相比较图1的现有技术也有了极大的增加，因此具有良好的防跌落效果。
本发明的优点在于，采用倾斜的红外信号收发模式，增加了检测距离，从而起到有效防跌落的效果，且增加了轮式机器人外观设计的灵活性；采用数字红外接头避免了因倾斜发射红外信号产生漫反射所造成的能量损失；多个红外收发模块导致能够使检测更加全面，而采用分时发射以及朝向不同方向则尽量避免了不同信号之间的互相干扰；各个红外收发模块之间的红外信号采用不同的载波加编码地址信号用较为简单的方式区分不同模块，红外接收头接收到之后进行处理时能加以区分，从而保证准确性。

Claims (10)

1.一种防跌落的轮式机器人，其特征在于，安装有若干红外收发模块，且各个红外收发模块的红外信号发射及接收方向与水平面呈锐角。
2.如权利要求1所述防跌落的轮式机器人，其特征在于，所述红外收发模块的红外接收头为数字红外接收头。
3.如权利要求1所述防跌落的轮式机器人，其特征在于，轮式机器人安装有多个红外收发模块，分别朝向不同方向，且不同红外收发模块所发送的红外信号之间采用分时发送的方式发送。
4.如权利要求3所述防跌落的轮式机器人，其特征在于，各个红外信号带有各自红外收发模块的编码信息用以与其他红外收发模块的红外信号相区别。
5.如权利要求3所述防跌落的轮式机器人，其特征在于，各红外收发模块所发射的红外信号为载波信号与编码地址信号叠加得到的编码信号，不同红外收发模块的编码地址信号互不相同。
6.如权利要求1所述防跌落的轮式机器人，其特征在于，各红外收发模块进行红外信号的发射和接收方向与水平面所呈角度范围为小于90度且大于或等于30度。
7.一种轮式机器人的防跌落方法，其特征在于，包括：轮式机器人朝与水平面呈锐角的方向倾斜发射若干红外信号，并且在预定时间内没有接收到反射的相应红外信号的情况下停止前进。
8.如权利要求7所述轮式机器人的防跌落方法，其特征在于，所发射的红外信号为数字红外信号。
9.如权利要求7所述轮式机器人的防跌落方法，其特征在于，有多个红外信号，分别朝不同方向发射，且不同的红外信号之间采用分时发送的方式发送。
10.如权利要求9所述轮式机器人的防跌落方法，其特征在于，各红外信号为载波信号与编码地址信号叠加得到的编码信号，不同红外收发模块的编码地址信号互不相同。
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