CN107414867A - 以红外探测为导向的无轨式倒水机器人 - Google Patents

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Abstract

提供一种以红外探测为导向的无轨式倒水机器人,具有双臂倒水机构,双臂倒水机构的下端设有根据桌面高度对双臂倒水机构进行适应性升降调节的升降机构,升降机构的下端设有行走机构,与行走机构相关联配套安装辨识和探测人体温度的红外探测仪,红外探测仪的输出端连接超声波测距仪的输入端,超声波测距仪的输出端连接控制器的输入端,控制器的输出端连接连接伺服电机并由伺服电机驱动与行走机构相关的行走轮和转向轮根据红外探测仪和超声波测距仪所采集的数据信息按指令趋向人体动作。本发明利用红外探测技术来为机器人的行进方向提供指引,省去了轨道在会议厅地面的铺设过程,因此通用性和普适性更佳。

Description

以红外探测为导向的无轨式倒水机器人
技术领域
本发明具体涉及一种以红外探测为导向的无轨式倒水机器人。
背景技术
目前,能够为私密会议提供自动倒水服务的机器人当中,以授权公告号为CN101898355B的自动往茶杯倒水并送水的装置为例,该类自动倒水装置行走的实现必须依赖预先铺设的电磁轨道,或预先设置的激光定位标志光学轨道加以引导来完成,而无论是电磁轨道还是激光定位标志的设置,对于场地本身的平整,以及场合场地是否能够实现预制轨道或标志物的铺设,对该机器人能否适应场地应用起着决定性作用。事实是,会议室地面普遍铺设有地毯,要在私密会议进行前进行自动倒水装置轨道的铺设准备,在会议结束后恢复会议室内地毯铺设的完好性,工作量大,且非常不现实。因此,该类有轨式自动倒水装置适应各种场景会议室地面的推广和普及就受到了极大的限制。其次,可完成自动倒水的机器人设计中,倒水装置在适应不同高度桌面的调节方面也需要改进,现提出如下技术方案。
发明内容
本发明解决的技术问题:提供一种以红外探测为导向的无轨式倒水机器人,通过红外探测仪来探测感知人体,通过超声波测距仪测量机器人和被测物之间的距离,由控制器对采集的被测距离信息和红外探测信息进行运算,并将运算结果按照预先设定的指令模式驱动行走机构的伺服电机趋向热源目标前进,解决现有技术下自动倒水机器人必须沿轨道行进的技术问题。
本发明采用的技术方案:以红外探测为导向的无轨式倒水机器人,具有双臂倒水机构,所述双臂倒水机构的下端设有根据桌面高度对双臂倒水机构进行适应性升降调节的升降机构,所述升降机构的下端设有行走机构,与行走机构相关联配套安装辨识和探测人体温度的红外探测仪,所述红外探测仪的输出端连接超声波测距仪的输入端,所述超声波测距仪的输出端连接控制器的输入端,所述控制器的输出端连接连接伺服电机并由伺服电机驱动与行走机构相关的行走轮和转向轮根据红外探测仪和超声波测距仪所采集的数据信息按指令趋向人体行进。
上述技术方案中,为通过更多的自由度完成双臂端水倒水动作,作为优选技术方案,所述双臂倒水机构具有左臂和右臂,所述左臂由在xoz竖直平面内旋转摆动的肩臂Ⅰ,与肩臂Ⅰ自由端在ox轴360°转动连接的旋转大臂,与旋转大臂自由端在xoz竖直平面内旋转摆动的连杆机构Ⅰ,与连杆机构Ⅰ自由端绕yo轴360°旋转的旋转肘,与旋转肘自由端垂直固连的小臂Ⅰ,与小臂Ⅰ自由端在xoz竖直平面内旋转摆动的手持部Ⅰ组成;所述右臂由在xoz竖直平面内旋转摆动的肩臂Ⅱ,与肩臂Ⅱ自由端在xoz竖直平面内旋转摆动的连杆机构Ⅱ,与连杆机构Ⅱ自由端在xoz竖直平面内旋转摆动的小臂Ⅱ,与小臂Ⅱ自由端在xoz竖直平面内旋转摆动的手持部Ⅱ组成。
上述技术方案中,为适应最为常见的电热水壶完成倒水动作,其中,所述双臂倒水机构具有左臂和右臂,左臂自由端为绕oz轴旋转一定角度仿照人手端握电热水壶壶柄的手持部Ⅰ;右臂自由端为从水杯两侧夹持水杯杯壁的手持部Ⅱ。
上述技术方案中,为通过简单的结构使双臂倒水机构能够适应不同桌面高度完成倒水操作,优选地,所述升降机构由竖直布置的减速步进电机驱动、丝杆螺旋副传动带动双臂倒水机构整体升降,且所述升降机构具有为安装双臂倒水机构的安装平台提供直线升降导向支撑的滑块导向结构。
上述技术方案中,为简化升降机构的安装,使其更具普适性和简易操作性,优选地,所述升降机构配备操控板和减速步进电机,所述操控板具有控制减速步进电机启停的控制按键。
上述技术方案中,为更为精确地辨识并判定待测物的具体位置,所述红外探测仪至少具有四个,并呈环形阵列均匀分布在行走机构的底端或双臂倒水机构的顶端,所述超声波测距仪具有一个且安装于双臂倒水机构的中部。
本发明与现有技术相比的优点:
1、本方案省去了预制轨道的铺设过程,不必破坏会议厅地面的现有结构,通过红外探测和超声波测距相结合,为行走机构的行进提供方向指引,更具普适性和通用性,能够适应多种场合的会议倒水服务所用;
2、本方案升降机构的设置,机器人在使用前,可根据每次服务会议桌面的高低进行预先高度的设定调整,简化双臂倒水机构辨识杯子高度位置功能设计的同时,降低了机器人整体的系统复杂性;
附图说明
图1为本发明工作前使用状态结构示意图;
图2为本发明倒水前使用状态示意图;
图3为本发明倒水时使用状态示意图;
图4为本发明双臂倒水机构的结构示意图;
图5为本发明升降机构的正视结构示意图;
图6为本发明升降机构的俯视结构示意图;
图7为本发明行走机构的底部结构示意图;
图8为本发明红外探测工作原理框图。
具体实施方式
下面结合附图1-8描述本发明的一种实施例。
以下的实施例便于更好地理解本发明,但并不限定本发明。下述实施例中控制电路的实现,如无特殊说明,均为常规控制方式。下述实施例中所用的部件,如无特殊说明,均为市售。
以红外探测为导向的无轨式倒水机器人(如图1-3所示),具有双臂倒水机构1(如图4所示),所述双臂倒水机构1的下端设有根据桌面高度对双臂倒水机构1进行适应性升降调节的升降机构2(如图5、图6所示),所述升降机构2的下端设有行走机构3(如图7所示),与行走机构3相关联配套安装辨识和探测人体温度的红外探测仪4,所述红外探测仪4的输出端连接超声波测距仪5的输入端,所述超声波测距仪5的输出端连接控制器6的输入端,(如图8所示)所述控制器6的输出端连接连接伺服电机7并由伺服电机7驱动与行走机构3相关的行走轮8和转向轮9根据红外探测仪4和超声波测距仪5所采集的数据信息按指令趋向人体行进。
上述技术方案中,为通过更多的自由度完成双臂端水倒水动作,作为优选技术方案,(再次参阅图4)所述双臂倒水机构1具有左臂和右臂,所述左臂由在xoz竖直平面内旋转摆动的肩臂Ⅰ101,与肩臂Ⅰ101自由端在ox轴360°转动连接的旋转大臂102,与旋转大臂102自由端在xoz竖直平面内旋转摆动的连杆机构Ⅰ103,与连杆机构Ⅰ103自由端绕yo轴360°旋转的旋转肘104,与旋转肘104自由端垂直固连的小臂Ⅰ105,与小臂Ⅰ105自由端在xoz竖直平面内旋转摆动的手持部Ⅰ106组成;所述右臂由在xoz竖直平面内旋转摆动的肩臂Ⅱ101,与肩臂Ⅱ101自由端在xoz竖直平面内旋转摆动的连杆机构Ⅱ103,与连杆机构Ⅱ103自由端在xoz竖直平面内旋转摆动的小臂Ⅱ105,与小臂Ⅱ105自由端在xoz竖直平面内旋转摆动的手持部Ⅱ106组成。具体实施时,所述双臂倒水机构1各单元臂的联动动作可通过舵机来实现。
上述技术方案中,为适应最为常见的电热水壶完成倒水动作,其中,所述双臂倒水机构1具有左臂和右臂,左臂自由端为绕oz轴旋转一定角度仿照人手端握电热水壶9壶柄的手持部Ⅰ106;右臂自由端为从水杯两侧夹持水杯10杯壁的手持部Ⅱ106。具体实施时,仿照人手端握电热水壶9壶柄的手持部Ⅰ106具有双弧形防滑钩体,防滑钩体绕oz轴旋转的角度设定为120°。为实现电热水壶9的出水动作,倒水过程中根据电热水壶9壶体大小和水杯10杯体大小设定第一次手持部Ⅰ106的下压旋转角度如15°,一杯倒完后复位,然后以一定度数的递增量设定下一次的下压旋转角度,至至将壶内水完全倒出为止。
上述技术方案中,为通过简单的结构使双臂倒水机构能够适应不同桌面高度完成倒水操作,优选地,所述升降机构2由竖直布置的减速步进电机201驱动、丝杆螺旋副202传动带动双臂倒水机构1整体升降,且所述升降机构2具有为安装双臂倒水机构1的安装平台203提供直线升降导向支撑的滑块导向结构204。(再次参阅图5和图6)具体实施时,所述丝杆螺旋副202的螺杆两端通过轴承支承固定安装,与丝杆匹配的螺母通过紧固件固连安装平台203并带动其沿滑块导向结构204上下升降位移。
上述技术方案中,为简化升降机构的安装,使其更具普适性和简易操作性,优选地,所述升降机构2配备操控板和减速步进电机201,所述操控板具有控制减速步进电机201启停的控制按键。
上述技术方案中,为更为精确地辨识并判定待测物的具体位置,所述红外探测仪4至少具有四个,并呈环形阵列均匀分布在行走机构3的底端或双臂倒水机构1的顶端,所述超声波测距仪5具有一个且安装于双臂倒水机构1的中部。工作原理为:各个方位的红外探测仪4发出探测信号,以有效信号最为密集的交集区域确定为目标物,目标物确定后,由超声波测距仪5朝向目标物发出测距信号,并将采用的距离信号传输至控制器6,控制器6根据距离信息计算伺服电机7的转动圈数,并由控制器6根据目标物方向调整转向轮9转向角度,直至行走机构3抵达目标物前方10-30cm位置时停止,然后由双臂倒水机构1完成倒水动作。
综上所述,本发明省去了预制轨道的铺设过程,不必破坏会议厅地面的现有结构,通过红外探测和超声波测距相结合,为行走机构的行进提供方向指引,更具普适性和通用性,能够适应多种场合的会议倒水服务所用;升降机构的设置,机器人在使用前,可根据每次服务会议桌面的高低进行预先高度的设定调整,简化双臂倒水机构辨识杯子高度位置功能设计的同时,降低了机器人整体的系统复杂性。
上述实施例,只是本发明的较佳实施例,并非用来限制本发明实施范围,故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化,均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (6)

1.以红外探测为导向的无轨式倒水机器人,具有双臂倒水机构(1),其特征在于:所述双臂倒水机构(1)的下端设有根据桌面高度对双臂倒水机构(1)进行适应性升降调节的升降机构(2),所述升降机构(2)的下端设有行走机构(3),与行走机构(3)相关联配套安装辨识和探测人体温度的红外探测仪(4),所述红外探测仪(4)的输出端连接超声波测距仪(5)的输入端,所述超声波测距仪(5)的输出端连接控制器(6)的输入端,所述控制器(6)的输出端连接连接伺服电机(7)并由伺服电机(7)驱动与行走机构(3)相关的行走轮(8)和转向轮(9)趋向人体行进。
2.根据权利要求1所述的以红外探测为导向的无轨式倒水机器人,其特征在于:所述双臂倒水机构(1)具有左臂和右臂,所述左臂由在xoz竖直平面内旋转摆动的肩臂Ⅰ(101),与肩臂Ⅰ(101)自由端在ox轴360°转动连接的旋转大臂(102),与旋转大臂(102)自由端在xoz竖直平面内旋转摆动的连杆机构Ⅰ(103),与连杆机构Ⅰ(103)自由端绕yo轴360°旋转的旋转肘(104),与旋转肘(104)自由端垂直固连的小臂Ⅰ(105),与小臂Ⅰ(105)自由端在xoz竖直平面内旋转摆动的手持部Ⅰ(106)组成;所述右臂由在xoz竖直平面内旋转摆动的肩臂Ⅱ(101),与肩臂Ⅱ(101)自由端在xoz竖直平面内旋转摆动的连杆机构Ⅱ(103),与连杆机构Ⅱ(103)自由端在xoz竖直平面内旋转摆动的小臂Ⅱ(105),与小臂Ⅱ(105)自由端在xoz竖直平面内旋转摆动的手持部Ⅱ(106)组成。
3.根据权利要求1所述的以红外探测为导向的无轨式倒水机器人,其特征在于:所述双臂倒水机构(1)具有左臂和右臂,左臂自由端为绕oz轴旋转一定角度仿照人手端握电热水壶(9)壶柄的手持部Ⅰ(106);右臂自由端为从水杯两侧夹持水杯(10)杯壁的手持部Ⅱ(106)。
4.根据权利要求1所述的以红外探测为导向的无轨式倒水机器人,其特征在于:所述升降机构(2)由竖直布置的减速步进电机(201)驱动、丝杆螺旋副(202)传动带动双臂倒水机构(1)整体升降,且所述升降机构(2)具有为安装双臂倒水机构(1)的安装平台(203)提供直线升降导向支撑的滑块导向结构(204)。
5.根据权利要求1所述的以红外探测为导向的无轨式倒水机器人,其特征在于:所述升降机构(2)配备操控板和减速步进电机(201),所述操控板具有控制减速步进电机(201)启停的控制按键。
6.根据权利要求1所述的以红外探测为导向的无轨式倒水机器人,其特征在于:所述红外探测仪(4)至少具有四个,并呈环形阵列均匀分布在行走机构(3)的底端或双臂倒水机构(1)的顶端,所述超声波测距仪(5)具有一个且安装于双臂倒水机构(1)的中部。
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