CN108693873A - 智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能机器人，包括：壳体，所述壳体内中空形成收容腔；工作模块，设置于所述壳体底部，用于执行工作任务；行走模块，设置于所述壳体的两侧，每侧的行走模块包括前支撑轮、后支撑轮和履带，所述履带以所述前支撑轮和所述后支撑轮为两端而进行绕设；能源模块，设置于所述收容腔内；电机模块，设置于所述收容腔内，包括驱动所述工作模块的工作电机和驱动所述行走模块的行走电机；所述履带具有与所述支撑轮接触的内表面，以及与地面接触的外表面，所述外表面还具有凸起，所述凸起的表面平滑。这样，履带式智能机器人在工作时对草坪的损害减小，不易撕裂草坪，圆柱形凸起还有梳草作用。

Description

智能机器人

技术领域

本发明涉及一种智能机器人，尤其是一种采用履带行走机构的智能机器人。

背景技术

现有的智能机器人基本上是轮式行走的结构，轮式行走的结构具有结构简单，机动性能好的优点，但对自然条件下的草地适应性也差，在湿地、不平整的地面上行走存在很大的缺点，在湿地和水坑中会下陷，无法跨越有沟的不平整地面。与轮式的割草机结构相比，履带式结构具有以下的优点：接地面积大，接地压力小，地形适应性强，爬陡能力好。

通常，履带智能机器人由于对草坪的接触面积较轮式智能机器人大，当智能机器人在草坪上长时间切割工作，其履带的外表面碾压草坪，对草坪的损害也是不容忽视的。中国专利公告号CN103387015A，公告日期2013年11月13日，名称为“履带割草机”中公开了在智能机器人的两侧车轮上套设橡胶履带，并且使其宽度远大于车轮的宽度，压力一定的情况下面积越大压强越小，因此这样在草坪上留下的车轮印会大幅减少。这种增加履带接地面积的方式势必导致履带体积增大和成本增加，且履带宽度过大，智能机器人的切割刀盘覆盖面积占智能机器人的整机覆盖面积比重减小，导致智能机器人不能切割到边上的草，对于整个切割区域实际可切割工作面积减小。

为了解决上述问题，本发明设计了一种可以有效减少对草坪损害的履带智能机器人，同时具备一定越障与爬坡能力。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的问题是提供一种对草坪损害小且爬坡与越障能力强的履带智能机器人。

为解决上述问题，本发明的技术方案是：一种智能机器人，包括：壳体，所述壳体内中空形成收容腔；工作模块，设置于所述壳体底部，用于执行工作任务；行走模块，设置于所述壳体的两侧，每侧的行走模块包括前支撑轮、后支撑轮和履带，所述履带以所述前支撑轮和所述后支撑轮为两端而进行绕设；能源模块，设置于所述收容腔内；电机模块，设置于所述收容腔内，包括驱动所述工作模块的工作电机和驱动所述行走模块的行走电机；所述履带具有与所述支撑轮接触的内表面，以及与地面接触的外表面，所述外表面还具有凸起，所述凸起的表面平滑。

优选的，所述凸起大致为圆柱形或圆台形。

在一种优选的实施例中，所述圆柱形或圆台形凸起的末端端面与侧面通过弧形面连接。

具体的，所述圆柱形或圆台形凸起的末端具有部分球形形状。

在另一种优选得实施例中，所述凸起为部分球形。

优选的，所述凸起为半球形。

具体的，所述突起的形状是设置形状为半球形均匀分布，在履带行进过程中对草的碾压最小；设置形状若是圆柱形，不仅有效减少对草坪的损害还具有一定的梳草功能。

优选的，所述凸起的高度为10mm-20mm。

优选的，所述履带的宽度为20mm-120mm

优选的，所述前支撑轮的前轮轴与所述后支撑轮的后轮轴之间的距离为200mm-600mm。

优选的，所述凸起均匀分布。

与现有技术相比，本发明的智能机器人两侧安装有履带，履带通过行走马达驱动从而带动智能机器人行走，履带的外表面设置有均匀分布的圆柱形或者半球形的凸起，在工作时对草坪的损害减小，不易撕裂草坪，圆柱形凸起还有梳草作用。

同时，智能机器人履带宽度设置为小于10cm。由于使用履带代替轮组驱动智能机器人行走，履带的结构和使用轮组时有很大区别，用户很难触碰到智能机器人的切割元件，从而用户的安全可以得到很好的保护，符合安规的要求。同时履带宽度设置为小于10mm，同等机身宽度的情况下，切割元件设置得更靠近机身外边沿，从而智能机器人可以获得更大的切割范围。带来的效果是，智能机器人可以切到边界线外更多的剩余草坪面积，从而进一步减轻用户对边界线外草坪护理时的劳务负担。

附图说明

图1是本发明第一实施方式提供的履带式智能机器人的立体示意图；

图2是图1所示的履带式智能机器人部分爆炸示意图；

图3是图1所示的履带式智能机器人的行走模块示意图；

图4至图6是本发明其他实施方式提供的履带式智能机器人的履带凸起结构示意图；

图7是图1所示的履带式智能割草的履带的外表面示意图。

其中，

100、智能机器人 218、内表面 10、壳体

210、履带 16、后轮轴 2121、部分球形

203、前支撑轮 18、前轮轴 2131、部分球形

201、后支撑轮 20、行走模块 2141、部分球形

211，212、凸起 30、防护件 2122、圆柱形

213，214、凸起 50、顶盖 2132、圆台形

219、外表面 52、履带挡件 S：履带接地长度

D、履带宽度 12、上盖 L：齿高

具体实施方式

有关本发明的详细说明和技术内容，配合附图说明如下，然而所附附图仅提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

如图1和图2所示，本发明实施方式提供一种智能机器人100。智能机器人100包括壳体10，位于壳体两侧的行走模块20，设置于壳体底部的工作模块，设置于壳体10内部的电机、控制智能机器人100自动工作及自动行走的控制模块、以及提供能量的能源模块。本实施例中，“设置”包括固定设置或者可拆卸的设置。本实施例中，所述电机包括驱动所述工作模块的工作电机和驱动所述行走模块的行走电机。

在本发明的描述中，以图1所示智能机器人100所在方位建立笛卡尔坐标系。y轴的方向定义为智能机器人100的纵向，朝向y轴的正方向定义为智能机器人100的前方，朝向y轴的负方向定义为智能机器人100的后方；x轴的方向定义为智能机器人100的横向，朝向x轴的正方向定义为智能机器人100的右侧，朝向x轴的负方向定义为智能机器人100的左侧；z轴的方向定义为智能机器人100的竖直方向，朝向z轴的正方向定义为智能机器人100的上方，朝向z轴的负方向定义为智能机器人100的下方。

在该实施例中，壳体10包括上盖12和底座(未示出)，上盖12和底座构成一内空的收容腔。收容腔内安装有电机，控制模块、能量模块等部件，共同支撑智能机器人100的各个功能实现。当然，壳体上或者壳体内也可以设置多种传感器，以辅助智能机器人100实现各个功能。

壳体10两侧各设置一行走模块20，彼此相对壳体对称。行走模块20包括前支撑轮203、后支撑轮201和履带210。履带210以前支撑轮203和后支撑轮201为两端，绕设于两者之上。履带210连接后支撑轮201和前支撑轮203，其是整个智能机器人100的着地部分。在本实施例中，前支撑轮203具体形式为驱动轮，后支撑轮201具体形式为引导轮。前支撑轮203在电机的驱动下转动，进而带动履带210不断绕后支撑轮201和前支撑轮203回转前进，从而实现带动智能机器人100前进。当然，后支撑轮201也可以非图1所示实施例的形式，如导向支撑部、或者一组轮组，只需将履带210的末端支撑即可。

在本实施例中，以后支撑件201为导向轮，以前支撑件203为驱动轮作为实施例。驱动轮位于智能机器人纵向的前方，作为前轮；导向轮位于智能机器人纵向的后方，作为后轮。当然，驱动轮和导向轮相对纵向的位置关系并不受限，即导向轮可作为前轮，位于智能机器人纵向的前方。

智能机器人100是一种自动工作及行走的机器，由轮式行走结构改为履带式行走结构，智能机器人100的地形适应能力已有大幅度提升。本实施例中，智能机器人尤其是指一种智能割草机。然而履带式智能机器人相对轮式智能机器人与草坪的接触面更大，相同的重量的履带智能机器人虽然减小了施加在草坪上的压强，同时履带外表面对草坪造成了更大面积的碾压和破坏，对草坪的保护可通过履带结构设置进一步提高。为了同时兼顾爬坡和越障性能，本发明对履带进行了设计以减轻对草坪的损害。

请参考图2和图3，本实施例中，履带210绕设于前支撑轮203和后支撑轮201上，具有与所述前支撑轮203和后支撑轮201的接触的内表面214，以及与地面接触的外表面213。具体的，履带内表面214与前支撑轮203和后支撑轮201通过啮合方式接触，内表面具有啮合齿，前支撑轮203和后支撑轮201具有与啮合齿配合的啮合部。当然，前支撑轮203和后支撑轮201也可通过摩擦力或者凹槽与内表面214配合以驱动，只要能提供驱动履带行走的驱动力矩即可。

在现有的结构设计中，为了提高履带抓地性能，履带外表面的花纹一般都具有尖锐的棱角，当履带行进过程中，尖锐的棱角会擦伤草叶子，使履带式智能机器人经过的地方草不仅被压在地上还会有很多叶子的被擦伤。为了克服上述问题，本发明对履带的外表面进行了设计以最大限度减轻其对草坪的损害。

本实施例中，智能机器人100的履带210与地面接触的外表面213。所述外表面具有凸起，凸起的表面平滑。也就是说，凸起的表面不具有棱角。具体的，凸起的表面可以由单一弧形面或圆弧面构成，也可以是由多个不同曲率的弧形面组成，两不同曲率的弧形面之间平滑过渡；或者由不规则弧形面组成；也可以由两种以上类型的上表面组成，如弧形面、曲面以及圆弧面或平面，两种以上类型的面之间平滑过渡，具体的可以通过弧形面过渡连接，或者两种类型的面连接部分的相切。本实施例中，所述外表面的凸起为圆柱形凸起211，圆柱形凸起的末端端面与侧面通过弧形面连接。具体的，凸起211的表面由圆柱形的侧面和圆柱形末端端面以及弧形面组成，圆柱形侧面为曲面，末端端面为平面，末端端面与圆柱形侧面的连接过渡部分为弧形面，请参照图3。具体的，弧形面包括圆弧形或不规则弧面。也就是说，圆柱形凸起211，远离内表面214的末端端面与侧面相连的部分具有弧形角度。这种通过将圆柱形的末端端面与侧面之间经过倒角处理，使得圆柱形末端的端面不具有尖锐的棱角，而是弧形的角度，避免了履带外表面凸起与草坪的线接触，从而避免尖锐棱角撕裂草坪。在其他实施方式中，凸起也可做成大致圆台形，圆台形远离内表面的末端与侧面通过弧形面连接，使其具有弧形角度，避免尖锐的棱角。

在另一实施例中，圆柱形凸起的远离内表面的末端也可设置成部分球形。如图4所示，凸起212包括圆柱形2122和部分球形2121。优选的，部分球形2121为半球形，圆柱形2122的末端与半球形2121的圆形端面相吻合，圆柱形2122和部分球形2121一体成型。在其他实施方式中，凸起也可做成圆台形，圆台形的末端具有部分球形，如图5所示，圆台形凸起213包括圆台形2132和部分球形2131。优选的，部分球形2121为半球形，圆台形2132的末端与半球形2131的圆形断面相吻合，圆柱形2122和部分球形2121一体成型，使其具有弧形角度，避免尖锐的棱角。

另一较佳的实施例中，履带外表面的凸起为部分球形214，如图6所示，优选的，部分球形214为半球形。履带与草坪的接触面没有尖锐的棱角降低了对草坪的损害，同时半球形的结构使履带与草坪的接触面为多个半球面，进一步分散了对草坪的压强，降低了对草坪的损害。

所述凸起均匀分布在履带外表面上，相邻的凸起之间具有供草漏过的空隙，智能机器人运行工作时草可以漏过凸起之间的空隙。优选的，圆柱形凸起的侧面与末端的断面相接处设置成弧形平滑的过度，即圆柱形凸起的末端具有弧形角度，同时由于圆柱形凸起的侧面轮廓是圆弧形，在与草坪接触的过程中，弧形的侧面轮廓对草坪的草叶的接触全部为面接触，没有任何棱角，不会对草叶造成撕裂。当凸起为圆柱形时，履带外表面对草地还有一个梳草作用，不仅减小了对草坪的损害，还使草看起来更加一致整齐。优选的，所述凸起均匀分布，均匀分布的凸起对草的压力也是均匀分布，进一步分散压力。

优选的，凸起的齿高L是10mm-20mm，履带外表面的凸起是直接与草坪接触以提供驱动摩擦力，凸起使履带凸起与草坪的接触深度限定在10mm-20mm，从而使履带外表面抓地力强，兼顾了履带的爬坡和越障能力。

本实施例中，前支撑轮203具有前轮轴16，后支撑轮201具有后轮轴18，两轮轴之间的距离，即履带接地长度S是200mm-600mm，也就是履带的与地面接触的长度是200mm-600mm，即接地长度200mm-600mm。对于特定履带割草机，履带的接地长度与智能机器人的爬坡能力直接相关，当接地长度大的情况下，与地面的接触面积越大，能够提供的摩擦力就越大，同时如果履带接地长度过长，会对履带的张紧带来很多困难。本发明中将履带的接地长度设置在200mm-600mm可以在确保履带与地面接触面积以提供足够的摩擦力，同时保持履带较好的张紧效果。

由于履带式智能机器人100具有较强的爬坡能力，如果履带210可以直接接触其前方的物体，则履带会直接碾过前方的物体，无论前方的物体是障碍物、或人脚、或树杆桩部等。

优选的，智能机器人100包括位于履带210端部的履带挡件52。履带式智能机器人在履带的四个端部各设置一个履带挡件52。当履带近距离内存在障碍物时，障碍物先碰撞到该履带挡件52。智能机器人100还包括碰撞传感器，用于检测履带挡件52是否发生碰撞事件。当履带挡件52与障碍物发生碰撞时，碰撞传感器感知该碰撞事件，并将检测结果传输给控制模块，控制模块控制智能机器人100转向或后退，以防止履带210直接碾过其前方的物体。

对于智能机器人的设计制造来说，安全问题是个很重要的考虑因素。比如普通的轮式智能机器人在运行时，小孩子如果出于好奇从机身外边沿用手抓住机器，小孩子的手指会伸入机器的底部，如果刀片设计得太靠近机身外边沿的话，小孩子的手指就有可能会被割草机刀片割伤，引发危险。因此国际安全规定要求对于标准轮式智能机器人来说，刀片到机身外边沿的距离应设置为不小于12cm，以保护使用者或触碰者的安全。

因现在设计的智能机器人没有采用轮组作而是采用了履带210作为行走设备，安全情况本身和使用轮组的情况存在差异。使用履带210作为行走设备时，履带架侧壁会阻挡用户或者其他触碰者将手伸入割草机内而被旋转的刀片割伤，这样用户或者触碰者的安全得到了很大的保障，符合国际安全规定的要求。因为使用履带210，没有轮式割草机安规要求的刀片与机身外边沿的距离不小于12cm，因此智能机器人的切割元件与机身外边沿的距离可以设置为小于10cm。

机身外边沿指智能机器人侧向的最外部分，具体可能但不限于如下几种情况：一、当智能机器人是由机身和安装在机身上的外浮动盖组成的时候，机身外边沿是指外浮动盖的边沿；二、当智能机器人只包括机身而没有安装外浮动盖的时候，机身外边沿就是指壳体的外边沿；三、当智能机器人的履带210是安装在机身最外侧且处于裸露状态的时候，机身外边沿是指履带210的最外边沿。

请参照图7，本实施例中，履带的宽度D设置为20mm-120mm，同等机身宽度的情况下，切割元件设置得更靠近机身外边沿，从而智能机器人可以获得更大的切割范围。带来的效果是，智能机器人可以切到边界线外更多的剩余草坪面积，从而进一步减轻用户对边界线外草坪护理时的劳务负担。

本实施例中，在壳体底座设有防护件30。防护件30位于工作模块的前方，在工作模块的前方构建防护屏障，以阻止人的手或脚接触工作模块。防护件30的一端连接至壳体底座，另一端为自由端，在竖直方向上形成一具有预定高度的屏障。为了起到更好的防护作用，防护件30的自由端到地面或工作表面的距离为40毫米到70毫米之间。

此外使用履带210作为智能机器人的行走设备，相比于使用轮组作为行走设备的智能机器人来说，履带210与草坪有更大的接触面积，极大地降低了智能机器人整机对草坪面的压力，减小了对草坪的破坏。另外，在使用轮组作为行走设备时，轮组与草坪面的接触为点接触，对草坪的压强很大，当轮组对草坪面的附着力不足而出现打滑情况时，轮组会撕裂草坪的草，从而对草坪造成极大的破坏。履带210的支撑面采用圆柱形或者半球形的凸起，与地面的接触面积大，而且摩擦力也更大，不易打滑，增加了履带与地面的附着力，同时圆柱形或半球形的凸起避免了与草坪棱角接触，进一步减小了对草坪的伤害。并且，使用履带210作为智能机器人的行走设备时可以使割草机具有更好的越野机动性，爬坡、越沟等性能也更好。

本领域技术人员可以想到的是，本发明还可以有其他的实现方式，但只要其采用的技术精髓与本发明相同或相近似，或者任何基于本发明做出的变化和替换都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能机器人，包括：

壳体，所述壳体内中空形成收容腔；

工作模块，设置于所述壳体底部，用于执行工作任务；

行走模块，设置于所述壳体的两侧，每侧的行走模块包括前支撑轮、后支撑轮和履带，所述履带以所述前支撑轮和所述后支撑轮为两端而进行绕设；

能源模块，设置于所述收容腔内；

电机模块，设置于所述收容腔内，包括驱动所述工作模块的工作电机和驱动所述行走模块的行走电机；

所述履带具有与所述前/后支撑轮接触的内表面，以及与地面接触的外表面；

其特征在于：所述外表面还具有凸起，所述凸起的表面平滑。

2.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于：所述凸起大致为圆柱形或圆台形。

3.如权利要求2所述的智能机器人，其特征在于：所述圆柱形或圆台形凸起的末端端面与侧面通过弧形面连接。

4.如权利要求2所述的智能机器人，其特征在于：所述圆柱形或圆台形凸起的末端具有部分球形形状。

5.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于：所述凸起为部分球形。

6.如权利要求5所述的智能机器人，其特征在于：所述凸起为半球形。

7.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于：所述凸起的高度为10mm-20mm。

8.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于：所述前支撑轮的前轮轴与所述后支撑轮的后轮轴之间的距离为200mm-600mm。

9.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于：所述履带的宽度为20mm-120mm。

10.如权利要求1所述的智能机器人，其特征在于：所述凸起均匀分布。