CN109421062A - 自移动机器人 - Google Patents

Abstract

一种自移动机器人，包含安装座(2)，安装座外周套设有罩壳(31)，罩壳通过弹性组件与安装座连接，在外力作用下，罩壳能够相对于安装座产生平动或转动，所述弹性组件包含以安装座为中心对向设置的弹性件，且所述弹性件所在直线不经过安装座的中心。本发明的自移动机器人结构简单，感应灵敏，实现碰撞结构与碰撞主体之间的定位和复位，对360°任意方向上的障碍物或者外力全部有效，防撞区域面积大，适用于如超市，银行等公共场所，使用安全可靠。

Description

自移动机器人

技术领域

本发明涉及一种自移动机器人，属于小家电制造技术领域。

背景技术

现有技术中在公共服务行业越来越多的使用自移动机器人，比如：导购机器人，可以使用在银行、超市等场合为客户提供服务。但是，由于这些场合环境复杂、人流量大，人员、物品等很容易与机器人发生碰撞，在此情况下，由于导购机器人的体积、重量都比较大，因此行走时的惯性力就比较大，在与人或物体发生碰撞时可能会对人员和物品造成伤害。

现有技术的碰撞检测技术，一般只是针对特定方向和局部区域的检测，且结构复杂。授权公告号为CN101310665B的专利公开了一种可自动移动的地面集尘装置，即：一种自移动机器人，如其说明书中图3和图9所示，自移动机器人具有护罩和底盘，护罩通过多个弹性件和底盘相连，从而探测周边各个方向的障碍物。然而，由于护罩分别通过多个独立的弹性件与底盘相连，机体在转动的时候，护罩易相对于底盘产生晃动；当机体较庞大时，护罩的晃动容易对周边的环境造成损坏，且给用户或顾客造成不好的体验。

另外，现有自移动机器人的避障技术主要包括以下几种：只有传感器、传感器和底部撞板组合使用、传感器和前撞板组合使用。对于第一种，如果自移动机器人没有设置撞板结构，只是通过电子传感器避障，显然存在如下缺陷：由于所有的传感器都有盲区，对于处于盲区的物品可能就会无能为力，传感器一旦失效，机器人会出现安全隐患撞伤人或家具等后果。第二种自移动机器人在靠近地面的位置设有一圈撞板，缺点是只有最下端靠近地面处才能够起到防撞的作用，一旦障碍不处于底部范围，撞板就会失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种自移动机器人，结构简单，感应灵敏，实现碰撞结构与碰撞主体之间的定位和复位，对360°任意方向上的障碍物或者外力全部有效，防撞区域面积大，适用于如超市，银行等公共场所，使用安全可靠。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种自移动机器人，包含安装座，安装座外周套设有罩壳，罩壳通过弹性组件与安装座连接，在外力作用下，罩壳能够相对于安装座产生平动或转动，所述弹性组件包含以安装座为中心对向设置的弹性件，且所述弹性件所在直线不经过安装座的中心。

具体来说，所述弹性组件包含两组交叉弹簧和弹簧固定柱，每组交叉弹簧的交点偏离所述安装座的中心。

所述每组交叉弹簧中的两条弹簧的一端均位于同一个弹簧固定柱上。

更具体地，所述弹簧固定柱包括分别设置在安装座上的第一弹簧固定柱和设置在罩壳上的第二弹簧固定柱，所述每条弹簧的两端分别固定在所述第一弹簧固定柱和第二弹簧固定柱上。

根据需要，所述第一弹簧固定柱的设置数量为两个，围绕所述安装座中心，在安装座周边对称分布。

为了便于固定弹簧，所述罩壳上表面开设有第一凹槽，所述弹簧容置在所述第一凹槽内。

所述两组弹簧组件中的四根弹簧的设置位置或其设置位置延长线所构成的图形为平行四边形。

所述弹簧组件中的两条弹簧之间的夹角可以≤90°。

进一步地，所述探测单元包括设置在所述安装座上的光耦支架和对应设置在所述罩壳上的遮挡板；所述光耦支架上设有光耦发射头和光耦接收头，所述遮挡板位于所述光耦发射头和光耦接收头两者之间。

为了确保灵敏度，所述探测单元的设置数量至少为四个，对称设置在安装座和罩壳的四边中部。

另外，所述安装座上设有支撑柱，所述罩壳上对应设有定位孔，所述定位孔的直径大于支撑柱的直径，所述支撑柱穿过定位孔，使罩壳和安装座之间产生相对位移的同时限定两者的相对位置。

具体来说，所述罩壳和安装座之间产生的相对位移与定位孔、支撑柱的直径之间的相互关系为：相对位移＝(孔直径-支撑柱直径)/2。

为了方便运动减小阻力，所述安装座的顶面开设有第二凹槽，第二凹槽内装入钢珠，所述罩壳的顶面设有凸台，其设置位置和数量与凹槽相对应，所述钢珠与凸台相抵顶，所述罩壳通过钢珠能够相对于安装座产生相对运动。根据需要，所述第二凹槽和凸台的设置数量至少为四个。

为了方便固定，所述安装座的下表面圆周边缘设置一圈下陷区域，一罩壳固定盘置入所述下陷区域并与所述罩壳相固定，从而使得所述安装座支撑所述罩壳安装座。

综上所述，本发明提供一种自移动机器人，结构简单，感应灵敏，实现碰撞结构与碰撞主体之间的定位和复位，对360°任意方向上的障碍物或者外力全部有效，防撞区域面积大，适用于如超市，银行等公共场所，使用安全可靠。

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。

附图说明

图1为本发明自移动机器人整体结构示意图；

图2为本发明实施例一弹性组件的设置位置示意图；

图3为本发明实施例一探测单元的设置位置示意图；

图4为本发明实施例一探测单元与安装座的装配关系示意图；

图5为本发明实施例一探测单元内部结构示意图；

图6、图7分别为本发明实施例一罩壳平面和立体结构示意图；

图8为本发明实施例一安装座结构示意图；

图9为本发明实施例一底座和罩壳装配后的剖视图；

图10为本发明实施例一罩壳、安装座和罩壳固定盘的装配关系示意图；

图11为本发明实施例二弹性组件的设置位置示意图；

图12为本发明实施例三弹性组件的设置位置示意图；

图13为本发明实施例四弹性组件的设置位置示意图。

具体实施方式

图1为本发明自移动机器人整体结构示意图。如图1所示，本发明提供一种自移动机器人，包括相互连接的机身1和安装座2，所述安装座2上设有控制单元5和驱动单元6，其中，驱动单元6设置于安装座2的底部，控制单元5设置于安装座2内，驱动单元6根据控制单元5的指令控制自移动机器人运动或停止。所述机身1或安装座2上套设有罩壳31，也即机身1或安装座2构成罩壳31的安装座，所述罩壳31和安装座2之间分别设有弹性组件和探测单元，当自移动机器人在任意方向上受到碰撞，所述弹性组件进入非平衡状态，使罩壳31和安装座2之间产生相对位移，激发探测单元发送探测信号给所述控制单元，控制单元收到探测信号后发出指令给所述驱动单元，控制自移动机器人停止运动。

除了图1中所示的自移动机器人之外，本发明还可以是结构更简化、体积更小的自移动机器人，即：该自移动机器人只包括安装座2和套设在其外部的罩壳31，并不包括如图1中所示的机身1。具体来说，本发明提供一种自移动机器人，包含安装座2，安装座2外周套设有罩壳31，罩壳31通过弹性组件与安装座2连接，在外力作用下，罩壳31能够相对于安装座2产生平动或转动，所述弹性组件包含以安装座2为中心对向设置的弹性件，且所述弹性件所在直线不经过安装座的中心。

实施例一

图2为本发明实施例一弹性组件的设置位置示意图。如图2所示，具体来说，所述弹性组件包括两端分别设置在罩壳和安装座上的多根弹簧，更具体地，所述弹性组件包含两组交叉弹簧和弹簧固定柱，每组交叉弹簧的交点偏离所述安装座的中心。所述弹簧固定柱包括分别设置在安装座2上的第一弹簧固定柱23和设置在罩壳31上的第二弹簧固定柱315，在本实施例中，第二弹簧固定柱315设置在罩壳31的顶面上。每条弹簧33的两端分别固定在所述第一弹簧固定柱23和第二弹簧315固定柱上。所述每组交叉弹簧中的两条弹簧的一端均位于同一个弹簧固定柱上。根据需要，所述第一弹簧固定柱23的设置数量为两个，围绕所述安装座2中心，在安装座2周边对称分布。

每条弹簧33的两端分别固定在弹簧固定柱上，为了便于固定弹簧，所述罩壳31的上表面开设有第一凹槽314，所述弹簧33容置在所述第一凹槽314内。所述两组弹簧组件中的四根弹簧的设置位置或其设置位置延长线所构成的图形为平行四边形。所述弹簧组件中的两条弹簧之间的夹角可以≤90°。如图2所示，两条弹簧之间的夹角就是90°，即：四根弹簧的设置位置所围设的形状为矩形。罩壳31的中部开设有中心孔310，用于使安装座2上的元器件从其中穿过并与机身1相连。另外，罩壳上穿过中心孔310在罩壳顶盖边缘对角设置的两个固定孔312，底壳2上固定的两个第一弹簧固定柱23与固定孔312对应设置。

由于每根弹簧的作用力不经过安装座的中心，则安装座和罩壳就不易产生晃动，而当交叉弹簧的交点刚好位于安装座的中心时，扭力就不可控制，此时拉簧不是正常的变形。自移动机器人在转动时，罩壳会晃动，效果较差，因此，交叉弹簧的交点不放在安装座的中心为最优。在行走过程中，当外力碰撞自移动机器人时，或者机器人在启动或者停止瞬间，会施加一个使罩壳转动趋势的外力，此时罩壳和安装座产生变形，弹簧力，让罩壳很快复位。

图3为本发明实施例一探测单元的设置位置示意图；图4为本发明实施例一探测单元与安装座的装配关系示意图；图5为本发明实施例一探测单元内部结构示意图。如图3至图5所示，所述探测单元4包括设置在所述安装座上的光耦支架44和对应设置在所述罩壳上的遮挡板316，所述光耦支架44上分别设有上、下位置对正的光耦发射头41和光耦接收头42，所述遮挡板316位于所述光耦发射头41和光耦接收头42两者之间。光耦支架44装配在安装座上，光耦遮挡板316固定在罩壳31上，可采用作为模具嵌件和罩壳31一起注塑成型。探测单元的设置数量至少为1个，当然根据需要也可以设置为多个，本实施例中，为了保证探测信息的准确度和灵敏度，所述探测单元的设置数量至少为四个，对称设置在安装座2和罩壳31的四边中部，分别在罩壳31的前后左右四个方向上。除了上述的光耦组件之外，还可以采用微动开关或者其他传感器，如：霍尔传感器去触发。

图6、图7分别为本发明实施例一罩壳平面和立体结构示意图；图8为本发明实施例一安装座结构示意图；图9为本发明实施例一安装座和罩壳装配后的剖视图。如图6至图9所示，安装座2的顶部的上表面固定了三根支撑柱21，罩壳上的3个定位孔311与支撑柱31相对应。机身1和安装座2通过三根支撑柱21装配，罩壳31装配在机身1和安装座2之间，支撑柱21穿过罩壳上的定位孔311，所述定位孔311的直径大于支撑柱21的直径，使罩壳31和安装座2之间产生相对位移的同时限定两者的相对位置。具体来说，所述罩壳31和安装座2之间产生的相对位移与定位孔311、支撑柱21的直径之间的相互关系为：相对位移＝(孔直径-支撑柱直径)/2。

为了方便运动减小阻力，所述安装座2的顶面开设有第二凹槽214，开设在安装座2顶部的周边，第二凹槽214内装入钢珠35，所述罩壳31的顶面设有凸台313，其设置位置和数量与第二凹槽214相对应，所述钢珠35与凸台313相抵顶，所述罩壳通过钢珠能够相对于安装座产生相对运动。为了使安装座和罩壳之间的相对运动平稳，所述第二凹槽214和凸台313的设置数量至少为四个。

图10为本发明实施例一罩壳、安装座和罩壳固定盘的装配关系示意图。如图10所示，为了方便固定，所述安装座2的下表面圆周边缘设置一圈下陷区域213，一罩壳固定盘32置入所述下陷区域213内，并与所述罩壳31相固定，从而使得安装座2支撑罩壳31，罩壳固定盘32与罩壳31固定可以采用多种方式，比如可通过螺丝连接。

罩壳31的顶盖和机身1的底部通过3根定位柱21相装配，底部被罩壳固定盘32锁定，这样罩壳31在轴向方向上被定位，不能上下运动。罩壳31和安装座2的相对移动则可以通过以下方式实现：罩壳31底部与罩壳固定盘32相固定，罩壳固定盘32和安装座2水平方向是活动连接可以相对移动的；罩壳31的顶部和安装座2通过钢珠5可以相对移动的，也就意味着罩壳31和安装座2可以在水平方向上相对移动。

在正常工作时，罩壳31和安装座2通过以下方式实现水平及转动方向上的定位，具体来说，在罩壳31的顶盖的上表面以固定孔312为交汇点，在固定孔312中设有第一弹簧固定柱23，在每个交汇点成角度的开设两条凹槽314，两个点共设置了四条凹槽314，呈平行四边形分布，每个凹槽314内远离固定孔312的一端的端部设有第二弹簧固定柱315。将四根弹簧33分别装置在四个凹槽314中，每个弹簧的两端分别固定在第一弹簧固定柱23和第二弹簧固定柱315之间，四个弹簧之间形成平行四边形，利用力的平行四边形法则，其合力为零，这样在水平方向和转动方向固定。穿过罩壳的固定孔312的第一弹簧固定柱23必须至少成对且对角设置，对角线穿过中心孔310的圆心，这样四根弹簧在两个第一弹簧固定柱23处形成两个方向相反合力，在外力使罩壳扭动时，可以形成扭动的力矩使罩壳恢复到平衡状态，在正常状态下，罩壳31不会相对于安装座2发生相对运动。当然，在实际应用过程中，也可以根据需要对弹簧的数量进行选择，并不局限于本实施例中所述的四根，弹簧的数量也可以超过四根，只要能够构成水平方向合力的平衡即可。

结合图1至图10，本发明所提供的自移动机器人避障的具体工作过程是这样的：

在自动机器人的行进过程中，在360°任意方向遇到障碍物后，自移动机器人会受到一个外力阻碍，此时，四根弹簧的合力平衡就会被打破，罩壳31和安装座2之间会在水平方向会发生相对位移，此时，外力被弹簧33的变形所吸收，光耦遮挡板316随着罩壳31一起移动，对应位置的光耦的接收信号就会发生变化，信号传递给控制单元5，控制单元5就会判断出自移动机器人遇到了障碍，并发出指令给驱动单元6，驱动单元6控制自移动机器人停止运动或转向。本实施例中的探测单元为四个，控制单元5可以判断出在哪个方向遇到了障碍，并发出信息给控制单元5，控制自移动机器人后退。当自移动机器人躲开障碍物后，外力撤销，四根弹簧复位，罩壳也随即复位，进而完成避障动作。

实施例二

图11为本发明实施例二弹性组件的设置位置示意图。如图11所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，所述弹簧组件中的两条弹簧之间的夹角小于90°，即：四根弹簧的设置位置所围设的形状为平行四边形。事实上，所述弹性组件包括两端分别设置在罩壳和安装座上的多根弹簧，弹簧的排布也可以有多种实现方式，可以根据实际的需要选择弹簧之间夹角角度的大小。

本实施例中的其他技术特征与实施例一相同，详细内容请参见实施例一，在此不再赘述。

实施例三

图12为本发明实施例三弹性组件的设置位置示意图。如图12所示，如果安装座和罩壳的形状为圆柱体，同样可以通过至少四根弹簧的合力实现两者在正常状态下水平限位和转动限位，在受到外力时，之前的平衡被破坏，使两者之间可以产生相对转动。如图11所示，设置两组弹簧组件，每组包括两根弹簧，两根弹簧的一端同时固定在安装座上，另一端分别固定在罩壳上。

实施例四

图13为本发明实施例四弹性组件的设置位置示意图。如图13所示，本实施例与实施例三的相同之处在于，同样设置了两组弹簧组件，且每组包括两根弹簧，两者之间的区别在于两根弹簧的一端同时固定在罩壳上，另一端分别固定在安装座上。也就是说，弹簧的两个固定端所在的位置有所不同。

综上，本发明所提供的自移动机器人罩壳能够与安装座之间产生相对运动，正常情况下，安装座和罩壳之间建立平衡连接；在自移动机器人行走过程中，如果与障碍物发生碰撞，打破平衡连接，通过信号探测方式检测到罩壳与安装座之间产生相对运动，则控制自移动机器人停止运动以避障。所述信号探测方式可以包括红外信号探测、电磁信号探测或微动开关等。所述平衡连接包括分别作用在罩壳和安装座上的弹性力，所述弹性力的合力为零

也就是说，本发明依靠四根弹簧的合力实现罩壳与安装座之间的水平限位和转动限位，在360°的任意方向上受到外力作用时，四根弹簧所形成合力的平衡被打破，罩壳和安装座产生水平面上的相对位移，触发光耦，从而发出停止或后退指令实现避障；外力撤销后，在弹簧力的作用下，罩壳可以很快复位。本发明结构简单，感应灵敏，实现碰撞结构与碰撞主体之间的定位和复位，对360°任意方向上的障碍物或者外力全部有效，防撞区域面积大，适用于如超市，银行等公共场所，使用安全可靠。

Claims (15)

1.一种自移动机器人，包含安装座(2)，安装座外周套设有罩壳(31)，罩壳通过弹性组件与安装座连接，在外力作用下，罩壳能够相对于安装座产生平动或转动，其特征在于，所述弹性组件包含以安装座为中心对向设置的弹性件，且所述弹性件所在直线不经过安装座的中心。

2.如权利要求1所述的自移动机器人，其特征在于，所述弹性组件包含两组交叉弹簧(33)和弹簧固定柱，每组交叉弹簧的交点偏离所述安装座的中心。

3.如权利要求2所述的自移动机器人，其特征在于，每组所述交叉弹簧中的两条弹簧的一端均位于同一个弹簧固定柱上。

4.如权利要求2所述的自移动机器人，其特征在于，所述弹簧固定柱包括分别设置在安装座(2)上的第一弹簧固定柱(23)和设置在罩壳(31)的上的第二弹簧固定柱(315)，所述每条弹簧的两端分别固定在所述第一弹簧固定柱和第二弹簧固定柱上。

5.如权利要求4所述的自移动机器人，所述第一弹簧固定柱(23)的设置数量为两个，围绕所述安装座(2)中心，在安装座周边对称分布。

6.如权利要求3所述的自移动机器人，所述罩壳(31)上表面开设有第一凹槽(314)，所述弹簧(33)容置在所述第一凹槽内。

7.如权利要求2所述的自移动机器人，其特征在于，所述两组弹簧组件中的四根弹簧的设置位置或其设置位置延长线所构成的图形为平行四边形。

8.如权利要求2所述的自移动机器人，其特征在于，所述弹簧组件中的两条弹簧之间的夹角可以≤90°。

9.如权利要求1所述的自移动机器人，其特征在于，所述自移动机器人包含探测单元，所述探测单元包括设置在所述安装座(2)上的光耦支架(44)和对应设置在所述罩壳(31)上的遮挡板(316)；所述光耦支架上设有光耦发射头(41)和光耦接收头(42)，所述遮挡板位于所述光耦发射头和光耦接收头两者之间。

10.如权利要求9所述的自移动机器人，其特征在于，所述探测单元的设置数量至少为四个，对称设置在安装座(2)和罩壳(31)的四边中部。

11.如权利要求1所述的自移动机器人，其特征在于，所述安装座(2)上设有支撑柱(21)，所述罩壳(31)上对应设有定位孔(311)，所述定位孔的直径大于支撑柱的直径，所述支撑柱穿过定位孔，使罩壳和安装座之间产生相对位移的同时限定两者的相对位置。

12.如权利要求11所述的自移动机器人，其特征在于，所述罩壳(31)和安装座(2)之间产生的相对位移与定位孔(311)、支撑柱(21)的直径之间的相互关系为：相对位移＝(孔直径-支撑柱直径)/2。

13.如权利要求1所述的自移动机器人，其特征在于，所述安装座(2)的顶面开设有第二凹槽(214)，第二凹槽内装入钢珠(35)，所述罩壳(31)的顶面设有凸台(316)，其设置位置和数量与凹槽相对应，所述钢珠与凸台相抵顶，所述罩壳通过钢珠能够相对于安装座产生相对运动。

14.如权利要求13所述的自移动机器人，其特征在于，所述第二凹槽(214)和凸台(316)的设置数量至少为四个。

15.如权利要求1所述的自移动机器人，其特征在于，所述安装座(2)的下表面圆周边缘设置一圈下陷区域(213)，一罩壳固定盘(32)置入所述下陷区域并与所述罩壳(31)相固定，从而使得安装座支撑罩壳。