CN111113487B - 一种机器人及其碰撞检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术设计领域，提供了一种机器人及其碰撞检测装置，包括碰撞开关、碰撞开关自检单元、电压检测单元以及主控单元，碰撞开关检测是否发生碰撞，碰撞开关自检单元检测碰撞开关的自身状态，主控单元根据电压检测单元的检测电压信号，判断碰撞开关是否发生碰撞以及碰撞开关是否出现自身损坏。由此实现了既能通过碰撞开关检测机器人运动过程中是否发生碰撞，又能对碰撞开关本体故障进行实时检测的效果，提高了对机器人运动控制的可靠性和安全性，解决现有的用于机器人的碰撞检测技术存在着当碰撞开关自身出现故障时，机器人遇到碰撞时仍会继续运动，导致对机器人造成损坏的问题。

Description

一种机器人及其碰撞检测装置

技术领域

本发明属于机器人技术设计领域，尤其涉及一种机器人及其碰撞检测装置。

背景技术

在机器人技术飞速发展的今天，机器人的智能化程度越来越高，应用场景也越来越复杂。尤其是大型移动机器人，在运动过程中，可能会遇到各种复杂情况，例如：当雷达等导航传感器异常时，机器人可能会和前方的障碍物发生碰撞，产生严重的后果。因此，需要在运动型机器人上增加碰撞检测机制，机器人感知到碰撞后，能及时停止运动，提高机器人可靠性。

目前，常用的碰撞检测方法是在机器人上增加碰撞开关，正常状态下，碰撞开关为开路状态；当发生碰撞时，碰撞开关为短路状态。采用该种方法，当碰撞开关自身出现故障时，开路状态和短路状态失效，机器人无法实时感知。因此当发生碰撞后，碰撞检测失效，机器人会继续运动，从而产生严重的后果。

因此，现有的用于机器人的碰撞检测技术存在着当碰撞开关自身出现故障时，机器人遇到碰撞时仍会继续运动，导致对机器人造成损坏的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人及其碰撞检测装置，旨在解决现有的用于机器人的碰撞检测技术存在着当碰撞开关自身出现故障时，机器人遇到碰撞时仍会继续运动，导致对机器人造成损坏的问题。

本发明第一方面提供了一种用于机器人的碰撞检测装置，所述碰撞检测装置包括：

碰撞开关，被配置为检测是否发生碰撞；

碰撞开关自检单元，被配置为检测所述碰撞开关的自身状态；

电压检测单元，与所述碰撞开关及所述碰撞开关自检单元连接；以及

主控单元，与所述碰撞开关、所述碰撞开关自检单元及所述电压检测单元连接，被配置为根据所述电压检测单元的检测电压信号，判断所述碰撞开关是否发生碰撞以及所述碰撞开关是否出现自身损坏。

优选地，所述碰撞开关包括间隔预设距离并平行设置的第一防撞条和第二防撞条；

所述碰撞开关自检单元包括：

第三防撞条，设于所述第一防撞条和所述第二防撞条之间，并与所述第一防撞条及所述第二防撞条相互平行。

优选地，所述电压检测单元包括：

第一分压组件，与电源组件及所述第一防撞条连接，被配置为对所述电源组件输出的电源信号进行分压处理；和

第二分压组件，第一端与所述第一分压组件及所述第一防撞条连接并形成第一监测点，第二端与所述第三防撞条连接，被配置为对分压处理后的所述电源信号进行再次分压；

所述主控单元被配置为根据所述第一监测点的电压，判断所述碰撞开关是否发生碰撞以及所述碰撞开关是否出现自身损坏。

优选地，所述电压检测单元还包括：

第三分压组件，第一端与所述第一防撞条连接并形成第二监测点，第二端与所述第二防撞条连接，被配置为对分压处理后的所述电源信号通过所述第一防撞条后进行分压处理；

所述主控单元还被配置为根据所述第二监测点的电压，判定所述第一防撞条损坏或者所述第二防撞条损坏。

优选地，所述第三防撞条与所述第一防撞条以及所述第二防撞条的材质、形状、大小均一致。

优选地，所述第一分压组件和所述第二分压组件均采用分压电阻实现。

优选地，所述第三分压组件采用分压电阻实现。

优选地，所述主控单元包括主控芯片，

所述主控芯片的检测端接所述第一监测点，所述主控芯片的第一控制端接所述第三防撞条，所述主控芯片的第二控制端接所述第二监测点。

本发明第二方面提供了一种机器人，包括：

机器人本体；和

设于所述机器人本体上，如权利要求1-8任一项所述的碰撞检测装置。

优选地，所述碰撞检测装置采用工程塑料合金外壳进行封装。

本发明提供的一种机器人及其碰撞检测装置，包括碰撞开关、碰撞开关自检单元、电压检测单元以及主控单元，碰撞开关检测是否发生碰撞，碰撞开关自检单元检测碰撞开关的自身状态，主控单元根据电压检测单元的检测电压信号，判断碰撞开关是否发生碰撞以及碰撞开关是否出现自身损坏。由此实现了既能通过碰撞开关检测机器人运动过程中是否发生碰撞，又能对碰撞开关本体故障进行实时检测的效果，提高了对机器人运动控制的可靠性和安全性，解决现有的用于机器人的碰撞检测技术存在着当碰撞开关自身出现故障时，机器人遇到碰撞时仍会继续运动，导致对机器人造成损坏的问题。

附图说明

图1是本发明提供的一种用于机器人的碰撞检测装置的单元结构示意图。

图2是本发明一实施例提供的一种用于机器人的碰撞检测装置的结构示意图。

图3是本发明另一实施例提供的一种用于机器人的碰撞检测装置的结构示意图。

图4是对应图3的一种用于机器人的碰撞检测装置的示例电路图。

图5是本发明提供的一种机器人的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

上述的一种机器人及其碰撞检测装置，通过检测电压的方式，可以实时检测碰撞开关的自身状态，提高碰撞检测的可靠性，保障机器人运动的安全性。该碰撞检测装置可应用于机器人、自动引导小车结构、智能家居设备等场景进行碰撞检测及避障，实现易操作及灵敏度较高的效果。

图1示出了本发明提供的一种用于机器人的碰撞检测装置的单元结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述一种用于机器人的碰撞检测装置，包括碰撞开关100、碰撞开关自检单元200、电压检测单元300以及主控单元400。

碰撞开关100被配置为检测是否发生碰撞。

碰撞开关自检单元200被配置为检测碰撞开关100的自身状态。

电压检测单元300与碰撞开关100及碰撞开关自检单元200连接。

主控单元400与碰撞开关100、碰撞开关自检单元200及电压检测单元300连接，被配置为根据电压检测单元300的检测电压信号，判断碰撞开关100是否发生碰撞以及碰撞开关100是否出现自身损坏。

图2示出了本发明一实施例提供的一种用于机器人的碰撞检测装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，上述碰撞开关100包括间隔预设距离并平行设置的第一防撞条201和第二防撞条202，也即是第一防撞条201和第二防撞条202防撞条构成了触碰开关的主要组成部分，当触碰开关100受到碰撞时第一防撞条201和第二防撞条202会被挤压到一起，从而造成触碰开关故障的情况发生。

作为本发明一实施例，上述碰撞开关自检单元200包括第三防撞条105，第三防撞条105设于第一防撞条201和第二防撞条202之间，并与第一防撞条201及第二防撞条202相互平行。

具体地，上述第三防撞条105设于第一防撞条201和第二防撞条202之间，也即是第三防撞条105与第一防撞条201间隔距离设置，第三防撞条105也与第二防撞条202间隔距离设置；同时，第三防撞条105与第一防撞条201及第二防撞条202相互平行。

作为本发明一实施例，上述电压检测单元包括第一分压组件102和第二分压组件103。

第一分压组件102与电源组件101及第一防撞条201连接，被配置为对电源信号进行分压处理。

第二分压组件103的第一端与第一分压组件102及第一防撞条201连接并形成第一监测点A，第二端与第三防撞条105连接，被配置为对分压处理后的电源信号进行再次分压。

主控单元400与第一防撞条201、第二防撞条202及第三防撞条105连接，被配置为根据第一监测点A的电压，判断碰撞开关是否发生碰撞以及碰撞开关是否出现自身损坏。

示例性的，上述电源组件101输出电源信号是为了提供电压，以让主控单元400检测第一监测点A的电压值，从而可进一步判断碰撞开关是否发生碰撞以及碰撞开关是否出现自身损坏。该电源信号可为交流信号，也可为直流信号。

作为本发明一实施例，上述第一分压组件102和第二分压组件103均起到对电源信号进行分压处理的作用。

作为本发明一实施例，上述主控单元400的作用一方面为检测第一监测点A的电压，另一方面为根据检测到的第一监测点A的电压值，判断碰撞开关是否发生碰撞以及碰撞开关是否出现自身损坏，包括：碰撞开关没有发生碰撞、碰撞开关发生碰撞以及碰撞开关自身损坏的情况。

图3示出了本发明一实施例提供的一种用于机器人的碰撞检测装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

在图2示出的实施例的基础上，上述碰撞检测装置还包括第三分压组件106。

第三分压组件106的第一端与第一防撞条201连接并形成第二监测点D，第二端与第二防撞条202连接，被配置为对分压处理后的电源信号通过第一防撞条后201进行分压处理。

主控单元400还被配置为根据第二监测点D的电压，判定第一防撞条201损坏或者第二防撞条202损坏，达到了当碰撞开关出现自身损坏时可准确地判断是第一防撞条损坏或者第二防撞条损坏的作用，以便及时更新防撞条，避免造成更大的损失。

图4为对应图3的一种用于机器人的碰撞检测装置的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，上述电源组件101包括具备预设电压范围的直流电源VCC，预设电压范围为3.5V-12V，优选为3.5V-5V。

作为本发明一实施例，上述第一分压组件102和第二分压组件103均采用分压电阻实现，具体地，第一分压组件102包括第一分压电阻R1，第二分压组件103包括第二分压电阻R2。

作为本发明一实施例，上述第三防撞条105与第一防撞条201以及第二防撞条202的材质、形状、大小均一致。该种设置是为了当第一防撞条201或者第二防撞条202可起到替代的作用，方便易行。

作为本发明一实施例，上述主控单元400包括主控芯片U1，主控芯片U1的检测端ADC接第一监测点A，主控芯片U1的第一控制端IO1接第三防撞条105，主控芯片U1的第二控制端IO2接第二监测点D。该主控芯片U1小封装，低功耗，带检测端和串口端等接口。具体地，主控芯片的型号不作限定，只要能起到与本实施例中的主控芯片U1的工作作用亦可。

作为本发明一实施例，上述第三分压组件106采用分压电阻实现，具体地，第三分压组件包括第三分压电阻R3。

图5示出了本发明提供的一种机器人的结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本发明还提供了一种机器人，包括：

机器人本体20；和

设于机器人本体20上，如上述所述的碰撞检测装置10。

需要说明的是，该机器人是在上述碰撞检测装置10的基础上增加了机器人本体20，因此关于碰撞检测装置10中的碰撞开关100、碰撞开关自检单元200、电压检测单元300以及主控单元400的功能描述及原理说明可参照图1至图4的实施例，此处不再详细赘述。

上述碰撞检测装置10采用工程塑料合金外壳进行封装。优选地，该碰撞检测装置10的整体尺寸为41mm*13mm*12.5mm。

上述碰撞检测装置适用于多种场合，其可单个使用或多个同时使用。例如：双足机器人，机器人四肢各1个和胸部2个，则需要安装6个碰撞检测装置，多个碰撞检测装置可同时安装使用。碰撞检测装置内部的主控单元设置唯一ID码，机器人主机同时读取每个碰撞检测装置的反馈信号，实现多方位多角度进行碰撞检测及对多个碰撞检测装置进行故障检测的效果。当然，也可以单独或组合读取指定碰撞检测装置的反馈信号，实现特定方位及角度进行碰撞检测及对指定碰撞检测装置进行故障检测的效果。

结合图1-图5对上述机器人及其碰撞检测装置的工作原理进行说明以下：

在原来的基础上增加了一路C，采用电压检测方式，碰撞开关100中的第一防撞条201通过第一分压电阻R1连接到直流电源VCC，碰撞开关中的第二防撞条202连接GND，第一防撞条201和第二防撞条202之间增加了第三分压电阻R3，第一防撞条201和第三防撞条105增加第二分压电阻R2，主控芯片U1通过检测端ADC检测A点的电压，可实时检测触边开关自身是否有故障(正常情况IO1输出VCC，IO2是输入状态)。

当A点的电压值为VCC*R3/((R1/R2)+R3)时，则表示碰撞开关没有发生碰撞；

当A点的电压值为GND时，则表示碰撞开关发生碰撞；

当A点的电压值为VCC时，则表示碰撞开关出现自身损坏。

在上述的基础上，当主控芯片U1的检测端ADC读到A点的电压值为VCC时，说明碰撞开关损坏，此时主控芯片U1打开第二串口端IO2检测D点电压：

当D点的电压值为VCC时，判定第二防撞条202损坏，此时第一串口端IO1拉低(GND)，即第三防撞条105代替第二防撞条202；当ADC＝VCC*R2/(R1+R2)时，表示没有发生碰撞，ADC＝GND时表示发生碰撞；

当D点的电压为GND时，判定第一防撞条201损坏，此时第一串口端IO1拉高(VCC)，即第三防撞条105代替第一防撞条201；当ADC＝VCC时，表示没有发生碰撞，ADC<VCC时表示发生碰撞。

综上，本发明实施例提供的一种机器人及其碰撞检测装置，碰撞开关包括间隔预设距离并平行设置的第一防撞条和第二防撞条，通过设置第三防撞条、电源组件、第一分压组件、第二分压组件以及主控单元，其中，第一分压组件对电源组件输出的电源信号进行分压处理，第二分压组件的第一端与第一分压组件及第一防撞条连接并形成第一监测点，第二端与第三防撞条连接，主控单元根据第一监测点的电压，判断碰撞开关是否发生碰撞以及碰撞开关是否出现自身损坏。由此实现了既能通过碰撞开关检测机器人运动过程中是否发生碰撞，又能对碰撞开关本体故障进行实时检测的效果，提高了对机器人运动控制的可靠性和安全性，解决现有的用于机器人的碰撞检测技术存在着当碰撞开关自身出现故障时，机器人遇到碰撞时仍会继续运动，导致对机器人造成损坏的问题。并且，该碰撞检测装置还设置了第三分压组件，第一端与第一防撞条连接并形成第二监测点，第二端与第二防撞条连接，主控单元根据第二监测点的电压，判定第一防撞条损坏或者第二防撞条损坏，由此实现了当碰撞开关出现自身损坏时可准确地判断是第一防撞条损坏或者第二防撞条损坏，以便及时更新防撞条，避免造成更大的损失。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于机器人的碰撞检测装置，其特征在于，所述碰撞检测装置包括：

碰撞开关，被配置为检测是否发生碰撞；

碰撞开关自检单元，被配置为检测所述碰撞开关的自身状态；

电压检测单元，与所述碰撞开关及所述碰撞开关自检单元连接；以及

主控单元，与所述碰撞开关、所述碰撞开关自检单元及所述电压检测单元连接，被配置为根据所述电压检测单元的检测电压信号，判断所述碰撞开关是否发生碰撞以及所述碰撞开关是否出现自身损坏；

所述碰撞开关包括间隔预设距离并平行设置的第一防撞条和第二防撞条；

所述碰撞开关自检单元包括：

第三防撞条，设于所述第一防撞条和所述第二防撞条之间，并与所述第一防撞条及所述第二防撞条相互平行，所述第三防撞条用于当所述第二防撞条损坏时，代替所述第二防撞条；或者当所述第一防撞条损坏时，代替所述第一防撞条；

所述主控单元包括主控芯片。

2.如权利要求1所述的碰撞检测装置，其特征在于，所述电压检测单元包括：

第一分压组件，与电源组件及所述第一防撞条连接，被配置为对所述电源组件输出的电源信号进行分压处理；和

第二分压组件，第一端与所述第一分压组件及所述第一防撞条连接并形成第一监测点，第二端与所述第三防撞条连接，被配置为对分压处理后的所述电源信号进行再次分压；

所述主控单元被配置为根据所述第一监测点的电压，判断所述碰撞开关是否发生碰撞以及所述碰撞开关是否出现自身损坏。

3.如权利要求2所述的碰撞检测装置，其特征在于，所述电压检测单元还包括：

第三分压组件，第一端与所述第一防撞条连接并形成第二监测点，第二端与所述第二防撞条连接，被配置为对分压处理后的所述电源信号通过所述第一防撞条后进行分压处理；

所述主控单元还被配置为根据所述第二监测点的电压，判定所述第一防撞条损坏或者所述第二防撞条损坏。

4.如权利要求1所述的碰撞检测装置，其特征在于，所述第三防撞条与所述第一防撞条以及所述第二防撞条的材质、形状、大小均一致。

5.如权利要求2所述的碰撞检测装置，其特征在于，所述第一分压组件和所述第二分压组件均采用分压电阻实现。

6.如权利要求3所述的碰撞检测装置，其特征在于，所述第三分压组件采用分压电阻实现。

7.一种机器人，其特征在于，包括：

机器人本体；和

设于所述机器人本体上，如权利要求1-6任一项所述的碰撞检测装置。

8.如权利要求7所述的机器人，其特征在于，所述碰撞检测装置采用工程塑料合金外壳进行封装。

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