CN112606018A - 撞板组件及自移动机器人 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种撞板组件及自移动机器人，撞板组件固定至目标对象，包括：撞板本体；触发机构，被配置为在撞板本体经受碰撞而发生移位进入第一行程的情况下，触发向目标对象发出停止运动信号；缓冲机构，被配置为在撞板本体发生进一步移位进入第二行程的情况下，对撞板本体进行弹力缓冲。根据本申请的撞板组件通过设置双行程，可以在遇到障碍物的情况下使触发机构在短行程内轻松触发，及时反馈目标对象停止运动，之后第二行程中的弹力缓冲可以有效减缓目标对象停止运动后的惯性及制动距离带来的撞击力，大大提高了目标对象的安全性、实用性。此外，控制简单且使用效率高，目标对象可以在容易发生碰撞的场景中轻松完成工作。
Description
技术领域
本申请涉及智能机器人技术领域，特别涉及一种撞板组件及自移动机器人。
背景技术
随着科技的发展以及人力成本的上升，现在越来越多的公共场所(商场、酒店、写字楼、机场等)在逐渐使用智能清洁机器人进行地面的清洁。但因为公共场所需求机器的单次清洁面积很大，所以清洁机器人一般单台清水箱满载时都在30kg以上，清扫速度在0.5m/s时，瞬时的撞击力能达到200N以上，这对于智能清洁机器人运行的安全性要求特别高。
目前市场上的智能清洁机器人撞板行程普遍在10mm以内且回弹力与撞板运动行程比值K为线性关系，即仅设计一组弹性装置，撞板压缩越多回弹力越大。当撞板触发时即障碍物例如墙壁，玻璃门或者突然跑过来的行人等此时已与智能清洁机器人发生接触，撞板压缩一段行程后才触发信号通知智能清洁机器人停止行走，这时由于清洁机器人存在制动距离与惯性，势必仍会有很大的冲击力继续作用于障碍物，此时就需要撞板剩余的行程作为缓冲。若撞板回弹力F设计值小一点则撞板触发后清洁机器人对障碍物的撞击力的缓冲微乎其微；若撞板回弹力F设计值大一些则撞板变得不易触发，一些易碎的障碍物无法被有效保护，甚至直至撞坏了撞板还未被触发，回弹力F设计值在单组弹性装置内很难取得均衡。综上，清洁机器人清扫过程中有可能会发生危险事故。
发明内容
本申请的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种撞板组件及自移动机器人。
根据本申请的第一方面，提供了一种撞板组件，固定至目标对象，包括：
撞板本体；
触发机构，被配置为在所述撞板本体经受碰撞而发生移位进入第一行程的情况下，触发向所述目标对象发出停止运动信号；
缓冲机构，被配置为在所述撞板本体发生进一步移位进入第二行程的情况下，对所述撞板本体进行弹力缓冲。
可选地，所述第一行程小于所述第二行程。
可选地，所述触发机构包括：
光电耦合器组件，与外部驱动电路连接；
触发旋转支架，具有第一端和第二端，所述第一端与所述撞板本体抵接，所述第二端位于光电耦合器组件之间，所述触发旋转支架被配置为：在进入所述第一行程的情况下，所述第二端从所述光电耦合器组件离开，触发向外部驱动电路发出停止运动信号，使所述目标对象停止运动。
可选地，所述触发机构还包括：
触发弹力组件，被配置为在进入所述第一行程和所述第二行程的情况下均被触发，通过驱动所述触发旋转支架对所述撞板本体进行弹力缓冲。
可选地，所述撞板组件还包括撞板固定支架，所述触发弹力组件包括扭簧，所述触发旋转支架沿固定的旋转轴旋转并且设有支承部，所述扭簧穿设于所述旋转轴并且所述扭簧的一端位于所述撞板固定支架，另一端固定于所述支承部。
可选地，所述缓冲机构包括：
缓冲弹力组件，被配置为在进入所述第二行程的情况下由所述撞板本体进行压缩，对所述撞板本体进行弹力缓冲。
可选地，所述缓冲机构还包括：
缓冲伸缩支架，被配置为与所述缓冲弹力组件配合，在进入所述第二行程的情况下由所述撞板本体进行压缩，对所述撞板本体进行弹力缓冲。
可选地，在所述第一行程结束时，触发向所述目标对象发出停止运动信号，同时所述缓冲伸缩支架与所述撞板本体接触。
可选地，所述撞板本体从所述目标对象突出预设距离，其中，所述预设距离大于或等于第一行程与第二行程之和。
可选地，所述扭簧的所述另一端设置在所述支承部的位置根据所述扭簧的角度而变化。
可选地，所述触发机构与所述缓冲机构交替地布置。
可选地，所述光电耦合器组件包括：红外发光二极管和光敏器件。
根据本申请的第二方面，提供了一种自移动机器人，包括机器人主体和机器人底盘，所述机器人底盘安装撞板组件，所述撞板组件包括：
撞板本体；
触发机构，被配置为在所述撞板本体经受碰撞而发生移位进入第一行程的情况下，触发向所述自移动机器人发出停止运动信号；
缓冲机构，被配置为在所述撞板本体发生进一步移位进入第二行程的情况下，对所述撞板本体进行弹力缓冲。
本申请的撞板组件通过设置双行程，在第一行程中通过触发结构向目标对象发出停止运动信号使目标对象停止运动，在第二行程中对撞板本体进行弹力缓冲，可以在遇到障碍物的情况下使触发机构在短行程内轻松触发，及时反馈目标对象停止运动，之后第二行程中的弹力缓冲可以有效减缓目标对象停止运动后的惯性及制动距离带来的撞击力，大大提高了目标对象的安全性、实用性。此外，控制简单且使用效率高，目标对象可以在容易发生碰撞的场景中轻松完成工作。
通过在触发机构中设置触发弹力组件，在进入第一行程和第二行程的情况下均被触发，对撞板本体进行弹力缓冲，在目标对象的运动行程中设置两种不同的弹力缓冲，使得对障碍物的大部分撞击力得到释放，进一步减小了撞击后带来的风险。
附图说明
图1示出了本说明书一实施例提供的撞板组件的未触发状态的结构示意图；
图2示出了本说明书一实施例提供的撞板组件的第一行程结束状态的结构示意图；
图3示出了本说明书一实施例提供的撞板组件的第二行程结束状态的结构示意图。
附图标记
10-撞板组件、11-撞板本体、12-触发机构、13-缓冲机构、111-撞板固定支架、121-光电耦合器组件、122-触发旋转支架、1221-第一端、1222-第二端、1223-支承部、123-触发弹力组件、131-缓冲弹力组件、132-缓冲伸缩支架。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的具体实施方式进行描述。
在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。
在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。
在本文中，“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。
除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。
本申请提供一种撞板组件10，该撞板组件10固定至目标对象，如图1所示，撞板组件10包括：撞板本体11；触发机构12，被配置为在撞板本体11经受碰撞而发生移位进入第一行程的情况下，触发向目标对象发出停止运动信号；缓冲机构13，被配置为在撞板本体11发生进一步移位进入第二行程的情况下，对撞板本体11进行弹力缓冲。
目标对象可以为清洁机器人、服务机器人等自移动机器人或其他需要设置撞板组件10的移动对象。撞板组件10包括撞板固定支架111，撞板固定支架111与目标对象固定连接。在目标对象为自移动机器人的情况下，撞板固定支架111可以与自移动机器人的底盘固定连接，例如与底盘钢板刚性固定。当撞板本体11任意位置与障碍物例如墙壁，玻璃门或者行人等发生碰撞时，在撞板本体11移位的第一行程中，触发机构12触发向目标对象发出停止运动信号，使目标对象停止运动，在撞板本体11继续移位进入第二行程的情况下，撞板本体11接触缓冲机构13并且对缓冲机构13进行压缩，使得缓冲机构13对撞板本体11进行弹力缓冲。
在一种实施例中，触发机构12包括：光电耦合器组件121，与外部驱动电路连接；触发旋转支架122，具有第一端1221和第二端1222，第一端1221与撞板本体11抵接，第二端1222位于光电耦合器组件121之间，触发旋转支架122被配置为：在进入第一行程的情况下，第二端1222从光电耦合器组件121离开，触发向外部驱动电路发出停止运动信号，使目标对象停止运动。
光电耦合器组件121的主要结构包括发光器件和光接收器件，发光器件端加电信号，发光器件发光，光接收器件在接收到光之后产生光电流并输出。在一种实施例中，光电耦合器组件121可以包括红外发光二极管和光敏器件。在图1所示的未触发状态下，触发旋转支架122的第二端1222设置在红外发光二极管与光敏器件之间，光敏器件无法接收到光，无法发出停止运动信号，在撞板本体11向撞板固定支架111方向移位的过程中，触发旋转支架122的第一端1221向上逆时针运动，由于触发旋转支架122沿固定的旋转轴旋转，因此第二端1222向下逆时针运动，第二端1222从红外发光二极管与光敏器件之间离开，光敏器件接收到光后向外部驱动电路发出停止运动信号，使目标对象停止运动。本领域技术人员理解，图1至图3中所示的光电耦合器组件121与触发旋转支架122的位置关系仅为示例，触发旋转支架122的第一端1221与第二端1222可以呈任意合适角度，不一定绕旋转轴反向旋转，只要光电耦合器组件121的位置与触发旋转支架122的第二端1222匹配即可以实现触发发出停止运动信号即可。
在另一实施例中，如图1至图3所示，触发机构12还包括：触发弹力组件123，被配置为在进入第一行程和第二行程的情况下均被触发，通过驱动触发旋转支架122对撞板本体11进行弹力缓冲。触发弹力组件123可以采用扭簧实现方式，触发旋转支架122沿固定的旋转轴旋转并且设有支承部1223，扭簧穿设于旋转轴并且扭簧的一端位于撞板固定支架111，另一端固定于支承部1223。扭簧的另一端设置在支承部1223的位置可以根据扭簧的角度而变化，扭簧的另一端可以设置在支承部1223的顶部或者穿设在支承部1223中，具体实现中，扭簧可以采用任意合适角度，可以根据扭簧角度调整支承部1223的高度或者调整扭簧在支承部1223的位置。
通过在触发机构12中设置触发弹力组件123，在进入第一行程和第二行程的情况下均被触发，对撞板本体11进行弹力缓冲，在目标对象的运动行程中设置了两种不同的弹力缓冲，使得对障碍物的大部分撞击力得到释放，进一步减小了撞击后带来的风险。
缓冲机构13可以包括缓冲弹力组件131，被配置为在进入第二行程的情况下由撞板本体11进行压缩，对撞板本体11进行弹力缓冲。缓冲弹力组件131一端固定于撞板固定支架111，另一端与撞板本体11相对，在未触发状态，缓冲弹力组件131与撞板本体11之间设有间隙，在第一行程结束时，缓冲弹力组件131与撞板本体11接触，在第二行程中，对撞板本体11进行弹力缓冲。缓冲弹力组件131可以通过弹簧实现，从而起到更好的吸能效果。
可选地，在第一行程结束时，触发向目标对象发出停止运动信号，同时缓冲弹力组件131与撞板本体11接触。即，第一行程中触发旋转支架122的第二端1222离开光电耦合器组件121，触发向目标对象发出停止运动信号时，撞板本体11与缓冲弹力组件131接触。
在另一实施例中，缓冲机构还包括：缓冲伸缩支架132，被配置为与缓冲弹力组件131配合，在进入第二行程的情况下由撞板本体11进行压缩，对撞板本体11进行弹力缓冲。缓冲伸缩支架132一端固定于撞板固定支架111，另一端与撞板本体11相对，在未触发状态，缓冲伸缩支架132与撞板本体11之间设有间隙，在第一行程结束时，缓冲伸缩支架132与撞板本体11接触，在第二行程中，与缓冲弹力组件131一起对撞板本体11进行弹力缓冲。
可选地，在第一行程结束时，触发向目标对象发出停止运动信号，同时缓冲伸缩支架132与撞板本体11接触。即，第一行程中触发旋转支架122的第二端1222离开光电耦合器组件121，触发向目标对象发出停止运动信号时，撞板本体11与缓冲伸缩支架132接触。在第一行程结束时确保已触发向目标对象发出停止运动信号，第一行程结束时立刻进入缓冲阶段。如图2所示，在触发旋转支架122的第二端1222从光电耦合器组件121离开，光电耦合器组件121中的光敏器件根据接收到的光产生电信号，触发目标对象例如自移动机器人的驱动轮停止运动时，撞板本体11与缓冲伸缩支架132接触。之后缓冲伸缩支架132与缓冲弹力组件131被撞板本体11压缩，在压缩到最大行程时，如图3所示，触发旋转支架122的第二端1222与撞板本体11抵接，当然，该第二端1222也可以处于离开了光电耦合器组件121但尚未与撞板本体11抵接的位置。此时，缓冲伸缩支架132与缓冲弹力组件131压缩产生的回弹力以及触发弹力组件123产生的回弹力一起作用以缓冲撞板本体11经受的外部撞击力。
在一种实施例中，第一行程小于第二行程。例如，撞板运动行程加长至15mm，第一段为撞板触发阶段，此行程为0至5mm，第二段为撞板缓冲阶段，此行程为5mm至15mm，在运动行程中有二段不同的回弹力，第一段回弹力F设计值比较小例如在5N-10N之间，遇到障碍物可轻松触发，及时控制目标对象停止运动。第二段回弹力F设计值比较大在50N-100N之间，可有效减缓目标对象停止运动例如自移动机器人的驱动轮停止转动后的惯性及制动距离带来的撞击力，大大的提高了目标对象的安全性、实用性。此外，根据本申请的撞板组件控制简单且使用效率高，使用该撞板组件的目标对象可以在容易发生碰撞的场景中轻松完成工作。
可选地，撞板本体11从目标对象突出预设距离，其中，预设距离可以大于或等于第一行程与第二行程之和。例如，在第一行程为5mm、第二行程为10mm的情况下，预设距离可以为15mm以上，则撞板本体11保护的目标对象对应部分不会与障碍物碰撞并且在撞板本体11与障碍物碰撞的情况下不会受到影响。
可选地，如图1至图3所示，触发机构12与缓冲机构13交替地布置，缓冲机构13两侧各布置一个触发机构12，触发机构12两侧也各布置一个缓冲机构13，可以根据撞板本体11的面积或所需弹力缓冲来布置不同数量的触发机构12与缓冲机构13。
以目标对象为智能清扫机器人为例进行说明，智能清扫机器人在商场内满载以0.5m/s工作，突然障碍物例如商场人员跑到了智能清扫机器人正前方，此时撞板本体11紧急被触发，使得触发旋转支架122发生转动，在支承部1223向上转动的过程中，带动触发弹力组件123逆时针旋转例如10°，即竖直方向移位例如4mm左右，触发旋转支架122离开光电耦合器组件121的有效遮蔽区域，触发发出停止运动信号，智能清扫机器人收到该停止运动信号，驱动轮停止运动。此时智能清扫机器人受制动距离及惯性作用仍有向前运动的趋势，撞板本体11继续被压缩直至触碰到缓冲伸缩支架132。缓冲伸缩支架132带动缓冲弹力组件131向内压缩，缓冲弹力组件131的弹性刚度较大，压缩过程中智能清扫机器人对商场人员身体很大部分的撞击力得以被释放，例如原本撞击力为200N，缓冲弹力组件产生的弹力为100N，触发弹力组件产生的弹力为10N，则缓冲后的撞击力＝原本撞击力200N-缓冲弹力组件产生的弹力100N-触发弹力组件产生的弹力10N＝90N，使得最终商场人员受到的力仅有原本的一半左右，大大的减小了碰撞带来的危害。
根据本申请的第二方面，提供了一种自移动机器人，包括机器人主体和机器人底盘，机器人底盘安装撞板组件10，撞板组件10包括：撞板本体11；触发机构12，被配置为在撞板本体11经受碰撞而发生移位进入第一行程的情况下，触发向自移动机器人发出停止运动信号；缓冲机构13，被配置为在撞板本体11发生进一步移位进入第二行程的情况下，对撞板本体11进行弹力缓冲。
自移动机器人可以为清洁机器人、服务机器人等，撞板组件10可以通过撞板固定支架111固定至机器人底盘。
本申请的撞板组件通过设置双行程，在第一行程中通过触发结构向自移动机器人发出停止运动信号使自移动机器人停止运动，在第二行程中对撞板本体进行弹力缓冲，可以在遇到障碍物的情况下使触发机构在短行程内轻松触发，及时反馈自移动机器人停止运动，之后第二行程中的弹力缓冲可以有效减缓自移动机器人停止运动后的惯性及制动距离带来的撞击力，大大提高了自移动机器人的安全性、实用性。此外，控制简单且使用效率高，自移动机器人可以在容易发生碰撞的场景中轻松完成工作。
应用场景一
以撞板组件安装于智能清扫机器人为例进行说明，智能清扫机器人在商场内满载以0.5m/s工作进行清扫，障碍物例如商场人员跑到了智能清扫机器人正前方，此时撞板本体紧急被触发，使得触发旋转支架发生转动，在支承部向上转动的过程中，带动触发弹力组件的一端逆时针旋转例如10°，即竖直方向移位4mm左右，触发旋转支架的一端离开光电耦合器组件的有效遮蔽区域，触发发出停止运动信号，智能清扫机器人收到该停止运动信号，驱动轮停止运动。
此时智能清扫机器人受制动距离及惯性作用仍有向前运动的趋势，撞板本体继续被压缩直至触碰到缓冲伸缩支架。缓冲伸缩支架带动缓冲弹力组件向内压缩，压缩过程中智能清扫机器人对商场人员身体很大部分的撞击力得以被释放，缓冲伸缩支架与缓冲弹力组件压缩产生的回弹力以及触发弹力组件产生的回弹力一起作用以缓冲撞板本体经受的外部撞击力。例如原本撞击力为200N，缓冲弹力组件产生的弹力为100N，触发弹力组件产生的弹力为10N，则缓冲后的撞击力＝原本撞击力200N-缓冲弹力组件产生的弹力100N-触发弹力组件产生的弹力10N＝90N，使得最终商场人员受到的力仅有原本的一半左右，大大的减小了碰撞的危害。
应用场景二
以撞板组件安装于服务机器人正前方为例进行说明，服务机器人在移动过程中与障碍物例如玻璃门发生碰撞，此时撞板本体紧急被触发，使得触发旋转支架发生转动，在支承部向上转动的过程中，带动触发弹力组件的一端逆时针旋转例如10°，即竖直方向移位4mm左右，触发旋转支架的一端离开光电耦合器组件的有效遮蔽区域，触发发出停止运动信号，服务机器人收到该停止运动信号，驱动轮停止运动。
此时服务机器人受制动距离及惯性作用仍有向前运动的趋势，撞板本体继续被压缩直至触碰到缓冲伸缩支架。缓冲伸缩支架带动缓冲弹力组件向内压缩，压缩过程中服务机器人对玻璃门很大部分的撞击力得以被释放，缓冲伸缩支架与缓冲弹力组件压缩产生的回弹力以及触发弹力组件产生的回弹力一起作用以缓冲撞板本体经受的外部撞击力。例如原本撞击力为200N，缓冲弹力组件产生的弹力为100N，触发弹力组件产生的弹力为10N，则缓冲后的撞击力＝原本撞击力200N-缓冲弹力组件产生的弹力100N-触发弹力组件产生的弹力10N＝90N，使得最终玻璃门受到的力仅有原本的一半左右，大大的减小了碰撞的危害。
上面结合附图对本申请优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请构思的前提下做出各种变化。
Claims (13)
1.一种撞板组件(10)，固定至目标对象，其特征在于，包括：
撞板本体(11)；
触发机构(12)，被配置为在所述撞板本体(11)经受碰撞而发生移位进入第一行程的情况下，触发向所述目标对象发出停止运动信号；
缓冲机构(13)，被配置为在所述撞板本体(11)发生进一步移位进入第二行程的情况下，对所述撞板本体(11)进行弹力缓冲。
2.根据权利要求1所述的撞板组件(10)，其特征在于，所述第一行程小于所述第二行程。
3.根据权利要求1或2所述的撞板组件(10)，其特征在于，所述触发机构(12)包括：
光电耦合器组件(121)，与外部驱动电路连接；
触发旋转支架(122)，具有第一端(1221)和第二端(1222)，所述第一端(1221)与所述撞板本体(11)抵接，所述第二端(1222)位于光电耦合器组件(121)之间，所述触发旋转支架(122)被配置为：在进入所述第一行程的情况下，所述第二端(1222)从所述光电耦合器组件(121)离开，触发向外部驱动电路发出停止运动信号，使所述目标对象停止运动。
4.根据权利要求3所述的撞板组件(10)，其特征在于，所述触发机构(12)还包括：
触发弹力组件(123)，被配置为在进入所述第一行程和所述第二行程的情况下均被触发，通过驱动所述触发旋转支架(122)对所述撞板本体(11)进行弹力缓冲。
5.根据权利要求4所述的撞板组件(10)，其特征在于，所述撞板组件(10)还包括撞板固定支架(111)，所述触发弹力组件(123)包括扭簧，所述触发旋转支架(122)沿固定的旋转轴旋转并且设有支承部(1223)，所述扭簧穿设于所述旋转轴并且所述扭簧的一端位于所述撞板固定支架(111)，另一端固定于所述支承部(1223)。
6.根据权利要求1所述的撞板组件(10)，其特征在于，所述缓冲机构(13)包括：
缓冲弹力组件(131)，被配置为在进入所述第二行程的情况下由所述撞板本体(11)进行压缩，对所述撞板本体(11)进行弹力缓冲。
7.根据权利要求6所述的撞板组件(10)，其特征在于，所述缓冲机构(13)还包括：
缓冲伸缩支架(132)，被配置为与所述缓冲弹力组件(131)配合，在进入所述第二行程的情况下由所述撞板本体(11)进行压缩，对所述撞板本体(11)进行弹力缓冲。
8.根据权利要求7所述的撞板组件(10)，其特征在于，在所述第一行程结束时，触发向所述目标对象发出停止运动信号，同时所述缓冲伸缩支架(132)与所述撞板本体(11)接触。
9.根据权利要求1或2所述的撞板组件(10)，其特征在于，所述撞板本体(11)从所述目标对象突出预设距离，其中，所述预设距离大于或等于第一行程与第二行程之和。
10.根据权利要求5所述的撞板组件(10)，其特征在于，所述扭簧的所述另一端设置在所述支承部(1223)的位置根据所述扭簧的角度而变化。
11.根据权利要求1或2所述的撞板组件(10)，其特征在于，所述触发机构(12)与所述缓冲机构(13)交替地布置。
12.根据权利要求3所述的撞板组件(10)，其特征在于，所述光电耦合器组件(121)包括：红外发光二极管和光敏器件。
13.一种自移动机器人，包括机器人主体和机器人底盘，所述机器人底盘安装撞板组件(10)，其特征在于，所述撞板组件(10)包括：
撞板本体(11)；
触发机构(12)，被配置为在所述撞板本体(11)经受碰撞而发生移位进入第一行程的情况下，触发向所述自移动机器人发出停止运动信号；
缓冲机构(13)，被配置为在所述撞板本体(11)发生进一步移位进入第二行程的情况下，对所述撞板本体(11)进行弹力缓冲。
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