CN112792806A - 按规划路径自动作业的机器人及其位移测量机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种按规划路径自动作业的机器人及其位移测量机构。位移测量机构包括计米器和弹性连接组件，计米器包括随机器人主体移动而转动的随动轮，弹性连接组件包括弹性连接件，弹性连接件的第一端连接于机器人主体上，随动轮转动连接于弹性连接件的第二端，弹性连接件于垂直机器人主体移动方向的方向上弹性伸缩，使随动轮随机器人主体移动而转动时与作业面紧贴。采用计米器检测机器人主体的位移长度，计米器具有很高的检测精度，其能够实现机器人主体位移的精准测量；并且，设置弹性连接组件确保计米器的随动轮始终贴着于作业面，机器人主体移动，随动轮同步转动，同步性强，从而能确保检测完整无误。

Description

按规划路径自动作业的机器人及其位移测量机构

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种按规划路径自动作业的机器人及其位移测量机构。

背景技术

智能机器人是集驱动及传感控制技术于一体，能够自动控制移动的一类机器人。对于用于执行某一特定作业的智能机器人而言，如执行壁面清洗、检测和喷涂等工作的爬壁机器人，其往往需要按照提前规划好的路径行进并执行相应的作业任务，在路径规划过程中，位移参数是规划机器人行进路径的重要参数之一，机器人行进时能否准确获取机器人于某一方向上的移动距离至关重要。

以履带式爬壁机器人船舶清洗除锈作业为例，其路径规划是：机器人先按竖直方向从起点向上清洗，到作业面顶部时，机器人从当前的清洗轨道移至下一相邻的清洗轨道，且两个相邻的清洗轨道有1～2cm的重复覆盖；机器人从当前的清洗轨道移至下一相邻的清洗轨道时，由于机器人的防倾覆结构设计特点，其移动过程需要先使机器人在顶部原地旋转一定角度，然后机器人后退移动一段距离后停止，然后再反向旋转恢复至竖直方向，最后再驱动机器人行至顶部位置；最后再驱动机器人沿垂直方向下行作业至底部；更换清洗轨道时，机器人再从第2清洗轨道移至下一相邻的第3清洗轨道，如此反复直至清洗完整个壁面为止。

如此，在机器人的整个作业行进过程中，移动距离即位移测量是否精准，会直接影响机器人运动轨迹的精准度。因此，在机器人作业过程中，为了使机器人按照既定的规划路径完成各项作业，避免机器人偏离规划路径，需要对机器人的位移长度进行精准的测量，然而，现有技术中通过车轮转速来计量机器人移动距离的测量方式，测量误差相对较大，测量精度无法满足要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种按规划路径自动作业的机器人及其位移测量机构，旨在解决现有技术中的通过车轮转速测量机器人移动距离误差较大、测量精度无法满足按照规划路径行进需求的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种机器人位移测量机构，包括用于测量机器人主体移动距离的计米器和用于将所述计米器活动连接于所述机器人主体上的弹性连接组件，所述计米器包括随所述机器人主体移动而转动的随动轮，所述弹性连接组件包括弹性连接件，所述弹性连接件具有相对的第一端和第二端，所述弹性连接件的第一端连接于所述机器人主体上，所述随动轮转动连接于所述弹性连接件的第二端，所述弹性连接件于垂直所述机器人主体移动方向的方向上弹性伸缩，从而使所述随动轮始随所述机器人主体移动而转动时与作业面紧贴。

进一步地，所述机器人位移测量机构还包括用于限定所述随动轮沿垂直所述机器人主体移动方向移动的滑动连接组件，所述随动轮通过所述滑动连接组件与所述机器人主体滑动连接。

进一步地，所述滑动连接组件包括滑行安装座和滑动连接结构，所述滑行安装座安装于所述机器人主体上，所述随动轮通过所述滑动连接结构滑动安装于所述滑行安装座上。

进一步地，所述滑动连接组件还包括第一安装架，所述第一安装架连接于所述弹性连接件的第二端，所述随动轮转动安装于所述第一安装架上；所述滑动连接结构包括滑动配合的滑轨和滑块，所述滑轨设置于所述滑行安装座上并沿垂直于所述机器人主体移动方向的方向延伸，所述滑块安装于所述第一安装架上。

进一步地，所述弹性连接组件还包括第一弹性件安装座和第二弹性件安装座，所述第一弹性件安装座安装于所述滑行安装座上，所述第二弹性件安装座安装于所述第一安装架上，所述弹性连接件的第一端与所述第一弹性件安装座相连，所述弹性连接件的第二端与所述第二弹性件安装座相连，所述第一弹性件安装座与所述第二弹性件安装座的轴线重合并平行所述滑轨设置。

进一步地，所述第一安装架包括第一安装板、第二安装板和第三安装板，所述第一安装板和所述第三安装板分别垂直连接于所述第二安装板相对的两端部并向相反的方向延伸；

所述滑块和所述第二弹性件安装座均安装于所述第三安装板上，所述第二安装板垂直所述滑行安装座设置，所述第三安装板的悬空端背离所述机器人主体设置并开设有穿设通孔，所述随动轮的轮轴穿过所述穿设通孔并通过滚动轴承转动连接于所述第三安装板；

所述随动轮位于所述第三安装板与所述滑行安装座之间。

进一步地，所述计米器还包括用于测量所述随动轮的角度位移量的旋转编码器，所述旋转编码器与所述随动轮的轮轴相连。

进一步地，所述旋转编码器为增量式光电旋转编码器或者绝对式旋转编码器。

进一步地，所述计米器还包括柔性轴套，所述柔性轴套相对的两端部分别与所述随动轮的轮轴和所述旋转编码器的连接轴套接。

本发明提供的机器人位移测量机构中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：设置计米器用于测量机器人主体的移动距离，具体地，计米器的随动轮通过弹性连接件安装于机器人主体上，弹性连接件能够沿垂直于机器人主体移动方向的方向弹性伸缩，并带动随动轮于同一方向上上下浮动，当机器人主体经过凹凸不平的作业面时，随动轮能够通过弹性连接件的弹性伸缩而自动调节其相对机器人主体的浮动位置，从而使随动轮始终以移动的力度贴着于机器人主体的作业面上，即使随动轮始随机器人主体移动而转动时与作业面紧贴。这样，机器人主体移动时，随动轮与作业面摩擦并随机器人主体移动而同步转动，计米器的计数器计量随动轮的转动信息，并将该转动信息转换成数字信号输出，从而获取机器人主体的位移长度。如此，采用计米器检测机器人主体的位移长度，由于计米器本身具有很高的检测精度，因此，其能够实现机器人主体位移的精准测量；并且，设置弹性连接组件确保计米器的随动轮在机器人移动过程中始终以移动力度贴着于作业面，机器人主体移动，随动轮同步转动，不会出现随动轮机器人主体不移动随动轮空转，或是机器人主体移动随动轮不转的情况，同步性强，能够确保检测完整无误。

本发明的另一技术方案还提供了一种按规划路径自动作业的机器人，包括机器人主体和上述的机器人位移测量机构，所述机器人位移测量机构安装于所述机器人主体上。

本发明的按规划路径自动作业的机器人，由于使用了上述的机器人位移测量机构测量机器人主体的位移长度，机器人主体的位移测量更加精准，从而能够实现路径的精准规划，且机器人主体在执行作业过程中，能够使机器人主体始终按照规划路径行进，而不至偏离规划路径，确保机器人高精度、高效率完成作业任务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的机器人位移测量机构的结构示意图；

图2为图1所示的机器人位移测量机构的侧视图；

图3为图1所示的机器人位移测量机构的分解示意图；

图4为装配有图1所示的机器人位移测量机构的按规划路径自动作业的机器人的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1—机器人位移测量机构

10—计米器 11—随动轮 12—旋转编码器

13—柔性轴套 20—弹性连接组件 21—弹性连接件

22—第一弹性件安装座 23—第二弹性件安装座

30—滑动连接组件 31—滑行安装座 32—滑动连接结构

33—第一安装架 34—第二安装架 100—机器人主体

111—轮轴 112—滚动轴承 121—连接轴

321—滑轨 322—滑块 331—第一安装板

332—第二安装板 333—第三安装板 334—容置空间

341—轴套安装空间 3331—穿设通孔。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图1～4描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～4所示，本发明的一实施例提供了一种机器人位移测量机构1，适用于在机器人主体100的行进过程中测量机器人主体100的移动距离，即机器人主体100行进时的位移长度。具体地，如图1～3所示，该机器人位移测量机构1包括用于测量机器人主体100移动距离的计米器10和用于将计米器10活动连接于机器人主体100上的弹性连接组件20，计米器10包括随机器人主体100移动而转动的随动轮11，弹性连接组件20包括弹性连接件21，弹性连接件21具有相对的第一端和第二端，弹性连接件21的第一端连接于机器人主体100上，随动轮11转动连接于弹性连接件21的第二端，弹性连接件21于垂直机器人主体100移动方向的方向上弹性伸缩，从而使随动轮11始终贴着于作业面并随机器人主体100移动而转动。

具体地，随动轮11通过弹性连接件21连接于机器人主体100上，弹性连接件21能够于垂直机器人主体100移动方向的方向上弹性伸缩，从而调节随动轮11相对机器人主体100的浮动位置；当机器人主体100在平坦的作业面上行进时，弹性连接件21受机器人主体100重力而产生一定的压缩形变，弹性连接件21将该弹性推力作用给随动轮11，从而使随动轮11以一定的力度贴着于作业面，即使随动轮11始随机器人主体100移动而转动时与作业面紧贴；而当机器人主体100行进通过下凹地面时，弹性连接件21改变其压缩量，并朝背离机器人主体100的方向推动随动轮11至随动轮11与作业面相贴触，从而保证随动轮11不会由于作业面下凹而悬空，避免出现因机器人主体100移动而随动轮11不转的情况；反之，当机器人主体100行进通过作业面的凸起部位时，随动轮11挤压弹性连接件21，并朝靠近机器人主体100的方向移动，随动轮11跟随机器人主体100正常转动，且不会阻碍机器人主体100的正常行进作业。

本发明实施例的机器人位移测量机构1，其设置计米器10用于测量机器人主体100的移动距离，具体地，计米器10的随动轮11通过弹性连接件21安装于机器人主体100上，弹性连接件21能够沿垂直于机器人主体100移动方向的方向弹性伸缩，并带动随动轮11于同一方向上上下浮动，当机器人主体100经过凹凸不平的作业面时，随动轮11能够通过弹性连接件21的弹性伸缩而自动调节其相对机器人主体100的浮动位置，从而使随动轮11始终以移动的力度贴着于机器人主体100的作业面上。这样，机器人主体100移动时，随动轮11与作业面摩擦并随机器人主体100移动而同步转动，计米器10的计数器计量随动轮11的转动信息，并将该转动信息转换成数字信号输出，操作人员或者机器人主体100内置的控制装置便可获取机器人主体100的位移长度。

如此，采用计米器10检测机器人主体100的位移长度，由于计米器10本身具有很高的检测精度，因此，其能够实现机器人主体100位移的精准测量，比如，使用周长为300mm的随动轮11、配备的计数器为分辨率(脉冲/旋转)600线的光电旋转编码器12时，计米器10的测量分辨率可高达0.5mm；并且，设置弹性连接组件20确保计米器10的随动轮11在机器人移动过程中始终以一定力度贴着于作业面，机器人主体100移动，随动轮11同步转动，不会出现随动轮11机器人主体100不移动随动轮11空转，或是机器人主体100移动随动轮11不转的情况，同步性强，能够确保检测完整无误。

在本发明的另一实施例中，如图1和图3所示，机器人位移测量机构1还包括用于限定随动轮11沿垂直机器人主体100移动方向移动的滑动连接组件30，随动轮11通过滑动连接组件30与机器人主体100滑动连接，设置滑动连接组件30连接随动轮11和机器人主体100，滑动连接组件30用于限制随动轮11的运动方向，使其仅能够沿垂直于机器人主体100移动方向的方向上下浮动，而不会出现其他方向上的位置偏离，与弹性连接件21配合，为使随动轮11能够始终贴着于作业面提供保障。

在本发明的另一实施例中，如图1和图3所示，滑动连接组件30包括滑行安装座31和滑动连接结构32，滑行安装座31安装于机器人主体100上，随动轮11通过滑动连接结构32滑动安装于滑行安装座31上，滑动连接结构32为滑动配合的滑轨321与滑块322等，滑动连接组件30结构简单，与机器人主体100拆装方便

具体地，如图1和图3所示，滑动连接组件30还包括第一安装架33，第一安装架33连接于弹性连接件21的第二端，随动轮11转动安装于第一安装架33上；滑动连接结构32包括滑动配合的滑轨321和滑块322，滑轨321设置于滑行安装座31上并沿垂直于机器人主体100移动方向的方向延伸，滑块322安装于第一安装架33上，第一安装架33通过滑块322与滑行安装座31上的滑轨321滑动配合，限定随动轮11沿既定方向移动，第一安装架33与弹性连接件21连接，随动轮11与弹性连接件21通过第一安装架33传递弹性力，从而实现随动轮11相对机器人主体100上下位置的浮动调节。如此，滑动连接组件30与弹性连接组件20通过第一安装架33连接配合，确保随动轮11能够在机器人主体100运动时确保随动轮11始终贴着于作业面。

在本发明的另一实施例中，如图2和图3所示，弹性连接组件20还包括第一弹性件安装座22和第二弹性件安装座23，第一弹性件安装座22安装于滑行安装座31上，第二弹性件安装座23安装于第一安装架33上，弹性连接件21的第一端与第一弹性件安装座22相连，弹性连接件21的第二端与第二弹性件安装座23相连，第一弹性件安装座22与第二弹性件安装座23的轴线重合并平行滑轨321设置。设置上述的第一弹性件安装座22和第二弹性件安装座23安装弹性连接件21，弹性连接件21的拆装更加方便，且连接稳定性更高，从而能够有效限定其弹性伸缩方向。优选地，在本实施例中，弹性连接件21为具有移动刚度的螺旋弹簧，其既能弹性伸缩确保随动轮11的浮动位置调节，其又具有一定的刚度，耐损耗性能力强。

在本发明的另一实施例中，如图2和图3所示，提供了一种第一安装板331的具体结构组成，具体地，第一安装架33包括第一安装板331、第二安装板332和第三安装板333，第一安装板331和第三安装板333分别垂直连接于第二安装板332相对的两端部并向相反的方向延伸。第二安装板332平行滑行安装座31设置，滑块322和第二弹性件安装座23均安装于第三安装板333上，滑块322安装于第三安装板333正对滑轨321的侧部，第二弹性件安装座23安装于第三安装板333背离滑轨321的侧部，滑块322和第二弹性件安装座23分开设置，彼此互不影响。第二安装板332垂直滑行安装座31设置，第三安装板333的悬空端(即背离第二安装板332的端部)背离机器人主体100设置，并开设有能够供随动轮11的轮轴111穿设的穿设通孔3331，随动轮11的轮轴111穿过穿设通孔3331并通过滚动轴承112转动连接于第三安装板333上，随动轮11转动带动其轮轴111于穿设通孔3331内旋转，计米器10的计数器可以设置于轮轴111上，以用于检测和计量随动轮11的旋转信息。此外，随动轮11位于第三安装板33与滑行安装座31之间，即第二安装板332、第三安装板333和滑行安装座31共同围设形成有用于安装随动轮11的容置空间334，随动轮11于容置空间334内转动，且随动轮11的高度低于第二安装板332的高度，避免第二安装板332阻碍随动轮11的运动。

在本发明的另一实施例中，如图1～3所示，计米器10还包括用于测量随动轮11的角度位移量的旋转编码器12，即在本实施例中，计米器10的计数器为旋转编码器12，且旋转编码器12与随动轮11的轮轴111相连，通过检测轮轴111旋转来检测随动轮11的旋转，旋转编码器12检测随动轮11的角度位移量并通过其内置的信号处理器进行信号转换，并输出至机器人主体100的控制器。

在本发明的另一实施例中，旋转编码器12为增量式光电旋转编码器或者绝对式旋转编码器。进一步地，旋转编码器12优选为增量式光电旋转编码器，相比绝对式旋转编码器，增量式光电旋转编码器在角度测量和角速度测量上具有平价和简易的优势，并且，设置一个增量式光电旋转编码器即可测量从几个微米到几十甚至几百米的距离，测量精度十分精准，比如，分辨率(脉冲/旋转)为600线的增量型光电旋转编码器，其转动一周编码器提供600个脉冲，当随动轮11的周长为300mm时，增量型光电旋转编码器分辨率高度0.5mm，精度高达1mm。

在本发明的另一实施例中，如图2和图3所示，计米器10还包括柔性轴套13，柔性轴套13相对的两端部分别与随动轮11的轮轴111和旋转编码器12的连接轴121套接，设置柔性轴套13弹性套接随动轮11轮轴111和旋转编码器12的连接轴121，即旋转编码器12不与轮轴111直接刚性连接，随动轮11浮动时，柔性轴套13能够缓冲作用于轮轴111上的力，避免轮轴111对旋转编码器12产生应力磨损，柔性轴套13保护旋转编码器12，保证旋转编码器12的测量精度。具体地，在本实施例中，柔性轴套13为采用橡胶等柔性材料制成的套筒结构。

具体地，在本实施例中，如图2和图3所示，滑动连接组件30还包括第二安装架34，旋转编码器12安装于第二安装架34上，第二安装架34的结构与第一安装架33的结构相同或者相似，第二安装架34安装于第一安装架33上，且第一安装架33与第二安装架34围设形成有用于安装柔性轴套13的轴套安装空间341，随动轮11的轮轴111的端部穿过穿设通孔3331后悬设于轴套安装空间341内，旋转编码器12的连接轴121穿过第二安装架34并悬设于轴套安装空间341内，柔性轴套13的两端分别与轮轴111和连接轴121套接。如此，第二安装架34跟随第一安装架33随随动轮11同步运动，并带动旋转编码器12跟随随动轮11同步运动，从而确保旋转编码器12准确检测随动轮11的角度位移量，从而精确测量机器人主体100的位移。

在本发明的另一实施例中，随动轮11优选采用防滑橡塑材料与铝合金轮架复合而成，质轻耐磨。

本发明的另一实施例还提供了一种按规划路径自动作业的机器人，如图4所示，该按规划路径自动作业的机器人包括机器人主体100和上述的机器人位移测量机构1，机器人位移测量机构1安装于机器人主体100上。

本实施例的按规划路径自动作业的机器人，由于使用了上述的机器人位移测量机构1测量机器人主体100的位移长度，机器人主体100的位移测量更加精准，从而能够实现路径的精准规划，且机器人主体100在执行作业过程中，能够使机器人主体100始终按照规划路径行进，而不至偏离规划路径，确保机器人高精度、高效率完成作业任务。

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 (10)

1.一种机器人位移测量机构，其特征在于，包括用于测量机器人主体移动距离的计米器和用于将所述计米器活动连接于所述机器人主体上的弹性连接组件，所述计米器包括随所述机器人主体移动而转动的随动轮，所述弹性连接组件包括弹性连接件，所述弹性连接件具有相对的第一端和第二端，所述弹性连接件的第一端连接于所述机器人主体上，所述随动轮转动连接于所述弹性连接件的第二端，所述弹性连接件于垂直所述机器人主体移动方向的方向上弹性伸缩，从而使所述随动轮随所述机器人主体移动而转动时与作业面紧贴。

2.根据权利要求1所述的机器人位移测量机构，其特征在于：所述机器人位移测量机构还包括用于限定所述随动轮沿垂直所述机器人主体移动方向移动的滑动连接组件，所述随动轮通过所述滑动连接组件与所述机器人主体滑动连接。

3.根据权利要求2所述的机器人位移测量机构，其特征在于：所述滑动连接组件包括滑行安装座和滑动连接结构，所述滑行安装座安装于所述机器人主体上，所述随动轮通过所述滑动连接结构滑动安装于所述滑行安装座上。

4.根据权利要求3所述的机器人位移测量机构，其特征在于：所述滑动连接组件还包括第一安装架，所述第一安装架连接于所述弹性连接件的第二端，所述随动轮转动安装于所述第一安装架上；所述滑动连接结构包括滑动配合的滑轨和滑块，所述滑轨设置于所述滑行安装座上并沿垂直于所述机器人主体移动方向的方向延伸，所述滑块安装于所述第一安装架上。

5.根据权利要求4所述的机器人位移测量机构，其特征在于：所述弹性连接组件还包括第一弹性件安装座和第二弹性件安装座，所述第一弹性件安装座安装于所述滑行安装座上，所述第二弹性件安装座安装于所述第一安装架上，所述弹性连接件的第一端与所述第一弹性件安装座相连，所述弹性连接件的第二端与所述第二弹性件安装座相连，所述第一弹性件安装座与所述第二弹性件安装座的轴线重合并平行所述滑轨设置。

6.根据权利要求5所述的机器人位移测量机构，其特征在于：所述第一安装架包括第一安装板、第二安装板和第三安装板，所述第一安装板和所述第三安装板分别垂直连接于所述第二安装板相对的两端部并向相反的方向延伸；

所述滑块和所述第二弹性件安装座均安装于所述第三安装板上，所述第二安装板垂直所述滑行安装座设置，所述第三安装板的悬空端背离所述机器人主体设置并开设有穿设通孔，所述随动轮的轮轴穿过所述穿设通孔并通过滚动轴承转动连接于所述第三安装板；

所述随动轮位于所述第三安装板与所述滑行安装座之间。

7.根据权利要求1～6任一项所述的机器人位移测量机构，其特征在于：所述计米器还包括用于测量所述随动轮的角度位移量的旋转编码器，所述旋转编码器与所述随动轮的轮轴相连。

8.根据权利要求7所述的机器人位移测量机构，其特征在于：所述旋转编码器为增量式光电旋转编码器或者绝对式旋转编码器。

9.根据权利要求7所述的机器人位移测量机构，其特征在于：所述计米器还包括柔性轴套，所述柔性轴套相对的两端部分别与所述随动轮的轮轴和所述旋转编码器的连接轴套接。

10.一种按规划路径自动作业的机器人，包括机器人主体，其特征在于，还包括权利要求1～9任一项所述的机器人位移测量机构，所述机器人位移测量机构安装于所述机器人主体上。

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