CN116801780A - 一种用于移动机器人的碰撞检测系统 - Google Patents

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CN116801780A CN202180091535.2A CN202180091535A CN116801780A CN 116801780 A CN116801780 A CN 116801780A CN 202180091535 A CN202180091535 A CN 202180091535A CN 116801780 A CN116801780 A CN 116801780A
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C·伯德伍德
J·埃文斯
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Abstract

提供了一种移动机器人,包括底盘、驱动系统和碰撞检测系统。碰撞检测系统包括移动机器人的第一和第二部分,第一和第二主体部分是断开的,并且能够响应于与物体的碰撞而相对于底盘移动,以及第一和第二感测装置,其被配置为分别感测底盘与第一和第二主体部分之间的相对移动,并且在碰撞事件中发送控制信号,使得驱动系统采取校正行动,其中第二主体部分的质量显著低于第一主体部分的质量。

Description

一种用于移动机器人的碰撞检测系统
技术领域
本发明涉及一种自主式真空吸尘器,更一般地说,涉及一种移动机器人装置,其配备有检测与障碍物碰撞的设备。
背景技术
移动机器人正变得越来越普遍,并被用于多种领域,如太空探索、割草和地板清洁。近十年来,机器人地板清洁装置,尤其是真空吸尘器的发展特别迅速,其主要目的是在自主且不引人注目地在主人家中导航行驶(navigate)的同时清洁地板表面。
在执行这项任务时,机器人真空吸尘器必须在需要清洁的区域导航行驶,并且在这样做的同时避免与障碍物碰撞。典型地,机器人真空吸尘器将包括以可移动缓冲器为特征的缓冲器组件,该缓冲器组件可以形成机器人外部壳体的一部分,以及包括一个或多个传感器,所述传感器布置成检测缓冲器相对于机器人底盘的运动。
尽管这种缓冲器组件的功能足以用作检测机器人何时接触到重障碍物的手段,但是当它们接触到轻障碍物,例如放置在地板表面上的酒杯时,它们的功能就不够了。在某些情况下,机器人不会注意到它已经与轻障碍物碰撞,并且将会简单地将障碍物推开,而不是采取正确的行动来避开它。
正是在这种背景下设计了本发明。
发明内容
根据本发明的第一方面,提供了一种移动机器人,包括底盘、驱动系统和碰撞检测系统。碰撞检测系统包括移动机器人的第一和第二部分,第一和第二主体部分是断开的,并且能够响应于与物体的碰撞而相对于底盘移动,以及第一和第二感测装置,其被配置为分别感测底盘与第一和第二主体部分之间的相对移动,并且在碰撞事件中发送控制信号,使得驱动系统采取校正行动,其中第二主体部分的质量显著低于第一主体部分的质量。
第二主体部分可以是缓冲器组件,其能够在碰撞事件期间响应于施加到其上的力而相对于底盘移动。缓冲器组件可以包括内缓冲器部段,该内缓冲器部段包括多个刚性段,这些刚性段共同布置成沿着移动机器人的一侧侧向延伸,该内缓冲器部段被配置为使得多个刚性段中的每个刚性段能够响应于碰撞事件期间施加到其上的力而相对于多个刚性段中的其它刚性段移位。多个刚性段可以通过柔性接头连接。柔性接头可以是活动铰链。
第二感测装置可以包括第二开关阵列,第二开关阵列中的每个开关位于底盘和多个刚性段中的相应刚性段之间,并且其中,如果在碰撞事件期间第二开关阵列中的开关被多个刚性段中其相应刚性段的位移致动,则碰撞检测系统可操作以使驱动装置采取校正行动。
缓冲器组件可包括邻近内缓冲器部段的外缓冲器部段,该外缓冲器部段能够响应于碰撞事件期间施加到其上的力可逆地变形,以使多个刚性段中的一个或多个刚性段移位。外缓冲器部段可以限定基本上延伸跨过内缓冲器部段的多个刚性段的连续表面。外缓冲器部段可以包括覆盖移动机器人的一侧和相邻侧之间的交叉点的角部段,在与倾斜于移动机器人行进方向的物体碰撞期间,该角部段能够响应于施加到其上的力而变形,以使多个刚性段中最外面的刚性段移位。
缓冲器组件的质量可以由内缓冲器部段和外缓冲器部段限定。第一主体部分可以是外部壳体,该外部壳体能够在碰撞事件期间响应于施加到其上的力而在移动机器人的纵向方向和侧向方向上相对于底盘移位。
移动机器人还可以包括连接到底盘的第一第二偏压装置,用于在外部壳体的侧向位移之后向外部壳体施加恢复力,以便将外部壳体返回到其相对于底盘的初始侧向位置。移动机器人还可以包括第二偏压装置,用于在外部壳体纵向位移之后向外部壳体施加恢复力,以便将外部壳体返回到其相对于底盘的初始纵向位置。
第一感测装置可以包括第一开关阵列,第一开关阵列中的每个开关位于底盘和外部壳体之间,其中如果在碰撞事件期间第一开关阵列中的开关被外部壳体的位移致动,则碰撞检测系统可操作以使驱动装置采取校正行动。第一开关阵列中的至少一个开关可以被设置成通过外部壳体的侧向位移而被致动,并且第一开关阵列中的至少一个其他开关被设置成通过外部壳体的纵向位移而被致动。
第二偏压装置可以包括枢转地连接到底盘的激活臂,激活臂能够通过外部壳体的纵向位移而移动,以致动第一开关阵列中的至少一个其他开关。
移动机器人还可以包括刚性连接到外部壳体的至少一个其他部件,其中外部壳体的质量由外部壳体和该至少一个其他部件限定。
校正行动可以包括紧随碰撞事件之后的反射行动,该反射行动包括逆转就在碰撞事件之前的机器人的动作。
附图说明
现在将参考附图,仅通过示例的方式描述本发明的实施例,在附图中:
图1是根据本发明的移动机器人的透视图;
图2是图1的移动机器人的分解透视图,示出了其主要部分;
图3是图1的移动机器人的电子控制系统的系统图;
图4是图1的移动机器人的分解透视图,示出了碰撞检测系统的部件;
图5a、5b、5c是示例“碰撞事件”中的图1的移动机器人的示意图;而且,
图6a、6b、6c是“碰撞事件”的其他示例中的图1的移动机器人的示意图。
在附图中,相同的特征由相同的附图标记表示。
具体实施方式
现在将描述本发明的特定实施例,其中将详细讨论许多特征,以便提供对如所附权利要求中所限定的发明构思的透彻理解。然而,对于本领域技术人员来说显而易见的是,本发明可以在没有具体细节的情况下实施,并且在某些情况下,为了避免不必要地模糊本发明的概念,没有详细描述公知的方法、技术和结构。
图1示出了根据本发明实施例的移动机器人2(以下称为“机器人2”)。在该实施例中,机器人2在真空吸尘器机器人的背景下示出,尽管应该理解,这对于本发明来说不是必要的,并且本发明可应用于任何移动机器人,在家庭环境或其他环境中。机器人2包括足够的处理和感测能力,使其能够在合适的机载导航系统的帮助下在房间内各处导航行驶,并在行进中清洁地板表面。从图1中可以理解,机器人2通常是半圆形的,主要是为了机动性的原因,并且具有相对于机器人2行进的表面基本竖直延伸的竖直轴线3。竖直轴线3基本上正交于纵向轴线5和横向轴线7延伸,纵向轴线5沿机器人2的前后方向取向,横向轴线7沿机器人2的侧向方向而侧向延伸。
机器人2由内部电池组(未示出)形式的可充电电源供电。这种电池组在本领域中是公知的,并且包括多种电池化学物质的多个电池。锂离子家族中的电池化学物质由于其高能量密度、低电荷损失和缺少记忆效应而目前是优选的,尽管其他电池化学物质如镍金属氢化物和镍镉也是可接受的。典型地,机器人2将与相关联的基站对接,该基站能够提供充电能量,用于在电池组接近耗尽状态时对其进行充电。替代地,机器人2可以直接连接到主电源插座,以接收电力电源,用于给电池组充电。
参照图2,机器人2包括五个主要部分:底盘4,其主要功能是作为承载机器人2的驱动和清洁系统的平台;主体6,其固定在底盘4上;大致半圆形外部壳体8,其可安装在底盘4上;缓冲器组件10,其可安装在壳体8上;以及分离装置12,该分离装置12承载在壳体8的后部部分上,并且通过壳体8的互补形状的切口伸出。全向摄像头13,位于机器人2的顶部,用于向机器人2提供其周围环境的全景视图,其形成基于摄像头的感测系统的一部分。
出于本说明书的目的,在机器人2的上下文中,诸如“前”和“后”的术语以其运行期间在其向前和反向的意义上使用,其中分离装置12位于机器人2的后部。类似地,术语“左”和“右”将参照机器人2向前运动的方向来使用。
底盘4支撑机器人2的若干个部件,并且优选地由高强度注射模制塑料材料制成,例如ASB(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯),尽管它可以替代地由合适的金属制成,例如铝或钢,或者由复合材料制成,例如碳纤维复合材料。
驱动系统可操作以围绕机器人2的环境推进机器人2。驱动系统包括位于机器人2两侧的一对牵引单元14,尽管应该理解牵引单元14的精确形式不是本发明的中心。然而,在该特定实施例中,牵引单元14是电驱动履带单元,其具有围绕前滑轮和后滑轮被约束的连续橡胶带或履带。牵引单元14安装在底盘4的相对侧上,并且可独立操作以使机器人2能够在向前和向后的方向上被驱动,遵循向左或向右的弯曲路径,或者根据牵引单元14的速度和旋转方向原地在任一方向上转弯。这种布置是众所周知的,因此在这里不会更详细地描述它。
为了清洁地板表面,机器人2还包括吸尘器头16,该吸尘器头16形成由底盘4承载的清洁系统的一部分,并且位于牵引单元14的前面。尽管图中未示出,但吸尘器头16包括可旋转的搅动器组件,该搅动器组件用于从地板表面拍打污垢和灰尘颗粒。抽吸马达形式的合适的真空发生器(也未示出)设置成与吸尘器头16流体连通,以将携带污垢的空气流吸入并通过吸尘器头16,并进入分离装置12。这些部件的精确配置对于本发明的概念并不重要,因此省略了进一步的细节。然而,应该注意的是,诸如吸尘器头、搅动器组件和分离装置的部件是众所周知的,尤其是在机器人真空吸尘器的背景下。
图3示意性地示出了机器人2的控制系统18及其与上述部件的接口。控制系统18包括控制器20,控制器20具有适当的控制电路和处理功能,以处理从其各种传感器接收的信号,并以适当的方式驱动机器人2。控制器20集成到传感器套件22中,机器人2通过传感器套件22收集关于其环境的信息,以便绘制其环境地图并执行清洁路线。传感器套件22包括导航传感器阵列17和近场接近传感器阵列24,导航传感器阵列17包括基于摄像头的感测系统,基于摄像头的感测系统包括全向摄像头13,近场接近传感器阵列24为机器人2提供检测障碍物的能力。
例如,提供用户界面26以便用户命令机器人2开始/停止清洁过程。用户界面26可以采用各种形式,例如一个或多个机械按钮或者甚至是具有触摸屏技术的图形用户界面。
控制器20还被配置成向与牵引单元14相关联的马达28提供驱动信号,并且还从牵引单元14接收里程计数据。为此,在马达28上设置了合适的旋转感测装置30,例如旋转编码器。
合适的功率和控制输入被提供给抽吸马达32和搅动器马达34,用于驱动搅动器组件。最后,从电池组36向控制器20提供电力输入,并且设置充电系统的充电接口38,通过该充电接口,控制器20可以在例如电池电源电压已经下降到预定阈值以下时对电池组36进行充电。
控制器20包括导航控制模块40,导航控制模块40负责引导机器人2在房间内各处执行清洁功能。导航控制模块40接收来自导航传感器阵列17的图像数据,尤其是来自基于摄像头的感测系统的图像数据,并且可操作以将其自身在其周围环境中定位,并且运行合适的清洁模式,以便真空清洁地板表面。在示例场景中,机器人2定位于基站上开始清洁操作,在基站上,机器人2将在其内部地图上将它的初始位置设置为它在全局参考系中的0,0坐标处的原点。机器人2然后继续在房间内各处导航行驶,同时进行清洁,由此它在适当的时间返回到基站,例如当电池电源电压下降到预定阈值以下时。因此,导航控制模块40实施合适的定位和映射(mapping)功能,以使机器人2能够在房间内各处导航行驶并返回到其初始位置,在这种情况下,该初始位置是基站的位置(0,0坐标)。
当将机器人4返回到基站时,导航控制模块40旨在将机器人2放置在基站的前面并尽可能靠近基站,随后机器人2的控制被移交给对接控制模块42(对接控制模块42也设置为控制器20的功能部分),以启动“对接运行”以将机器人2返回到其初始位置。导航和对接控制模块40、42的精确工作不是本发明的中心,因此不提供进一步的细节。
存储器模块44被提供用于存储由导航和对接控制模块40、42产生和使用的数据,以及用于由控制器20执行的其他任务,这些任务可以包括预定的清洁操作。例如,存储器模块44用于存储由导航控制模块40产生和使用的映射数据和路线数据。存储器形式的具体类型不是本发明的中心,这里将不详细描述。然而,不用说,存储器模块44可以是控制器20的适当的板上存储器,并且将具有适合于控制器20的足够的容量和访问速度。
控制系统18还包括碰撞检测系统46,该碰撞检测系统46用于检测机器人2何时与障碍物碰撞,也就是说,检测“碰撞事件”的发生,并发送一个或多个控制信号,从而使驱动系统采取校正行动。碰撞检测系统46包括机器人2的第一和第二主要部分,在该实施例中,第一和第二主要部分分别是壳体8和缓冲器组件10。碰撞检测系统46还包括第一和第二感测装置,用于感测底盘4或主体6(当其牢固地固定到底盘4上时)与壳体8和缓冲器组件10之间的相对运动,然后碰撞检测系统46使用该相对运动来收集关于与机器人2的路径上的物体的碰撞的信息。缓冲器组件10的质量显著低于壳体8的质量。当壳体8被配置为承载机器人2的其他部件(例如全向摄像头13和/或用户接口26)并与其一起移动时,这增加了壳体8的有效质量,质量的差异更加显著。
参考图4,为了使底盘4和壳体8之间能够进行相对的滑动运动,前接合装置和后接合装置将主体6和壳体8固定在一起,使得它们不能在竖直方向上分离,也就是说在沿着竖直轴线3的方向上分离,但是允许壳体8在碰撞事件期间相对于主体6、并且因此相对于底盘4在横向和纵向方向上少量滑动。机器人2还包括第一和第二偏压装置,用于将壳体8相对于主体6和底盘4保持在初始位置,并用于在碰撞事件后将壳体8返回到初始位置。第一和第二偏压装置包括多个弹簧加载装置,在该实施例中,它们分别包括弹簧定心组件48和两个弹簧臂组件50a、50b。弹簧定心组件48朝向机器人2的前部居中地安装在主体6上,并且用于将壳体8相对于主体6保持在侧向中心位置,并且在碰撞事件之后将壳体8返回到侧向中心位置,该碰撞事件施加足够的力侧向作用在壳体8上,以将壳体8从侧向中心位置移位。每个弹簧臂组件50a、50b可旋转地安装在位于主体6的右前角和左前角的相应销52a、52b上。销52a、52b向上直立,也就是说,它们在竖直方向上延伸,使得弹簧臂组件50a、50b的激活臂可围绕竖直方向在偏压位置和致动位置之间旋转。激活臂大致向内朝向主体6的中心延伸,并且在其偏压位置,向前推压壳体8的前面板53的内表面,从而将壳体8保持在其位于主体6前方的初始位置。在碰撞事件中,施加足够的力纵向作用在壳体8的前部,壳体8克服弹簧臂组件50a、50b的偏压力被向后推动,从而将至少一个激活臂移动到致动位置。当纵向作用力移除时,激活臂返回到偏压位置,从而使壳体8返回到其初始位置。
第一感测装置包括第一开关阵列,在该实施例中,该第一开关阵列包括四个开关54a、54b、54c、54d,这些开关固定到底盘4并与机器人2的控制系统18对接,以在它们被激活时向控制器20发送控制信号。开关54a、54b、54c、54d可以是微型快动开关,通常称为“微型开关”。开关中的两个54a、54b位于底盘4的两侧,邻近壳体8的相应侧面板56a、56b,并且在碰撞事件期间通过侧面板56a、56b相对于主体6和底盘4的侧向运动被激活,以向控制器20发送控制信号,从而使得驱动系统采取合适的校正行动。
其余的两个开关54c、54d中的每一个都位于底盘4上、位于相应的弹簧臂组件50a、50b后面。这些开关54c、54d在碰撞事件期间当激活臂移动到致动位置时被激活臂激活,该碰撞事件施加纵向力作用在壳体8的前部,该纵向力足以使壳体8相对于主体6和底盘4向后移位。在这种碰撞事件中,壳体8的向后位移在壳体8的宽度上可能不相等。也就是说,如果纵向力的合力主要作用在壳体8前部的左侧,那么与壳体8右侧所经历的位移相比,壳体8在左侧的向后位移可能更大,反之亦然。在这种情况下,左弹簧臂组件50b的激活臂移动到致动位置,以激活左开关54d来发送控制信号,从而使驱动系统采取适当的校正行动,而右开关54c可能保持未激活。当然,如果来自纵向力的合力大部分居中地作用,则开关54c、54d都可能被激活,并且驱动系统将基于开关54c、54d接收的控制信号采取校正行动。
碰撞检测系统46的第二主要部分,即缓冲器组件10,在壳体8的前方侧向延伸跨过机器人2的前部,用于检测机器人2前部处的碰撞。缓冲器组件10竖直定位,以在机器人2的基部处提供间隙,使其能够攀爬小障碍物,例如地毯的边缘。缓冲器组件10具有由内缓冲器部段58和外缓冲器部段68限定的有效质量,该有效质量显著低于壳体8的质量或有效质量,这意味着它可以检测到与没有施加足以移位壳体8的力的物体的前端碰撞,该物体因此可能不会被碰撞检测系统46注意到。
内缓冲器部段58包括多个刚性段60,这些刚性段60共同布置成沿着机器人2的前部侧向延伸。在该实施例中,多个刚性段60包括五个刚性段62a、62b、62c、62d、62e,但是本领域技术人员将会理解,多个刚性段60可以包括更少或更多的段。每个刚性段62a、62b、62c、62d、62e可以在碰撞事件期间响应于施加到其上的力而相对于其他刚性段62a、62b、62c、62d、62e在未致动位置和致动位置之间位移,在未致动位置,刚性段62a、62b、62c、62d、62e基本上共面。为了使得能够实现这种位移,刚性段62a、62b、62c、62d、62e通过四个柔性接头64a、64b、64c、64d连接。在该实施例中,四个柔性接头64a、64b、64c、64d是活动铰链,因为它们便宜、牢固且质量轻,但是本领域技术人员将会理解,也可以使用其他接头。
第二感测装置包括第二开关阵列,该第二开关阵列包括针对每个刚性段62a、62b、62c、62d、62e的开关。因为在该实施例中有五个刚性段62a、62b、62c、62d、62e,所以第二开关阵列包括五个开关66a、66b、66c、66d、66e。五个开关66a、66b、66c、66d、66e中的每一个都与控制系统18对接,并且在相应的刚性段62a、62b、62c、62d、62e后面以向前面向的取向安装到底盘4,并且在碰撞事件期间当其相应的刚性段62a、62b、62c、62d、62e移位到其致动位置时,被激活以发送控制信号,从而使得驱动系统采取适当的校正行动。
外缓冲器部段68覆盖内缓冲器部段58,从而限定了延伸跨过内缓冲器部段58的多个刚性段62a、62b、62c、62d、62e的连续表面。外缓冲器部段68包括总体上由70表示的角部段,其延伸超过最外面的刚性段62a、62e,并且部分地沿着机器人2的侧面延伸,以覆盖机器人2的前部和侧面之间的交叉点。在与倾斜于机器人2的行进方向的障碍物碰撞期间,角部段70可变形以响应于施加到其上的力而使最外面的刚性段62a、62e移位。外缓冲器部段68用作柔性屏障,防止污垢和灰尘颗粒进入缓冲器组件10,并且被配置成在碰撞事件期间响应于施加到其上的力可逆地变形,以移位刚性段62a、62b、62c、62d、62e中的一个或多个。
当机器人2在房间内各处导航行驶进行清洁任务时,开关54a、54b、54c、54d、66a、66b、66c、66d、66e在机器人2在碰到障碍物或与障碍物碰撞的情况下被激活。由碰撞检测系统46提供的这种碰撞检测设施对于机器人2的传感器套件22没有及时检测到障碍物以使驱动系统执行规避动作的情况是理想的。因此,需要碰撞检测系统46来检测碰撞,使得机器人2能够在碰撞事件之后采取校正行动。例如,基于从碰撞检测系统46接收的控制信号,控制器20可以使驱动系统简单地保留(reserve)机器人2,然后在不同的方向上恢复向前运动,或者替换地停止向前运动,转动90°或180°,然后再次恢复向前运动。校正行动可以包括“反射行动”,其紧接在碰撞事件之后,并且逆转机器人2就在碰撞事件之前的动作。
现在将参照图5a、5b和5c解释第一开关阵列的开关54a、54b、54c、54d的激活,图5a、5b和5c示出了在与障碍物72的不同碰撞事件中、壳体8和以虚线示出的底盘4以及开关54a、54b、54c、54d的示意图。应当理解,在这些图中,壳体8和底盘4的相对尺寸被夸大,只是为了更清楚地显示它们之间的相对运动。在这些示例中,障碍物72具有离地间隙,例如沙发,这意味着第二开关阵列的开关66a、66b、66c、66d、66e将不会被激活,并且仅仅因为这个原因,它们没有在图5a、5b、5c中示出。
参考图5a,当机器人2朝着障碍物72向前移动时,如P1所示,壳体8被保持在其相对于底盘4的初始非碰撞位置,并且开关54a、54b、54c、54d中没有一个被激活,如叉号所示。随着机器人2继续向前移动,它与正前方位置的障碍物72碰撞,如P2所示。这导致壳体8相对于底盘4沿着纵向轴线5向后移动,如箭头74所示。壳体8和底盘4之间的相对移动导致弹簧臂组件50a、50b的激活臂从它们的偏压位置移动到它们的致动位置,并且在这样做时,基本上同时激活开关54c、54d,如复选标记所示,以向控制器20发送相应的控制信号。控制器20被配置成通过监测第一和第二开关阵列中的开关54a、54b、54c、54d、66a、66b、66c、66d、66e的触发以及开关54a、54b、54c、54d、66a、66b、66c、66d、66e的激活之间的相对计时来辨别冲击的方向。因此,在该示例中,因为开关54c、54d被同时激活,所以控制器20将确定障碍物72处于正前方位置,并相应地控制驱动系统。
转到图5b,与前面的示例一样,在这个示例中,当机器人2朝着障碍物72向前移动时,如P1所指示的,壳体8被保持在其相对于底盘4的初始非碰撞位置,并且开关54a、54b、54c、54d都没有被激活。随着机器人2继续向前移动,其右侧与障碍物72碰撞,如P2所示。这使得壳体8相对于底盘4轻微转动,这是壳体8在纵向方向和侧向方向上的运动所允许的。在该示例中,由于碰撞的合力主要作用在机器人2的右前方,所以壳体8沿顺时针方向旋转,如箭头76所示。当然,本领域技术人员会理解,如果碰撞的合力作用在机器人2的左侧,则壳体8会相对于底盘4沿逆时针方向旋转。壳体8和底盘4之间的相对运动导致弹簧臂组件50a的激活臂移动到其致动位置,并且在这样做时,激活开关54c,如复选标记所示,以向控制器20发送控制信号。由于开关54c已经被激活,而其他开关54a、54b、54d保持未激活,所以控制器20将确定障碍物72位于机器人2的右侧前方,并相应地控制驱动系统。
现在参考图5c,在该示例中,机器人2以P1所示的倾斜角度朝向障碍物72移动,其壳体8保持在其相对于底盘4的初始非碰撞位置,使得开关54a、54b、54c、54d都没有被激活。在P2,壳体8已经逆时针旋转到障碍物72中,导致壳体8相对于底盘4侧向移动,如箭头78所示,从而激活开关54b向控制器20发送控制信号。控制器20将基于控制信号确定障碍物72位于机器人2的左侧,并控制驱动系统采取适当的校正行动。
现在将参照图6a、6b和6c解释第二开关阵列的开关66a、66b、66c、66d、66e的激活,图6a、6b和6c示出了缓冲器组件10以及开关66a、66b、66c、66d、66e在与障碍物80的不同碰撞事件中的放大示意图。在这种情况下,障碍物80不提供任何离地间隙,并且具有相当低的质量,例如竖立在地板表面上的酒杯或椅子腿。
参考图6a,在该示例中,机器人2已经与障碍物80碰撞,由于缓冲器组件10的低质量,障碍物80已经将刚性段62d移动到其致动位置,从而触发相应的开关66d以向控制器20发送控制信号,如复选标记所示。因为移位的刚性段62d通过柔性接头64c、64d连接到其相邻的刚性段62c、62e,所以那些相邻的刚性段62c、62e也移位到它们的未致动位置和致动位置之间的位置,而不会触发它们各自的开关66c、66e,如叉号所示。在这种情况下,其余的两个开关66a、66b也保持未激活。控制器20被配置为通过监测开关66a、66b、66c、66d、66e的触发来辨别碰撞的方向和障碍物相对于每个刚性段62a、62b、62c、62d、62e的大小,并相应地控制驱动系统。在该示例中,障碍物80已经撞击单个刚性段62d,从而向控制器20指示障碍物80的宽度没有超过刚性段62d的宽度。然而,如图6b所示,会出现同一障碍物80使两个刚性段62b、62c移位的情况。在这种情况下,控制器20确定障碍物80的宽度超过刚性段62b、62c的组合宽度,并控制驱动系统在此基础上采取校正行动。
如上所述,当障碍物80定位成倾斜于机器人2的行进方向时,外缓冲器部段68的角部段70可变形以响应于在与障碍物80碰撞期间施加到其上的力而移位最外面的刚性段62a、62e,其示例在图6c中示出。如果机器人2旋转到障碍物80中,也会出现这种情况。在这个示例中,只有开关66a被最外面的刚性段62a到其致动位置的位移而激活,以向控制器20发出控制信号,从而使驱动系统采取校正行动,所有其余的开关66b、66c、66d、66e保持未激活。
在不脱离本发明概念的情况下,许多变型都是可能的。例如,缓冲器组件10被示出为侧向延伸跨过机器人2的前部,但是本发明也可以用延伸跨过机器人2的其他侧部的缓冲器组件10来执行。此外,根据本发明的概念,不要求缓冲器组件10延伸跨过机器人2的整个前部,并且可以设想缓冲器组件10部分跨过机器人2的侧部延伸的实施例。
为了说明操作原理,已经参照本发明的特定实施例描述了本发明。因此,以上描述是通过图示和方向性参考(包括:上部,下部,向上,向下,左,右,向左,向右,顶,底,侧,上,下,前,中,后,垂直,水平,高度,深度宽度等)以及具有隐含方位的任何其他术语仅指代附图中所示特征的方位。除非在所附权利要求书中特别提出,否则不应将它们理解为要求或限制,特别是关于本发明的位置,方向或用途。连接参考(例如,附接,联接,连接,接合,固定等)将被广义地解释,并且可包括元件的连接之间的中间构件以及元件之间的相对运动。这样,除非在所附权利要求中特别提出,否则连接参考不必推断两个元件直接连接并且彼此成固定关系。

Claims (18)

1.一种移动机器人,包括:
底盘;
驱动系统;和,
碰撞检测系统,所述碰撞检测系统包括所述移动机器人的第一部分和第二部分,所述第一主体部分和第二主体部分是断开的,并且能够响应于与物体的碰撞而相对于所述底盘移动;和,
第一感测装置和第二感测装置,被配置为分别感测所述底盘与所述第一主体部分和第二主体部分之间的相对运动,并且在碰撞事件中发送控制信号,使得所述驱动系统采取校正行动,其中所述第二主体部分的质量显著低于所述第一主体部分的质量。
2.根据权利要求1所述的移动机器人,其中,所述第二主体部分是缓冲器组件,在碰撞事件中,所述缓冲器组件能够响应施加于其上的力而相对于所述底盘移动。
3.根据权利要求2所述的移动机器人,其中,所述缓冲器组件包括内缓冲器部段,所述内缓冲器部段包括多个刚性段,所述多个刚性段共同布置成沿所述移动机器人的一侧侧向延伸,所述内缓冲器部段被配置成使得所述多个刚性段中的每个刚性段能够响应于碰撞事件期间施加于其上的力而相对于所述多个刚性段中的其他刚性段移位。
4.根据权利要求3所述的移动机器人,其中,所述多个刚性段通过柔性接头连接。
5.根据权利要求4所述的移动机器人,其中,所述柔性接头是活动铰链。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的移动机器人,其中,所述第二感测装置包括第二开关阵列,所述第二开关阵列中的每个开关位于所述底盘和所述多个刚性段中的相应刚性段之间,并且其中,如果在碰撞事件期间,所述第二开关阵列中的开关被所述多个刚性段中的相应刚性段的位移致动,则所述碰撞检测系统能够操作以使所述驱动装置采取校正行动。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的移动机器人,其中,所述缓冲器组件包括与所述内缓冲器部段相邻的外缓冲器部段,所述外缓冲器部段能够响应于碰撞事件期间施加于其上的力而可逆变形,以使所述多个刚性段中的一个或多个刚性段移位。
8.根据权利要求7所述的移动机器人,其中,所述外缓冲器部段限定了连续的表面,所述表面基本上延伸跨过所述内缓冲器部段的所述多个刚性段。
9.根据权利要求7或8所述的移动机器人,其中,所述外缓冲器部段包括覆盖所述移动机器人的一侧和相邻侧之间的交叉点的角部段,在与倾斜于所述移动机器人的行进方向的物体发生碰撞期间,所述角部段能够变形,以响应施加于其上的力而使所述多个刚性段中的最外面的刚性段移位。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的移动机器人,其中,所述缓冲器组件的质量由所述内缓冲器部段和所述外缓冲器部段限定。
11.根据前述权利要求中任一项所述的移动机器人,其中,所述第一主体部分是外部壳体,所述外部壳体能够在碰撞事件期间响应于施加到其上的力而相对于所述底盘沿所述移动机器人的纵向方向和侧向方向移动。
12.根据权利要求11所述的移动机器人,还包括连接到所述底盘的第一第二偏压装置,用于在所述外部壳体的侧向位移后向所述外部壳体施加恢复力,以使所述外部壳体返回到其相对于所述底盘的初始侧向位置。
13.根据权利要求11或12所述的移动机器人,还包括第二偏压装置,用于在所述外部壳体的纵向位移后向所述外部壳体施加恢复力,以使所述外部壳体返回其相对于所述底盘的初始纵向位置。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的移动机器人,其中,所述第一感测装置包括第一开关阵列,所述第一开关阵列中的每个开关位于所述底盘和所述外部壳体之间,其中,如果在碰撞事件期间所述第一开关阵列中的开关被所述外部壳体的位移致动,则所述碰撞检测系统能够操作以使所述驱动装置采取校正行动。
15.根据权利要求14所述的移动机器人,其中,所述第一开关阵列中的至少一个开关被设置为通过所述外部壳体的侧向位移而被致动,并且所述第一开关阵列中的至少一个其他开关被设置为通过所述外部壳体的纵向位移而被致动。
16.根据权利要求15所述的移动机器人,其中,所述第二偏压装置包括枢转连接到所述底盘的激活臂,所述激活臂能够通过所述外部壳体的纵向位移移动,以致动所述第一开关阵列中的所述至少一个其他开关。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的移动机器人,还包括刚性连接到所述外部壳体的至少一个其他部件,其中,所述外部壳体的质量由所述外部壳体和所述至少一个其他部件限定。
18.根据前述权利要求中任一项所述的移动机器人,其中,所述校正行动包括紧随所述碰撞事件之后的反射行动,所述反射行动包括逆转就在所述碰撞事件之前的所述机器人的动作。
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