CN116834073B - 机器人防碰撞装置和防碰撞方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业机器人技术领域，特别公开一种机器人防碰撞装置和防碰撞方法，包括机器人本体、两防撞机构等，机器人本体设有行走机构；两防撞机构分别设于所述机器人本体的前后两侧，以减缓外力对所述机器人本体的冲击；两所述障碍物检测机构分别设于机器人本体的前后两侧，用于检测所述机器人本体的运行环境；控制机构设于机器人本体内，控制机构电连接于每一障碍物检测机构和每一防撞机构，当每一障碍物检测机构检测到障碍物时，或每一防撞机构碰到障碍物时，所述控制机构控制所述行走机构停止运行。本发明技术方案的机器人通过障碍物检测机构和控制机构对障碍物进行防碰撞避让，避免与障碍物发生碰撞，并通过防撞机构减少撞击产生的力。

Description

机器人防碰撞装置和防碰撞方法

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种机器人防碰撞装置和防碰撞方法。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置。当前的工业机器人在运载货物前进时，容易与其他机器等发生碰撞，导致对工业机器人本身造成一定的损伤，并且大大缩短了工业机器人的使用寿命。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种机器人防碰撞装置和防碰撞方法，旨在机器人通过障碍物检测机构和控制机构对障碍物进行防碰撞避让，避免与障碍物发生碰撞，并通过防撞机构减少撞击产生的力。

为实现上述目的，本发明提出的一种机器人防碰撞装置，所述机器人防碰撞装置包括：

机器人本体，所述机器人本体设有行走机构；

两防撞机构，两所述防撞机构分别设于所述机器人本体的前后两侧，以减缓外力对所述机器人本体的冲击；

两障碍物检测机构，两所述障碍物检测机构分别设于所述机器人本体的前后两侧，并与所述防撞机构间隔设置，用于检测所述机器人本体的运行环境；

控制机构，所述控制机构设于所述机器人本体内，所述控制机构电连接于每一所述障碍物检测机构和每一所述防撞机构，当每一所述障碍物检测机构检测到障碍物时，或每一所述防撞机构碰到障碍物时，所述控制机构控制所述行走机构停止运行；

每一所述防撞机构包括防撞架和两第一缓冲件，所述防撞架包裹于所述机器人本体的外周侧，两第一缓冲件相对设置于所述防撞架的两侧，每一所述第一缓冲件的一端连接于所述防撞架的一侧，每一所述第一缓冲件的另一端滑动连接于所述机器人本体的外侧壁上。

可选的实施例中，每一所述第一缓冲件包括摩擦轮和安装架，所述安装架的一端连接于所述防撞架朝向所述机器人本体的一侧，所述安装架的另一端延伸出所述防撞架，所述摩擦轮可转动安装于所述安装架的另一端，所述摩擦轮的外周面摩擦接触于所述机器人本体的外周壁。

可选的实施例中，每一所述防撞机构还包括第二缓冲件，所述第二缓冲件的一端设于所述防撞架朝向所述机器人本体的一侧，所述第二缓冲件的另一端连接于所述机器人本体的一侧，以进一步减缓外力对机器人本体的冲击。

可选的实施例中，所述机器人防碰撞装置还包括刹车板，所述刹车板安装于所述防撞架朝向所述机器人本体的一侧面，并与所述第二缓冲件间隔设置，以用于进一步限制所述行走机构的移动。

可选的实施例中，每一所述障碍物检测机构包括激光雷达检测件和调节组件，所述控制机构电连接于所述激光雷达检测件，所述调节组件安装于所述机器人本体，所述调节组件驱动连接于所述激光雷达检测件，以带动所述激光雷达检测件转动。

可选的实施例中，每一所述调节组件包括驱动件和传动件，所述驱动件驱动连接于所述传动件，所述传动件驱动连接于所述激光雷达检测件。

可选的实施例中，所述机器人防碰撞装置还设有警报器，所述警报器设于所述机器人本体，所述控制机构电连接于所述警报器，每一所述障碍物检测机构检测到障碍物时，所述警报器发出警报信号。

本发明又提出一种机器人的防碰撞方法，所述机器人包括如上任一所述的机器人防碰撞装置，所述防碰撞方法包括：

获取所述障碍物检测机构检测的所述机器人本体周围的环境数据；

基于所述环境数据，判断所述机器人本体的周围是否存在障碍物；

若是，则控制所述机器人本体停止运行。

可选的实施例中，所述防碰撞方法还包括：

当所述防撞机构碰到障碍物时，所述防撞机构直接与障碍物接触，进而阻止机器人本体发生直接碰撞。

本发明技术方案的机器人防碰撞装置包括机器人本体、两防撞机构、两障碍物检测机构和控制机构，机器人本体设有行走机构；两防撞机构分别设于机器人本体的前后两侧，以减缓外力对机器人本体的冲击；两障碍物检测机构分别设于机器人本体的前后两侧，并与防撞机构间隔设置，用于检测机器人本体的运行环境；控制机构设于机器人本体内，控制机构电连接于每一障碍物检测机构和每一防撞机构，当每一障碍物检测机构检测到障碍物时，或每一防撞机构碰到障碍物时，控制机构控制行走机构停止运行。机器人通过障碍物检测机构和控制机构对障碍物进行防碰撞避让，避免与障碍物发生碰撞。即使机器人在行进的过程中碰到障碍物时，障碍物首先接触防撞机构，以使防撞机构发生形变，从而使得碰撞冲击力被缓冲，以减少撞击产生的力，并防止撞击力过大损害机器人内部的结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明机器人防碰撞装置一实施例的结构示意图；

图2为图1所示机器人防碰撞装置中的防撞机构的结构示意图；

图3为图1所示机器人防碰撞装置中的障碍物检测机构的结构示意图；

图4为图2所示防撞机构中的第二缓冲件的结构示意图；

图5为本发明提供机器人防碰撞方法的流程图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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，除非另有明确的限定。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。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种机器人防碰撞装置和防碰撞方法，旨在机器人通过障碍物检测机构和控制机构对障碍物进行防碰撞避让，避免与障碍物发生碰撞，并通过防撞机构减少撞击产生的力。

请参照图1至图5，下面将在具体实施例中对本发明提出的机器人防碰撞装置10的具体结构进行说明，在本发明的一实施例中，机器人防碰撞装置10包括：

机器人本体1，机器人本体1设有行走机构；

两防撞机构2，两防撞机构2分别设于机器人本体1的前后两侧，以减缓外力对机器人本体1的冲击；

两障碍物检测机构4，两障碍物检测机构4分别设于机器人本体1的前后两侧，并与防撞机构2间隔设置，用于检测机器人本体1的运行环境；以及

控制机构，控制机构设于机器人本体1内，控制机构电连接于每一障碍物检测机构4和每一防撞机构2，当每一障碍物检测机构4检测到障碍物时，或每一防撞机构2碰到障碍物时，控制机构控制行走机构停止运行。

本实施例中，机器人防碰撞装置10包括机器人本体1和两防撞机构2，机器人本体1的底部设置有行走机构，进而在行走机构的带动下，机器人本体1运载货物朝规定的线路前进或后退。其中一防撞机构2安装在机器人本体1的前侧，而另一防撞机构2安装在机器人本体1的后侧，进而在机器人本体1与障碍物等发生碰撞时，在防撞机构2的抵挡下，可顺利的减缓障碍物的冲击力，并且还可有效的避免机器人本体1上承载的货物翻到，进而避免障碍物等直接碰撞于机器人本体1，从而避免对机器人本体1的伤害。

具体的，还包括两障碍物检测机构4，并且其中一障碍物检测机构4安装在机器人本体1的前侧，并与其中一防撞机构2间隔设置，同时，另一个障碍物检测机构4安装在机器人本体1的后侧，并与另一防撞机构2间隔设置，进而通过两障碍物检测机构4分别监控机器人本体1的周围的运行环境，进而可有效的避开障碍物，以防止机器人本体1直接与障碍物发生碰撞。通过两障碍物检测机构4分别安装在机器人本体1的前后两侧上，不仅提高了机器人本体1周围障碍物的感知准确性，从而有效地实现避障功能，并能在更复杂的环境下进行避障。

进一步的，为了进一步防止机器人本体1碰撞上障碍物，还包括控制机构，控制机构安装在机器人本体1内，并且控制机构电连接于每一障碍物检测机构4和每一防撞机构2，进而当机器人在行进过程中，两障碍物检测机构4分别检测机器人本体1的周围环境，当检测到障碍物时，控制机构控制行走机构停止运行，进而将机器人本体1碰到障碍物之前，控制车体降低运行速度，以免机器人本体1直接撞上障碍物。

需要说明的是，还包括刹车机构，并且控制机构电连接于刹车机构，以控制行走机构的转动。并且行走机构为车轮等部件。

请参照图2，可选的实施例中，每一防撞机构2包括防撞架21和两相对设置的第一缓冲件22，防撞架21活动包裹于机器人本体1的外周侧，两第一缓冲件22相对设置于防撞架21的两侧，每一第一缓冲件22的一端连接于防撞架21的一侧，每一第一缓冲件22的另一端滑动连接于机器人本体1的外侧壁上，进而当机器人本体1撞上障碍物时，防撞架21直接与障碍物接触，以减少障碍物的冲击力，并且避免了障碍物和机器人本体1的直接碰撞，以避免损坏机器人本体1。

本实施例中，为了便于防撞机构2和机器人本体1之间的安装，每一防撞机构2包括防撞架21和两第一缓冲件22，而防撞架21包裹于机器人本体1的一侧，并且两第一缓冲件22相对的设置在防撞架21的两侧，并且每一第一缓冲件22的一端连接于防撞架21，另一端滑动连接于机器人本体1的外周壁上，进而通过两个第一缓冲件22可使防撞架21能稳定安装在机器人本体1上。并且当防撞架21碰撞上障碍物时，受到一定压力后，防撞架21朝向机器人本体1的方向移动，此时的第一缓冲件22于机器人本体1的外周壁上摩擦滑动，进而起到减缓防撞架21受到的冲击力的作用。

请继续参照图2，可选的实施例中，每一第一缓冲件22包括摩擦轮221和安装架222，安装架222的一端连接于防撞架21朝向机器人本体1的一侧，安装架222的另一端延伸出防撞架21，所述摩擦轮221可转动安装于安装架222的另一端，摩擦轮221的外周面摩擦接触于机器人本体1的外周壁，进而以减缓防撞架21受到的冲击力。

本实例中，每一第一缓冲件22包括摩擦轮221和安装架222，安装架222一端连接于防撞架21朝向机器人本体1的一侧，并且安装架222的另一端延伸出防撞架21，进而摩擦轮221转动安装在安装架222，并且摩擦轮221的外周面摩擦接触于机器人本体1的外周壁上，进而当防撞架21受到一定压力后，会朝向机器人本体1的方向移动，进而以使摩擦轮221滑动于机器人本体1的外周壁上，以实现摩擦轮221与机器人本体1之间的摩擦接触，从而减缓防撞架21受到的冲击力，进而以使防撞架21保护机器人本体1受到损害。

具体的，为了进一步提高摩擦轮221和机器人本体1之间的摩擦，摩擦轮221设置有多个，例如两个，三个或三个以上，并且多个摩擦轮221间隔设置在安装架222上，进而当防撞架21受到冲击力时，多个摩擦轮221摩擦接触于机器人本体1的外周壁上，进而可进一步提高摩擦轮221与机器人本体1之间的摩擦力，进而可进一步减缓防撞架21受到的冲击力。此处，摩擦轮221设置有两个。需要说明的是，摩擦轮221为可拆卸安装在安装架222上，进而当摩擦轮221磨损得较为严重时，可随时更换摩擦轮221，操作简单且方便。

请参照图2和图4，可选的实施例中，每一防撞机构2还包括第二缓冲件23，第二缓冲件23的一端设于防撞架21朝向机器人本体1的一侧，第二缓冲件23的另一端连接于机器人本体1的一侧，以进一步减缓外力对机器人本体1的冲击，进一步保护机器人本体1受到损害。

本实施例中，为了进一步减缓外力对机器人本体1的冲击，每一防撞机构2还包括第二缓冲件23，第二缓冲件23的一端设于防撞架21朝向机器人本体1的一侧，第二缓冲件23的另一端连接于机器人本体1的一侧，进而在防撞架21受到冲击力时，在第一缓冲件22和第二缓冲件23的共同缓冲作用下，可极大的减缓防撞架21受到的冲击力。

具体的，为了进一步提高第二缓冲件23的缓冲作用，将第二缓冲件23设有多个，例如两个，三个或三个以上，并且多个第二缓冲件23间隔设置在防撞架21上。本实施例中，第二缓冲件23设置有两个，并且两第二缓冲件23与两第一缓冲件22之间间隔设置，可以理解的是，两第二缓冲件23设于两第一缓冲件22之间。

进一步的，每一第二缓冲件23包括压杆231、压筒232和压缩弹簧233，压杆231的一端连接于防撞架21，并且压筒232的一端连接于机器人本体1的外壁上，而压筒232内形成有压缩空腔2321，压杆231的另一端活动连接于压缩空腔2321内，压缩弹簧233的一端包裹于压筒232的外周壁上，压缩弹簧233的另一端包裹于压杆231的外周壁上，进而当防撞架21受到压力时，压杆231被压缩于压缩空腔2321内，此时的压缩弹簧233处于压缩状态。当防撞架21受到的压力撤销时，压杆231在压缩弹簧233的作用下，不再被压缩于压缩空腔2321内。

每一第二缓冲件23还包括压缩气囊234，需要说明的是，压缩空腔2321内设有压缩空气，并且压缩气囊234连通于压筒232的一侧，而压缩气囊234远离压筒232的一端可活动抵压于防撞架21上，进而当压杆231被抵压时，压缩空腔2321内的空气被压杆231抵压至压缩气囊234内，进而以使压缩气囊234鼓起，从而可进一步的减缓防撞架21受到的冲击力。当压杆231不再被抵压时，压缩气囊内的空气回到压缩空腔内。

请参照图2，可选的实施例中，机器人防碰撞装置还包括刹车板3，刹车板3安装于防撞架21朝向机器人本体1的一侧面，并与第二缓冲件23间隔设置，以用于进一步限制行走机构的移动。

本实施例中，还包括刹车板3，刹车板3安装在防撞架21上，并与第二缓冲件23间隔设置，进而防撞架21在受到冲击力时，会朝机器人本体1的方向移动，此时的防撞架21带动刹车板3朝行走机构的方向移动，并抵压于行走机构上，进而产生挤压力，以限制行走机构转动，从而阻止机器人本体1发生直接碰撞，因而，即使碰撞上障碍物，刹车板3在防撞架21的带动下，也能顺利实现对行走机构的刹车。需要说明的是，刹车板3设有多个，例如两个，三个或三个以上，并且多个刹车板3与第二缓冲件23之间呈间隔设置。可以理解的是，刹车板3的数量与车轮的数量相对应。

请参照图3，可选的实施例中，每一障碍物检测机构4包括激光雷达检测件41和调节组件42，控制机构电连接于激光雷达检测件41，调节组件42安装于机器人本体1，调节组件42驱动连接于激光雷达检测件41，以带动激光雷达检测件41转动，通过调节组件42带动激光雷达检测件41于一定的角度范围内转动，以使激光雷达检测件41的检测覆盖范围更大，检测更加精准，避免出现检测盲区。

本实施例中，每一障碍物检测机构4包括激光雷达检测件41和调节组件42，调节组件42安装于机器人本体1上，并且调节组件42驱动连接于激光雷达检测件41，进而调节组件42的驱动下，激光雷达检测件41可实现任意角度范围的调整，同时配合旋转基座的旋转作用，实现激光雷达检测件41在更广范围内的探测。

请参照图3，可选的实施例中，每一调节组件42包括驱动件421和传动件422，驱动件421驱动连接于传动件422，所述传动件422驱动连接于所述激光雷达检测件41，以带动激光雷达检测件41于一定的角度范围内转动。

本实施例中，为了便于驱动激光雷达检测件41，每一调节组件42包括驱动件421和传动件422，其中，驱动件421驱动连接于传动件422，并且传动件422驱动连接于激光雷达检测件41，进而在驱动件421的驱动下，带动传动件422，从而带动激光雷达检测件41转动，进而实现通过驱动件421带动激光雷达检测件41于任意的角度范围内转动，以实现对机器人本体1的周围环境的检测。

具体的，调节组件42还包括安装座4223，传动件422包括齿条4222和齿轮4221，安装座4223安装在机器人本体1上，驱动件421安装在安装座4223上，并且驱动件421的驱动轴驱动连接于齿条4222，齿轮4221安装在安装座4223上，齿条4222啮合连接于齿轮4221，并且激光雷达检测件41可转动连接于齿轮4221，进而驱动件421驱动齿条4222，进而带动齿轮4221转动，从而带动激光雷达检测件41转动，以使激光雷达检测件41顺利的检测机器人本体1的周围环境。

进一步的，为了便于齿条4222能顺利在安装座4223上移动，在齿条4222远离齿轮4221的一侧面开设有凹槽，安装座4223的内侧面开设有与凹槽适配的导向条4223a，进而在导向条4223a的引导下，齿条4222顺利在安装座4223上移动，进而以带动激光雷达检测件41转动。

可选的实施例中，机器人防碰撞装置10还设有警报器，警报器设于机器人本体1，控制机构电连接于警报器每一障碍物检测机构检测到障碍物时，警报器发出警报信号，以警醒工作人员，便于工作人员采取相应的措施。

本发明又提出一种机器人的防碰撞方法，机器人包括如上任一实施例所述的机器人防碰撞装置，防碰撞方法包括：

S1：获取障碍物检测机构检测的机器人本体周围的环境数据；

其中，障碍物检测机构用于采集机器人在行进或后退过程中遇到的障碍物信息，并且根据采集到的信息可以确定障碍物的距离和位置信息。

S2：基于环境数据，判断机器人本体的周围是否存在障碍物；

若是，则控制机器人本体停止运行，通过障碍物检测机构得到的数据来对障碍物进行防碰撞避让。

请参照图5，可选的实施例，防碰撞方法还包括：

S3：当防撞机构碰到障碍物时，防撞机构直接与障碍物接触，进而阻止机器人本体发生直接碰撞，当机器人本体碰上障碍物时，障碍物首先接触防撞机构，以使防撞机构发生形变，从而使得碰撞冲击力被缓冲，以减少撞击产生的力，并防止撞击力过大损害机器人内部的结构。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种机器人防碰撞装置，其特征在于，所述机器人防碰撞装置包括：

机器人本体，所述机器人本体设有行走机构；

两防撞机构，两所述防撞机构分别设于所述机器人本体的前后两侧，以减缓外力对所述机器人本体的冲击；

两障碍物检测机构，两所述障碍物检测机构分别设于所述机器人本体的前后两侧，并与所述防撞机构间隔设置，用于检测所述机器人本体的运行环境；以及

控制机构，所述控制机构设于所述机器人本体内，所述控制机构电连接于每一所述障碍物检测机构和每一所述防撞机构，当每一所述障碍物检测机构检测到障碍物时，或每一所述防撞机构碰到障碍物时，所述控制机构控制所述行走机构停止运行；

每一所述防撞机构包括防撞架和两第一缓冲件，所述防撞架包裹于所述机器人本体的外周侧，两第一缓冲件相对设置于所述防撞架的两侧，每一所述第一缓冲件的一端连接于所述防撞架的一侧，每一所述第一缓冲件的另一端滑动连接于所述机器人本体的外侧壁上；

每一防撞机构还包括第二缓冲件，所述第二缓冲件包括压杆、压筒、压缩弹簧和压缩气囊，所述压杆的一端连接于所述防撞架，所述压筒的一端连接于所述机器人本体的外壁，所述压筒内形成有压缩空腔，所述压杆的另一端活动连接于所述压缩空腔，所述压缩弹簧的一端包裹于所述压筒的外周壁上，所述压缩弹簧的另一端包裹于所述压杆的外周壁，所述压缩气囊连通于所述压筒的一侧，所述压缩气囊远离所述压筒的一端可活动抵压于所述防撞架；

所述机器人防碰撞装置还包括刹车板，所述刹车板安装于所述防撞架朝向所述机器人本体的一侧面，并与所述第二缓冲件间隔设置，以用于进一步限制所述行走机构的移动。

2.如权利要求1所述的机器人防碰撞装置，其特征在于，每一所述第一缓冲件包括摩擦轮和安装架，所述安装架的一端连接于所述防撞架朝向所述机器人本体的一侧，所述安装架的另一端延伸出所述防撞架，所述摩擦轮可转动安装于所述安装架的另一端，所述摩擦轮的外周面摩擦接触于所述机器人本体的外周壁。

3.如权利要求2所述的机器人防碰撞装置，其特征在于，所述第二缓冲件的一端设于所述防撞架朝向所述机器人本体的一侧，所述第二缓冲件的另一端连接于所述机器人本体的一侧，以进一步减缓外力对机器人本体的冲击。

4.如权利要求1至3任一项所述的机器人防碰撞装置，其特征在于，每一所述障碍物检测机构包括激光雷达检测件和调节组件，所述控制机构电连接于所述激光雷达检测件，所述调节组件安装于所述机器人本体，所述调节组件驱动连接于所述激光雷达检测件，以带动所述激光雷达检测件转动。

5.如权利要求4所述的机器人防碰撞装置，其特征在于，每一所述调节组件包括驱动件和传动件，所述驱动件驱动连接于所述传动件，所述传动件驱动连接于所述激光雷达检测件。

6.如权利要求1至3任一项所述的机器人防碰撞装置，其特征在于，所述机器人防碰撞装置还设有警报器，所述警报器设于所述机器人本体，所述控制机构电连接于所述警报器，每一所述障碍物检测机构检测到障碍物时，所述警报器发出警报信号。

7.一种机器人的防碰撞方法，其特征在于，所述机器人包括如权利要求1至6中任一项所述的机器人防碰撞装置，所述防碰撞方法包括：

获取所述障碍物检测机构检测的所述机器人本体周围的环境数据；

基于所述环境数据，判断所述机器人本体的周围是否存在障碍物；

若是，则控制所述机器人本体停止运行。

8.如权利要求7所述的机器人的防碰撞方法，其特征在于，所述防碰撞方法还包括：

当所述防撞机构碰到障碍物时，所述防撞机构直接与障碍物接触，进而阻止机器人本体发生直接碰撞。