CN117507012A - 机器人跌落的预警装置和机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种用于防止机器人跌落的装置和机器人，其中，所述装置包括红外光发射单元，配置为发出红外信号；红外光接收单元，配置为接收所述红外信号，并将所述红外信号转化为电信号；主控单元，配置为接收所述电信号，并根据所述电信号判断所述机器人是否处于悬崖状态；其中，所述红外光发射单元包括：发射管阵列子单元，配置为发出所述红外信号；恒流控制子单元，配置为恒流控制所述发射管阵列子单元；发射管开关控制子单元，配置为控制所述发射管阵列子单元的开启和关闭。根据一些实施例，可以避免红外发射管器件间正向压降不一致导致的发射功率偏差，且整体电源使用效率高，对主控资源要求低、物料成本低、对布板空间要求小等优点。

Description

机器人跌落的预警装置和机器人

技术领域

本申请涉及机器人领域，具体而言，涉及一种用于防止机器人跌落的装置和机器人。

背景技术

移动型机器人在移动时容易移动到台阶、桌沿等边界，因此需要利用检测台阶或桌沿边界，并对机器人进行预警，以防止机器人在运动过程中跌落。

发明内容

本申请提供了一种用于防止机器人跌落的装置和机器人，以解决机器人的跌落问题。

根据本申请的一方面，提出一种机器人跌落的预警装置，包括：红外光发射单元，配置为发出红外信号；红外光接收单元，配置为接收所述红外信号，并将所述红外信号转化为电信号；主控单元，配置为接收所述电信号，并根据所述电信号判断所述机器人是否处于悬崖状态；

其中，所述红外光发射单元包括：发射管阵列子单元，配置为发出所述红外信号；恒流控制子单元，配置为恒流控制所述发射管阵列子单元；发射管开关控制子单元，配置为控制所述发射管阵列子单元的开启和关闭。

根据一些实施例，所述主控单元电连接所述发射管开关控制子单元，并配置为控制所述发射管开关控制子单元的通断。

根据一些实施例，所述主控单元还配置为通过PWM占空比控制所述发射管开关控制子单元的通断。

根据一些实施例，所述主控单元还配置为通过比较所述发射管开关控制子单元在开启与关闭时接收的电信号，判断所述机器人是否处于悬崖状态。

根据一些实施例，所述红外光接收单元包括RC滤波电路，配置为对所述电信号进行平滑滤波。

根据一些实施例，所述发射管阵列子单元由多个红外发射管串联组成，且所述发射管阵列子单元由电源直接供电。

根据一些实施例，每个所述红外发射管均并联有电阻。

根据一些实施例，串联的所述多个红外发射管的数量小于6个。

根据一些实施例，所述电阻采用1206封装。

根据一些实施例，所述恒流控制子单元包括恒流控制电阻，其中，所述恒流控制电阻的封装不小于0805封装。

根据本申请的一方面，提出一种机器人，包括如前任一实施例所述的预警装置。

根据本申请的实施例，发射管串联后采用恒流方式进行控制，可以避免红外发射管器件间正向压降不一致导致的发射功率偏差，且整体电源使用效率高，对主控资源要求低、物料成本低、对布板空间要求小等优点。

根据另一些实施例，主控单元具有PWM与ADC功能，通过PWM控制红外发射管的开启与关闭，并接收来自红外光接收单元输出的ADC信号，通过读取并比较发射管开启与关闭时的ADC数据判断各通道检测传感器是否处于悬崖状态，然后执行执行防跌落预警。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示出了根据本申请示例实施例的一种机器人跌落的预警装置框图。

图2示出了根据本申请示例实施例的一种机器人跌落的预警原理示意图。

图3示出了根据本申请示例实施例的一种机器人跌落的预警电路示意图。

图4示出了根据本申请示例实施例的一种红外光接收单元的电路结构示意图。

图5示出了根据本申请示例实施例的一种主控单元电路结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或操作等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

下面将参照附图，对根据本申请的具体实施例进行详细说明。

图1示出了根据本申请示例实施例的一种机器人跌落的预警装置框图，下面以图1为例，对根据本申请示例实施例的一种机器人跌落的预警过程进行详细说明。

如图1所述的预警装置包括红外光发射单元101、红外光接收单元103和主控单元105。其中，红外光发射单元101配置为发出红外信号；红外光接收单元103配置为接收所述红外信号，并将所述红外信号转化为电信号；主控单元105配置为接收所述电信号，并根据所述电信号判断所述机器人是否处于悬崖状态。

图2示出了根据本申请示例实施例的一种机器人跌落的预警原理示意图，下面以图2为例，对根据本申请示例实施例的一种预警原理进行详细说明。

如图2所示，红外光发射单元101包括发射管阵列子单元1011、恒流控制子单元1013和发射管开关控制子单元1015。

发射管阵列子单元1011配置为发出所述红外信号。根据本申请的示例实施例，所述发射管阵列子单元1011由多个红外发射管串联组成，且所述发射管阵列子单元由电源直接供电。

在具体的实施例中，串联的所述多个红外发射管的数量小于6个，以确保电池处于低电压工作状态也能满足所串联发射管所需的工作电压要求。

在一些实施例中，每个所述红外发射管均并联有电阻，以避免单个红外发射管异常时整条电流通路断开，导致所有红外发射管均无法正常工作。

在具体的实施例中，并联的电阻采用1206封装，以满足对应通道的红外发射管异常时在所并联电阻上消耗的功率要求。其中，1206封装为尺寸为3.2mm x 1.6mm，适用于电子设备中的电路连接和电阻调节。

恒流控制子单元1013配置为恒流控制所述发射管阵列子单元，使发射管阵列子单元1011中的每个红外发射管的发光效率更为均衡，最大限度地消除因红外发射管正向压降不一致导致各红外发射管的发射通道判断参数的差别。

在一些具体的实施例中，所述恒流控制子单元包括恒流控制电阻，其中，所述恒流控制电阻的封装不小于0805封装。其中，0805封装的尺寸为2.0mm x 1.25mm，适用于电子设备中的电路连接和电阻调节。

发射管开关控制子单元1015配置为控制所述发射管阵列子单元的开启和关闭。

在一些实施例中，发射管开关控制子单元1015电连接所述主控单元105，由所述主控单元105控制所述发射管开关控制子单元1015的通断。

根据图2所示的实施例，发射管串联后采用恒流方式进行控制，可以避免红外发射管器件间正向压降不一致导致的发射功率偏差，且单通道的红外发射管异常不会影响其它通道悬崖传感器的正常工作，且整体电源使用效率高，对主控资源要求低、物料成本低、对布板空间要求小等优点。且所有红外发射管串联后由电池直接供电，最大程度地提高了电源使用效率。

根据一些实施例，通过每个红外发射管两端并联一个电阻，增加一个额外通路，避免了单通道发射管异常影响到其它通道发射管的正常工作，鲁棒性更好。

图3示出了根据本申请示例实施例的一种机器人跌落的预警电路示意图，如图3所示，发射管阵列单元由多个红外发射管串联，其中第1红外发射管的阳极接电池正极输出端，第1红外发射管LED1的阴极接第2红外发射管LED2的阳极，第2红外发射管LED2的阴极接第3红外发射管LED3的阳极，按照此方式多个红外发射管依次连接，直到最后一个红外发射管的阴极电连接发射管开关控制单元与恒流控制子单元。

每个红外发射管的两端分别并联一个电阻，如图2所示的R1、R2、R3、R4，以避免单个红外发射管出现异常时，整条电流通路断开，导致所有红外发射管均无法正常工作。

在一些实施例中，所述与每个红外发射管并联的电阻采用选用1206封装，满足对应通道红外发射管异常时在所并联电阻上消耗的功率要求。

在具体的实施例中，发射管开关控制子单元由三极管与电阻组成。如图3所示，所述三极管Q1的类型为PNP，三极管Q1的1脚同时连接第5电阻R5与第6电阻R6的一端，第5电阻R5的另一端连接主控单元的主控芯片的输出管脚。主控单元通过控制三极管Q1的通断实现对发射管开关控制子单元的控制，第6电阻R6的另一端连接三极管Q1的2脚并连接对应主控芯片控制管脚的电压域，避免两者存在电压差导致三极管Q1不受控，同时确保三极管Q1在主控单元未输出信号时有一个确定的初始状态，三极管Q1的3脚通过第7电阻R7连接恒流控制子单元的输入端。

在一些实施例中，恒流控制子单元由第2三极管Q2、第3三极管Q3以及多个电阻组成，

如图3所示，第2三极管Q2与第3三极管Q3为NPN三极管，第7电阻R7一端接所述发射管控制子单元中三极管Q2的3脚，另一端同时连接第8电阻R8一端、第2三极管Q2的1脚与第3三极管Q3的3脚，第8电阻R8的另一端接地，确保所述第1三极管Q1未导通时三极管Q2的1脚有一个稳定的状态。同时，第7电阻R7与第8电阻R8组成分压电路，以控制第2三极管Q2的通断，第2三极管Q2的3脚连接所述发射管阵列子单元中最后一个红外发射管的阴极，三极管Q3的2脚同时连接第9电阻R9与第10电阻R10的一端，第10电阻R10的另一端接地，第9电阻R9的另一端连接第3三极管Q3的1脚，第3三极管Q3的2脚接地。

在具体的实施例中，第10电阻R10为恒流控制电阻，建议封装不小于0805，阻值7.5R+/-0.5R，利用第3三极管Q3的Vbe开启电压0.7V+/-0.1V的特性将发射管电流控制在100mA左右。

根据本申请的实施例，所述红外光接收单元包括红外光敏管、上拉电阻、串阻与滤波电容。图4示出了根据本申请示例实施例的一种红外光接收单元的电路结构示意图，如图4所示，上拉电阻R11一端连接所述主控单元中的主控芯片的参考电压，另一端连接光敏管VD1的正极与串阻R15一端，光敏管VD1另一端接地，串阻R15另一端连接所述滤波电容C11一端与所述主控芯片的管脚，滤波电容另一端接地，串阻R15与滤波电容C11组成的RC滤波电路能滤去电信号的毛刺，使进入主控单元的电信号更加平滑。

在一些具体的实施例，红外光敏管数量与红外发射管数量安装角度与排列方式也有一定要求。

例如，红外光敏管数量与红外发射管数量一一对应。

又例如，红外发射管发射到平面的光束经反射后能进入光敏管接收光路。

根据本申请的实施例，所述主控单元还配置为通过PWM占空比控制所述发射管开关控制子单元的通断。并通过比较所述发射管开关控制子单元在开启与关闭时接收的电信号，判断所述机器人是否处于悬崖状态。

图5示出了根据本申请示例实施例的一种主控单元电路结构示意图，如图5所述的主控单元为具有PWM与ADC功能的主控芯片。在具体的实施例中，主控芯片通过PWM占空比控制红外发射管的开启与关断时长，PWM频率确定悬崖检测执行一次判断所需的时间，主控单元ADC管脚读取对应通道发射管开启与关闭时间段内的电压幅值，通过对比判断当前是否有通道处于悬崖跌落状态，然后执行防跌落预警。

根据本申请的实施例，提出了一种机器人，其中，所述机器人包括包括如前任一所述的预警装置。

上述实施例阐明的系统、装置、单元等，具体可以由半导体芯片、计算机芯片和/实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以在同一个或多个芯片中实现各单元的功能。

虽然本申请提供了如上述实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本申请实施例提供的执行顺序。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。上述实施例是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和使用本申请而描述的。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本申请不限于上述实施例，本领域技术人员根据本申请的揭示，不脱离本申请范畴所做出的改进和修改都应该在本申请的保护范围之内。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (11)

1.一种机器人跌落的预警装置，其特征在于，包括：

红外光发射单元，配置为发出红外信号；

红外光接收单元，配置为接收所述红外信号，并将所述红外信号转化为电信号；

主控单元，配置为接收所述电信号，并根据所述电信号判断所述机器人是否处于悬崖状态；

其中，所述红外光发射单元包括：

发射管阵列子单元，配置为发出所述红外信号；

恒流控制子单元，配置为恒流控制所述发射管阵列子单元；

发射管开关控制子单元，配置为控制所述发射管阵列子单元的开启和关闭。

2.根据权利要求1所述的预警装置，其特征在于，所述主控单元电连接所述发射管开关控制子单元，并配置为控制所述发射管开关控制子单元的通断。

3.根据权利要求2所述的预警装置，其特征在于，所述主控单元还配置为通过PWM占空比控制所述发射管开关控制子单元的通断。

4.根据权利要求3所述的预警装置，其特征在于，所述主控单元还配置为通过比较所述发射管开关控制子单元在开启与关闭时接收的电信号，判断所述机器人是否处于悬崖状态。

5.根据权利要求1所述的预警装置，其特征在于，所述红外光接收单元包括RC滤波电路，配置为对所述电信号进行平滑滤波。

6.根据权利要求1所述的预警装置，其特征在于，所述发射管阵列子单元由多个红外发射管串联组成，且所述发射管阵列子单元由电源直接供电。

7.根据权利要求6所述的预警装置，其特征在于，每个所述红外发射管均并联有电阻。

8.根据权利要求7所述的预警装置，其特征在于，串联的所述多个红外发射管的数量小于6个。

9.根据权利要求7所述的预警装置，其特征在于，所述电阻采用1206封装。

10.根据权利要求1所述的预警装置，其特征在于，所述恒流控制子单元包括恒流控制电阻，其中，所述恒流控制电阻的封装不小于0805封装。

11.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1-10任一所述的预警装置。