CN207060211U - 一种全向移动座椅机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全向移动座椅机器人，包括：坐板组件，用于支撑人体；布置在坐板组件上的压力传感器，以感应人体的重心偏移；全向移动装置，驱动坐板组件沿人体重心偏移的方向平移或旋转；电控单元，与全向移动装置和压力传感器电性相连。本实用新型采用压力传感器感应重心偏移以及偏移量的变化，来推断人体运动意图，相较于传统用的陀螺仪感应人体倾斜姿态角，该感应方式易于操作，更加安全可靠。本实用新型可应用于机器人领域。

Description

一种全向移动座椅机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，特别是涉及一种全向移动座椅机器人。

背景技术

目前，市场上销售的平衡车，是通过感应人体姿态推断运动意图，其不可实现万向移动。

然而上述的平衡车，采用的是陀螺仪的结构，通过感应姿态角度的变化，推断人的移动意图，其操作较为困难，需要经过一定时间的训练才能熟练操作，并且由于人体随着平衡车底盘同时倾斜，易发生安全事故。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种易于操作、安全可靠的全向移动座椅机器人。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种全向移动座椅机器人，包括：

坐板组件，用于支撑人体；

布置在坐板组件上的压力传感器，以感应人体的重心偏移；

全向移动装置，驱动坐板组件沿人体重心偏移的方向平移或旋转；

电控单元，与全向移动装置和压力传感器电性相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述压力传感器包括3个以上的一轴传感器或者至少一个多轴传感器，至少一个一轴传感器在水平方向上与其他一轴传感器不共线，所述全向移动装置包括3个以上的全向轮，各全向轮在水平方向上呈多边形布置，所述全向轮配有驱动部件。

作为本实用新型的进一步改进，全向移动装置包括3个全向轮，各全向轮在水平方向上呈三角形布置。

作为本实用新型的进一步改进，每个全向轮均配有驱动部件，所述驱动部件也呈三角形布置。

作为本实用新型的进一步改进，每个所述驱动部件包括电机以及传动部件，电机连接传动部件，所述传动部件连接对应的全向轮。

作为本实用新型的进一步改进，所述传动部件包括连接在电机输出端的减速机、连接减速机输出端的传动单元，所述全向轮连接在传动单元的输出端。

作为本实用新型的进一步改进，所述坐板组件包括由顶部向底部依次布置的泡沫垫、坐板和底板，所述坐板连接在泡沫垫底端面上，所述底板连接有机架，所述全向移动装置连接在机架底部，所述压力传感器底端固定在底板上表面，压力传感器顶端连接所述坐板。

作为本实用新型的进一步改进，所述机架顶端连接底板的部分为多边形框架结构，多边形框架结构的外周接有补偿板，补偿板与坐板的外部轮廓对齐。

作为本实用新型的进一步改进，每一所述全向轮包括一转盘，所述转盘的外周设有滚轮，各所述滚轮在转盘的外周包络成一个圆，各滚轮能够自转且其自转方向与转盘的旋转方向垂直。

作为本实用新型的进一步改进，所述全向移动装置、电控单元、压力传感器均由供电单元供电。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用压力传感器感应重心偏移以及偏移量的变化，来推断人体运动意图，相较于传统用的陀螺仪感应人体倾斜姿态角，该感应方式易于操作，更加安全可靠。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型进一步说明。

图1是座椅机器人的结构示意图；

图2是全向移动装置的结构示意图；

图3是坐板组件的分解示意图；

图4是全向轮的结构示意图；

图5是座椅机器人的运动示意图。

具体实施方式

如图1和图3所示的全向移动座椅机器人，包括设置在外壳6内部的坐板组件1、压力传感器、电控单元5和全向移动装置3。

其中，坐板组件1位于整个机器人的最顶端，用于支撑坐立的人体。

压力传感器有若干个，各压力传感器均布在坐板组件1上，以感应人体的重心偏移，推断运动的意图，也即坐立的人体通过改变体态，或者改变坐立的位置或者其他方式来调节自身的重心，该重心的偏移方向以及偏移量会被压力传感器所感应。

所述的全向移动装置3，用于驱动坐板组件1以及整个机器人沿人体重心偏移的方向进行平移或旋转。全向移动是指在水平方向上能够向任意方向移动，包括平移和旋转。

所述的电控单元5，与全向移动装置3和压力传感器电性相连。当压力传感器感应重心偏移后会将偏移的方向以及偏移量的信息反馈至电控单元5，之后电控单元5控制全向移动装置3按着反馈值进行某一方向的平移。所述的电控单元5包括电机驱动器、控制板、传感器信号采集卡，为机器人的控制系统核心。

实施例中的座椅机器人，通过压力传感器感应人体重心偏移的变化，从而推断运动意图，相比现有技术中通过感应人体倾斜的姿态角的方法，这种方式更易于操作和控制，安全性更好。

进一步优选的，座椅机器人的压力传感器包括3个以上的一轴传感器2或者至少一个多轴传感器，一轴传感器2和多轴传感器均为加速度传感器。

当压力传感器为一轴传感器时，至少一个一轴传感器在水平方向上与其他一轴传感器不共线，也即各一轴传感器在水平方向上呈多边形布置。比如3个一轴传感器呈三角形布置，而4个一轴传感器可以为四边形布置，也可以呈三角形布置(其中三个一轴传感器在一直线上)。

当压力传感器为两轴传感器时，则至少需要两个，以满足三个方向的要求。

当压力传感器为三轴传感器或者多轴传感器时，则需要一个即可。以下实施例均使用多个一轴传感器2进行解释说明。

所述的全向移动装置包括3个以上的全向轮31，各全向轮31在水平方向上呈多边形布置，所述全向轮31配有驱动部件。

进一步优选的，座椅机器人的一轴传感器2有多个，多个一轴传感器在水平方向上呈多边形布置，通过多个一轴传感器2来进行感应，推断运动意图。一般来说，某一方向的运动意图由两个一轴传感器进行感应和推断，那么全向移动装置3包括若干个全向轮31，各全向轮31在水平方向上呈多边形布置，在水平面上的投影来看，每个全向轮31分别位于不同的两个一轴传感器之间，这种全向轮31与压力传感器的设置方向更方便控制和保证全向轮的运动稳定性。

上述的全向轮31配有驱动部件，如图2所示，全向轮31、驱动部件均安装在一底部支撑板34上。

进一步优选的，6个一轴传感器2在水平方向上呈正六边形布置，全向移动装置3包括3个全向轮31，各全向轮31在水平方向上呈三角形布置。

参考图5，每个全向轮31的速度可分解为切向速度Vt和轴向速度Vr，通过运动合成的方法将三个全向轮的速度合成，即可得到机器人的移动速度矢量。

进一步优选的，每个全向轮31均配有驱动部件，驱动部件也呈三角形布置，从而所有驱动部件、所有全向轮31的重心重合。

进一步优选的，参考图2，每个驱动部件包括电机32以及传动部件，传动部件连接对应的全向轮31。各电机32以及各传动部件也呈三角形布置。

具体来说，传动部件包括连接在电机32输出端的减速机33、连接减速机33输出端的传动单元，全向轮31连接在传动单元的输出端。所述的减速机33为行星轮减速机，能够增大输出扭矩。所述的传动单元包括与减速机33输出端连接的前同步轮35、通过传动轴36与全向轮31连接的后同步轮37，前同步轮35与后同步轮37通过同步带38相连，传动轴36通过轴承座39安装在底部支撑板34上，所述的电机32通过电机安装座310安装在底部支撑板34上。

进一步优选的，参考图3，坐板组件1包括由顶部向底部依次布置的泡沫垫11、坐板12和底板13，坐板12连接在泡沫垫11底端面上，底板13连接有机架14，全向移动装置3的底部支撑板34连接在机架14底部，压力传感器底端固定在底板13上表面，压力传感器顶端连接坐板12。

进一步优选的，图示中的坐板12为圆板，机架14顶端连接底板13的部分为多边形框架结构，这种多边形框架结构的强度较大，能够承载更大的重量。多边形框架结构的外周还接有补偿板15，补偿板15的直径与坐板12的直径相等从而其外部轮廓与坐板12的外部轮廓对齐。补偿板15的作用是将多边形框架结构补偿成与坐板12直径相同的圆形，增强整个机器人的美观性，而且压力传感器、电控单元5也不会进尘、进杂物。需要说明的是，坐板也可以不一定为圆板，只要补偿板与坐板的外部轮廓是对齐的也同样可以达到相同的效果。

实施例中，全向移动装置3、电控单元5、压力传感器均由供电单元4供电，该供电单元4安装在机架14内部，其包括锂电池或者其他的一些电池组件以及对应的线路。当期采用锂电池供电时，可以保证充电时间短、供电能力足，另外，机器人还可以配备为锂电池、电池组件充电的接口。

进一步优选的，参考图4，所述的全向轮31包括一转盘311，转盘311的外周设有滚轮，各滚轮在转盘311的外周包络成一个圆，各滚轮能够自转且其自转方向与转盘的旋转方向垂直。

具体滚轮可以通过以下方式实现：

滚轮包括沿转盘311的旋转方向交错布置的大滚轮312和小滚轮313，大滚轮312、小滚轮313的自转方向均与转盘311的旋转方向垂直，各小滚轮313与大滚轮312在转盘311的外周包络成一个圆。参考图4和图5，其中一个转盘可以带动底部支撑板沿v_1t方向平移，而大滚轮312和小滚轮313能使得底部支撑板沿v_1r方向平移，从而实现两个方向的平移，之后结合其他两个转盘的v_2t、v_2r、v_3t、v_3r方向的运动，实现底部支撑板以及整个机器人的全向平移或旋转运动。

以上通过三个全向轮组合的方式，三点可时刻接地，保证运动的连续性和平稳性；相较于目前常用的麦克拉姆轮，这种全向轮接地点好，运动平稳性好，同等载重范围体积和重量更小。

以上所述只是本实用新型优选的实施方式，其并不构成对本实用新型保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种全向移动座椅机器人，其特征在于，包括：

坐板组件(1)，用于支撑人体；

布置在坐板组件(1)上的压力传感器，以感应人体的重心偏移；

全向移动装置(3)，驱动坐板组件(1)沿人体重心偏移的方向平移或旋转；

电控单元(5)，与全向移动装置(3)和压力传感器电性相连。

2.根据权利要求1所述的全向移动座椅机器人，其特征在于：所述压力传感器包括3个以上的一轴传感器(2)或者至少一个多轴传感器，至少一个一轴传感器在水平方向上与其他一轴传感器不共线，所述全向移动装置包括3个以上的全向轮(31)，各全向轮(31)在水平方向上呈多边形布置，所述全向轮(31)配有驱动部件。

3.根据权利要求2所述的全向移动座椅机器人，其特征在于：全向移动装置(3)包括3个全向轮(31)，各全向轮(31)在水平方向上呈三角形布置。

4.根据权利要求3所述的全向移动座椅机器人，其特征在于：每个全向轮均配有驱动部件，所述驱动部件也呈三角形布置。

5.根据权利要求2或3或4所述的全向移动座椅机器人，其特征在于：每个所述驱动部件包括电机(32)以及传动部件，电机(32)连接传动部件，所述传动部件连接对应的全向轮(31)。

6.根据权利要求5所述的全向移动座椅机器人，其特征在于：所述传动部件包括连接在电机(32)输出端的减速机(33)、连接减速机(33)输出端的传动单元，所述全向轮(31)连接在传动单元的输出端。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的全向移动座椅机器人，其特征在于：所述坐板组件(1)包括由顶部向底部依次布置的泡沫垫(11)、坐板(12)和底板(13)，所述坐板(12)连接在泡沫垫(11)底端面上，所述底板(13)连接有机架(14)，所述全向移动装置(3)连接在机架(14)底部，所述压力传感器底端固定在底板(13)上表面，压力传感器顶端连接所述坐板(12)。

8.根据权利要求7所述的全向移动座椅机器人，其特征在于：所述机架(14)顶端连接底板(13)的部分为多边形框架结构，多边形框架结构的外周接有补偿板(15)，补偿板(15)与坐板(12)的外部轮廓对齐。

9.根据权利要求2或3或4所述的全向移动座椅机器人，其特征在于：每一所述全向轮(31)包括一转盘(311)，所述转盘(311)的外周设有滚轮，各所述滚轮在转盘(311)的外周包络成一个圆，各滚轮能够自转且其自转方向与转盘(311)的旋转方向垂直。

10.根据权利要求1或2或3或4所述的全向移动座椅机器人，其特征在于：所述全向移动装置(3)、电控单元(5)、压力传感器均由供电单元(4)供电。