CN208255420U - 机器人的障碍探测及防跌装置和机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种机器人的障碍探测装置及机器人，该机器人包括：头部、躯干、左右双脚和尾巴，头部安装在躯干的顶部，左右双脚和尾巴沿水平周向安装在躯干的底部，且尾巴对应躯干后端的顶部设置，该障碍探测及防跌装置包括：障碍探测及防跌模组、与该障碍探测模组相连接的第一红外测障传感器、第二红外测障传感器、第三红外测障传感器、第四红外测障传感器和第五红外测障传感器，与该防跌模组相连接的红外防跌传感器模组；本实用新型通过采用多个红外测障传感器及多个防跌传感器的不同位置的安装和不同角度的探测，实现探测方向的全方位覆盖，避免探测盲区的出现，大大增强避障及防跌效果。

Description

机器人的障碍探测及防跌装置和机器人

技术领域

本实用新型涉及学习教育技术领域，特别涉及一种机器人的障碍探测及防跌装置以及一种机器人。

背景技术

红外传感器近距离的障碍物检测及防跌等功能被大量地应用在各种机器人中，以实现机器人的自动避障防跌处理。而红外传感器在机器人上的安装位置及设置数量在一定程度上决定了机器人能否进行全方位的避障及防跌；目前的机器人由于对红外传感器的安装位置及设置数量的考虑程度不够全面，导致无法避免探测盲区的出现。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种机器人的障碍探测及防跌装置，能够全方位进行避障及防跌探测，避免探测盲区出现，增强避障以及防跌效果。

本实用新型的第二个目的在于提出一种机器人。

为达到上述目的，本实用新型第一方面提出了一种机器人的障碍探测及防跌装置，所述机器人包括头部、躯干、左右双脚和尾巴，所述头部安装在所述躯干的顶部，所述左右双脚和所述尾巴沿水平周向安装在所述躯干的底部，且所述尾巴对应所述躯干后端的顶部设置，所述障碍探测装置包括：第一红外测障传感器和第二红外测障传感器，所述第一红外测障传感器设置在左脚的前端，所述第二红外测障传感器设置在右脚的前端，且所述第一红外测障传感器和所述第二红外测障传感器的探测方向沿水平方向向外；第三红外测障传感器，所述第三红外测障传感器对应所述躯干前端的上部设置，所述第三红外测障传感器的探测方向沿斜上方向向外；第四红外测障传感器，所述第四红外测障传感器设置在所述尾巴的前端，所述第四红外测障传感器的探测方向沿水平方向向外；第五红外测障传感器，所述第五红外测障传感器对应所述尾巴的上部设置，所述第五红外测障传感器的探测方向沿斜上方向向外；红外防跌传感器模组，所述红外防跌传感器模组对应所述机器人的下部设置，所述红外防跌传感器模组的探测方向沿垂直方向线下；障碍探测及防跌模组，所述障碍探测及防跌模组分别与所述第一红外测障传感器、所述第二红外测障传感器、所述第三红外测障传感器、所述第四红外测障传感器、所述第五红外测障传感器和所述红外防跌传感器模组相连，所述障碍探测及防跌模组根据所述第一红外测障传感器至所述第五红外测障传感器中的至少一个红外测障传感器的探测信号判断所述机器人当前是否遇到障碍物，并根据所述红外防跌传感器模组的探测信号判断所述机器人当前是否处于悬崖边沿。

根据本实用新型提出的机器人的障碍探测及防跌装置，通过在机器人左脚的前端设置第一红外测障传感器，右脚的前端设置第二红外测障传感器，且探测方向均沿水平方向向外，实现对机器人前方障碍物的探测；躯干前端的上部设置第三红外测障传感器，其探测方向沿斜上方向向外，实现对机器人头部前面的障碍物探测；尾巴的前端设置第四红外测障传感器，其探测方向沿水平方向向外，实现对机器人后方障碍物的探测；尾巴的上部设置第五红外测障传感器，其探测方向沿斜上方向向外，实现对机器人头部后面的障碍物探测；机器人下部设置红外防跌传感器模组，其探测方向沿垂直方向向下，实现机器人的防跌探测。由此可知，本实用新型采用多个红外测障传感器及多个防跌传感器的不同位置的安装和不同角度的探测，实现探测方向的全方位覆盖，避免探测盲区的出现，大大增强避障以及防跌效果。

另外，根据本实用新型提出的障碍探测及防跌装置还可以具有如下附加的技术特征：

可选地，所述红外防跌传感器模组包括第一红外防跌传感器、第二红外防跌传感器和第三红外防跌传感器，所述第一红外防跌传感器设置在所述左脚的下部，所述第二红外防跌传感器设置在所述右脚的下部，所述第一红外防跌传感器设置在所述尾巴的下部。

可选地，所述第三红外测障传感器的探测方向与水平方向呈第一预设角度，所述第五红外测障传感器的探测方向与水平方向呈第二预设角度，其中，所述第一预设角度和所述第二预设角度均大于45°且小于90°。

可选地，所述第一预设角度与所述第二预设角度相等。

可选地，所述第一预设角度为70°-80°，所述第二预设角度为60°-80°。

可选地，所述第一红外测障传感器至所述第五红外测障传感器与所述第一红外防跌传感器至所述第三红外防跌传感器中的每个红外传感器均包括红外发射组件和红外接收组件。

可选地，所述机器人为教育机器人。

为达到上述目的，本实用新型第二方面还提出了一种机器人，其包括根据本实用新型第一方面提出的机器人的障碍探测及防跌装置。

附图说明

图1为根据本实用新型一个实施例的机器人的正视图；

图2为根据本实用新型一个实施例的机器人的侧视图；

图3为根据本实用新型一个实施例的机器人的后视图；

图4为根据本实用新型一个实施例的机器人的仰视图；

图5为根据本实用新型一个实施例的障碍探测装置的原理框图；

图6为根据本实用新型一个实施例的防跌装置的原理框图；

图7为根据本实用新型一个实施例的机器人的原理框图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型实施例的机器人的障碍探测及防跌装置，通过在机器人左脚的前端设置第一红外测障传感器，右脚的前端设置第二红外测障传感器，且探测方向均沿水平方向向外，实现对机器人前方障碍物的探测；躯干前端的上部设置第三红外测障传感器，其探测方向沿斜上方向向外，实现对机器人头部前面的障碍物探测；尾巴的前端设置第四红外测障传感器，其探测方向沿水平方向向外，实现对机器人后方障碍物的探测；尾巴的上部设置第五红外测障传感器，其探测方向沿斜上方向向外，实现对机器人头部后面的障碍物探测；机器人下部设置红外防跌传感器模组，其探测方向沿垂直方向向下，实现机器人全方位的高度探测，从而达到防跌的目的。由此可知，本实用新型采用多个红外测障传感器及多个防跌传感器的不同位置的安装和不同角度的探测，实现探测方向的全方位覆盖，避免探测盲区的出现，大大增强避障以及防跌效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图1至图4所示，本实用新型一个实施例提出的机器人包括头部1、躯干2、左脚3、右腿4和尾巴5，其中，头部1安装在躯干2的顶部，左右双脚3、4和尾巴5沿水平周向安装在躯干2的底部，且尾巴5对应躯干2后端的顶部设置。

并且，结合图1至图6所示，该机器人的障碍探测及防跌装置包括：第一红外测障传感器6、第二红外测障传感器7、第三红外测障传感器8、第四红外测障传感器9、第五红外测障传感器10、红外防跌传感器模组以及障碍探测及防跌模组。其中，该红外防跌传感器模组包括第一红外防跌传感器14、第二红外防跌传感器15和第三红外防跌传感器16。

如图1所示，第一红外测障传感器6设置在左脚3的前端，第二红外测障传感器7设置在右脚4的前端，且第一红外测障传感器6和第二红外测障传感器7的探测方向沿水平方向向外（如图2所示）。如图1所示，第三红外测障传感器8对应躯干2前端的上部设置，第三红外测障传感器8的探测方向沿斜上方向向外（如图2所示）。如图3所示，第四红外测障传感器9设置在尾巴5的前端，第四红外测障传感器9的探测方向沿水平方向向外（如图2所示）；第五红外测障传感器10对应尾巴5的上部设置，第五红外测障传感器10的探测方向沿斜上方向向外（如图2所示）；如图4所示，第一红外防跌传感器14设置在左腿3的下部，第二红外防跌传感器15设置在右脚的下部，第三红外防跌传感器16设置在尾巴的下部，且第一红外防跌传感器14、第二红外防跌传感器15以及第三红外防跌传感器16的探测方向沿垂直方向向下。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，第三红外测障传感器8的探测方向与水平方向呈第一预设角度θ，第五红外测障传感器10的探测方向与水平方向呈第二预设角度∂，其中，第一预设角度θ为70°-80°，第二预设角度∂为60°-80°。

根据本实用新型的另一个实施例，第一预设角度与第二预设角度可以相等，例如均为75°。

作为一个实施例，本实用新型的机器人的左右双脚3、4下方均设有用于行走的轮子12。

作为一个实施例，本实用新型的机器人的头部1设有用于显示机器人工作参数的液晶显示屏13。

图5为根据本实用新型一个实施例的障碍探测装置的原理框图。

如图5所示，本实用新型的障碍探测模组11分别与第一红外测障传感器6、第二红外测障传感器7、第三红外测障传感器8、第四红外测障传感器9和第五红外测障传感器10相连，每一个红外测障传感器均包括有红外发射组件101和红外接收组件102。

第一红外测障传感器6和第二红外测障传感器7通过红外发射组件101向外辐射红外信号，当机器人正前方向遇到障碍物的时候，原先向外辐射的红外信号产生反射，并通过红外接收组件102进行接收，障碍探测模组11根据红外接收组件102接收到的探测信号是否大于一预设阈值，从而判断机器人前方当前是否遇到障碍物。

第三红外测障传感器8通过红外发射组件101向外辐射红外信号，当机器人前方斜向上方向遇到障碍物的时候，原先向外辐射的红外信号产生反射，并通过红外接收组件102进行接收，障碍探测模组11根据红外接收组件102接收到的探测信号是否大于一预设阈值，从而判断机器人头部前方当前是否遇到障碍物。

第四红外测障传感器9通过红外发射组件101向外辐射红外信号，当机器人正后方向遇到障碍物的时候，原先向外辐射的红外信号产生反射，并通过红外接收组件102进行接收，障碍探测模组11根据红外接收组件102接收到的探测信号是否大于一预设阈值，从而判断机器人后方当前是否遇到障碍物。

第五红外测障传感器10通过红外发射组件101向外辐射红外信号，当机器人后方斜向上方向遇到障碍物的时候，原先向外辐射的红外信号产生反射，并通过红外接收组件102进行接收，障碍探测模组11根据红外接收组件102接收到的探测信号是否大于一预设阈值，从而判断机器人头部后方当前是否遇到障碍物。

其中，本实施例中，可通过调节预设阈值的大小，来确定检测到障碍物的准确率。

作为一个实施例，在红外探测传感器发射红外信号到接收反射的红外信号后，还需要对接收到的红外信号进行信号放大处理，然后再进行ADC采样，最后进行阈值判断，判断是否探测到障碍物。

图6为根据本实用新型一个实施例的障碍探测装置的原理框图。

如图6所示，本实用新型的防跌模组17分别与第一红外防跌传感器14、第二红外防跌传感器15以及第三红外防跌传感器16相连，每一个红外防跌传感器均包括有红外发射组件101和红外接收组件102。

第一红外防跌传感器14、第二红外防跌传感器15以及第三红外防跌传感器16均通过红外发射组件101向下辐射红外信号，机器人行走时，通过红外发射组件101进行探测，并将该探测到的信号返回给红外接收组件102，防跌模组17根据红外接收组件102接收到的探测信号是否大于一预设阈值，从而判断机器人是否处于悬崖边，如果判断机器人处于悬崖边则令该机器人停止运动。

根据本实用新型实施例的机器人的障碍探测及防跌装置，通过在机器人左脚的前端设置第一红外测障传感器，右脚的前端设置第二红外测障传感器，且探测方向均沿水平方向向外，实现对机器人前方障碍物的探测；躯干前端的上部设置第三红外测障传感器，其探测方向沿斜上方向向外，实现对机器人头部前面的障碍物探测；尾巴的前端设置第四红外测障传感器，其探测方向沿水平方向向外，实现对机器人后方障碍物的探测；尾巴的上部设置第五红外测障传感器，其探测方向沿斜上方向向外，实现对机器人头部后面的障碍物探测，机器人下部设置红外防跌传感器模组，其探测方向沿垂直方向向下，实现机器人全方位的高度探测。由此可知，本实用新型采用多个红外测障传感器及多个防跌传感器的不同位置的安装和不同角度的探测，实现探测方向的全方位覆盖，避免探测盲区的出现，大大增强避障以及防跌效果。

图7为根据本实用新型一个实施例的机器人的原理框图。

如图7所示，本实用新型实施例的机器人包括障碍探测及防跌装置100、控制电路200以及运动装置300。

作为一个实施例，该障碍探测及防跌装置100用于提供表示检测到障碍物或探测到高度变化的信号至控制电路200，控制电路200根据该信号控制运动装置300运动或停止。

作为一个实施例，控制电路200包括机器人的主控芯片。

作为一个实施例，运动装置可以包括运动控制器、驱动器、电机、以及运动执行机构，其中，运动控制器用于输出控制指令给驱动器，驱动器输出PWM波等驱动信号给电机控制电机转动，电机通过转动带动运动执行机构动作，进而实现对机器人的运动控制；其中，运动控制器也可以集成在主控芯片中。

作为一个实施例，本实用新型的机器人可以为教育机器人。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种机器人的障碍探测及防跌装置，其特征在于，所述机器人包括头部、躯干、左右双脚和尾巴，所述头部安装在所述躯干的顶部，所述左右双脚和所述尾巴沿水平周向安装在所述躯干的底部，且所述尾巴对应所述躯干后端的顶部设置，所述障碍探测装置包括：

第一红外测障传感器和第二红外测障传感器，所述第一红外测障传感器设置在左脚的前端，所述第二红外测障传感器设置在右脚的前端，且所述第一红外测障传感器和所述第二红外测障传感器的探测方向沿水平方向向外；

第三红外测障传感器，所述第三红外测障传感器对应所述躯干前端的上部设置，所述第三红外测障传感器的探测方向沿斜上方向向外；

第四红外测障传感器，所述第四红外测障传感器设置在所述尾巴的前端，所述第四红外测障传感器的探测方向沿水平方向向外；

第五红外测障传感器，所述第五红外测障传感器对应所述尾巴的上部设置，所述第五红外测障传感器的探测方向沿斜上方向向外；

红外防跌传感器模组，所述红外防跌传感器模组对应所述机器人的下部设置，所述红外防跌传感器模组的探测方向沿垂直方向线下；

障碍探测及防跌模组，所述障碍探测及防跌模组分别与所述第一红外测障传感器、所述第二红外测障传感器、所述第三红外测障传感器、所述第四红外测障传感器、所述第五红外测障传感器和所述红外防跌传感器模组相连，所述障碍探测及防跌模组根据所述第一红外测障传感器至所述第五红外测障传感器中的至少一个红外测障传感器的探测信号判断所述机器人当前是否遇到障碍物，并根据所述红外防跌传感器模组的探测信号判断所述机器人当前是否处于悬崖边沿。

2.如权利要求1所述的机器人的障碍探测及防跌装置，其特征在于，所述红外防跌传感器模组包括第一红外防跌传感器、第二红外防跌传感器和第三红外防跌传感器，所述第一红外防跌传感器设置在所述左脚的下部，所述第二红外防跌传感器设置在所述右脚的下部，所述第一红外防跌传感器设置在所述尾巴的下部。

3.如权利要求1所述的机器人的障碍探测及防跌装置，其特征在于，所述第三红外测障传感器的探测方向与水平方向呈第一预设角度，所述第五红外测障传感器的探测方向与水平方向呈第二预设角度，其中，所述第一预设角度和所述第二预设角度均大于45°且小于90°。

4.如权利要求3所述的机器人的障碍探测及防跌装置，其特征在于，所述第一预设角度与所述第二预设角度相等。

5.如权利要求3所述的机器人的障碍探测及防跌装置，其特征在于，所述第一预设角度为70°-80°，所述第二预设角度为60°-80°。

6.如权利要求2所述的机器人的障碍探测及防跌装置，其特征在于，所述第一红外测障传感器至所述第五红外测障传感器与所述第一红外防跌传感器至所述第三红外防跌传感器中的每个红外传感器均包括红外发射组件和红外接收组件。

7.如权利要求1-6中任一项所述的机器人的障碍探测及防跌装置，其特征在于，所述机器人为教育机器人。

8.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的机器人的障碍探测及防跌装置。