CN210155551U - 移动机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种移动机器人，其包括主控制器、安全控制器、伺服系统、导航系统、避障系统、供电系统、一字激光器和舵机；主控制器与安全控制器和供电系统连接；主控制器与伺服系统连接，伺服系统用于实现移动机器人的移动；主控制器控制导航系统对移动路径进行规划；避障系统与主控制器通讯，实现移动机器人的避障；舵机与主控制器连接；主控制器控制舵机上舵盘的转动；舵盘带动一字激光器转动，一字激光器用于标记避障区域。本实用新型能够警示人们主动地去避让移动机器人，避免进入避障区域。

Description

移动机器人

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种移动机器人。

背景技术

随着工业自动化的不断发展以及市场环境的不断改变，企业对于机器人智能化解决方案提出了更高的要求，固定式的机器人解决方案已逐渐难于满足应用需求。智能制造需要更新型的、模块化的、丰富多样的，尤其是移动式的解决方案。移动机器人由于具有智能化、自主性和高灵活度的特点，为实现全新的智能生产开辟了道路。同时其通过与企业MES/MCS系统的融合，能够最大程度地减少设备空闲时间、工人数量及产品质量的人为因素等，从而提高生产效率和产品质量、降低企业成本。

目前大部分移动机器人都是通过传感器来感知障碍物或人的存在，当障碍物或人进入移动机器人的避障区域时，移动机器人会减速或停止移动。本实用新型的发明人在研发过程中发现，现有的移动机器人并不能让人直观感知到自己是否已进入移动机器人的避障区域内，也就无法警示人们主动地去避让移动机器人；另外，现有的移动机器人都采用电磁抱闸制动，而电磁抱闸制动存在抱闸体积较大、制动器磨损严重、快速制动时会产生振动以及维护麻烦等问题。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本实用新型提供了一种能够标记出避障区域的移动机器人。

根据本实用新型实施例，本实用新型提供了一种移动机器人，其包括包括主控制器、安全控制器、伺服系统、导航系统、避障系统、供电系统、一字激光器和舵机；

所述主控制器与安全控制器和供电系统连接；所述主控制器与伺服系统连接，所述伺服系统用于实现移动机器人的移动；所述主控制器控制所述导航系统对移动路径进行规划；所述避障系统与主控制器通讯，实现移动机器人的避障；

所述舵机与所述主控制器连接；所述主控制器控制所述舵机上舵盘的转动；所述舵盘带动所述一字激光器转动，所述一字激光器用于标记避障区域。

上述移动机器人中，所述伺服系统包括伺服驱动器、伺服电机、减速机和编码器，所述伺服驱动器与主控制器连接，所述伺服驱动器与伺服电机连接，所述伺服电机通过所述减速机与移动轮连接；所述编码器设置在所述伺服电机上，用于实时检测所述移动机器人的速度信息，并发送给所述安全控制器。

上述移动机器人中，所述移动机器人中还设置有交换机，所述安全控制器和导航系统均通过所述交换机与所述主控制器连接。

进一步地，所述导航系统采用安全激光扫描仪，所述安全激光扫描仪通过RS422转Ethernet模块与所述交换机连接。

更进一步地，所述安全激光扫描仪包括至少一个避障区域组，每个所述避障区域组配置有对应的监测案例，每个所述监测案例配置有对应的监测速度范围。

更进一步地，所述避障系统包括安全激光扫描仪上集成的防碰传感器和深度相机；所述防碰传感器用于检测所述安全激光扫描仪中设置的保护区和警告区中是否有障碍物，并将检测到的信息发送给所述安全控制器；所述深度相机用于采集离地10cm以上的物体的图像，并将采集到的图像信息发送给所述主控制器。

进一步地，所述伺服驱动器通过第一接触器的常开触点与供电系统提供的直流电连接；所述伺服驱动器通过第二接触器的两个常闭触点与第一伺服电机连接，通过第二接触器的另外两个常闭触点与第二伺服电机连接。

更进一步地，所述安全控制器控制所述第一接触器的常开触点闭合，所述伺服驱动器得电；同时，所述安全控制器控制所述第二接触器的四个常闭触点打开，以使所述伺服驱动器与伺服电机连接；

所述安全控制器接收到急停信号时，所述第一接触器的常开触点打开，以切断所述伺服驱动器前端的动力电；同时，所述第二接触器的四个常闭触点恢复成常闭状态，所述伺服驱动器与伺服电机断开，所述伺服电机实现短接制动。

上述移动机器人中，所述移动机器人中还设置有急停按钮和外设接口；

所述急停按钮与安全控制器连接，所述急停按钮用于向所述安全控制器输入急停信号；

所述外设接口与主控制器连接，用于连接各种外部设备。

上述移动机器人中，所述供电系统包括非接触充电接受磁芯、非接触充电接受线圈、充电电路和锂电池组；所述非接触充电接受磁芯设置在所述非接触充电接受线圈中，所述非接触充电接受线圈与所述充电电路和锂电池组并联；

所述供电系统与外部充电系统配合使用；

所述充电系统包括非接触充电发射磁芯、非接触充电发射线圈、非接触充电发射电源电路；所述非接触充电发射磁芯设置在所述非接触充电发射线圈中，所述非接触充电发射线圈与所述非接触充电发射电源电路并联。

根据本实用新型的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本实用新型移动机器人通过主控制器、安全控制器、伺服系统、导航系统、避障系统、供电系统、一字激光器和舵机，主控制器根据移动机器人的移动速度控制舵机上舵盘的转动，舵盘带动一字激光器转动，一字激光器在转动的过程中能够标记出避障区域，且该避障区域能够被人眼直观地感知，因此本实用新型移动机器人能够警示人们主动地去避让移动机器人，避免人们进入避障区域。

本实用新型移动机器人通过设置第一接触器和第二接触器，伺服驱动器通过第一接触器与供电系统连接，并通过第二接触器与第一伺服电机和第二伺服电机连接；采用第二接触器能够实现两个伺服电机的断电与短接，通过短接对伺服电机进行制动，能够省去抱闸，在降低成本的同时能够减少因抱闸磨损而产生的维护工作。

本实用新型移动机器人采用非接触式充电，安全性高，且能够适应各种低温凝露、潮湿、易燃易爆等工作环境。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本实用新型的说明书的一部分，其示出了本实用新型的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本实用新型的原理。

图1为本实用新型实施例提供的一种移动机器人的整体结构示意图之一。

图2为本实用新型实施例提供的一种移动机器人的整体结构示意图之二。

图3为本实用新型实施例提供的一种移动机器人中伺服电机短接制动的原理图。

附图标记说明：

1、主控制器；2、安全控制器；

3、伺服系统；31、伺服驱动器；32、伺服电机；33、减速机；34、编码器；

4、导航系统；

5、避障系统；51、深度相机；

6、供电系统；7、一字激光器；8、舵机；9、交换机；10、RS422转Ethernet模块；11、急停按钮；12、外设接口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本实用新型所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本实用新型内容的实施例后，当可由本实用新型内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本实用新型内容的精神与范围。

本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本实用新型，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以细微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的细微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本实用新型的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本实用新型的描述上额外的引导。

如图1所示，本实用新型提供了一种移动机器人，其包括主控制器1、安全控制器2、伺服系统3、导航系统4、避障系统5和供电系统6。

主控制器1与安全控制器2和供电系统6连接，安全控制器2用于接收和输出一些安全信号。具体地，安全信号包括接收到的急停信号以及输出的伺服控制器断电信号。

主控制器1控制伺服系统3动作，伺服系统3用于实现移动机器人的移动。

主控制器1控制导航系统4对移动路径进行规划。避障系统5与主控制器1进行通讯，实现移动机器人的避障。

本实用新型移动机器人还包括一字激光器7和舵机8，舵机8与主控制器1连接。一字激光器7固定设置在舵机8的舵盘上。舵机8固定设置在移动机器人的前后两侧。一字激光器7采用24VDC供电，其通电后会发出一字红色光线。主控制器1根据移动机器人的移动速度控制舵机8上舵盘的转动。一字激光器7能够跟随舵盘转动。一字激光器7用于标记避障区域。

在本实施例中，主控制器可以采用Aopen公司的DE7200产品，安全控制器可以采用SICK公司FlexiSoft系列的安全控制器。

如图2所示，本实用新型移动机器人中还设置有交换机9，安全控制器2通过交换机9与主控制器1连接。

伺服系统3包括伺服驱动器31、伺服电机32、减速机33和编码器34，伺服驱动器31通过CAN与主控制器1连接，伺服驱动器31与伺服电机32连接，伺服电机32通过减速机33与移动轮连接，编码器34设置在伺服电机32上，用于实时检测移动机器人的速度信息。

导航系统4采用SICK公司的安全激光扫描仪，安全激光扫描仪通过交换机9与主控制器1进行通讯。具体地，安全激光扫描仪通过RS422转Ethernet模块10与交换机9连接。

本实用新型移动机器人中还设置有急停按钮11和外设接口12，急停按钮11与安全控制器2连接，通过急停按钮11可以输入急停信号。外设接口12与主控制器1连接，用于连接各种外部设备。

避障系统5包括安全激光扫描仪上集成的防碰传感器和深度相机51。防碰传感器用于检测安全激光扫描仪中设置的保护区和警告区中是否有障碍物，并将检测到的信息发送给安全控制器2。深度相机51用于采集离地10cm以上的物体的图像，并通过USB3.0将采集到的图像信息发送给主控制器1。

SICK安全激光扫描仪具有最多8个避障区域组，每个避障区域组包括两个警告区和一个保护区。通过SICK安全激光扫描仪自带的CDS配置软件可以配置保护区和警告区的形状和大小，保护区和警告区的形状和大小可以根据需要任意设置。

通过CDS配置软件可以为每个避障区域组配置对应的monitoringcase(监测案例)。安全控制器2实时监测编码器34反馈的速度信息，并根据速度信息动态切换安全激光扫描仪中各避障区域组配置的monitoringcase。其中，避障区域组配置的monitoringcase中包括避障区域的直线距离。

例如，可以为4个避障区域组分别配置对应的monitoringcase，每个monitoringcase对应的监测速度范围如表1所示。

表1速度与monitoringcase的对应关系表

monitoringcase	from	to
			1	-1.5m/s	0.2m/s
2	0.21m/s	0.5m/s
			3	0.51m/s	1m/s
4	1.1m/s	2m/s

通过在安全激光扫描仪中设置速度与monitoringcase的对应关系，在移动机器人的移动过程中，安全控制器2可以根据移动机器人不同的移动速度来切换不通过的避障区域组，进而为移动机器人设置更灵活的避障策略。

在主控制器1的控制下，一字激光器7标记避障区域的原理为：

编码器34将移动机器人的移动速度实时反馈给安全控制器2，安全控制器2根据移动机器人的移动速度读取安全激光扫描仪中配置的监测案例中避障区域的直线距离。

安全控制器2将该避障区域的直线距离发送给主控制器1，主控制器1将该避障区域的直线距离换算成舵盘的角位移。主控制器1根据舵盘的角位移通过RS485控制舵机8上舵盘的转动，进而舵盘带动一字激光器7转动，一字激光器7通电后在转动的过程中发出光线，以标记出避障区域。一字激光器7标记出的避障区域能够被人眼直观地感知，从而能够警示人们主动地去避让移动机器人，避免人们进入避障区域。

上述实施例中，如果3所示，伺服驱动器31通过第一接触器KM1的常开触点与供电系统6提供的直流电连接。伺服驱动器31通过第二接触器KM2的两个常闭触点与第一伺服电机32连接，通过第二接触器KM2的另外两个常闭触点与第二伺服电机32连接。

正常上电时，安全控制器2的DO1端口输出高电平，第一接触器KM1的线圈得电，第一接触器KM1的常开触点闭合，伺服驱动器31得电；同时，安全控制器2的DO2端口输出高电平，第二接触器KM2的线圈得电，第二接触器KM2的四个常闭触点打开，伺服驱动器31与伺服电机32的连接就绪，安全控制器2向伺服驱动器31发送指令，通过伺服驱动器31驱动伺服电机32动作。

可以进入工作状态，但安全控制器2接收到安全输入信号(如急停信号)时，DO1瞬间不输出，KM1接触器线圈失电，KM1触点恢复常开状态，切断伺服驱动器31前端的动力电，同时，DO2也不输出，KM2的四个触点也恢复成常闭状态，同时电机的正负极瞬间短接，形成短接制动。采用这种制动方式，可以省去抱闸，在降本的同时减少因抱闸磨损产生的维护工作。

上述实施例中，供电系统6包括非接触充电接受磁芯、非接触充电接受线圈、充电电路和锂电池组。非接触充电接受磁芯设置在非接触充电接受线圈中，非接触充电接受线圈与充电电路和锂电池组并联。

供电系统6与外部充电系统配合使用，充电系统包括非接触充电发射磁芯、非接触充电发射线圈、非接触充电发射电源电路。非接触充电发射磁芯设置在非接触充电发射线圈中，非接触充电发射线圈与非接触充电发射电源电路并联。

本实用新型移动机器人检测到锂电池组的电量低于预设值时，向外部调度系统发送充电请求信号，调度系统根据充电请求信号向移动机器人下发充电任务，同时向充电系统下发充电准备信号。当移动机器人按照充电规划路径进入充电区域，且充电系统感应到移动机器人已进入充电区域后，非接触充电发射线圈将电场能量转换为磁场能量，非接触充电接受线圈将磁场能量转换为电能输出供给锂电池组。锂电池组充电完成后将电池充满信号发送给调度系统，调度系统收到电池充满信号后会重新给移动机器人派发任务，同时，充电系统也会停止输出，处于待机状态。

进一步对，与目前市场上已有的非接触充电设备不同，本实用新型中应用的充电系统中还设置有无线通讯模块，充电系统通过无线通讯模块与调度系统进行通讯。调度系统可以根据移动机器人锂电池组的电量信息控制充电系统定额或定时输出电量。

在多移动机器人均需要充电的场景中，调度系统可以根据每台移动机器人锂电池组电量的多少及工作任务的紧急程度，通过优化计算，控制充电系统的输出，达到最优化的充电方案，最大化提高移动机器人的工作效率。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (9)

1.一种移动机器人，其特征在于，包括主控制器、安全控制器、伺服系统、导航系统、避障系统、供电系统、一字激光器和舵机；

所述主控制器与安全控制器和供电系统连接；所述主控制器与伺服系统连接，所述伺服系统用于实现移动机器人的移动；所述主控制器控制所述导航系统对移动路径进行规划；所述避障系统与主控制器通讯，实现移动机器人的避障；

所述舵机与所述主控制器连接；所述主控制器控制所述舵机上舵盘的转动；所述舵盘带动所述一字激光器转动，所述一字激光器用于标记避障区域。

2.根据权利要求1所述的移动机器人，其特征在于，所述伺服系统包括伺服驱动器、伺服电机、减速机和编码器，所述伺服驱动器与主控制器连接，所述伺服驱动器与伺服电机连接，所述伺服电机通过所述减速机与移动轮连接；所述编码器设置在所述伺服电机上，用于实时检测所述移动机器人的速度信息，并发送给所述安全控制器。

3.根据权利要求1所述的移动机器人，其特征在于，所述移动机器人中还设置有交换机，所述安全控制器和导航系统均通过所述交换机与所述主控制器连接。

4.根据权利要求3所述的移动机器人，其特征在于，所述导航系统采用安全激光扫描仪，所述安全激光扫描仪通过RS422转Ethernet模块与所述交换机连接。

5.根据权利要求4所述的移动机器人，其特征在于，所述避障系统包括安全激光扫描仪上集成的防碰传感器和深度相机；所述防碰传感器用于检测所述安全激光扫描仪中设置的保护区和警告区中是否有障碍物，并将检测到的信息发送给所述安全控制器；所述深度相机用于采集离地10cm以上的物体的图像，并将采集到的图像信息发送给所述主控制器。

6.根据权利要求2所述的移动机器人，其特征在于，所述伺服驱动器通过第一接触器的常开触点与供电系统提供的直流电连接；所述伺服驱动器通过第二接触器的两个常闭触点与第一伺服电机连接，通过第二接触器的另外两个常闭触点与第二伺服电机连接。

7.根据权利要求6所述的移动机器人，其特征在于，所述安全控制器控制所述第一接触器的常开触点闭合，所述伺服驱动器得电；同时，所述安全控制器控制所述第二接触器的四个常闭触点打开，以使所述伺服驱动器与伺服电机连接；

所述安全控制器接收到急停信号时，所述第一接触器的常开触点打开，以切断所述伺服驱动器前端的动力电；同时，所述第二接触器的四个常闭触点恢复成常闭状态，所述伺服驱动器与伺服电机断开，所述伺服电机实现短接制动。

8.根据权利要求1～7任一项所述的移动机器人，其特征在于，所述移动机器人中还设置有急停按钮和外设接口；

所述急停按钮与安全控制器连接，所述急停按钮用于向所述安全控制器输入急停信号；

所述外设接口与主控制器连接，用于连接外部设备。

9.根据权利要求1～7任一项所述的移动机器人，其特征在于，所述供电系统包括非接触充电接受磁芯、非接触充电接受线圈、充电电路和锂电池组；所述非接触充电接受磁芯设置在所述非接触充电接受线圈中，所述非接触充电接受线圈与所述充电电路和锂电池组并联；

所述供电系统与外部充电系统配合使用；

所述充电系统包括非接触充电发射磁芯、非接触充电发射线圈、非接触充电发射电源电路；所述非接触充电发射磁芯设置在所述非接触充电发射线圈中，所述非接触充电发射线圈与所述非接触充电发射电源电路并联。

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