家用服務機器人的障礙物碰撞檢測系統及其檢測方法
2023-10-23 20:00:02 1
專利名稱：家用服務機器人的障礙物碰撞檢測系統及其檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種家用服務機器人的障礙物碰撞檢測裝置，特別是公開一種家用服務機器人的障礙物碰撞檢測系統及其檢測方法，避免或是預防家用服務機器人發生碰撞的綜合障礙物碰撞檢測系統，屬於機器人技術領域。
背景技術：
目前常用機器人碰撞檢測裝置採用的是在機器人的前方或一周裝一個碰撞環，在碰撞環上的幾個位置安裝有微動開關。當機器人碰到障礙物時，微動開關閉合，不同位置的微動開關閉合狀態對應了機器人在不同的位置遭遇了碰撞。例如專利「US 7，571，511 B2」 中的機器人在其前部安裝了一個碰撞環。這種公知的碰撞檢測裝置一般裝在機器人的底盤位置，只能檢測到機器人下部的碰撞，對於圓盤式的機器人來說是適宜的。如果機器人做得比較高，其中部和上部的碰撞就無法檢測。對於除了底盤上面還有其他部件的機器人，常用的技術在一些位置裝紅外傳感器，可以在離障礙物有一定距離時測到障礙物，預先避讓。但需要安裝許多的紅外傳感器， 而且不可能在所有的位置都能測到障礙物。
發明內容
本發明的目的是針對當前機器人碰撞檢測的技術局限，設計一種只需要安裝在一個位置，就能夠測量到來自不同高度、不同方位的碰撞的障礙物碰撞檢測系統，及時採取措施，保障機器人自身的安全。本發明是這樣實現的一種家用服務機器人的障礙物碰撞檢測系統及其檢測方法，其特徵在於所述的障礙物碰撞檢測系統包括支架、彈力機構、配重模塊和檢測模塊； 所述的支架包括1個上蓋，若干個立柱和1個下蓋，支架是其他部件的安裝支撐，支架上設有安裝孔，可以安裝在機器人上，所述彈力機構安裝於所述支架的上蓋中心底側，所述配重模塊安裝在所述彈力機構的下方，並與彈力機構相連，所述檢測模塊安裝於所述支架的內部，包括1個紅外發射管、若干個紅外接收管和1個控制電路板。所述紅外接收管呈陣列對稱分布安裝於控制電路板上，所述控制電路板設於支架下蓋的上表面，所述紅外發射管與支架上蓋中心底側的彈力機構下端相連，當障礙物碰撞檢測系統受到衝擊時，紅外發射管會在彈力機構作用下偏移。將所述的障礙物碰撞檢測系統垂直安裝於機器人的頂部，其上的紅外發射管和紅外接收管具有固定的發射和接收角度，當機器人平穩運行時，紅外發射管處於正中位置，靠近中央的一部分紅外接收管能夠接收到信號。當機器人在行進中碰到障礙物時，當機器人在行進中碰到障礙物時，障礙物碰撞檢測系統會受到衝擊，由於慣性力的作用，在彈力機構作用下，彈力機構、配重模塊以及紅外發射管會有一個與碰撞方向相反的偏移。紅外發射管發射的光線的錐面與紅外發射管所在的平面形成一個偏角，能夠接收到信號的接收管的位置發生改變，其強弱也發生改變。根據能夠接收到信號的發射管所在的不同位置以及接收到的信號強弱，就能夠判斷機器人受到碰撞的方位及強度。將此方位反饋到運動控制系統，即能夠對機器人採取停止運動等措施，以保護機器人的自身安全及其他物體的安全。本發明的有益效果是只需要將一個障礙物碰撞檢測系統安裝在機器人上，就能夠測量來自不同高度、不同方位的碰撞的障礙物碰撞檢測系統，在機器人碰到障礙物時及時採取一定的措施，保障機器 人自身的安全。本發明可以廣泛應用於家庭用服務機器人上， 使機器人在複雜的家庭環境中安全行走。
圖1是本發明系統結構仰視示意圖。圖2是本發明系統結構正視示意圖。圖3是本發明檢測裝置接收部分俯視圖。圖4是本發明障礙物碰撞檢測系統剖面圖。圖5是圖4的I處局部放大圖。圖6是機器人平穩運行時紅外發射管工作位置示意圖。圖7是機器人碰到障礙物時紅外發射管工作位置示意圖。圖中1、支架；2、彈力機構；3、配重模塊；11、上蓋；12、立柱；13、下蓋； 41、紅外發射管；42、紅外接收管；43、控制電路板。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。根據附圖1和附圖2，本發明家用服務機器人的障礙物碰撞檢測系統主要由支架 1，彈力機構2、配重模塊3、檢測模塊組成。支架1包括1個上蓋11，若干個立柱12和1個下蓋13，支架1是其他部件的安裝支撐，支架1上設有安裝孔，可以安裝在機器人上。彈力機構2安裝於支架1的上蓋11上。配重模塊3安裝在所述彈力機構的下方。檢測模塊安裝於支架1內部。根據附圖2和3，檢測模塊包括紅外發射管41，紅外接收管42以及控制電路板43。 紅外發射管41安裝於配重模塊3的下方，位於上蓋11的中間位置，垂直向下安裝。紅外接收管42有若干個，分布成一個陣列，安裝於控制電路板43上。本實施例中安裝了兩圈共8 個紅外接收管。控制電路板43安裝於下蓋13上。根據附圖4和5，配重模塊3安裝在彈力機構2的外部，與彈力機構相連接。紅外發射管41的底部卡在配重模塊3下部，固定於配重模塊3上。彈力機構2主要由彈簧等構件組成，起到力平衡緩衝的作用。根據附圖6，當機器人平穩運行時，紅外發射管41處於正中位置，第一圈的4個紅外接收管42能夠接收到的信號且信號強度接近，第二圈的4個紅外接收管42接收不到信號。根據附圖7，當機器人在行進中碰到障礙物時，障礙物碰撞檢測系統會受到衝擊， 由於慣性力的作用，在彈力機構2作用下，彈力機構2、配重模塊3以及紅外發射管41會有一個與碰撞方向相反的偏移。紅外發射管41不再位於正中間，其發射的光線的錐面也隨之與紅外發射管42所在的平面形成一個偏角，能夠接收到信號的接收管的位置發生改變，其強弱也發生改變。根據能夠接收到信號的發射管所在的不同位置以及接收到的信號強弱， 就能夠判斷機器人受到碰撞的方位及強度。將此信息反饋到運動控制系統，即能夠對機器人採取停止運動等措施，以保護機器人的自身安全及其他物體的安全。只 需要將本實施例中的一個障礙物碰撞檢測系統安裝在機器人上，就能夠測量到來自不同高度、不同方位的碰撞，使機器人在複雜的環境中安全行走。本實施例僅是用於詳細說明本發明的實施技術方案而非限制，本發明的保護以本發明權利要求所述為準。本領域的技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，但不脫離本發明的宗旨和範圍的，均應涵蓋在本發明的權利要求保護範圍之內。
權利要求
1.一種家用服務機器人的障礙物碰撞檢測系統，其特徵在於所述的障礙物碰撞檢測系統包括支架、彈力機構、配重模塊和檢測模塊；所述的支架包括1個上蓋，若干個立柱和 1個下蓋，支架是其他部件的安裝支撐，支架上設有安裝孔，可以安裝在機器人上，所述彈力機構安裝於所述支架的上蓋中心底側，所述配重模塊安裝在所述彈力機構的下方，並與彈力機構相連，所述檢測模塊安裝於所述支架的內部，包括1個紅外發射管、若干個紅外接收管和1個控制電路板。
2.根據權利要求1所述的家用服務機器人的障礙物碰撞檢測系統，其特徵在於所述紅外接收管呈陣列對稱分布安裝於控制電路板上，所述控制電路板設於支架下蓋的上表面，所述紅外發射管與支架上蓋中心底側的彈力機構下端相連，當障礙物碰撞檢測系統受到衝擊時，紅外發射管會在彈力機構作用下偏移。
3.—種權利要求1或2所述家用服務機器人的障礙物碰撞檢測系統的檢測方法，其特徵在於當機器人在行進中碰到障礙物時，障礙物碰撞檢測系統受到衝擊時，由於慣性力的作用，在彈力機構作用下，彈力機構、配重模塊以及紅外發射管會有一個與碰撞方向相反的偏移，紅外發射管發射的光線的錐面與紅外發射管所在的平面形成一個偏角，能夠接收到信號的接收管的位置發生改變，其強弱也發生改變；根據能夠接收到信號的接收管所在的不同位置以及接收到的信號強弱，就能夠判斷機器人受到碰撞的方位及強度；將此方位反饋到運動控制系統，即能夠對機器人採取停止運動措施，以保護機器人的自身安全及其他物體的安全。
4.根據權利要求3所述家用服務機器人的障礙物碰撞檢測系統的檢測方法，其特徵在於測量來自不同高度、不同方位的碰撞，只需將一個障礙物碰撞檢測系統安裝在機器人上，使機器人在複雜的環境中安全行走。
全文摘要
本發明為一種家用服務機器人的障礙物碰撞檢測系統及其檢測方法，其特徵在於所述的障礙物碰撞檢測系統包括支架、彈力機構、配重模塊和檢測模塊。當機器人在行進中碰到障礙物時，在彈力機構作用下，紅外發射管發射的光線的錐面與紅外發射管所在的平面形成一個偏角，能夠接收到信號的接收管的位置發生改變，其強弱也發生改變；根據能夠接收到信號的接收管所在的不同位置以及接收到的信號強弱，就能夠判斷機器人受到碰撞的方位及強度；將此方位反饋到運動控制系統，對機器人採取停止運動措施，只需將一個障礙物碰撞檢測系統安裝在機器人上，就能夠測量來自不同高度、不同方位的碰撞，保障機器人自身的安全及其他物體的安全。
文檔編號G01V8/20GK102360086SQ201110297670
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者盧秋紅, 盧飛宏, 張國偉, 於衛龍 申請人:上海合時智能科技有限公司