專利名稱：一種全方位移動(dòng)載人智能機(jī)器人及其運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于室內(nèi)代步工具，具體涉及一種移動(dòng)載人機(jī)器人。
背景技術(shù)：
已有的國(guó)內(nèi)200820180111. 5公開的雙輪自平衡機(jī)器人主要是針對(duì)戶 外運(yùn)動(dòng)而設(shè)計(jì)。由于其結(jié)構(gòu)的限定，轉(zhuǎn)彎時(shí)有半徑差無(wú)法實(shí)現(xiàn)在平面內(nèi)延任意方向無(wú)半徑 差運(yùn)動(dòng)，而圖書館工作人員在整理書目或超市理貨員在清理貨物時(shí)往往需要橫向，前斜向， 后斜向等全方向運(yùn)動(dòng)，而針對(duì)此類人群的需要研發(fā)的室內(nèi)代步工具卻存在空白。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明提供一種高效率的室內(nèi)代步工具，通過(guò)由四個(gè)稱重傳感器組成 的生物反饋平臺(tái)作為人的意圖的檢測(cè)手段，經(jīng)過(guò)控制器處理生物反饋信號(hào)后判斷人將要的 行走方向，控制全方位移動(dòng)平臺(tái)按照人的意圖運(yùn)動(dòng)。技術(shù)方案本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)施的一種全方位移動(dòng)載人智能機(jī)器人，其特征在于所述機(jī)器人包括四個(gè)全向輪，全向 輪斜向45°連接到全向輪連接機(jī)構(gòu)外側(cè)，全向輪連接機(jī)構(gòu)內(nèi)側(cè)設(shè)置有伺服電機(jī)，伺服電機(jī) 的位置與全向輪的位置相對(duì)應(yīng)，伺服電機(jī)上的連接軸穿過(guò)位于全向輪連接機(jī)構(gòu)上的第二連 接孔和位于全向輪上的第一連接孔，將全向輪與伺服電機(jī)連接；生物反饋平臺(tái)與全向輪連 接機(jī)構(gòu)連接，生物反饋平臺(tái)由傳感器支撐平臺(tái)、稱重傳感器、載人支撐平臺(tái)組成，其中傳感 器支撐平臺(tái)設(shè)置在全向輪連接機(jī)構(gòu)上表面，傳感器支撐平臺(tái)上與伺服電機(jī)相對(duì)應(yīng)位置安裝 有稱重傳感器，稱重傳感器上設(shè)置有載人支撐平臺(tái)；伺服電機(jī)的控制信號(hào)線和生物檢測(cè)平 臺(tái)的檢測(cè)線與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連接，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)固定在傳感器支撐平臺(tái)下表 面。所述全向輪由小輪和連接機(jī)構(gòu)組成，四個(gè)小輪由連接機(jī)構(gòu)組合成一個(gè)大輪，兩個(gè) 大輪錯(cuò)開45°連接在一起就組成了全向輪。所述微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括車輪速度傳感器、四輪動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊、使用者行走 方向檢測(cè)信號(hào)調(diào)理模塊、控制環(huán)路、反饋環(huán)路、中央控制單元CPU、功率放大器、電源、用于緊 急制動(dòng)的緊急開關(guān)。所述微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)還包括四個(gè)顯示工作狀態(tài)的發(fā)光二極管、聲音提示系 統(tǒng)、人機(jī)交互界面控制屏。所述伺服電機(jī)為永磁直流無(wú)刷減速電機(jī)。所述電源為蓄電池。用于緊急制動(dòng)的緊急制動(dòng)開關(guān)安裝在載人支撐平臺(tái)上表面。一種全方位移動(dòng)載人智能機(jī)器人的運(yùn)行方法，其特征在于四個(gè)全向輪分別獨(dú)立 受控于微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，稱重傳感器可以由力和力矩的關(guān)系計(jì)算出人的重心變化與稱 重傳感器的輸出信號(hào)變化之間的關(guān)系，將此信號(hào)傳輸給微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)后，微型計(jì)算 機(jī)控制系統(tǒng)可以建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算出人的重心變化，從而判斷人的行走意圖，然 后通過(guò)四個(gè)伺服電機(jī)給四個(gè)全向輪發(fā)出行走信號(hào)；在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可 以通過(guò)調(diào)整伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)機(jī)器人的行走速度、行走方向，完成機(jī)器人在平面內(nèi)的全方位運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)還應(yīng)完成以下工作控制四個(gè)顯示工作狀態(tài) 的發(fā)光二極管來(lái)顯示當(dāng)前工作狀態(tài)；控制人機(jī)交互界面控制屏來(lái)接收參數(shù)設(shè)置；控制聲音 提示系統(tǒng)提示使用者當(dāng)前運(yùn)動(dòng)信息；接收緊急制動(dòng)開關(guān)信號(hào)準(zhǔn)備完成制動(dòng)動(dòng)作。優(yōu)點(diǎn)及效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、專門針對(duì)室內(nèi)移動(dòng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)是一種室內(nèi)全方向代步工具； 2、通過(guò)生物反饋平臺(tái)作為檢測(cè)手段智能的判斷人的行走意圖，控制機(jī)器人在平面 內(nèi)任意運(yùn)動(dòng)。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的全向輪結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的連接機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的生物反饋平臺(tái)及微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分解結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)記說(shuō)明1、全向輪連接機(jī)構(gòu)2、全向輪4、微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)5、伺服電機(jī)6、小輪7、連接機(jī) 構(gòu)8、第一連接孔12、第二連接孔13、稱重傳感器14、傳感器支撐平臺(tái)15、載人支撐平臺(tái)17 緊急制動(dòng)開關(guān)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)明全向輪連接機(jī)構(gòu)1為包含八個(gè)側(cè)面的筒狀結(jié)構(gòu)，相鄰兩個(gè)側(cè)面呈45°角連接，不 相鄰的四個(gè)側(cè)面中心位置帶有第二連接孔12，這四個(gè)側(cè)面的外側(cè)分別連接有一個(gè)全向輪 2，內(nèi)側(cè)則連接有伺服電機(jī)5，伺服電機(jī)5選用永磁直流無(wú)刷減速電機(jī)，其位置與全向輪2的 位置相對(duì)應(yīng)，伺服電機(jī)5上的連接軸穿過(guò)第二連接孔12和位于全向輪2上的第一連接孔8， 將全向輪2與伺服電機(jī)5連接；全向輪連接機(jī)構(gòu)1上面安裝有生物反饋平臺(tái)，伺服電機(jī)5的 控制信號(hào)線和生物檢測(cè)平臺(tái)的檢測(cè)線與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4連接。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4包括車輪速度傳感器、四輪動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊、使用者行走方 向檢測(cè)信號(hào)調(diào)理模塊、控制環(huán)路、反饋環(huán)路、中央控制單元CPU、功率放大器、電源、用于緊急 制動(dòng)的緊急制動(dòng)開關(guān)17 ；根據(jù)實(shí)際需要，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4還可以包括四個(gè)顯示工作 狀態(tài)的發(fā)光二極管、聲音提示系統(tǒng)、人機(jī)交互界面控制屏；電源選用蓄電池，通過(guò)電源處理 電路提供3V、5V、12V、24V工作電壓提供給機(jī)器人。所述全向輪由小輪6和連接機(jī)構(gòu)7組成，四個(gè)小輪6由連接機(jī)構(gòu)7組合成一個(gè)大 輪，兩個(gè)大輪錯(cuò)開45°連接在一起就組成了全向輪2，在全向輪2中心有通孔作為第一連接 孔8。生物反饋平臺(tái)由傳感器支撐平臺(tái)14、稱重傳感器13、載人支撐平臺(tái)15組成，其中 傳感器支撐平臺(tái)14呈十字交叉型，設(shè)置在全向輪連接機(jī)構(gòu)1上表面，傳感器支撐平臺(tái)14的 四個(gè)角分別設(shè)置有稱重傳感器13，稱重傳感器13的位置與伺服電機(jī)5的位置相對(duì)應(yīng)，稱重 傳感器13上設(shè)置有平板狀的載人支撐平臺(tái)15。
四個(gè)用于緊急制動(dòng)的緊急制動(dòng)開關(guān)17安裝在載人支撐平臺(tái)15上表面，而微型計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)4安裝在傳感器支撐平臺(tái)14的下表面。全方位移動(dòng)載人智能機(jī)器人的運(yùn)行方法為 四個(gè)全向輪2分別獨(dú)立受控于微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4，稱重傳感器13可以由力和 力矩的關(guān)系計(jì)算出人的重心變化與稱重傳感器13的輸出信號(hào)變化之間的關(guān)系，將此信號(hào) 傳輸給微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4后，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4可以建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算 出人的重心變化，從而判斷人的行走意圖，然后通過(guò)四個(gè)伺服電機(jī)5給四個(gè)全向輪2發(fā)出行 走信號(hào)；在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4可以通過(guò)調(diào)整伺服電機(jī)5的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè) 機(jī)器人的行走速度、行走方向，完成機(jī)器人在平面內(nèi)的全方位運(yùn)動(dòng)。如果包括四個(gè)顯示工作狀態(tài)的發(fā)光二極管、聲音提示系統(tǒng)、人機(jī)交互界面控制屏， 則在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4還應(yīng)完成以下工作控制四個(gè)顯示工作狀態(tài)的發(fā) 光二極管來(lái)顯示當(dāng)前工作狀態(tài)；控制人機(jī)交互界面控制屏來(lái)接收參數(shù)設(shè)置；控制聲音提示 系統(tǒng)提示使用者當(dāng)前運(yùn)動(dòng)信息；接收緊急制動(dòng)開關(guān)17的信號(hào)準(zhǔn)備完成制動(dòng)動(dòng)作。以上所述為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思前提下所做出的變形和 改進(jìn)，也視為屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種全方位移動(dòng)載人智能機(jī)器人，其特征在于所述機(jī)器人包括四個(gè)全向輪(2)，全向輪(2)斜向45°連接到全向輪連接機(jī)構(gòu)(1)外側(cè)，全向輪連接機(jī)構(gòu)(1)內(nèi)側(cè)設(shè)置有伺服電機(jī)(5)，伺服電機(jī)(5)的位置與全向輪(2)的位置相對(duì)應(yīng)，伺服電機(jī)(5)上的連接軸穿過(guò)位于全向輪連接機(jī)構(gòu)(1)上的第二連接孔(12)和位于全向輪(2)上的第一連接孔(8)，將全向輪(2)與伺服電機(jī)(5)連接；生物反饋平臺(tái)與全向輪連接機(jī)構(gòu)(1)連接，生物反饋平臺(tái)由傳感器支撐平臺(tái)(14)、稱重傳感器(13)、載人支撐平臺(tái)(15)組成，其中傳感器支撐平臺(tái)(14)設(shè)置在全向輪連接機(jī)構(gòu)(1)上表面，傳感器支撐平臺(tái)(14)上與伺服電機(jī)(5)相對(duì)應(yīng)位置安裝有稱重傳感器(13)，稱重傳感器(13)上設(shè)置有載人支撐平臺(tái)(15)；伺服電機(jī)(5)的控制信號(hào)線、生物檢測(cè)平臺(tái)的檢測(cè)線與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)連接，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)固定在傳感器支撐平臺(tái)(14)下表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全方位移動(dòng)載人智能機(jī)器人，其特征在于所述全向輪(2) 由小輪(6)和連接機(jī)構(gòu)(7)組成，四個(gè)小輪(6)由連接機(jī)構(gòu)(7)組合成一個(gè)大輪，兩個(gè)大輪 錯(cuò)開45°連接在一起就組成了全向輪(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全方位移動(dòng)載人智能機(jī)器人，其特征在于所述微型計(jì)算 機(jī)控制系統(tǒng)(4)包括車輪速度傳感器、四輪動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊、使用者行走方向檢測(cè)信號(hào)調(diào)理 模塊、控制環(huán)路、反饋環(huán)路、中央控制單元CPU、功率放大器、電源、用于緊急制動(dòng)的緊急開 關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述一種全方位移動(dòng)載人智能機(jī)器人，其特征在于所述微型 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)還包括四個(gè)顯示工作狀態(tài)的發(fā)光二極管、聲音提示系統(tǒng)、人機(jī)交互界 面控制屏。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全方位移動(dòng)載人智能機(jī)器人，其特征在于所述伺服電機(jī) (5)為永磁直流無(wú)刷減速電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種全方位移動(dòng)載人智能機(jī)器人，其特征在于所述電源為蓄 電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種全方位移動(dòng)載人智能機(jī)器人，其特征在于用于緊急制動(dòng) 的緊急制動(dòng)開關(guān)(17)安裝在載人支撐平臺(tái)(15)上表面。
8.—種如權(quán)利要求1所述全方位移動(dòng)載人智能機(jī)器人的運(yùn)行方法，其特征在于四個(gè) 全向輪(2)分別獨(dú)立受控于微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)，稱重傳感器(13)可以由力和力矩的 關(guān)系計(jì)算出人的重心變化與稱重傳感器(13)的輸出信號(hào)變化之間的關(guān)系，將此信號(hào)傳輸 給微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)后，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)可以建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算 出人的重心變化，從而判斷人的行走意圖，然后通過(guò)四個(gè)伺服電機(jī)(5)給四個(gè)全向輪(2)發(fā) 出行走信號(hào)；在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)可以通過(guò)調(diào)整伺服電機(jī)(5)的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái) 調(diào)節(jié)整個(gè)機(jī)器人的行走速度、行走方向，完成機(jī)器人在平面內(nèi)的全方位運(yùn)動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種全方位移動(dòng)載人智能機(jī)器人的運(yùn)行方法，其特征在于在 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)還應(yīng)完成以下工作控制四個(gè)顯示工作狀態(tài)的發(fā)光 二極管來(lái)顯示當(dāng)前工作狀態(tài)；控制人機(jī)交互界面控制屏來(lái)接收參數(shù)設(shè)置；控制聲音提示系 統(tǒng)提示使用者當(dāng)前運(yùn)動(dòng)信息；接收緊急制動(dòng)開關(guān)(17)的信號(hào)準(zhǔn)備完成制動(dòng)動(dòng)作。
全文摘要
一種全方位移動(dòng)載人智能機(jī)器人及其運(yùn)行方法，所述機(jī)器人包括斜向45°連接到全向輪連接機(jī)構(gòu)外側(cè)的全向輪，全向輪連接機(jī)構(gòu)內(nèi)側(cè)相應(yīng)位置有伺服電機(jī)，伺服電機(jī)與全向輪通過(guò)連接軸連接；生物反饋平臺(tái)安裝在全向輪連接機(jī)構(gòu)上表面；伺服電機(jī)的控制信號(hào)線和生物檢測(cè)平臺(tái)的檢測(cè)線與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連接。其運(yùn)行方法為由微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)判斷人的行走意圖后，將信號(hào)通過(guò)伺服電機(jī)傳輸給全向輪，以此來(lái)控制機(jī)器人行走。本發(fā)明專門針對(duì)室內(nèi)移動(dòng)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)，是一種高效率的室內(nèi)全方向代步工具。
文檔編號(hào)B62D51/02GK101844586SQ20101017230
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者張秋豪, 楊俊友, 白山, 白殿春, 郭洪澈 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)