本發(fā)明涉及一種防撞機(jī)構(gòu)，尤其是一種應(yīng)用于機(jī)器人的大面積防撞機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

目前自主行走機(jī)器人應(yīng)用環(huán)境中,通常采用超聲波傳感器、紅外線傳感器、激光掃描、3D深度視覺(jué)等非接觸方法達(dá)到防撞目的。3D深度視覺(jué)方法設(shè)備復(fù)雜成本高；激光掃描設(shè)備成本高而激光2D掃描僅能探測(cè)一扇面；超聲波與紅外線傳感器因探測(cè)波束角較小，而很多應(yīng)用場(chǎng)景機(jī)器人體積較大，通常需要多個(gè)超聲波、紅外線、激光2D掃描探測(cè)傳感器才能到大面積非接觸防撞目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供一種機(jī)器人防撞機(jī)構(gòu)，所述機(jī)器人防撞機(jī)構(gòu)具有大面積防撞的功效。

本發(fā)明為了解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種機(jī)器人的大面積防撞機(jī)構(gòu)，包括機(jī)器人的行走和制動(dòng)控制模塊、紅外測(cè)距電子模塊、紅外發(fā)射管以及紅外接收傳感器，所述紅外測(cè)距電子模塊與機(jī)器人的行走和制動(dòng)控制模塊連接，紅外發(fā)射管以及紅外接收傳感器分別與紅外測(cè)距電子模塊連接，紅外發(fā)射管的發(fā)射方向和紅外接收傳感器的接收方向?yàn)橥蚱叫邪惭b，還包括大廣角透鏡，所述大廣角透鏡的成像面安裝在紅外發(fā)射管和紅外接收傳感器的有效焦平面上，紅外發(fā)射管和紅外接收傳感器的安裝尺寸小于大廣角透鏡的成像有效焦平面，且紅外接收傳感器的感應(yīng)角大于等于紅外發(fā)射管的發(fā)射角。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述大廣角透鏡是個(gè)鏡片組，由凹透鏡和凸透鏡組成，沿著發(fā)射光波束的傳播方向，凸透鏡在前，凹透鏡在后。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，還設(shè)有位于大廣角透鏡相對(duì)于紅外發(fā)射管和紅外接收傳感器對(duì)側(cè)的吸光板，所述吸光板設(shè)置于大廣角透鏡的中心水平面以下。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述紅外發(fā)射管發(fā)射的波束方向角的有效角度為θ₀，經(jīng)大廣角透鏡擴(kuò)展后的波束方向角的有效角度為θ，已知：不安裝大廣角透鏡時(shí)的有效探測(cè)距離為L(zhǎng)₀，根據(jù)球冠面積公式計(jì)算有效探測(cè)球面半徑L＝L₀*((1-SIN((π-θ₀)/2))/(1-SIN((π-θ)/2)))^1/2。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明機(jī)器人的大面積防撞機(jī)構(gòu)通過(guò)大廣角透鏡對(duì)紅外發(fā)射管發(fā)射過(guò)來(lái)的波束進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展后的波束遇到障礙物后再形成反射波，反射波經(jīng)大廣角透鏡后被紅外接收傳感器檢測(cè)到，從而實(shí)現(xiàn)大面積非接觸式防撞的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明機(jī)器人的大面積防撞機(jī)構(gòu)形成的球冠面示意圖。

圖2為本發(fā)明機(jī)器人的大面積防撞機(jī)構(gòu)的整體組合圖。

圖3為未增設(shè)大廣角凸鏡的情況下波束形成的球冠面示意圖。

對(duì)照以上附圖，作如下補(bǔ)充說(shuō)明：

1---紅外發(fā)射管

2---大廣角透鏡

3---擴(kuò)展后的波振面形成的球冠面

4---大廣角透鏡2擴(kuò)展后的波束方向角

5---吸光板

6---紅外發(fā)射管1發(fā)射的波束方向角

7---紅外接收傳感器

8---有效防撞面

9---紅外測(cè)距電子模塊

10---行走和制動(dòng)控制模塊

11---地面

具體實(shí)施方式

一種機(jī)器人的大面積防撞機(jī)構(gòu)，包括機(jī)器人的行走和制動(dòng)控制模塊10、紅外測(cè)距電子模塊9、紅外發(fā)射管1以及紅外接收傳感器7。所述紅外測(cè)距電子模塊9與機(jī)器人的行走和制動(dòng)控制模塊10連接，紅外發(fā)射管1以及紅外接收傳感器7分別與紅外測(cè)距電子模塊9連接，紅外發(fā)射管1的發(fā)射方向和紅外接收傳感器7的接收方向?yàn)橥蚱叫邪惭b。本發(fā)明機(jī)器人的大面積防撞機(jī)構(gòu)還包括大廣角透鏡2，所述大廣角透鏡2的成像面安裝在紅外發(fā)射管1和紅外接收傳感器7的有效焦平面上，紅外發(fā)射管1和紅外接收傳感器7的安裝尺寸小于大廣角透鏡2的成像有效焦平面，且紅外接收傳感器7的感應(yīng)角大于等于紅外發(fā)射管1的發(fā)射角。

本發(fā)明的工作原理為：機(jī)器人在地面11上行走，當(dāng)紅外發(fā)射管1的波束經(jīng)大廣角透鏡2擴(kuò)展后照射到進(jìn)入防撞區(qū)域內(nèi)的障礙物體后產(chǎn)生反射波，反射波經(jīng)大廣角透鏡2被紅外接收傳感器7檢測(cè)到，經(jīng)紅外測(cè)距電子模塊9處理后向行走和制動(dòng)控制模塊10發(fā)出信號(hào)，從而行走和制動(dòng)控制模塊10控制機(jī)器人執(zhí)行制動(dòng)避讓等動(dòng)作，防止機(jī)器人碰撞大面積防撞區(qū)域內(nèi)的障礙物體。

具體實(shí)施方式中，所述大廣角透鏡2是個(gè)鏡片組，由凹透鏡和凸透鏡組成，沿著發(fā)射光波束的傳播方向，凸透鏡在前，凹透鏡在后。所述大廣角透鏡2的總光程是凹透鏡性質(zhì)，保證了紅外發(fā)射管1的發(fā)射光波束經(jīng)大廣角透鏡2后是擴(kuò)展的，而遇到障礙物體后產(chǎn)生的反射光波束經(jīng)大廣角透鏡2后是會(huì)聚的。但本發(fā)明的大廣角透鏡2不限于此種實(shí)施方式，還包括其他形式的總光程是凹透鏡性質(zhì)的透鏡組合。

本發(fā)明機(jī)器人的大面積防撞機(jī)構(gòu)還設(shè)有位于大廣角透鏡2相對(duì)于紅外發(fā)射管1和紅外接收傳感器7對(duì)側(cè)的吸光板5，所述吸光板5設(shè)置于大廣角透鏡2的中心水平面以下。所述吸光板5用于屏蔽不需要照射的方向面。擴(kuò)展后的波振面形成的球冠面3如圖1中所示，有效防撞面8如圖2中所示。

所述紅外發(fā)射管1發(fā)射的波束方向角6的有效角度為θ0(弧度)，經(jīng)大廣角透鏡2擴(kuò)展后的波束方向角4的有效角度為θ(弧度)，已知：不安裝大廣角透鏡2時(shí)的有效探測(cè)距離為L(zhǎng)0(米)，根據(jù)球冠面積公式計(jì)算有效探測(cè)球面半徑L(米)＝L0*((1-SIN((π-θ0)/2))/(1-SIN((π-θ)/2)))1/2。具體實(shí)施方式中，是在忽略了大廣角透鏡2的損耗和幾何畸變即擴(kuò)展前后兩種狀態(tài)下光通量相等的情況下，根據(jù)球冠面積公式得出的有效探測(cè)球面半徑L(米)。然后，根據(jù)計(jì)算得出的有效探測(cè)球面半徑L(米)，就可以選擇紅外發(fā)射管1的功率和紅外接收傳感器7的靈敏度，以達(dá)到滿足防撞距離的要求。

本發(fā)明機(jī)器人的大面積防撞機(jī)構(gòu)通過(guò)大廣角透鏡2對(duì)紅外發(fā)射管1發(fā)射過(guò)來(lái)的波束進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展后的波束遇到障礙物后再形成反射波，反射波經(jīng)大廣角透鏡2后被紅外接收傳感器7檢測(cè)到，從而實(shí)現(xiàn)大面積非接觸式防撞的目的。