機器人障礙物檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及智能機器人領(lǐng)域，具體涉及應(yīng)用于智能機器人上的障礙物檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生活水平的提高，越來越多人渴望得到更多的個人時間，以便享受生活。然而，快節(jié)奏的工作，繁重的家務(wù)，占用了人們大量的個人時間。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，移動機器人可以逐步代替人類承擔(dān)簡單重復(fù)的體力勞動。這些機器人很多都必須具備自主行走運動能力，而這類機器人的運動空間往往具有各種各樣的障礙物(墻壁、家具等)，機器人不可避免地與這些障礙物發(fā)生碰撞，那么機器人就必須能識別出來發(fā)生了碰撞，以及發(fā)生碰撞的具體方向，以便指導(dǎo)機器人進(jìn)行下一步的運動規(guī)劃。
[0003]目前的機器人應(yīng)對碰撞的策略分兩種:第一種策略是機器人前面部分的外殼做成可以移動的，不同方向發(fā)生碰撞時，可移動的外殼就可以觸發(fā)各個不同方向的開關(guān)按鍵(光電開關(guān)或者物理開關(guān))，機器人就可以識別到不同方向的碰撞；但是由于將機器人的前面外殼做成可移動的，就導(dǎo)致整個機器人的外觀不夠美觀，結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，開發(fā)模具費用過高，而且只能夠識別到左右兩個方向的碰撞，并且使用的物理按鍵壽命比較短，使用久了，碰撞檢測模塊就容易發(fā)生檢測故障。第二種策略是機器人的外殼跟底座是固定在一起，不可移動的，機器人通過紅外光電等方式，提前檢測到障礙物，從而避免與障礙物發(fā)生碰撞，但是由于不同物體反射的紅外光強度不同，會導(dǎo)致機器人無法判斷到前方的障礙物而與之發(fā)生碰撞，而且由于機器人運動空間里存在一些小的障礙物，紅外檢測裝置是無法檢測到的，如果沒有碰撞檢測機構(gòu)，機器人就會撞擊障礙物并一直頂著障礙物跑，由于這個策略無法判斷障礙物的位置，就可能無法進(jìn)行正常的運動規(guī)劃，而且這種策略會導(dǎo)致機器人的運動無法覆蓋到靠近障礙物的空間，存在明顯的死角。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型目的是提供一種機器人障礙物檢測系統(tǒng)，能夠精確檢測障礙物，并且具有結(jié)構(gòu)簡化、裝配簡化、模具成本降低、使用壽命長的優(yōu)點。本實用新型的目的由以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0005]一種機器人障礙物檢測系統(tǒng)，其特征在于:包括機器人殼體、機器人底座、控制主板、兩個行動輪、兩個驅(qū)動馬達(dá)、馬達(dá)電流檢測模塊、障礙物檢測傳感器、至少兩個碰撞檢測機構(gòu)；殼體為圓盤盒狀，底座固定連接于殼體底部，兩個行動輪并排設(shè)置于底座上，兩個驅(qū)動馬達(dá)分別驅(qū)動一個行動輪，兩個驅(qū)動馬達(dá)的控制端連接控制主板的行動控制信號輸出端；馬達(dá)電流檢測模塊的檢測端檢測兩個驅(qū)動馬達(dá)的電流，輸出端連接控制主板的電流檢測輸入端；障礙物檢測傳感器設(shè)置于殼體的前進(jìn)方向側(cè)，與控制主板的相應(yīng)信號采集端連接；至少兩個碰撞檢測機構(gòu)的兩個設(shè)置于殼體的前進(jìn)方向側(cè)；所述碰撞檢測機構(gòu)包括導(dǎo)電金屬片層、PCB銅片及導(dǎo)線，導(dǎo)電金屬片層緊貼機器人的殼體內(nèi)壁設(shè)置，PCB銅片設(shè)置于機器人控制主板上，導(dǎo)電金屬片層通過導(dǎo)線與PCB銅片相連，組成一個寄生電容。
[0006]作為具體的技術(shù)方案，所述至少兩個碰撞檢測機構(gòu)具體為四個或八個，分別呈弧形片狀，貼設(shè)于殼體內(nèi)壁并圍成一周。
[0007]作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述碰撞檢測機構(gòu)還包括內(nèi)保護(hù)層，該內(nèi)保護(hù)層貼設(shè)于所述導(dǎo)電金屬片層內(nèi)側(cè)。
[0008]作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述殼體為絕緣的塑料材料制成，其外周設(shè)置有用于碰撞緩沖的軟膠保護(hù)層。
[0009]作為具體的技術(shù)方案，所述障礙物檢測傳感器由光電對管傳感器或者超聲波傳感器實現(xiàn)。
[0010]本實用新型采用電容感應(yīng)的原理實現(xiàn)碰撞檢測，可以保證機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計簡化、裝配簡化、模具成本降低、使用壽命長，還可以識別到多個細(xì)化方向的撞擊，而且對于機器人運動空間內(nèi)電容感應(yīng)無法識別的障礙物，結(jié)合馬達(dá)電流的檢測法進(jìn)行分析就可以判斷到電容識別法無法判斷到的障礙物。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型實施例提供的機器人障礙物檢測系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖。
[0012]圖2為本實用新型實施例提供的機器人障礙物檢測系統(tǒng)的碰撞感測區(qū)域劃分圖。
[0013]圖3為本實用新型實施例提供的機器人障礙物檢測系統(tǒng)中碰撞檢測機構(gòu)及殼體的構(gòu)造圖。
【具體實施方式】
[0014]如圖1所示，本實施例提供的機器人障礙物檢測系統(tǒng)包括殼體10、底座11控制主板12、兩個行動輪13、一個萬向輪、兩個驅(qū)動馬達(dá)(圖中未示)、馬達(dá)電流檢測模塊14、五個障礙物檢測傳感器(圖中分別標(biāo)號為161-165)及八個碰撞檢測機構(gòu)(圖中分別標(biāo)號為171-178)ο
[0015]殼體10為圓盤盒狀，底座11固定連接于殼體10底部?？刂浦靼?2及馬達(dá)電流檢測模塊14設(shè)置于殼體10內(nèi)。兩個行動輪13并排設(shè)置于底座11上，兩個驅(qū)動馬達(dá)分別驅(qū)動一個行動輪，兩個驅(qū)動馬達(dá)的控制端連接控制主板12的行動控制信號輸出端。馬達(dá)電流檢測模塊14的檢測端檢測兩個驅(qū)動馬達(dá)的電流，輸出端連接控制主板12的電流檢測輸入端。五個障礙物檢測傳感器161-165設(shè)置于殼體10前進(jìn)方向的半圓周的側(cè)壁上，且等角度間隔設(shè)置，五個障礙物檢測傳感器161-165均與控制主板12的相應(yīng)信號采集端連接。五個障礙物檢測傳感器161-165可以是光電對管傳感器或者超聲波傳感器，可以提前探測到障礙物并反饋探測信號給控制主板12，由控制主板12規(guī)劃新的前進(jìn)路線。
[0016]如圖2所示，八個碰撞檢測機構(gòu)171-178分別呈弧形片狀，貼設(shè)于殼體10內(nèi)壁并圍成一周，圖2中的區(qū)域I?8分別表示各個碰撞檢測機構(gòu)碰撞檢測的范圍。
[0017]如圖3所示，殼體10為絕緣的塑料材料制成，其外周設(shè)置有軟膠保護(hù)層150，用于碰撞緩沖。以第一碰撞檢測機構(gòu)171為例進(jìn)行說明，碰撞檢測機構(gòu)包括導(dǎo)電金屬片層1701、內(nèi)保護(hù)層1702、PCB銅片及導(dǎo)線(圖中未示)，導(dǎo)電金屬片層1701緊貼機器人的殼體10內(nèi)壁設(shè)置，內(nèi)保護(hù)層1702貼設(shè)于導(dǎo)電金屬片層1701內(nèi)側(cè)，PCB銅片設(shè)置于機器人控制主板12上，導(dǎo)電金屬片層1701通過導(dǎo)線與PCB銅片相連，從而形成一個面積比較大的寄生電容。這個寄生電容值是固定的，在機器人運動的過程中，如果沒有碰撞到障礙物時，對這個寄生電容進(jìn)行充放電，檢測其充放電的周期時間，其應(yīng)該為一個恒定的值。當(dāng)發(fā)生碰撞時，該寄生電容的寄生電容值就會發(fā)生變化，相應(yīng)的充放電的時間就會有相應(yīng)的變化，通過檢測各碰撞檢測機構(gòu)的變化，就知道機器人在那個方位發(fā)生了碰撞，接下來就由控制主板12規(guī)劃新的前進(jìn)路線。
[0018]結(jié)合圖2所示，基于上述機器人障礙物檢測系統(tǒng)的檢測方法詳述如下:
[0019](I)控制主板控制兩個驅(qū)動馬達(dá)驅(qū)動兩個行動輪動作時，控制障礙物檢測傳感器、馬達(dá)電流檢測模塊及碰撞檢測機構(gòu)進(jìn)入檢測模式；
[0020](2)當(dāng)障礙物檢測傳感器檢測到障礙物時，控制主板控制行動輪減速前進(jìn)或調(diào)整新的如進(jìn)路線；
[0021](3)當(dāng)碰撞檢測機構(gòu)的檢測信號有異常時，控制主板確認(rèn)檢測信號有異常的具體碰撞檢測機構(gòu)，并調(diào)整新的前進(jìn)路線；當(dāng)馬達(dá)電流檢測模塊檢測到驅(qū)動馬達(dá)的電流變大，通過比較兩個驅(qū)動馬達(dá)電流大小確定機器人的左邊，右邊還是正前碰到障礙物，并調(diào)整新的前進(jìn)路線。
[0022]由上可知，除了障礙物檢測傳感器的檢測，本實用新型對機器人運動空間內(nèi)的障礙物碰撞檢測分兩種策略:
[0023]1、機器人碰撞的障礙物是導(dǎo)電體或者帶有微弱的電信號或者跟地面相接觸時，就會導(dǎo)致碰撞檢測機構(gòu)的電容產(chǎn)生變化，這時候通過分布在機器人不同位置的碰撞檢測機構(gòu)就可以判斷到障礙物的位置并做出相應(yīng)的運動姿態(tài)調(diào)整。
[0024]2、碰撞到的物體(有時)不會導(dǎo)致電容碰撞檢測機構(gòu)I的電容變化，這時候機器人由于沒有及時判斷到碰撞，就會導(dǎo)致機器人一直頂著障礙物運動，導(dǎo)致驅(qū)動馬達(dá)的電流變大，馬達(dá)電流檢測模塊通過檢測驅(qū)動馬達(dá)的電流變化就可以知道機器人碰到了障礙物，同時通過比較左右兩個行動輪的驅(qū)動馬達(dá)的電流大小就可以知道機器人是左邊，右邊還是正前碰到障礙物，如果左邊的驅(qū)動馬達(dá)的電流變化比右邊的大得多，那么就是左邊碰到了障礙物，反之亦然，如果兩個驅(qū)動馬達(dá)的電流變化相差不大，那么就認(rèn)為機器人的正前方碰到了障礙物。
[0025]機器人開始向前方行走，一般情況下障礙物檢測傳感器及碰撞檢測機構(gòu)安裝在機器人前進(jìn)的方向，但是為了判斷機器人后退時是否碰到障礙物，本實施例還在機器人的后面增加一些碰撞檢測機構(gòu)，前后左右兩邊的碰撞檢測機構(gòu)的個數(shù)可以根據(jù)機器人的行走算法規(guī)劃合理增加或者減少。
[0026]以上實施例僅為充分公開而非限制本實用新型，凡是基于本實用新型主旨且未經(jīng)創(chuàng)造性勞動即可獲得的等效技術(shù)特征的替換，應(yīng)當(dāng)屬于實用新型所涵蓋的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種機器人障礙物檢測系統(tǒng)，其特征在于:包括機器人殼體、機器人底座、控制主板、兩個行動輪、兩個驅(qū)動馬達(dá)、馬達(dá)電流檢測模塊、障礙物檢測傳感器、至少兩個碰撞檢測機構(gòu)；殼體為圓盤盒狀，底座固定連接于殼體底部，兩個行動輪并排設(shè)置于底座上，兩個驅(qū)動馬達(dá)分別驅(qū)動一個行動輪，兩個驅(qū)動馬達(dá)的控制端連接控制主板的行動控制信號輸出端；馬達(dá)電流檢測模塊的檢測端檢測兩個驅(qū)動馬達(dá)的電流，輸出端連接控制主板的電流檢測輸入端；障礙物檢測傳感器設(shè)置于殼體的前進(jìn)方向側(cè)，與控制主板的相應(yīng)信號采集端連接；至少兩個碰撞檢測機構(gòu)的兩個設(shè)置于殼體的前進(jìn)方向側(cè)；所述碰撞檢測機構(gòu)包括導(dǎo)電金屬片層、PCB銅片及導(dǎo)線，導(dǎo)電金屬片層緊貼機器人的殼體內(nèi)壁設(shè)置，PCB銅片設(shè)置于機器人控制主板上，導(dǎo)電金屬片層通過導(dǎo)線與PCB銅片相連，組成一個寄生電容。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人障礙物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述至少兩個碰撞檢測機構(gòu)具體為四個或八個，分別呈弧形片狀，貼設(shè)于殼體內(nèi)壁并圍成一周。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機器人障礙物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述碰撞檢測機構(gòu)還包括內(nèi)保護(hù)層，該內(nèi)保護(hù)層貼設(shè)于所述導(dǎo)電金屬片層內(nèi)側(cè)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機器人障礙物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述殼體為絕緣的塑料材料制成，其外周設(shè)置有用于碰撞緩沖的軟膠保護(hù)層。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機器人障礙物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述障礙物檢測傳感器由光電對管傳感器或者超聲波傳感器實現(xiàn)。
【專利摘要】本實用新型公開一種機器人障礙物檢測系統(tǒng)，包括機器人殼體、機器人底座、控制主板、兩個行動輪、兩個驅(qū)動馬達(dá)、馬達(dá)電流檢測模塊、障礙物檢測傳感器、至少兩個碰撞檢測機構(gòu)；采用電容感應(yīng)的原理實現(xiàn)碰撞檢測，可以保證機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計簡化、裝配簡化、模具成本降低、使用壽命長，還可以識別到多個細(xì)化方向的撞擊，而且對于機器人運動空間內(nèi)電容感應(yīng)無法識別的障礙物，結(jié)合馬達(dá)電流的檢測法進(jìn)行分析就可以判斷到電容識別法無法判斷到的障礙物。
【IPC分類】G05D1/02
【公開號】CN204925797
【申請?zhí)枴緾N201520700588
【發(fā)明人】戴劍鋒
【申請人】珠海市一微半導(dǎo)體有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月10日