专利名称：机器人系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机器人系统，尤其是一种可调节机器人与充电座对接方向的 机器人系统。
背景技术：
随着生活水平和科技能力的不断提高，各种不同功能的家用服务机器人已逐渐进 入平常百姓家，为人们的生活带来不同程度的便利。在各种家用服务机器人中，尤其以为人 们家居地面等表面进行处理的机器人最为普及。现有市面上的清洁机器人大都配置有充电座，该类机器人均能在没有用户操作的 情况下，由其内置的充电电池提供能量，实现自动地行进并清洁待处理区域。当机器人感应 到其电量不足后，能自动返回充电座，通过充电座来给机器人内置的充电电池进行充电。该 机器人回充电座的原理为机器人至少包括清洁工作模式和返回充电座充电模式；当机器 人中的电池电量低于或等于某预先设定值时，机器人中的控制单元控制机器人从清洁工作 模式转入到返回充电座充电模式。机器人开始寻找充电座的位置，找寻到后返回充电座进 行对接充电。在这整个过程中，无论是寻找充电座，还是寻找到充电座后进行对接充电，机 器人的行走速度都是一致的。因此，当机器人找到充电座后，机器人保持原有的速度和方向 直接回充电座，在两者的电极对接前，无法精确地进行方向的纠正。这种对接方式的对接成 功率受偶然因素的影响比较大，充电对接的准确率不高。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供了一种机器人系 统，在返回充电座充电模式下，当机器人与充电座之间的距离较近时，通过降低机器人的速 度，使机器人有足够时间来逐步调整行走方向，以便于与基座准确对接，其结构简单且工作 效率高。本实用新型所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的一种机器人系统，包括机器人和充电座，机器人内设有控制单元，该控制单元与 机器人的行驶机构相连，输出控制信号给行驶机构并控制其运动，所述的机器人上设有感 应探测元件，所述的充电座上设有相对应的感应元件，所述的感应探测元件将从所述的感 应元件处感测到的感应信号输出给所述的控制单元，该控制单元控制使机器人的行走速度 降低。进一步说，所述的充电座包括基座，该基座上设有底部，所述的感应元件设置在所 述基座底部的前部；所述的感应探测元件设置在所述的机器人位于行进方向的壳体的前下 部。一种方式为，所述的感应探测元件为接近感应开关；所述的感应元件为接近感应 元件。具体来说，所述的接近感应开关为霍尔传感器、磁控管或金属接近开关；所述的接
3近感应元件为有极性或无极性的磁性元件或金属元件。另一种方式为，所述的感应探测元件为成对设置的反射式红外发射/接收元件; 所述的感应元件为可吸收红外线元件。以上所述的机器人为地面处理机器人或可自移动的智能玩具机器人或娱乐机器 人。综上所述，本实用新型其结构简单且工作效率高，提高了机器人与充电座充电对 接的成功率。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案进行详细地说明。说明书附图
图1为本实用新型机器人系统中的机器人的结构示意图；图2为本实用新型机器人的红外接收装置的结构示意图；图3为本实用新型机器人系统的充电座的结构示意图；图4为本实用新型机器人处于返回充电座充电模式时，机器人未进入充电座磁条 磁场的结构示意图；图5为本实用新型机器人处于返回充电座充电模式时，机器人进入充电座磁条磁 场的结构示意图；图6为本实用新型机器人处于返回充电座充电模式时，机器人的动作流程示意 图；图7为本实用新型机器人的霍尔传感器的电路图；图8为本实用新型机器人的金属接近开关的电路图。
具体实施方式
图1是本实用新型实施例中的机器人系统的机器人的结构示意图。图3是本实用 新型实施例中的机器人系统的充电座的结构示意图。如
图1和图3所示，本实用新型实施例中的机器人系统包括机器人100和充电座 200。该机器人100是用于进行地面处理的机器人，所说的地面处理包括对地面进行吸尘、 打蜡等处理。该充电座200用于给该机器人100进行充电。如
图1所示，机器人100包括壳体101，在壳体101的内部设置有可重复充电的电 池和控制单元(图中未示出)。该机器人100还包括位于壳体101两侧的行驶机构106 (参 见图4)，该控制单元与机器人100的行驶机构106相连，输出控制信号给行驶机构106并控 制其运动。机器人100具有二种模式，S卩清洁工作模式和返回充电座充电模式。当机器人 100在控制单元的控制下处于清洁工作模式时，行驶机构106在充电电池的能量供给下，带 动机器人100在待处理表面上移动进行清洁操作处理。如
图1所示，在机器人100的前端部设有对接电极104，该对接电极104分别设有 正、负电极，相对应地在充电座200上设置有充电电极201 (如图3所示)，该对接电极104 相对于机器人100的中心线呈左右对称设置。当机器人100内置充电电池的电量低于控制 单元中预先设定值时，机器人100在控制单元的作用下，自动由清洁工作模式转入返回充 电座充电模式。当机器人100实现与充电座200准确对接后，通过对接电极104和充电电 极201，实现充电座200对机器人100的充电。另外，机器人100还包括信号接收装置102，该装置位于机器人100的前端部，用于接收来自充电座200的发射信号。本实施例中，优选 方案为，该信号接收装置102为红外接收管。图2为本实用新型机器人的红外接收装置的 结构示意图。如图2所示，该信号接收装置102包括红外接收管1021和红外接收管1022。 红外接收管1021和红外接收管1022相对于机器人100的中心线呈左右对称，并且两者之 间设有一个红外挡板103，红外挡板设置在机器人100的中心线上。更多地，如
图1所示，该机器人100包括一接近感应开关(图中未示出)，本实施例 中，该接近感应开关为霍尔传感器105，其安置于机器人位于行进方向的壳体101的前下部 (如图4、图5所示)。图3为本实用新型机器人系统的充电座的结构示意图。如图3所示，充电座200包 括本体，该本体包括基座2001和悬臂2002。在基座2001的直立部上设置有充电电极201， 该充电电极201分别设有正、负电极，该充电电极201相对于充电座本体200的中心线呈左 右对称。当机器人100与充电座200准确对接后，机器人100上的对接电极104与充电座 上的充电电极201实现有效连接，从而实现通过充电座200对机器人100的充电功能。在 充电座200上设置有信号发射装置202，用于发射信号引导机器人100接近充电座200。本 实施例中，优选方案为，该信号发射装置202为红外发射管，通过脉冲位置调制方式，红外 发射装置202发射呈纺锤体状光束的目标辐射。该信号发射装置202包括红外发射管2021 和红外发射管2022。红外发射管2021设置在充电座200的悬臂2002上，位于充电座200 的中心线上，其角度范围在30° 40°，光束长度大于3米；红外发射管2022设置在充电 座基座2001的直立部上，位于充电座200的中心线上，其角度范围大致在10°，光束长度小 于2米。图4为本实用新型机器人处于返回充电座充电模式时，机器人未进入充电座磁条 磁场的结构示意图。如图3结合图4所示，充电座基座2001的下端部设置有用于将充电座 200平稳放置在地面300上的底部，该底部设置有一个接近感应元件，本实施例中，该接近 感应元件为磁条204，其位于基座2001底部的前部。出于磁条耐用性考虑，将磁条放置在基 座2001底部的背面，面朝支撑充电座的地表面。如图4并结合
图1和图3所示，机器人100在控制单元的控制下，对待工作地面进 行处理工作。当机器人100内置充电电池的电量低于预先设定值时，机器人100在其控制 单元的作用下，自动由工作模式转入返回充电座充电模式。结合图2所示，机器人100在逐渐靠近充电座200的同时，通过其内置的二个红外 接收管1021、1022所接收到的信号来调整机器人100的行走状态。具体来说当机器人100 与充电座200之间的距离大于3米时，机器人的红外接收管1021和红外接收管1022分别 接收充电座200的红外发射管2021的信号。红外接收管1021和红外接收管1022将接收 到的信号值传递给机器人100的控制单元。控制单元根据红外接收管1021和红外接收管 1022接收到的信号值的大小来控制机器人100前进的方向。如果机器人100的对接电极 104的一侧与充电座200的充电电极201的一侧不是正对着，机器人100的红外接收装置 中的红外档板103会将部分红外信号挡住，以使得红外接收管1021和红外接收管1022所 接收到的信号不同。此时，机器人控制单元发出指令，命令机器人100向信号值大的方向行 走。当红外接收管1021和红外接收管1022传输出控制单元的信号值一样大时，控制单元 命令机器人100向前行走。
5[0032]当机器人100与充电座200之间的距离小于2米时，机器人的红外接收管1021和 红外接收管1022分别接收充电座200的红外发射管2022的信号。相关的工作原理和工作 方法与接收充电座的红外发射管2021的相同，在此不再赘述。图4所示为机器人100处于返回充电座200充电模式下，在充电座200的红外发 射信号的指引下，机器人100逐步靠近充电座200。图4在充电座磁条位置用虚线表示的是 磁场波及的范围，由此可见，此时机器人内置的霍尔传感器105还未进入充电座200设有磁 条204的磁场中，机器人内置的霍尔传感器105还未感应到充电座200上的磁条204。此 时，机器人仍保持原有的速度行进。机器人100靠近充电座200，当其间的距离足够近。图5在充电座磁条位置用虚线 表示的是磁场波及的范围，由此可见，此时机器人100内置的霍尔传感器105已进入充电座 200上的磁条204的磁场范围，此时霍尔传感器105得到信号。图6为本实用新型机器人处于返回充电座充电模式时，机器人的动作流程示意 图。如图6的流程图所示，机器人100进入返回充电座200充电模式(步骤S100)；机器人 100的信号接收装置102接收到充电座200的信号发射装置202的信号(步骤Sl 10)，保持 原有速度逐渐靠近充电座200，通过机器人100的红外接收管1021与红外接收管1022所 接收到的信号来适时调整机器人的运行方向(步骤S120)。机器人100内置的霍尔传感器 105检测有无感应到充电座200的磁条204的磁场存在(步骤S130)，如果没有感知到，则 仍保持原有速度逐渐靠近充电座(步骤S120)；如果感知到，则机器人100内置的霍尔传感 器105将信息反馈给控制单元，控制单元控制机器人100减速(步骤S140)。根据机器人 100内设的二个红外接收管1021、1022所接到的充电座200的红外发射信号，反馈给机器 人100的控制单元，通过二个信号值进行判断，适时矫正机器人100的方向，使机器人校准 姿态，以有利于机器人100与充电座200准确对接(步骤S150)。本实施例中，通过在机器人前端底部装有对磁场较为敏感元器件——霍尔传感器 105，以使机器人100返回充电座200的运行过程中，当其内部的霍尔传感器105进入充电 座底部下设磁条204的磁场中，机器人100就能检测到霍尔传感器105的数值变化，通过将 信息反馈给机器人100内置的控制单元，控制单元从而控制机器人100执行减速前进的命令。图7为本实用新型机器人的霍尔传感器的电路图。如图7所示，为本实施例中霍 尔传感器105的电路图。霍尔传感器105的原理为将一块通电的半导体薄片垂直设置于 磁场中时，薄片两侧由此产生电位差，该现象为霍尔效应。此电位差称之为霍尔电势，电势 的大小为E = KIB/d，式子中，K为霍尔系数，d为薄片的厚度，I为电流，B为磁感应强度。 本实施例中，霍尔传感器105作为一种接近感应开关，具有无触点、低功耗、寿命长、灵敏度 高、工作频率高的特点，能在各种恶劣环境下可靠稳定地工作。机器人100检测充电座200是否存在的检测装置，除了本实施例所列举的采用霍 尔传感器105和磁条204之外，该检测装置还可以是其它类型的接近感应开关和接近感应 元件。具体来说，接近感应开关可以为磁控管或金属接近开关；接近感应元件为有极性或无 极性的磁性元件或金属元件。在使用中，该接近感应开关和接近感应元件所放置在机器人 100和充电座200上的位置与如上实施例所述的霍尔传感器105和磁条204所放置的位置 相同。
6[0039]金属接近开关在靠近金属元件时输出开关信号，其电路如图8所示。该电路由两 部分组成，即高频振荡器及开关电路，其工作原理如下当机器人没有靠近充电座时，即，金 属接近开关不靠近金属元件时，高频振荡器工作，振荡信号经DV1、DV2倍压整流，得到一直 流电压使BG2导通，BG3截止，后续电路不工作。当机器人靠近充电座时，即，金属接近开 关靠近金属元件时，由于涡流损耗，高频振荡器停振，BG2截止，BG3得电导通，光电耦合器 4N25内藏发光管发光，光敏三极管导通接通电路，起开关作用。此类接近开关技术为现有技 术，在此不再过多说明。机器人100检测充电座200是否存在的检测装置，除了采用如上所述的接近感应 开关和接近感应元件之外，感应探测元件还可以是成对设置的反射式红外发射/接收元 件；感应元件还可以是可吸收红外线元件。该检测装置所放置在机器人100和充电座200 上的位置与如上实施例所述的霍尔传感器105和磁条204所放置的位置相同。当机器人100没有靠近充电座200时，即，反射式红外发射/接收元件没有靠近 可吸收红外线元件时，设置在机器人100上的红外发射元件发射光线到机器人行进的地面 300，如公众所知，地面为不吸收红外线介质，经过地面300将光线反射回红外接收元件，红 外接收元件接收到信号，将信号输出给控制单元。当机器人100靠近充电座200时，S卩，反 射式红外发射/接收元件靠近可吸收红外线元件时，设置在机器人100上的红外发射元件 发射光线到位于充电座上的可吸收红外元件上时，由于该元件将发出的红外线全部吸收， 以使得位于机器人100上的红外接收元件接收不到信号，没有信号输出给控制单元。此类 接近开关技术为现有技术，在此亦不再过多说明。从综上所述可见，机器人100上设有感应探测元件，充电座200上设有相对应的感 应元件。当机器人100足够靠近充电座200时，所述的感应探测元件可从所述的感应元件 处感测到感应信号。通过将感测到的感应信号输出给机器人的控制单元，控制单元控制使 机器人的行走速度降低。上述提到的机器人除了本实施例中所列举的用于地面处理的机器人之外，也可以 是可自移动的智能玩具机器人、娱乐机器人等等。
权利要求一种机器人系统，包括机器人(100)和充电座(200)，机器人(100)内设有控制单元，该控制单元与机器人(100)的行驶机构(106)相连，输出控制信号给行驶机构(106)并控制其运动，其特征在于，所述的机器人(100)上设有感应探测元件，所述的充电座(200)上设有相对应的感应元件；所述的感应探测元件将从所述的感应元件处感测到的感应信号输出给所述的控制单元，该控制单元控制使机器人(100)的行走速度降低。
2.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，所述的充电座(200)包括基座 (2001)，该基座(2001)上设有底部，所述的感应元件设置在所述基座(2001)底部的前部； 所述的感应探测元件设置在所述的机器人(100)朝向行进方向的壳体(101)的前下部。
3.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，所述的感应探测元件为接近感应开 关；所述的感应元件为接近感应元件。
4.如权利要求3所述的机器人系统，其特征在于，所述的接近感应开关为霍尔传感器 (105)、磁控管或金属接近开关；所述的接近感应元件为有极性或无极性的磁条(204)或金 属元件。
5.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，所述的感应探测元件为成对设置的 反射式红外发射或接收元件；所述的感应元件为可吸收红外线元件。
6.如权利要求1-5任一项所述的机器人系统，其特征在于，所述的机器人为地面处理 机器人或可自移动的智能玩具机器人或娱乐机器人。
专利摘要一种机器人系统，包括机器人(100)和充电座(200)，机器人(100)内设有控制单元，该控制单元与机器人(100)的行驶机构(106)相连，输出控制信号给行驶机构(106)并控制其运动，所述的机器人(100)上设有感应探测元件，所述的充电座(200)上设有相对应的感应元件；所述的感应探测元件将从所述的感应元件处感测到的感应信号输出给所述的控制单元，该控制单元控制使机器人(100)的行走速度降低。本实用新型其结构简单且工作效率高，提高了机器人与充电座充电对接的成功率。
文档编号A47L11/40GK201755197SQ20102016022
公开日2011年3月9日 申请日期2010年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者吕小明 申请人:泰怡凯电器(苏州)有限公司