一种机器人避障装置及机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，特别涉及一种机器人避障装置及机器人。

背景技术：

机器人避障装置是在机器人自主移动过程中防止发生机械碰撞，实现高度自动化移动的必备装置，也是实现机器人智能化的难点课题。目前，人形机器人的探测器布局未能很好地做到结合自身形状进行避障，从而无法精确探测不同特征的障碍物，避障精确度低。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种机器人避障装置及机器人，旨在解决现有技术中未能很好地结合机器人自身形状进行避障，从而未能精确探测到不同特征的障碍物，无法精确避障。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种机器人避障装置，包括头部、身体、探测装置，控制器及驱动轮组，所述探测装置布置于所述头部和身体的前、后部，并与控制器电连接，所述驱动轮组与所述控制器电连接。

优选地，所述探测装置设为红外距离传感器，所述头部的前部设置有触控面板，所述触控面板上设有至少一探测装置，所述头部的后部设置有喇叭孔，所述喇叭孔处设置有至少一探测装置。

优选地，所述身体的前部正前方设有一凸起部，身体上设有三路红外距离传感器，分置于凸起部及其两旁身体处，相邻两传感器之间形成不小于三十度的夹角。

优选地，所述驱动轮组设置于所述身体下部，包括一个前置的万向轮和一对后置的驱动轮，所述驱动轮含有马达、电路板及活动轮。

优选地，所述马达设置为步进电机或伺服电机。

优选地，所述电路板上设有转速传感器。

优选地，所述探测装置还包括位于所述机器人身体底部的位移传感器。

优选地，所述控制器设有主控制器及副控制器，分别置于所述机器人头部及身体内。

优选地，所述机器人底部还设有电池仓，所述电池仓内置有蓄电池。

本实用新型还公开了一种机器人，包括所述的机器人避障装置，所述头部及身体上设有透光片，所述红外距离传感器通过透光片发射或接收信号。

本实用新型机器人避障装置及机器人通过将探测装置布置于机器人头部及身体的前、后部，经控制器处理所述各部位探测装置反馈的信号，控制驱动轮组躲避障碍物。从而结合机器人自身形状进行避障，从而躲避更多不同特征的障碍物，改善了避障精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例中机器人避障装置分解示意图；

图2是本实用新型一实施例中驱动轮组装示意图；

图3是本实用新型一改进实施例中机器人避障装置分解示意图；

图4是本实用新型一改进实施例中机器人身体底部俯视结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、活动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

参照图1所示，本实用新型提供一种机器人避障装置，其包括头部10、身体20、探测装置30，控制器40及驱动轮组50，其中，探测装置30布置于头部10和身体20的前、后部，并与控制器40电连接，驱动轮组50与控制器40电连接。本实用新型实施例中，控制器40用于处理并发送信号至驱动轮组50，从而控制驱动轮组50实现机器人自移动。探测装置30通过将障碍物的模拟信号转化为数字信号，探测装置30可应用接触式的探测装置或非接触式的探测装置，接触式探测装置无法提前预判障碍物，非接触式探测装置对障碍物进行提前预判。探测装置30与控制器40电连接，将探测到障碍物的信号反馈回控制器40。控制器40对探测装置30反馈的信号进行综合处理，进而发出控制信号。控制器40与驱动轮组50电连接，通过该控制信号控制驱动轮组50正反转、制动及转向，从而控制机器人移动躲避障碍物。控制器40由单片机或芯片实现信息处理及控制功能，在实际应用中，亦可根据机器人的内部构造，将控制器40设置为分置式或集成式，分置式控制器将控制功能分置于主、副控制器，显然，亦可以分置为多个控制器独立承担。

探测装置30探测障碍物信号的准确程度决定了避障系统的精确度，本实施例中，考虑到实际避障过程中，障碍物的形状和尺寸差异，结合机器人自身形状，将探测装置30布置于机器人的头部10和身体20的前、后部。影响避障系统精确性的最大问题是探测不到，机器人在移动过程中，不可避免会前、后方向移动，在机器人的前、后部各设有探测装置30便于探测前、后方向的障碍物，从而不会因行进方向上缺少探测装置30而造成无法探测到障碍物。在行进方向上各设有一个探测装置30，也会造成探测不到障碍物的情况，机器人由头部10和身体20构成，鉴于机器人自身形状特征，一个探测器30无法精确探测特定形状的障碍物。如在机器人的头部10设有一个探测器30，而身体20上没有，则无法探测高度低于头部10的障碍物。如在机器人的身体20设有一个探测器30，而头部10没有，则无法探测高度高于身体20的障碍物。通过将探测装置30布置于机器人的头部10和身体20的前、后部，极大地改善了人形机器人在移动过程中的探测准确度，使避障更精确。

避障前，机器人为获得及时的提前预判信号，探测装置30采用非接触式的传感器。同时，出于降低产品制造成本考虑，在一实施例中，将探测装置设为红外距离传感器31，红外距离传感器31通过发射红外光探测其所朝方向的障碍物，当障碍物反射回的红外光达到一定强度时，障碍物距离被感知并发送信号至控制器40，从而由控制器40发出控制信号至驱动轮组50，控制驱动轮组50转向从而避开障碍物。红外传感器为非接触式探测器，相比于接触式探头或震动传感器等器件有提前预判障碍物的能力。当然，亦能将探测装置30设置为超声波传感器或其他光敏传感器等方式探测，其他光敏传感器如：光敏电阻、光敏二极管及紫外线传感器等。鉴于红外距离传感器成本较低，应用较广泛等特点，本实施例采用红外距离传感器。基于红外光以直线方式发射，在机器人行进及倒退方向配置红外距离传感器31。在机器人头部正前方设置有触控面板11，该触控面板11上设有至少一红外距离传感器31，该红外距离传感器31透过触控面板11探测机器人头部正前方障碍物。在机器人头部的后部设置有喇叭孔12，在该喇叭孔12处设置有至少一红外距离传感器31，该红外距离传感器31透过喇叭孔12探测机器人头部后方障碍物。

避障时，机器人转向过程中，由于转向角发生了变化而产生了距离偏差。红外光以直线方式发射及反射，发射角或接收角度发生改变时，难以准确探测机器人前方障碍物。在一较佳实施例中，身体20的前部正前方设有一凸起部21，身体20上设有三路红外距离传感器，分别置于正前方凸起部21、左前方身体20处及右前方身体20处，相互之间形成不小于三十度的夹角。其目的在于，当机器人转向某一角度，正前方的红外距离传感器31未能探测到障碍物时，设置在其旁边的红外距离传感器31在其方向上探测障碍物，发出并联信号给控制器40，控制器40发送控制信号给驱动轮组50调整转向角，从而顺利躲避障碍物，提高了转向时的避障能力。

为增大转向角，提高避障能力，驱动轮组50设置为三轮两驱模式。当然，驱动轮组可设为三轮、四轮及多轮结构，驱动方式亦可以设置成两轮、三轮、四轮及多轮驱动，此乃本领域技术人员根据本实用新型实施例或附图容易得出的技术方案，在此不作赘述。在转向时，设置为三轮两驱模式更便于简化控制，参照图1和图2所示，其中一实施例中，驱动轮组50设置于所述身体20下部，包括一个前置的万向轮51和一对后置的驱动轮52，所述驱动轮52含有马达521、电路板522及活动轮523。转向时，控制器40通过发送控制信号至电路板522调整两个马达521的转速，其目的在于形成两活动轮523之间的转速差，该转速差驱动万向轮52调整方向，从而形成快速控制转向，无需额外设置转向机构控制机器人转向，简化了控制过程。同时，将驱动轮组50设置成三轮，有利于增大转向角，在其中一驱动轮52静止时，另一驱动轮52的驱动下，带动万向轮51以静止的驱动轮52为圆心实现机器人原地转圈，显然，四轮或多轮结构于本领域现有技术中难以实现如此大的转向角，当然，如加入多轮轴联动等转向机构可以令多轮结构实现原地转圈或实现任意转向角。然而，在实际应用中成本过高，故本实施例中弃用。

更进一步提高避障精确度，在一较佳实施例中，马达521设置为步进电机或伺服电机。该马达521可根据控制信号控制转动速度、角度及扭矩，从而更精确控制机器人移动。进一步提高机器人避障精确度。又一较佳实施例中，该电路板522还设有转速传感器5221，用于统计马达521转动圈数，防止机器人踩空制动，进而防止转向失效，使机器人避障时获得更优的精确度。

实际行进或后退过程中，往往存在碎屑形态的障碍物，该类障碍物高度低于机器人身体20的底部，无法被上述红外距离传感器31探知，从而随着机器人前进或后退过程中进入底部并制停驱动轮组50，参照图3和图4所示，在一较佳实施例中，该探测装置30还含有位移传感器32，分别布置于机器人底部平面。当障碍物进入机器人底部制停驱动轮组50时，位移传感器32探知制停驱动轮组50的位移信号并发送回控制器40，从而由控制器40发出控制信号，驱动轮组50反方向运动避开障碍物。还有一类障碍物是以路砍或断崖方式存在的，同理所得，通过上述方式可探知并引导机器人躲避该类障碍物，防止机器人翻侧或坠落，从而进一步提升避障效果。

便于避障系统升级及维护，将控制器40设置成分置式。在一具体方案中，将控制功能分置于主控制器41与副控制器42承担，其中，主控制器41设置于机器人头部10内，用于收集各类避障探测装置30反馈的信号，并通过软件设置控制阀值，当反馈回来的距离或位置信号达到设置的阀值时，主控制器41向副控制器42发出控制信号。副控制器42设置于机器人身体20内，用于驱动机器人运动，通过内置于副控制器42的驱动程序及驱动电路调整驱动轮组50的转速、角度及扭矩。当机器人避障系统需要调整避障距离时，只需重新设定主控制器41的控制阀值。当机器人避障系统出现故障，分置式控制器更便于检修。

考虑到机器人避障的连续性，从而在避障过程中不受电缆或线缆的束缚。又一实施例中，机器人身体20的底部上方还设有电池仓22，该电池仓22内置有蓄电池60，通过蓄电池60供电赋予上述避障装置长距离续航运行能力，使整个避障过程更加自如，呈现出连贯的避障效果。

本实用新型还提供一种机器人，本实用新型实施例中，机器人含有该避障装置，该机器人的头部10及身体20处，并位于红外距离传感器位置，设有透光片70。该红外距离传感器31透过透光片70发射或接收信号，其目的在于保护红外距离传感器31不受外物碰撞或接触，提高红外距离传感器31的寿命和精度，形成更佳的避障效果。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。