一种支撑智能设备的移动机器人的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种支撑智能设备的移动机器人，包括带有智能设备安装位置的机身以及运动机构，其特征在于，所述运动机构包括：四个弧形支撑腿，分为两组，对称分布在机身两侧，每个弧形支撑腿的弧形凸起面朝下作为支撑面，所述弧形支撑腿的主体采用柔性材料，所述弧形支撑腿远离支撑面的一端通过转轴与机身连接，同一侧的两个弧形支撑腿的转动面相互平行；转动动力源，安装在机身上驱动四个弧形支撑腿绕转轴转动，四个弧形支撑腿共同转动带动机身运动；本发明的移动机器人的支撑脚采用弧形的构造，且材料是柔软的，使得机器人在十分崎岖的路面或柔软的平面具有很好的移动能力，并有效减轻智能设备的磨损和运动中受到的振动。
【专利说明】
一种支撑智能设备的移动机器人
技术领域
[0001] 本发明涉及智能设备的移动支架，特别涉及一种支撑智能设备的移动机器人。
【背景技术】
[0002] 智能设备特别是智能手机以及平板电脑已经越来越普及，随之而来的，智能设备 (例如手机)和机器人技术的结合是一项新技术和也是一个新的发展领域。但是现有的手机 机器人未能很好的市场化，进一步走向人们的日常消费，因此难以运用到人们的日常生活 中。
[0003] 例如申请公布号CN 104633416 A的专利文献公开了一种多自由度的可移动手机 支架，属于电子设备配件领域。其克服了现有技术中缺少一种可以在个各种环境下使用的 手机支架的缺陷。其技术方案的要点是:可以使被夹持的电子设备具有多自由度，以适应使 用者的不同视角，并附带照明的功能。该支架包括可压缩台灯和固定支架两部分。可压缩台 灯与固定支架之间通过一根杆件连接。所述可压缩台灯的底座装有万向轮，从而增加了所 述支架的可移动性。因为台灯的可压缩结构，减少了上述手机支架的收藏空间，便于携带， 同时可以调节它的竖直高度。上述手机支架后面安装有万向节，可用于调节手机支架角度， 以适应不同视角。
[0004] 又例如授权公告号CN 205249301 U的专利文献公开了一种可行走的手机盒。其包 括底座、支撑杆、容纳盒、指示仪。底座和容纳盒通过支撑杆相连，容纳盒中设有USB接口，用 于给放置于容纳盒中的手机充电，底座上设有控制板、行走装置、非接触式防碰撞装置、定 位装置、防跌落装置、供电装置。控制板用于输出手机盒行走所需的控制信号，行走装置带 动手机盒根据控制信号行走，非接触式防碰撞装置控制行走中的手机盒避开障碍物，防跌 落装置防止手机盒行走中跌落，定位装置指引手机盒行走至指示仪所在地。上述实用新型 实现了睡前方便的放置手机，方便的给手机充电，保证手机正常通信的同时又能够从物理 空间上使手机远离睡眠中的人体，避免手机辐射对人体的损坏，达到了方便与健康兼得的 目的。
[0005] 但是现有的手机机器人还存在以下缺点：1、目前的手机机器人为独立的手机机器 人个体，主要涉及娱乐和玩具领域，结构复杂，成本较高，导致市场价值不高。且大多数的产 品流于创新层面的理念设计和功能开发，尚未成为大众化的主流消费产品；2、目前的手机 机器人体积较大，约为手机本身体积的3~8倍，造成使用不便，且重量较大，难以携带和推 广；3、目前的手机机器人采用独立的电池等供电设备，造成空间的浪费和机器人重量大大 增加，且需要定期更换电池，造成不便和环境的污染;4、目前的手机机器人技术采用硬质材 料作为其全部结构材料，感官舒适度较差，且不具备抗震能力，手机受到长期的震动易减少 其寿命等；5、目前的手机机器人主要采用轮式结构，仅限于在平坦光滑的硬质水平面上运 动，然而生活中用户接触到的往往是像床面、地毯面等具有坡度和障碍的柔软、复杂平面， 通常的轮式结构难以在上面进行移动，且不具备跨越障碍等能力。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种支撑智能设备的移动机器人，使用方便，适用范围广，并且具有 很好的缓冲效果，有效减轻智能设备的磨损和运动中受到的振动。
[0007] -种支撑智能设备的移动机器人，包括带有智能设备安装位置的机身以及运动机 构，所述运动机构包括：
[0008] 四个弧形支撑腿，分为两组，对称分布在机身两侧，每个弧形支撑腿的弧形凸起面 朝下作为支撑面，所述弧形支撑腿的主体采用柔性材料，所述弧形支撑腿远离支撑面的一 端通过转轴与机身连接，同一侧的两个弧形支撑腿的转动面相互平行；
[0009] 转动动力源，安装在机身上驱动四个弧形支撑腿绕转轴转动，四个弧形支撑腿共 同转动带动机身运动。
[0010] 弧形支撑腿的一端转动形成弯刀状轮式执行器，主要用于驱动机器人在平面内进 行自由移动，由于其弯刀状构造，使其具有和普通圆形轮相比更强大的跨越障碍的能力，以 实现智能设备(例如手机)在复杂环境中（如凌乱的桌面等）的自由运动，增强产品的实用价 值。
[0011] 由于弧形支撑腿由柔性材料，即软材料(例如硅胶）制作而成，柔性材料就是可以 挤压变形的材料，机器人在运动过程中若遭遇难以跨越的障碍时，柔性支撑腿会产生变形， 以从狭缝中通过障碍物，具有良好的自适应性，并且保持转动动力源(例如电机)处于转动 状态，防止因过载或堵转烧坏电机。
[0012] 为了便于使用本机器人，优选的，弧形支撑腿包括：
[0013] 柔性支撑杆，内部设有沿长度方向延伸至两端的穿绳通道；
[0014] 拉绳，穿过所述穿绳通道；
[0015] 固定端盖，固定安装在所述柔性支撑杆的一端，用于固定连接拉绳的一端；
[0016] 收线模块，固定安装在所述柔性支撑杆的另一端，用于收放拉绳的另一端以使柔 性支撑杆弯曲或伸直。
[0017] 工作流程如下：初始时，收线模块放松拉绳，处于零位置，即柔性支撑杆不产生变 形，处于伸直的状态，以节省空间。当需要工作时，通过收线模块收紧拉绳至柔性变形片处 于合适的弧度，然后通过电机驱动柔性支撑杆转动，以实现其平面运动的功能。
[0018] 并且，对于不同的工作环境，可以设置柔性支撑杆不同的弧度，使其具有不同的越 障能力和颠簸程度，以适应相应的工作条件。
[0019] 为了方便使用，优选的，所述收线模块包括：
[0020] 收线盒，固定在所述柔性支撑杆的一端；
[0021 ]绕线轴，转动安装在收线盒内，一端伸出收线盒，所述拉绳的一端卷绕在绕线轴 上；
[0022]手柄，固定在所述绕线轴上伸出收线盒的一端。
[0023] 为了方便锁定绕线轴，进一步优选的，所述绕线轴可以轴向移动，所述收线盒上设 有与手柄形状相匹配的定位槽。绕线轴完成收线后移动使手柄卡入定位槽完成锁定。
[0024] 使用时，拉出手柄，旋动绕线轴若干圈至柔性支撑杆处于合适的弧度后，将手柄推 入定位槽，以锁住当前状态。
[0025] 为了使柔性支撑杆总朝向同一方向弯曲，优选的，每个柔性支撑杆内设有至少两 条平行设置的穿绳通道，同一柔性支撑杆内的穿绳通道所在的平面与所述柔性支撑杆弯曲 的弧形面基本平行。
[0026] 为了减轻重量，减小振动，优选的，所述机身包括：
[0027] 主体安装盒，由硅胶制成，内腔通过隔板分为上下两层，下层用于安装转动动力源 以及电路元件，上层用于放置智能设备。
[0028] 为了实现在智能设备界面上进行操作可以控制机器人动作的功能，优选的，还包 括与智能设备通信的红外发射器、红外接收器以及控制转动动力源工作的控制器，所述红 外发射器向智能设备发射红外信号，红外接收器由控制器直接供电，并将智能设备发出的 信号传入控制器中。
[0029] 为了减少机器人本身的重量和零部件，优选的，所述主体安装盒内设有与智能设 备供电口相配合的电源插座以通过智能设备为所述移动机器人供电。
[0030] 本发明的有益效果：
[0031] 本发明的移动机器人的支撑腿采用弧形的构造，且材料是柔软的，使得机器人在 十分崎岖的路面或柔软的平面具有很好的移动能力，并有效减轻智能设备的磨损和运动中 受到的振动。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明的机器人的立体结构示意图。
[0033] 图2为本发明的机器人的俯视结构示意图。
[0034] 图3为本发明的机器人的主视结构示意图。
[0035] 图4为本发明的机器人的爆炸结构示意图。
[0036] 图5为本发明的弧形支撑腿的爆炸结构示意图。
[0037] 图6为本发明的收线模块的放大结构示意图。
[0038] 图7为本发明的柔性支撑杆的浇筑模具的立体结构示意图。
[0039] 图8为本发明的机器人的内部电路图。
[0040] 图9为本发明的机器人的工作流程线框图。
【具体实施方式】
[0041] 如图1~6所示，本实施例的移动机器人包括机身和固定在机身上的四个弧形支撑 腿16,本实施例中智能设备以手机为例。
[0042] 每个弧形支撑腿16包括弧形、即弯刀状的柔性支撑杆1、穿绳通道2、线驱动用高强 度拉绳3、固定细线的固定端盖4、收线模块5、微型电机6、硬和软材料的联轴器7。
[0043] 弧形支撑腿16的制作、装配过程:制作浇筑模具，如图7所示，浇筑模具分为模具左 右挡板18、模具前后挡板19、模具底板20-在模具前后挡板留孔位置插入三路软管作为穿 绳通道2，进行预拉紧并两端打结固定-插入硬软材料联轴器7-按照硅胶:硅胶固化剂= 50:1的配比配制一定硬度的硅胶-将配置的硅胶充分搅拌并倒入模具中-放入恒温箱固 化12小时-拆下浇筑模具，保留模具前后挡板19-裁剪软管使其两端保留长度和模具前后 挡板平齐-将线驱动用高强度拉绳3分别插入三路软管中，一端通过固定端盖4进行压紧固 定，另一端细线端部固定于收线模块5中-旋转作为手柄的收紧头21将柔性支撑杆1收紧到 合适的形状-收紧头21插入定位槽中以固定收紧头21-将弧形支撑腿16通过联轴器7固定 于微型电机6上，进而固定到机器人的机身上去。
[0044] 工作流程:初始时，将收线模块5放于零位置，即柔性支撑杆1不产生变形，处于伸 直的状态，以节省空间。当需要工作时，将收紧头21拉出定位槽，旋动若干圈至柔性支撑杆1 处于合适的弧度后，将收紧头21推入定位槽，以锁住当前状态。这时，可以开始用手机控制 其转动，以实现其平面运动的功能。并且，对于不同的工作环境，可以设置柔性支撑杆1不同 的弧度，使其具有不同的越障能力和颠簸程度，以适应相应的工作条件。
[0045] 结构功能：弧形支撑腿16主要用于驱动机器人在平面内进行自由移动，由于其特 殊的弯刀状构造，使其具有和普通圆形轮相比更强大的跨越障碍的能力，以实现手机在复 杂环境中（如凌乱的桌面等)的自由运动，增强产品的实用价值。并且，由于此执行器由软材 料制作而成，机器人在运动过程中若遭遇难以跨越的障碍时，柔性支撑杆1会产生变形，以 从狭缝中通过障碍物，具有强大的自适应性，并且保持电机处于转动状态，防止因过载或堵 转烧坏电机。
[0046] 收线模块5包括作为手柄的收紧头21、收线盒22、前盖板23,收线盒22由四面盖板 (底盖板上有使细线通过的狭道)和收线盒22后板的矩形定位槽组成，收紧头22由绕线圆 柱、旋转头和收紧头22末端的矩形卡扣组成。当需要调整柔性支撑杆的弧度时，打开前盖板 23,将收紧头22从收线盒22后板定位槽中拉出，卡扣和定位槽分离，旋转若干圈后，使柔性 支撑杆1达到目标的弧度，将收紧头22按入定位槽中，以锁紧当前的柔性支撑杆1弧度，再盖 上前盖板即可。
[0047] 机身包括软材料制成的主体安装盒8和硬质隔板17,手机9安装在主体安装盒8的 上层。
[0048]主体安装盒8由硅胶(硅胶:硅胶固化剂=50:2)浇筑在模具中制成，将微型电机、 电路等固定于其下层，其中，四个微型电机6通过电机套对称固定于下层，电路固定于底面 中央，引出的手机的供电引出线12通过底板后部的圆形孔引出主体安装盒8外部，和控制器 相连的红外接收器11通过底板前段的矩形孔引出主体安装盒8外部，固定于红外发射器10 前部位置。将硬质盖板盖上，固定于主体的定位槽中，在硬质隔板17上放置手机，由于主体 安装盒8的内尺寸和手机的外尺寸相同，手机便被固定于外壳中。
[0049] 红外遥控接收模块包括通过手机耳机通道连接的红外发射器10和控制器连出的 红外接收器11，红外发射器通过手机的耳机通道发射红外信号，红外接收器由arduino nano控制器直接供电，并将手机发出的信号传入arduino控制器中。从而实现在手机界面上 进行操作可以控制机器人动作的功能。
[0050] 如图8所示，本实施例中的电路结构如下：
[0051] 手机供电模块:包括手机供电引出线12和升压装置13,将手机供电引出线中的GND 和VCC分为两路，一路连入底层电路的IN-和IN+，通过升压模块13将手机引出的5V电压变 压至9V，并给arduino供电，另一路不经过变压直接给两个微型直流电机驱动模块L9110供 电。
[0052] 其他内部电路模块:包括arduino nano控制器14和电机驱动芯片(L9110) 15，如上 所述，将arduino nano控制器的4路pwm I/0通道连出，分别连入两片L9110驱动模块的IN1、 IN3和IN2、IN4,其中，同一水平线上的两个电机共用两路控制信号。另外，将arduino nano 的一路pwm I/O通道连入红外接收器的信号口，并将GND和3.3V分别连入红外接收器的接地 端和供电端。
[0053] 工作原理和流程：
[0054] 如图9所示，手机机器人常规功能流程如下：
[0055] 〈1>根据需求的工作环境调节机器人的收紧头22,旋转柔性支撑杆1端部的收紧头 22，调整柔性支撑杆1的弧度，以适应不同的工作环境。
[0056] 以柔性支撑杆1长度10cm，收紧柱直径5mm，收紧头22旋紧0圈时柔性支撑杆1无变 形为例：
[0057]当在硬质光滑无障碍平面(如干净的桌面、地面)运动时:旋紧收紧头2210~12圈； [0058]当在软质光滑无障碍平面（如干净的床面、沙发面)运动时：旋紧收紧头228~12 圈；
[0059] 当在小障碍平面(如有书本等杂物的桌面)运动时:旋紧收紧头226~8圈；
[0060] 当在多障碍平面(如障碍物高度超过手机厚度的2倍)运动时:旋紧收紧头223~8 圈；
[0061] 〈2>将手机放入机器人壳中，由于外壳的内尺寸和手机的外尺寸相同，手机便被固 定于外壳中。
[0062] 〈3>将手机机器人的供电引出线接到手机的电源孔处，为机器人供电。打开手机中 的遥控精灵APP，开启遥控界面。
[0063] 〈4>在手机图形化操作界面中输入遥控命令。
[0064] 〈5>遥控命令包括"前进""后退" "左转""右转""增加移动速度""降低移动速度" "停止或刹车"七种，分别通过图形化操作界面中的七个按钮指示。
[0065] 〈6>根据输入的命令，手机连接的红外发射器发出相应的红外信号。
[0066] 〈7>与控制器相连的红外接收器接收到信号，并将信号传入控制器，控制四路微型 电机动作，动作对应的控制器控制信号如下：
[0067] 当命令为方向性命令"前进" "后退""左转""右转" "停止或刹车"五种中的某种时， 单片机通过改变D0~D3 口的高低电平控制四路电机进行运动，对应控制信号如下表所示：
[0068] 当命令为调速性命令"增加移动速度" "降低移动速度"时，通过改变四路信号的占 空比来改变电机转速，pwm脉宽调制信号占空比x在arduino单片机中用0~255的数字表示， 定义初值x0 = 200;当接收到命令"增加移动速度"时，x = x+1，判断若x>255，则x = 255;当接 收到命令"降低移动速度"时，x = x-l，判断若x〈0,则x = 0。其他情况下x保持。
[0069]
[0070]机器人拓展功能：
[0071] (1)自动寻回功能
[0072] 此款产品具有自动寻回功能，当手机遗失时，用户使用另一台具有无线定位功能 的手机进行手机召回，向遗失手机发送信号，遗失手机中内置的无线定位系统启用，判断目 标点和当前位置的方向及距离，进行运动规划，控制遗失的手机运动到目标手机处。适用于 短距离的手机寻回功能。
[0073] (2)远程遥控功能
[0074]用另一具有红外发射功能的手机遥控目标手机机器人，可以控制其在一定距离范 围内移动到对应的位置，或是做出对应动作，主要用于远程取物、娱乐教学等。
[0075] (3)其他娱乐功能
[0076] 通过和手机功能的绑定，实现手机界面的硬件化，开发基于手机机器人的新型聊 天"表情"一一即"表情"功能不仅限于手机界面的一个图案或者动画，也包含手机机器人的 运动，如"前后走"、"摆头"、"站立"等。
[0077] 本实施例的移动机器人解决了现有技术中的以下问题：
[0078] 1、采用软材料结构，减轻震动和重量等。
[0079]采用合理配比的硅胶作为机器人的主要结构，由于软材料的缓冲能力，具有较好 的保护效果，减轻手机的磨损和运动中受到的振动，延长使用寿命。且由于硅胶材料密度较 小，此款产品可以大大减轻其重量，便于携带和使用。
[0080] 采用新型的基于软材料的运动机构，具有较好的复杂地面运动能力，且具有软材 料特有的机械保护能力和自适应性等。
[0081] 2、采用硅胶制成的弯刀状变形轮式机构(弧形支撑杆），具有较好的跨越障碍能力 (如越障和软床面行走能力等），且通过软材料的使用使其具有过载保护能力和强大的自适 应性。
[0082] 3、采用手机供电，减轻体积和重量，减少更换电池的麻烦。
[0083] 此款产品将手机电源引出通过两个变压电路分别对机器人内部的控制器和微型 电机进行供电和驱动，无需再使用单独的锂电池，节省内部空间，减轻重量，有利于手机机 器人的小型化，便于携带和使用。无需进行手机机器人电池的更换，减少装拆电路的麻烦。
[0084] 4、通过手机红外模块和机器人内部控制器进行通信，采用手机遥控APP直接遥控 机器人运动，减少操作复杂性，且可实现分离式遥控。
[0085] 此款产品通过手机耳机通道连接红外发射器，机器人控制器连出的红外接收器接 收红外射线，从而实现手机界面的直接遥控，无需使用遥控器等，减少操作的复杂性。且可 以实现手机-机器人的分离式近程遥控。
[0086] 5、通过微型电机和电路的使用，实现手机机器人的小型化。
[0087] 此款产品通过微型电路的设计，并选用微型电机驱动，节省内部空间和重量，便于 手机机器人的携带和使用。
[0088] 6、通过多路线驱驱动柔性执行器变形，通过改变执行器的形状以适应不同的工作 环境。
[0089] 通过线驱动手机机器人的柔性弯刀状变形轮进行变形，以适应不同的工作环境， 同时通过形状的改变，节省执行器的占用空间，实现手机机器人的小型化。
【主权项】
1. 一种支撑智能设备的移动机器人，包括带有智能设备安装位置的机身以及运动机 构，其特征在于，所述运动机构包括： 四个弧形支撑腿，分为两组，对称分布在机身两侧，每个弧形支撑腿的弧形凸起面朝下 作为支撑面，所述弧形支撑腿的主体采用柔性材料，所述弧形支撑腿远离支撑面的一端通 过转轴与机身连接，同一侧的两个弧形支撑腿的转动面相互平行； 转动动力源，安装在机身上驱动四个弧形支撑腿绕转轴转动，四个弧形支撑腿共同转 动带动机身运动。2. 如权利要求1所述的支撑智能设备的移动机器人，其特征在于，弧形支撑腿包括： 柔性支撑杆，内部设有沿长度方向延伸至两端的穿绳通道； 拉绳，穿过所述穿绳通道； 固定端盖，固定安装在所述柔性支撑杆的一端，用于固定连接拉绳的一端； 收线模块，固定安装在所述柔性支撑杆的另一端，用于收放拉绳的另一端以使柔性支 撑杆弯曲或伸直。3. 如权利要求2所述的支撑智能设备的移动机器人，其特征在于，所述收线模块包括： 收线盒，固定在所述柔性支撑杆的一端； 绕线轴，转动安装在收线盒内，一端伸出收线盒，所述拉绳的一端卷绕在绕线轴上； 手柄，固定在所述绕线轴上伸出收线盒的一端。4. 如权利要求2所述的支撑智能设备的移动机器人，其特征在于，每个柔性支撑杆内设 有至少两条平行设置的穿绳通道，同一柔性支撑杆内的穿绳通道所在的平面与所述柔性支 撑杆弯曲的弧形面基本平行。5. 如权利要求1所述的支撑智能设备的移动机器人，其特征在于，所述机身包括： 主体安装盒，由硅胶制成，内腔通过隔板分为上下两层，下层用于安装转动动力源以及 电路元件，上层用于放置智能设备。6. 如权利要求1所述的支撑智能设备的移动机器人，其特征在于，还包括与智能设备通 信的红外发射器、红外接收器以及控制转动动力源工作的控制器，所述红外发射器向智能 设备发射红外信号，红外接收器由控制器直接供电，并将智能设备发出的信号传入控制器 中。7. 如权利要求1所述的支撑智能设备的移动机器人，其特征在于，所述主体安装盒内设 有与智能设备供电口相配合的电源插座以通过智能设备为所述移动机器人供电。
【文档编号】H04M1/11GK106005081SQ201610521888
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】李铁风, 胡毓涵, 金涛, 金永斌
【申请人】浙江大学