专利名称：家用服务机器人的障碍物碰撞检测系统及其检测方法
技术领域：
本发明涉及一种家用服务机器人的障碍物碰撞检测装置，特别是公开一种家用服务机器人的障碍物碰撞检测系统及其检测方法，避免或是预防家用服务机器人发生碰撞的综合障碍物碰撞检测系统，属于机器人技术领域。
背景技术：
目前常用机器人碰撞检测装置采用的是在机器人的前方或一周装一个碰撞环，在碰撞环上的几个位置安装有微动开关。当机器人碰到障碍物时，微动开关闭合，不同位置的微动开关闭合状态对应了机器人在不同的位置遭遇了碰撞。例如专利“US 7，571，511 B2” 中的机器人在其前部安装了一个碰撞环。这种公知的碰撞检测装置一般装在机器人的底盘位置，只能检测到机器人下部的碰撞，对于圆盘式的机器人来说是适宜的。如果机器人做得比较高，其中部和上部的碰撞就无法检测。对于除了底盘上面还有其他部件的机器人，常用的技术在一些位置装红外传感器，可以在离障碍物有一定距离时测到障碍物，预先避让。但需要安装许多的红外传感器， 而且不可能在所有的位置都能测到障碍物。
发明内容
本发明的目的是针对当前机器人碰撞检测的技术局限，设计一种只需要安装在一个位置，就能够测量到来自不同高度、不同方位的碰撞的障碍物碰撞检测系统，及时采取措施，保障机器人自身的安全。本发明是这样实现的一种家用服务机器人的障碍物碰撞检测系统及其检测方法，其特征在于所述的障碍物碰撞检测系统包括支架、弹力机构、配重模块和检测模块； 所述的支架包括1个上盖，若干个立柱和1个下盖，支架是其他部件的安装支撑，支架上设有安装孔，可以安装在机器人上，所述弹力机构安装于所述支架的上盖中心底侧，所述配重模块安装在所述弹力机构的下方，并与弹力机构相连，所述检测模块安装于所述支架的内部，包括1个红外发射管、若干个红外接收管和1个控制电路板。所述红外接收管呈阵列对称分布安装于控制电路板上，所述控制电路板设于支架下盖的上表面，所述红外发射管与支架上盖中心底侧的弹力机构下端相连，当障碍物碰撞检测系统受到冲击时，红外发射管会在弹力机构作用下偏移。将所述的障碍物碰撞检测系统垂直安装于机器人的顶部，其上的红外发射管和红外接收管具有固定的发射和接收角度，当机器人平稳运行时，红外发射管处于正中位置，靠近中央的一部分红外接收管能够接收到信号。当机器人在行进中碰到障碍物时，当机器人在行进中碰到障碍物时，障碍物碰撞检测系统会受到冲击，由于惯性力的作用，在弹力机构作用下，弹力机构、配重模块以及红外发射管会有一个与碰撞方向相反的偏移。红外发射管发射的光线的锥面与红外发射管所在的平面形成一个偏角，能够接收到信号的接收管的位置发生改变，其强弱也发生改变。根据能够接收到信号的发射管所在的不同位置以及接收到的信号强弱，就能够判断机器人受到碰撞的方位及强度。将此方位反馈到运动控制系统，即能够对机器人采取停止运动等措施，以保护机器人的自身安全及其他物体的安全。本发明的有益效果是只需要将一个障碍物碰撞检测系统安装在机器人上，就能够测量来自不同高度、不同方位的碰撞的障碍物碰撞检测系统，在机器人碰到障碍物时及时采取一定的措施，保障机器 人自身的安全。本发明可以广泛应用于家庭用服务机器人上， 使机器人在复杂的家庭环境中安全行走。
图1是本发明系统结构仰视示意图。图2是本发明系统结构正视示意图。图3是本发明检测装置接收部分俯视图。图4是本发明障碍物碰撞检测系统剖面图。图5是图4的I处局部放大图。图6是机器人平稳运行时红外发射管工作位置示意图。图7是机器人碰到障碍物时红外发射管工作位置示意图。图中1、支架；2、弹力机构；3、配重模块；11、上盖；12、立柱；13、下盖； 41、红外发射管；42、红外接收管；43、控制电路板。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。根据附图1和附图2，本发明家用服务机器人的障碍物碰撞检测系统主要由支架 1，弹力机构2、配重模块3、检测模块组成。支架1包括1个上盖11，若干个立柱12和1个下盖13，支架1是其他部件的安装支撑，支架1上设有安装孔，可以安装在机器人上。弹力机构2安装于支架1的上盖11上。配重模块3安装在所述弹力机构的下方。检测模块安装于支架1内部。根据附图2和3，检测模块包括红外发射管41，红外接收管42以及控制电路板43。 红外发射管41安装于配重模块3的下方，位于上盖11的中间位置，垂直向下安装。红外接收管42有若干个，分布成一个阵列，安装于控制电路板43上。本实施例中安装了两圈共8 个红外接收管。控制电路板43安装于下盖13上。根据附图4和5，配重模块3安装在弹力机构2的外部，与弹力机构相连接。红外发射管41的底部卡在配重模块3下部，固定于配重模块3上。弹力机构2主要由弹簧等构件组成，起到力平衡缓冲的作用。根据附图6，当机器人平稳运行时，红外发射管41处于正中位置，第一圈的4个红外接收管42能够接收到的信号且信号强度接近，第二圈的4个红外接收管42接收不到信号。根据附图7，当机器人在行进中碰到障碍物时，障碍物碰撞检测系统会受到冲击， 由于惯性力的作用，在弹力机构2作用下，弹力机构2、配重模块3以及红外发射管41会有一个与碰撞方向相反的偏移。红外发射管41不再位于正中间，其发射的光线的锥面也随之与红外发射管42所在的平面形成一个偏角，能够接收到信号的接收管的位置发生改变，其强弱也发生改变。根据能够接收到信号的发射管所在的不同位置以及接收到的信号强弱， 就能够判断机器人受到碰撞的方位及强度。将此信息反馈到运动控制系统，即能够对机器人采取停止运动等措施，以保护机器人的自身安全及其他物体的安全。只 需要将本实施例中的一个障碍物碰撞检测系统安装在机器人上，就能够测量到来自不同高度、不同方位的碰撞，使机器人在复杂的环境中安全行走。本实施例仅是用于详细说明本发明的实施技术方案而非限制，本发明的保护以本发明权利要求所述为准。本领域的技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但不脱离本发明的宗旨和范围的，均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
权利要求
1.一种家用服务机器人的障碍物碰撞检测系统，其特征在于所述的障碍物碰撞检测系统包括支架、弹力机构、配重模块和检测模块；所述的支架包括1个上盖，若干个立柱和 1个下盖，支架是其他部件的安装支撑，支架上设有安装孔，可以安装在机器人上，所述弹力机构安装于所述支架的上盖中心底侧，所述配重模块安装在所述弹力机构的下方，并与弹力机构相连，所述检测模块安装于所述支架的内部，包括1个红外发射管、若干个红外接收管和1个控制电路板。
2.根据权利要求1所述的家用服务机器人的障碍物碰撞检测系统，其特征在于所述红外接收管呈阵列对称分布安装于控制电路板上，所述控制电路板设于支架下盖的上表面，所述红外发射管与支架上盖中心底侧的弹力机构下端相连，当障碍物碰撞检测系统受到冲击时，红外发射管会在弹力机构作用下偏移。
3.—种权利要求1或2所述家用服务机器人的障碍物碰撞检测系统的检测方法，其特征在于当机器人在行进中碰到障碍物时，障碍物碰撞检测系统受到冲击时，由于惯性力的作用，在弹力机构作用下，弹力机构、配重模块以及红外发射管会有一个与碰撞方向相反的偏移，红外发射管发射的光线的锥面与红外发射管所在的平面形成一个偏角，能够接收到信号的接收管的位置发生改变，其强弱也发生改变；根据能够接收到信号的接收管所在的不同位置以及接收到的信号强弱，就能够判断机器人受到碰撞的方位及强度；将此方位反馈到运动控制系统，即能够对机器人采取停止运动措施，以保护机器人的自身安全及其他物体的安全。
4.根据权利要求3所述家用服务机器人的障碍物碰撞检测系统的检测方法，其特征在于测量来自不同高度、不同方位的碰撞，只需将一个障碍物碰撞检测系统安装在机器人上，使机器人在复杂的环境中安全行走。
全文摘要
本发明为一种家用服务机器人的障碍物碰撞检测系统及其检测方法，其特征在于所述的障碍物碰撞检测系统包括支架、弹力机构、配重模块和检测模块。当机器人在行进中碰到障碍物时，在弹力机构作用下，红外发射管发射的光线的锥面与红外发射管所在的平面形成一个偏角，能够接收到信号的接收管的位置发生改变，其强弱也发生改变；根据能够接收到信号的接收管所在的不同位置以及接收到的信号强弱，就能够判断机器人受到碰撞的方位及强度；将此方位反馈到运动控制系统，对机器人采取停止运动措施，只需将一个障碍物碰撞检测系统安装在机器人上，就能够测量来自不同高度、不同方位的碰撞，保障机器人自身的安全及其他物体的安全。
文档编号G01V8/20GK102360086SQ201110297670
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者卢秋红, 卢飞宏, 张国伟, 於卫龙 申请人:上海合时智能科技有限公司