一种机器人的制作方法

本发明实施例涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种机器人。

背景技术

随着工业技术的发展和人力成本的提高，越来越多的行业采用机器人取代人工作或与人一起协同作业工作，特别是在单调、重复性高、危险性强的工作场合，机器人的应用越来越多，随着机器人的智能化，机器人也将会慢慢渗入各个领域。

目前，大部分机器人都是固定式的，不能移动，作业空间受限。而移动的机器人市场上很少，并且底轮只有方向上的变化，没有考虑爬坡及负载变化引起的机器人质心变化，存在倾倒可能。

技术实现要素：

本发明提供一种机器人，以降低机器人在爬坡及负载变化引起的质心变化时倾倒的可能，从而提高了机器人的作业稳定性。

第一方面，本发明实施例提供了一种机器人，所述机器人包括控制系统、质心监测系统、轮系系统和底座；

所述轮系系统包括多个底轮，多个所述底轮分别通过多个可伸缩的杆件与所述底座连接；

所述控制系统包括第一控制单元和信号处理单元；所述第一控制单元与所述信号处理单元电连接；

所述质心监测系统包括多个力传感器，多个所述力传感器安装在多个所述可伸缩的杆件上，所述力传感器与所述信号处理单元电连接，用于将所述杆件的受力转换为受力信号传输至所述信号处理单元；所述信号处理单元采集所述受力信号，并将采集的信号传输至所述第一控制单元，所述第一控制单元根据所述采集的信号形成驱动信号，用于调节多个所述可伸缩的杆件的长度。

具体地，所述质心监测系统还包括多个驱动装置；多个所述驱动装置与所述信号处理单元电连接，多个所述驱动装置分别与多个所述可伸缩的杆件一一对应连接，所述驱动装置根据所述驱动信号驱动对应的杆件伸缩。

具体地，所述驱动装置为电机。

具体地，所述机器人还包括导航系统和深度相机，所述控制系统还包括第二控制单元；

所述导航系统安装在所述底座上；所述导航系统包括雷达单元和惯导单元；所述雷达单元用于检测周围环境并进行地图构建，所述惯导单元用于定位所述机器人本体位置信息；

所述第二控制单元与所述导航系统电连接；所述第二控制单元输出导航控制信号至所述导航系统，控制所述导航系统检测所述机器人的周围环境形成地图数据传输至所述第二控制单元，所述控制单元根据所述地图数据进行路径规划；

所述深度相机与所述第二控制单元电连接，用于检测外界垂直方向的环境并形成垂直方向的环境信号传输至所述第二控制单元。

具体地，所述机器人还包括躯干、头部和目标定位系统，所述控制系统还包括第三控制单元；

所述躯干与所述底座固定连接，所述头部安装在躯干远离所述底座的一端，所述目标定位系统包括双目视频相机和两个舵机，所述双目视频相机与所述舵机连接，所述舵机与所述躯干链接；

所述第三控制单元与所述目标定位系统电连接，所述第三控制单元输出定位控制信号，用于控制所述目标定位系统在检测范围内搜索所述目标。

具体地，所述机器人还包括电源系统，所述电源系统包括atx电源和开关电源；

所述atx电源与所述第一控制单元电连接，为所述第一控制单元供电；

所述开关电源包括第一电压输出端和第二电压输出端；所述第一电压输出端与所述轮系系统的电源输入端电连接，所述第二电压输出端通过第一控制开关与多个所述力传感器和所述信号处理单元电连接，所述第一控制开关包括控制端，所述第一控制开关用于根据其控制端的电压导通或者关断，并在导通将所述开关电源第二电压输出端输出的电压传输至所述多个所述力传感器和所述信号处理单元。

具体地，所述机器人还包括硬盘，所述电源系统还包括第一开关，所述第一开关与所述第一控制单元电连接；

所述第一开关闭合，所述第一控制单元反馈触发信号给所述atx电源，所述atx电源向所述第一控制单元和所述硬盘供电。

具体地，所述开关电源还包括第三电压输出端；

所述第三电压输出端与所述第二控制单元电连接，用于向所述第二控制单元供电。

具体地，所述电源系统还包括继电器，所述继电器包括控制端和一对常开触点，所述atx电源包括第三电压输出端，所述开关电源还包括第四电压输出端；

所述继电器的控制端与所述atx电源的第三电压输出端电连接；所述一对常开触点的一个与所述开关电源的第四电压输出端电连接，所述一对常开触点的另一个与所述第一控制开关的控制端电连接。

具体地，所述机器人还包括安全系统；

所述安全系统包括有线急停单元和无线急停单元，所述有线急停单元和所述无线急停单元分别与所述第一控制单元连接，所述有线急停单元输出有线急停信号或所述无线急停单元输出无线急停信号至所述第一控制单元，所述第一控制单元切断所述电源系统的供电。

本发明通过在机器人上设置质心监测系统，质心监测系统包括多个力传感器，每个力传感器安装在不同的可伸缩的杆件上，并与信号处理单元电连接。力传感器将杆件的受力转换为受力信号传输至信号处理单元，信号处理单元采集受力信号，并将采集的信号传输至第一控制单元，第一控制单元根据采集的信号形成驱动信号，用于调节多个可伸缩的杆件的长度，从而降低了机器人在爬坡时引起的质心变化时倾倒的可能，提高了机器人的作业稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种机器人的部分结构示意图；

图2为图1中10的局部放大示意图；

图3为本发明实施例提供的一种机器人的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电源系统的供电流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种机器人的部分结构示意图，图2为图1中10的局部放大示意图。如图1和图2所示，该机器人包括控制系统110、质心监测系统、轮系系统和底座130；轮系系统包括多个底轮120，多个底轮120分别通过多个可伸缩的杆件121与底座130连接；控制系统110包括第一控制单元111和信号处理单元112；第一控制单元111与信号处理单元112电连接；质心监测系统包括多个力传感器141，多个力传感器141安装在多个可伸缩的杆件121上，力传感器141与信号处理单元112电连接，用于将杆件121的受力转换为受力信号传输至信号处理单元112；信号处理单元112采集受力信号，并将采集的信号传输至第一控制单元111，第一控制单元111根据采集的信号形成驱动信号，用于调节多个可伸缩的杆件121的长度。

具体地，机器人的轮系系统一般包括四个底轮120(图1和图2中未全示出)，每个底轮120上设置了电机、减速机、编码器、抱闸和驱动器。驱动器与信号处理单元112实现通信连接，示例性地，可以通过以太网控制自动化技术(ethercontrolautomationtechnology，ethercat)总线实现通信连接。信号处理单元112与第一控制单元111可以通过ethercat总线实现通信连接。信号处理单元112可包括模拟量数字输入输出模块、数字量输入输出模块、ethercat模块、rs485模块及同步串行接口模块，其主要完成各传感器数据的采集并将第一控制单元输出的信号输出给各执行机构。因此信号处理单元112输出驱动底轮120的信号至驱动器，驱动器根据该信号驱动底轮120上的电机正转和反转，从而可以控制机器人的移动。

每个可伸缩的杆件121包括伸缩部1211和受力部1212，受力部1212上安装有受力件，例如弹簧。力传感器141与受力部1212上的受力件接触，可以将受力件的受力转换为受力信号发送至信号处理单元112，信号处理单元112将受力信号处理后发送至第一控制单元111。第一控制单元111根据信号处理单元112处理后的受力信号形成驱动信号输出至信号处理单元112。伸缩部1211上安装有驱动装置1214，驱动装置1214与信号处理单元112电连接，信号处理单元112输出驱动信号至驱动装置1214，驱动装置1214根据信号处理单元112输出的驱动信号进行运动，从而驱动伸缩部1211运动。例如，驱动装置1214可以是电机，电机的正转和反转可以带动伸缩部1211的伸长或者缩短。

另外，可伸缩的杆件121还可以包括编码器1213，在驱动装置1214带动伸缩部1211伸长或缩短过程中，驱动装置1214的运动与伸缩部1211的伸长或缩短的长度之间可以通过编码器1213建立映射关系，从而实现对伸缩部1211的伸长或缩短的长度的控制。示例性地，驱动装置1214可以是电机，电机转一周可以对应伸缩部1211伸长或缩短1cm，因此可以控制电机旋转的方向和周数控制伸缩部1211伸长或缩短的长度。

由此可知，在机器人作业过程中，多个力传感器141检测可伸缩的杆件121的受力情况。当遇到路况的改变或负载变化引起的机器人质心变化时，不同的力传感器141的受力情况变化不同，每个力传感器141发送至信号处理单元112的受力信号不同，信号处理单元112将不同的受力信号发送至第一控制单元111，第一控制单元111根据不同的受力信号发送出不同的驱动信号通过信号处理单元112至可伸缩的杆件121的驱动装置1214，每个可伸缩的杆件121的驱动装置1214根据驱动信号进行不同的伸长或缩短的调节。

示例性地，当机器人作业过程中路况从平路变成上坡，机器人的四个底轮120对应的可伸缩的杆件121上的力传感器141从受力相等变为机器人的前两个底轮120受力小于后两个底轮120的受力，此时前两个底轮120对应的可伸缩的杆件121上的力传感器141发送的受力信号小于后两个底轮120对应的可伸缩的杆件121上的力传感器141发送的受力信号，此时第一控制单元111可以控制前两个底轮120对应的可伸缩的杆件121缩短使机器人的质心向前倾，从而增加前两个底轮120对应的可伸缩的杆件121的受力，或者控制控制后两个底轮120对应的可伸缩的杆件121伸长使机器人的质心向前倾，从而减小后两个底轮120对应的可伸缩的杆件121的受力，还可以同时控制前两个底轮120对应的可伸缩的杆件121缩短和后两个底轮120对应的可伸缩的杆件121伸长，直至四个底轮120对应的可伸缩的杆件121上的力传感器141的受力情况相同。此时可以保证机器人在上坡上的质心与机器人在平路上的质心位于同一位置，从而降低了机器人在爬坡时引起的质心变化时倾倒的可能，提高了机器人的作业稳定性。

同理，当机器人的负载变化引起机器人的质心变化时，同样可以通过调节各个底轮120对应的可伸缩的杆件121的长度降低机器人负载变化引起的质心变化时倾倒的可能，从而提高了机器人的作业稳定性。

本实施例的技术方案，通过在机器人上设置质心监测系统，质心监测系统包括多个力传感器，每个力传感器安装在不同的可伸缩的杆件上，并与信号处理单元电连接。力传感器将杆件的受力转换为受力信号传输至信号处理单元，信号处理单元采集受力信号，并将采集的信号传输至第一控制单元，第一控制单元根据采集的信号形成驱动信号，用于调节多个可伸缩的杆件的长度，从而降低了机器人在爬坡时引起的质心变化时倾倒的可能，提高了机器人的作业稳定性。

在上述技术方案的基础上，图3为本发明实施例提供的一种机器人的结构示意图，如图3所示，该机器人还包括导航系统和深度相机(图中未示出)，控制系统还包括第二控制单元(图中未示出)。导航系统和深度相机均安装在底座上；导航系统包括雷达单元161和惯导单元162；雷达单元161用于检测周围环境并进行地图构建，惯导单元161用于定位机器人本体位置信息；第二控制单元与导航系统电连接；第二控制单元输出导航控制信号至导航系统，控制导航系统检测机器人的周围环境形成地图数据传输至第二控制单元，控制单元根据地图数据进行路径规划；深度相机与第二控制单元电连接，用于检测外界垂直方向的环境并形成垂直方向的环境信号传输至第二控制单元。

具体地，雷达单元161可以为激光雷达，激光雷达作为主导航，用于检测周围环境并进行地图构建。而惯导单元162作为辅助导航，可用于定位机器人本体的位置。激光雷达161和惯导单元162与第二控制单元均实现通讯连接。示例性地，激光雷达161与第二控制单元通过etherneit通讯，惯导单元162与第二控制单元通过rs232通讯。激光雷达161在地图构建完成后将地图数据信息发送至第二控制单元，惯导单元162定位机器人本体的位置后也将机器人本体位置信息发送至第二控制单元，因此第二控制单元根据机器人本体位置信号和机器人的目标位置在地图上进行路径规划。在路径规划结束后，第二控制单元通过交换机将路径信息输出至第一控制单元，第一控制单元根据路径信息控制机器人按照路径移动。

另外，机器人还包括深度相机，在路径规划后，机器人根据规划的路径向目标位置进行移动，在此过程中，深度相机检测机器人周围垂直方向上的障碍物，形成垂直方向的环境信号传输至第二控制单元，第二控制单元通过交换机将垂直方向的环境信号传输至第一控制单元。当机器人周围的垂直方向上有障碍物时，第一控制单元根据垂直方向上的环境信号确定障碍物与机器人的距离，控制机器人调整机器人的移动速度直至机器人停止运动。一般情况下，底轮上安装有刹车系统，每个底轮上均设置有抱闸，当第一控制单元控制机器人减速时，可以控制刹车系统进行抱闸，同时切断机器人对底轮的供电。而且，机器人上还可以包括超声波传感器，安装在底座上，并与第二控制单元通讯连接。底座的每个方向上可以安装两个超声波传感器。例如，当底座为四边形时，底座的每个边上可以安装两个超声波传感器，因此底座上共安装8个超声波传感器。超声波传感器可以检测底座周围的障碍物，一般情况下，超声波传感器可以检测机器人周围最大距离为3米。当机器人周围存在障碍物时，第二控制单元根据超声波传感器发出的信号调整机器人的移动速度，直至移动速度为零。因此根据深度相机和超声波传感器可以避免机器人在移动过程中与障碍物碰撞。另外，通过设置第二控制单元执行地图构建、机器人本体位置确定和路径规划等任务，可以减少第一控制单元的任务，降低对第一控制单元的性能要求，增加了控制系统的稳定性。

上述过程中，机器人还包括安全系统，安全系统包括有线急停单元151和无线急停单元152，有线急停单元151和无线急停单元152分别与第一控制单元连接，有线急停单元151输出有线急停信号或无线急停单元152输出无线急停信号至第一控制单元，第一控制单元切断电源系统的供电。

具体地，当机器人周围有障碍物时，需要控制机器人刹车停止移动。在控制机器人刹车的过程中，可以通过有线急停单元151和/或无线急停单元152刹车。示例性地，通过有线急停单元151刹车时，有线急停单元151包括急停按钮，按下急停按钮后，有线急停单元151输出有线急停信号至第一控制单元，第一控制单元收到有线急停信号后切断对底轮的供电，同时释放底轮上的抱闸，使底轮停止移动。或者，通过无线急停单元152刹车时，第一控制单元收到无线急停信号后切断对底轮的供电，同时释放底轮上的抱闸，使底轮停止移动。在无线急停单元152刹车时，机器人上的无线急停单元152与无线遥控单元通过无线接入点153实现通讯连接。

需要说明的是，机器人包括两条机械臂180，机械臂180包括7个关节，每个关节包括电机、编码器、减速机、霍尔传感器、驱动器和抱闸。机械臂180上的驱动器和抱闸均与第一控制单元通讯连接。当第一控制单元收到有线急停信号或无线急停信号后，第一控制单元切断对机械臂180的供电，同时释放各个关节的抱闸使机械臂180上的各个关节均停止动作。同样，通过无线急停单元152刹车时，第一控制单元收到无线急停信号后切断对机械臂180的供电，同时释放机械臂180上各个关节的抱闸使机械臂180上的各个关节均停止动作。

在上述技术方案的基础上，继续参考图3，该机器人还包括躯干150、头部170和目标定位系统，控制系统还包括第三控制单元。躯干150与底座固定连接，头部170安装在躯干150远离底座的一端，目标定位系统包括双目视频相机171和两个舵机172，双目视频相机171与舵机172连接，舵机172与躯干150链接。第三控制单元与目标定位系统电连接，第三控制单元输出定位控制信号，用于控制目标定位系统在检测范围内搜索目标。

具体地，机器人通过两条机械臂180抓取目标，而在抓取之前，通过双目视频相机171实现对目标的定位。双目视频相机171类似于人体的眼睛，用于在双目视频相机171的检测范围内搜索机器人的目标。两个舵机172与躯干150连接，类似于人体的脖子。在搜索目标过程中，第三控制单元输出定位控制信号，双目视频相机171在检测范围内搜索目标。当双目视频相机171在检测范围内未搜索到目标，双目视频相机171发送搜索结果至第三控制单元，第三控制单元通过交换机将搜索结果输出至第一控制单元，第一控制单元通过信号处理单元控制两个舵机172分别在水平和垂直方向运动，增加双目视频相机171的视觉范围，双目视频相机171继续搜索过程。舵机172与信号处理单元可以通过rs485实现通讯连接。当双目视频相机171在检测范围内搜索到目标时，双目视频相机171将目标的位置发送至第三控制单元，第三控制单元将目标的位置通过交换机输出至第一控制单元，第一控制单元通过信号处理单元将控制信号输出至机械臂180，控制机械臂180接近目标。在控制系统中设置第三控制单元，使第三控制单元执行视觉抓取定位任务，可以减少第一控制单元的任务，降低对第一控制单元的性能要求，增加了控制系统的稳定性。

另外，机器人通过两条机械臂180抓取目标的过程中，第一控制单元通过机械臂180上的每个关节的驱动器分别控制每个关节的电机的正转和反转调节机械臂180与目标之间的位置。机械臂180的末端连接机械手181，机械手通过rs485与信号处理单元通讯连接，当机械臂180调整好与目标之间的相对位置后，机械手181执行抓取动作。

在上述各技术方案的基础上，该机器人还包括电源系统，图4为本发明实施例提供的一种电源系统的供电流程图。如图4所示，电源系统包括atx电源和开关电源；atx电源与第一控制单元电连接，为第一控制单元供电；开关电源包括第一电压输出端和第二电压输出端；第一电压输出端与轮系系统的电源输入端电连接，第二电压输出端通过第一控制开关与多个力传感器和信号处理单元电连接，第一控制开关包括控制端，第一控制开关用于根据其控制端的电压导通或者关断，并在导通将开关电源第二电压输出端输出的电压传输至多个力传感器和信号处理单元。

另外，机器人还包括硬盘，电源系统还包括第一开关，第一开关与第一控制单元电连接；第一开关闭合，第一控制单元反馈触发信号给atx电源，atx电源向第一控制单元和硬盘供电。

开关电源还包括第三电压输出端；第三电压输出端与第二控制单元电连接，用于向第二控制单元供电。

电源系统还包括继电器，继电器包括控制端和一对常开触点，atx电源包括第三电压输出端，开关电源还包括第四电压输出端；继电器的控制端与atx电源的第三电压输出端电连接；一对常开触点的一个与开关电源的第四电压输出端电连接，一对常开触点的另一个与第一控制开关的控制端电连接。

示例性地，锂电池输出48v直流电，锂电池输出两路电压，一路作为atx电源的输入，一路作为开关电源的输入。atx电源为机器人的第一控制单元和硬盘供电，开关电源输出四种电压值，分别从第一电压输出端、第二电压输出端、第三电压输出端和第四电压输出端输出。示例性地，第一电压输出端可以输出48v电压，为轮系系统供电(例如，轮系系统内的电机)，第二电压输出端可以输出24v电压，为信号处理单元和多个力传感器供电，第三电压输出端可以输出12v电压，为第二控制单元供电，第四电压输出端可以输出5v电压，为第一控制开关的控制端供电。

另外，根据机器人的需要，第一电压输出端输出的电压可以为机器人的机械臂供电，第二电压输出端输出的电压可以为机器人的无线接入点和交换机等供电，第三电压输出端输出的电压可以为机器人的第三控制单元和舵机供电，第四电压输出端输出的电压可以为机器人的超声波传感器供电。

具体地，电源系统可以由锂电池供电，电源系统启动供电时可以通过钥匙开关旋拧，第一开关可以是上电按钮，通过按钮控制第一控制单元反馈触发信号给atx电源。第一控制单元可以为主板，第二控制单元可以为工业控制计算机，第一控制开关可以为晶体管，晶体管的控制端作为第一控制开关的控制端。

电源系统采用分时上电，当启动电源系统后，开关电源的第一电压输出端、第三电压输出端和第四电压输出端开始供电，轮系系统、信号处理单元、多个力传感器和第二控制单元上电。闭合第一开关，第一控制单元输出触发信号至atx电源，atx电源被触发开始供电，第一控制单元和硬盘上电，同时atx电源输出第三电压至继电器主体，继电器主体带电，使继电器的一对常开触点闭合，开关电源的第四电压输出端输出第四电压通过闭合的常开触点至第一控制开关的控制端，控制第一开关处于导通状态，从而使开关电源第二电压输出端输出的电压传输至多个力传感器和信号处理单元。由此实现电源系统对机器人的不同系统分时上电，减小上电瞬间的冲击电流。

另外，锂电池与信号处理单元之间可以采用can总线实现通讯，机器人还可以包括示教器和指示灯。锂电池的状态信息可以在示教器上实时显示，同时通过指示灯状态的闪烁可以提示电池电量低的信息。

本实施例的技术方案，电源系统包括atx电源和开关电源，通过设置atx电源和开关电源分时上电，当启动电源系统时，开关电源的第一电压输出端为轮系系统供电，第三电压输出端为第二控制单元供电。闭合第一开关后，atx电源为第一控制单元和硬盘供电，同时为继电器主体供电，继电器闭合常开触点，第四电压输出端通过继电器的常开触点为第一控制开关的控制端供电，第一控制开关导通，第二电压输出端为信号处理单元和多个力传感器供电。由此实现电源系统对机器人的不同用电系统分时上电，减小上电瞬间的冲击电流。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。