多自由度碰撞传感装置及移动机器人的制作方法

本实用新型涉及智能移动设备技术领域，尤其涉及一种多自由度碰撞传感装置及移动机器人。

背景技术：

移动机器人是指在设定区域内自主执行预设任务的智能移动设备，目前移动机器人通常包括但不限于清洁机器人(例如智能扫地机、智能擦地机、擦窗机器人)、陪伴性移动机器人(例如智能电子宠物、保姆机器人)、服务型移动机器人(例如酒店、旅馆、会晤场所的接待机器人)、工业巡检智能设备(例如电力巡检机器人、智能叉车等)、安防机器人(例如家用或商用智能警卫机器人)。

现有的移动机器人通常是在其前端设有感测碰撞的碰撞传感器，碰撞传感器与前方障碍物相撞时，碰撞传感器一方面缓冲碰撞冲击，另一方面通过传感元件将感测到的碰撞信息反馈给移动机器人的控制单元，由控制单元根据碰撞信息和预设指令控制移动机器人的改变运动模式，例如变换运动方向、改变运动速度、改变开关机状态等。

然而，现有的自主移动设备的碰撞传感器只能感测到移动机器人前方环境内障碍物的碰撞，而不能感测到机器人两侧的障碍物，因此，移动机器人存在无法绕开障碍物而出现被困的风险。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种多自由度碰撞传感装置及移动机器人，能够检测位于移动机器人两侧的障碍物，降低移动机器人被困的风险。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型一方面提供了一种多自由度碰撞传感装置，包括底板、内壳体和外壳体；所述底板呈方形，在所述底板的前端、左侧及右侧分别设置有至少两个碰撞传感器，且所述碰撞传感器的触点开关凸出所述底板；所述内壳体罩设在所述底板上，所述外壳体套设在所述内壳体上，所述外壳体靠近所述触点开关的位置设置有开口槽，所述触点开关从所述开口槽内穿出并与所述外壳体抵接；所述内壳体与所述外壳体之间设置有至少一个第一限位机构，所述第一限位机构用于缓冲所述外壳体的前端受到的碰撞冲击以及对所述外壳体进行复位；所述内壳体与所述外壳体之间分别有多个第二限位机构，所述第二限位机构用于缓冲所述外壳体的左侧和/或右侧受到碰撞冲击以及对所述外壳体进行复位。

进一步的，所述内壳体包括第一面板及第一面板周向向下延伸生成的第二面板；所述开口槽位于所述第二面板上；

所述外壳体套设在所述第二面板的外侧，且所述第一限位机构位于所述第二面板的前端与所述外壳体形成的空间内，多个所述第二限位机构分别位于所述第二面板的左、右两侧与所述外壳体形成的空间内。

进一步的，所述第一限位机构和第二限位机构均为弹簧片，所述弹簧片贴合设置在所述第二面板上，并与所述外壳体抵接。

进一步的，所述第二面板上设置有卡扣，所述弹簧片通过卡扣可拆卸连接在所述第二面板上。

进一步的，所述第二面板上设置有两个所述第二限位机构，所述第二限位机构包括两个缓冲块；所述第二面板前端及第二面板后端分别设置有限位槽，所述限位槽内间隔设置有两个第一限位柱；所述缓冲块设置有长圆孔，所述缓冲块通过长圆孔套接在所述第一限位柱上，且所述缓冲块的一端与所述限位槽的槽壁抵接；所述外壳体设置有第二限位柱，所述第二限位柱插设在两个缓冲块之间的间隙处；当所述第二面板的左侧或右侧受到碰撞时，所述外壳体通过所述第二限位柱带动所述缓冲块相对所述第一限位柱左右滑动。

进一步的，所述限位槽设置在所述第二面板与所述第一面板的连接处，且第一限位柱的轴向垂直与所述第一面板；所述外壳体包括环形面板及所述环形面板的上端及下端周向延伸生成的第一安装边及第二安装边；所述第二限位柱设置在所述第一安装边上，且所述第二限位柱与所述第一面板垂直；所述第一安装边压接在所述第一面板的边缘处，所述第二安装边的端面抵接在所述底板的侧面上。

进一步的，所述外壳体为一体成型的环状结构。

进一步的，所述底板设置有三个悬崖传感器，且三个所述悬崖传感器呈三角形分布在所述底板背离所述内壳体的一侧。

进一步的，所述碰撞传感器为微动开关或者光耦开关。

本实用新型另一方面提供了一种移动机器人，其包括运动机构、控制单元及所述多自由度碰撞传感装置；所述多自由度碰撞传感装置包括碰撞传感器及悬崖传感器；所述控制单元分别与所述碰撞传感器及所述悬崖传感器信号连接，所述控制单元接收所述碰撞传感器检测的碰撞信息及所述悬崖传感器检测的路况信息并控制所述运动机构的运动状态。

与现有技术相比，本实用新型提供的多自由度碰撞传感装置及移动机器人具有以下优点：

本实用新型提供的多自由度碰撞传感装置及移动机器人，在底板的前端及左右两侧分别设置有碰撞传感器，且碰撞传感器与控制单元信号连接，控制单元根据接收的碰撞传感器采集的移动机器人的前端障碍信息以及两侧的障碍信息，并控制移动机器人的行走路线。本实用新型提供的多自由度碰撞传感装置，能够提升碰撞传感装置的检测范围及障碍物的检测精度，降低移动机器人无法绕开障碍物而出现被困的风险。

另外，在内壳体与外壳体之间设置有第一限位机构以及第二限位机构，能够在外壳体受到碰撞冲击时，缓冲外壳体所受的碰撞冲击力以及对外壳体进行复位。

除了上面所描述的本实用新型解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本实用新型提供的多自由度碰撞传感装置及移动机器人所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

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，下面将对本实用新型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部分实施例，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获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的多自由度碰撞传感装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的移动机器人的分解示意图；

图3为本实用新型实施例提供的移动机器人的仰视示意图；

图4为本实用新型实施例提供的移动机器人的侧视图；

图5为图4中A-A向剖视图。

附图标记说明：

10-外壳体， 11-环形面板，

12-第一安装边， 13-第二安装边，

14-第二限位柱， 20-内壳体，

21-第一面板， 22-第二面板，

23-开口槽， 24-限位槽，

25-第一限位柱， 26-缓冲块,

30-底板， 40-碰撞传感器，

50-弹簧片， 60-主动轮，

70-悬崖传感器。

具体实施方式

为了使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的多自由度碰撞传感装置，其包括底板30、内壳体20和外壳体10；底板30呈方形，在底板30的前端、左侧及右侧分别设置有至少两个碰撞传感器40，且碰撞传感器40的触点开关凸出底板30；内壳体20罩设在底板30上，外壳体10套设在内壳体20上，外壳体10靠近触点开关的位置设置有开口槽23，触点开关从开口槽23内穿出并与外壳体10抵接；内壳体20与外壳体10之间设置有至少一个第一限位机构，第一限位机构用于缓冲外壳体10的前端受到的碰撞冲击以及对外壳体10进行复位；内壳体20与外壳体10之间有多个第二限位机构，第二限位机构用于缓冲外壳体10的左、右两侧受到的碰撞冲击以及对外壳体10进行复位。

具体的，底板30可采用具有一定硬度的塑性板制作，底板30呈方形，按照移动机器人移动的方向，可将底板30分为前端、后端、左侧及右侧；在底板30的前端、左侧及右侧分别设置有至少两个碰撞传感器40，碰撞传感器40包括触点开关，当移动机器人发生碰撞时触发触点开关，以使碰撞传感器40检测移动机器人在移动过程中障碍物所处的位置及将采集的碰撞信号传输给移动机器人的控制单元，以使移动机器人感知障碍物，从而能够采取后续动作，如停止，报警，或后退、转向以避开障碍物等。

如上所述，在底板30的前端、左侧、右侧分别设置有至少两个碰撞传感器40，能够完成对机器人两侧的障碍物进行检测以及位于机器人行进方向上的障碍物进行检测，扩大了多自由度碰撞传感装置对周围障碍物的检测范围，同时多个碰撞传感器将外壳体分割成不同的区域，以及机器人转向时进行对角检测，能够获取障碍物精确的位置信息。

可以理解的是，在满足移动机器人对障碍物进行检测的需求前提下，本实施例在底板30的前端、左侧及右侧分别设置有两个碰撞传感器40，且碰撞传感器40可选择微动开关或者光耦开关。

内壳体20可采用具有一定硬度的塑性板制作，内壳体20包括第一面板21和第二面板22，第一面板21呈方形，第二面板22沿第一面板21周向设置，第二面板22的一端围绕在第一面板21的边缘；第二面板22的另一端压接在底板30上且第二面板22的外表面与底板30的侧面平齐。可以理解的是，第二面板22可由第一面板21周向向下延伸生成的一体结构或者第二面板22与第一面板21单独制作，制作完成后将第二面板22固定在第一面板21上。本实施例优选的选择第一面板21和第二面板22采用一体成型制作。为避免第二面板22与底板30上的碰撞传感器40发生干涉，在第二面板22靠近底板30的一端设置有开口槽23，碰撞传感器40的触碰开关穿过开口槽23，且能够与位于第二面板22外侧的外壳体10抵接。

外壳体10呈方筒状，其套设在内壳体20的外侧，并且碰撞传感器40的触点开关与外壳体10抵接，使机器人在移动的过程中与障碍物发生碰撞时，能够触发触点开关，进而碰撞传感器40采集碰撞信息并传输给控制单元。

另外，内壳体20与外壳体10之间预留有活动间隙，在第二面板22的前端与外壳体10之间形成的空间内设置有至少一个第一限位机构，第一限位机构用于缓冲外壳体10的前端受到障碍物碰撞时产生的冲击力，以及使外壳体10进行复位。在第二面板22的左侧及右侧与外壳体10形成的空间内设置有第二限位机构，第二限位机构用于缓冲外壳体10的左侧和/或右侧受到障碍物碰撞时产生的冲击力以及使外壳体10进行复位。

可以理解的是，第一限位机构可以设置在第二面板22的前端或者设置在外壳体10的前端上，第二限位机构可以设置在第二面板22的左、右两侧，或者相对设置在外壳体10的内壁上；本实施例对于第一限位机构和第二限位机构的设置位置不加以限定，可根据实际机器人的尺寸及设计要求，选择合适安装位置，只要满足第一限位机构能够缓冲外壳体10前端受到的碰撞冲击及对外壳体10进行复位、第二限位机构能够缓冲外壳体10的左侧和/或右侧受到碰撞冲击及外壳进行复位的需求即可。

本实施例提供的多自由度碰撞传感装置，在其底板30的前端、左侧及右侧分别设置有两个碰撞传感器40，能够对机器人侧面的障碍物进行检测，解决了机器人在二维平面的碰撞盲区问题，降低了机器人被困在障碍物间的风险，同时，多个碰撞传感器40能够提升障碍物的检测精度，使机器人转向灵活，提升移动的效率。

本实施例中，第一限位机构和第二限位机构均为弹簧片50；且弹簧片50贴合设置在第二面板22上，并与外壳体10抵接。具体的，第一限位机构和第二限位机构均为弹簧片50，第一限位机构和第二限位机构可以设置在第二面板22与外壳体10形成的间隙处。可以理解的是，第一限位机构和第二限位机构还可以选择弹簧以及起到相同作用的其他部件，比如可以是永磁场、电磁铁产生的磁场、皮筋等任何产生弹性变形的元件或结构。

当第一限位机构和第二限位机构选择弹簧片50时，弹簧片50可选用翼形弹簧片，弹簧片50的两端翘起并与外壳体10抵接，并且底部贴合设置在第二面板22上。当外壳体10发生碰撞时，弹簧片50发生伸缩变形用于缓冲外壳体10所受的碰撞冲击，并且能够及时对外壳体10进行复位，使外壳体10恢复到原来的位置。

当第一限位机构和第二限位机构选择弹簧时，弹簧一端与第二面板22抵接，弹簧的另一端与外壳体10抵接，当外壳体10发生碰撞时，弹簧发生伸缩变形用于缓冲外壳体10所受的碰撞冲击，并且能够及时对外壳体10进行复位，使外壳体10恢复到原来的位置。

进一步的，为便于在外壳体10及内壳体20之间安装第一限位机构和第二限位机构，本实施例将第一限位机构和第二限位机构选择弹簧片50，可在第二面板22上设置有卡扣，卡扣压接在弹簧片50上且相对弹簧片50可翻转，实现弹簧片50可拆卸连接在第二面板22上，可便于更换弹簧片50。

本实施例中，外壳体10与第二面板22之间设置有两个第二限位机构，第二限位机构包括两个缓冲块26；第二面板22前端或者第二面板22后端均设置有限位槽24，限位槽24内间隔设置有两个第一限位柱25；缓冲块26设置有长圆孔，缓冲块26通过长圆孔套接在第一限位柱25上，且两个缓冲块26的一端与限位槽24的槽壁抵接；外壳体10设置有第二限位柱14，第二限位柱14插设在两个缓冲块26之间的间隙处；当第二面板22的左侧或右侧受到碰撞时，外壳体10通过第二限位柱14带动缓冲块26相对第一限位柱25左右滑动。

具体的，本实施例中，第二面板22为环形板，在第二面板22的前端和第二面板22的后端均设置有限位槽24，在限位槽24内间隔设置有两个用于安装缓冲块26的第一限位柱25。沿缓冲块26的长度方向设置有长圆孔，长圆孔与第一限位柱25配合，使缓冲块26通过长圆孔套接在第一限位柱25上且能够相对第一限位柱25左右滑动。为方便描述我们将位于一个限位槽24内的两个缓冲块26称为第一缓冲块和第二缓冲块，其中，第一缓冲块可套接在左侧第一限位柱25上，第二缓冲块可套接在右侧第一限位柱25上，第一缓冲块26的左端抵接在限位槽24的左端槽壁上，第二缓冲块的右端抵接在限位槽24的右端槽壁上，且第一缓冲块的右端与第二缓冲块的左端形成间隙。

外壳体10套设在第二面板22的外侧，其包括环形面板11及第二限位柱14，第二限位柱14可插入第一缓冲块26及第二缓冲块26中间的间隙处，当外壳体10的左侧或者右侧受到碰撞时，外壳体10相对内壳体20可左右伸缩变形，并将受到的撞击力通过第二限位柱14传递至第一缓冲块或者第二缓冲块上，进而使第一缓冲块或者第二缓冲块压缩，在第一缓冲块或者第二缓冲块的作用下，外壳体10可恢复至原来位置。本实施例中，限位槽24可居中设置在第二面板22的前端或者第二面板22的后端上，能够保证外壳体10左右对称。

可以理解的是，第一限位柱25可垂直于第二面板22设置，第二限位柱14可设置在环形面板11上，且第二限位柱14垂直与环形面板11设置。当外壳体10套设在内壳体20上时，第二限位柱14垂直指向第二面板22并且可插入第一缓冲块26及第二缓冲块26之间。

另外，为方便缓冲块26的安装，本实施例提供了另外一种限位槽24的设置方式。限位槽24设置在第二面板22与第一面板21的连接处，且第一限位柱25的轴向垂直于第一面板21；外壳体10包括环形面板11及环形面板11的上端及下端周向延伸生成的第一安装边12及第二安装边13；第二限位柱14设置在第一安装边12上，且第二限位柱14与第一面板21垂直；第一安装边12压接在第一面板21的边缘处，第二安装边13的端面抵接在底板30的侧面上。

具体的，限位槽24可设置在第二面板22的前端与第一面板21的前端连接处，即限位槽24设置在内壳体20上表面的前端棱边处；或者，限位槽24可设置在第二面板22的后端与第一面板21的后端连接处，即限位槽24设置在内壳体20上表面的后端棱边处。下面以位于第二面板22的前端与第一面板21的前端连接处的限位槽24进行详细介绍。

限位槽24的长度方向与内壳体20的前端棱边的长度方向一致，限位槽24的一侧与第二面板22的前端平齐，且朝向第二面板22前端的槽壁为敞口，在限位槽24设置有垂直于第一面板21的第一限位柱25，可将缓冲块26平行于第一面板21安装在限位槽24内，并且第一缓冲块可向左伸缩变形，第二缓冲块可向右伸缩变形。

当缓冲块26采用水平安装在限位槽24内的方式时，外壳体10在其环形面板11的上端及下端设置有第一安装边12和第二安装边13，且第一安装边12和第二安装边13围绕在环形面板11的边缘，并与环形面板11的侧面保持平齐。在第一安装边12上设置有第二限位柱14，第二限位柱14垂直指向第一面板21，第一限位柱25可插入两个缓冲块26之间，且第一安装边12压接在第一安装边12上，且第二安装边13的端面抵接在底板30的侧面上。移动机器人在移动的过程中，其左、右两侧与障碍物发生碰撞时，外壳体10所受的撞击力经第二限位柱14传递至缓冲块26，使缓冲块26发生伸缩变形，缓冲外壳体10所受的冲击力，并使外壳人体恢复至原来位置。

本实施例提供的外壳体10为一体成型的环状结构，具体的，外壳体10包括环形面板11及位于环形面板11上端的第一安装边12和位于环形面板11下端的第二安装边13。为增强外壳体10的结构强度，外壳体10可采用一体成型制作成环状结构，可由环形面板11的上端向内侧延伸形成第一安装边12，环形面板11的下端向内侧延伸形成第二安装边13。

如图3所示，本实施例中的底板30设置有三个悬崖传感器70，且三个悬崖传感器70呈三角形分布在底板30背离所述内壳体20的一侧。

具体的，在底板30背离内壳体20的一侧设置有三个悬崖传感器，即在底板30朝向地面的一侧设置有三个悬崖传感器70，用于防止移动机器人遇到台阶时出现跌落的现象。进一步，为增强多自由度碰撞传感装置对悬崖检测效果，可将一个悬崖传感器70布置在底板30的后端，另外两个悬崖传感器70对称布置在底板30的前端，满足了移动机器人对悬崖的检测要求。

如图4和图5所示，本实用新型实施例还提供了一种移动机器人，包括运动机构、控制单元及多自由度碰撞传感装置；控制单元与碰撞传感器40及悬崖传感器70信号连接，控制单元接收碰撞传感器40检测的碰撞信息及悬崖传感器70检测的路况信息并控制运动机构的运动状态。

具体的，运动机构包括主动轮60和从动轮(图中未示出)，主动轮60及从动轮设置在底板30上，一般将从动轮设置在底板30的前端，从动轮可采用万向轮，并能够跟随主动轮60运动。本实施优选的，在底板30的中间部分或者后端设置有两个主动轮60，在底板30的前端布置有两个从动轮。在底板30与内壳体20形成的空间内设置有控制单元，且控制单元的信号输入端分别与碰撞传感器40及悬崖传感器70信号连接，控制单元的信号输出端与主动轮60的控制机构信号连接，进而控制主动轮60进行转向、前进、后退或者加减速等。

当移动机器人进行工作时，外壳体10与障碍物发生碰撞而变形，进而触碰碰撞传感器40的触点开关，使碰撞传感器40采集障碍物的位置信息并传输给控制单元，控制单元根据碰撞传感器40采集的位置信息改变主动轮60的行进状态，即可控制主动轮60转向、前进、后退或者加减速等。另外，控制单元接收悬崖传感器70检测的高度落差信息及作业平面的边缘信息，例如，若作业范围内出现台阶，控制单元可改变主动轮60的行进状态，避免移动机器人出现跌落风险。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。