自移动机器人及其行走翻转控制方法与流程

本发明涉及一种自移动机器人及其行走翻转控制方法，属于小家电制造技术领域。

背景技术：

目前市面上越来越多的机器人具有在竖直面(包括平面及曲面)上行走的能力，其固定于面的原理多种多样，有磁吸附，负压吸附，风力推动等。这些机器人在竖直面上运行时，为了保证安全，一般要求其保证紧贴工作面。当机器人遇到障碍物(凸起，凹陷或断差等)时，还要具备跨过障碍物的能力，例如：

申请号为200820079153.x的专利文献公开了一种关节连接的双体爬壁机器人，公开号为us2007/0235238a1的专利文献公开了一种双体爬壁机器人，其均能够实现水平面和竖直面之间的转换，越过同一平面内的障碍物(包括凸起及缝隙)，但是其体积大、爬行速度慢。

申请号为201521056064.x的专利文献公开了一种由双吸盘、关节和升降机构构成的爬墙清扫机器人，其运用类似人体手臂关节结构进行障碍跨越；申请号为201410671401.x的专利文献公开了一种由双清洁滚刷、双吸盘组、关节和升降机构构成的玻璃幕墙清洗机，其运用气缸推动活塞杆和支架进行障碍跨越；申请号为201510082495.1的专利文献公开了一种可翻越障碍的智能玻璃清洁器，由主体吸附机构、行走机构、抬升机构、分离式吸附固定组件、牵连绕线机构供电组件、探测组件等构成；申请号为95215824.8的专利文献公开了一种由交替吸盘组件、u型转动支架、横移电机和提升电机构成的自动擦窗机；申请号为95215824.8的专利文献公开了一种壁虎式自动擦窗机，由机架、旋转擦头等组成，机架靠玻璃一面装有可交替吸、放并前进的吸盘；公开号为us2011/0180333a1的专利文献中攀爬机器人，其包括通过中心节点连接的两条腿，每条腿上设有可倾斜和旋转的足；上述多篇文献中所公开的机器人虽然能够在竖直墙面行走，且具有一定的跨越障碍的能力，但是关节驱动较多，越障过程复杂，质量过重。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种自移动机器人及其行走翻转控制方法，通过将至少部分主体设置在凹陷部内，使得第一机体和第二机体竖直设置时，机身的体积缩小，保护了其外观的完整性，不影响美观；另外，由于设置了翻转组件，使得自移动机器人能够进行翻越行走，从而越过障碍物，增强了自移动机器人的环境适应性。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种自移动机器人，包括主体，所述主体包括吸附单元、控制单元和行走单元，所述主体包括可沿竖直方向设置的第一机体和第二机体，所述主体还包括翻转组件，用于驱动第一机体和第二机体相对翻转，所述第一机体和第二机体中至少一个设有凹陷部，当第一机体和第二机体竖直设置时，至少部分主体位于凹陷部内，控制单元控制自移动机器人翻转或两机体竖直设置时行走。

为了缩小机身的体积，所述翻转组件的至少一部分位于所述凹陷部内。

为了进一步缩小机身的体积，所述凹陷部包括设置在第一机体上的第一凹陷部以及位于第二机体上的第二凹陷部，所述吸附单元包括位于第一机体上的第一吸附单元和第二机体上的第二吸附单元，当第一机体和第二机体竖直设置时，所述第一吸附单元和第二吸附单元的至少一部分分别位于第二凹陷部和第一凹陷部内。

为了简化行走单元，所述行走单元设置在第一机体或第二机体上。

优选的，所述行走单元包括一组驱动轮，所述驱动轮的转轴固定在第一机体和第二机体之间，驱动轮的直径大于第一机体和第二机体的高度和。或者，如权利要求4所述的自移动机器人，所述行走单元包括一组驱动轮，所述驱动轮通过活动连接件连接在第一机体或第二机体上，使得第一机体或第二机体接触行走表面时行走单元均能驱动自移动机器人行走。

为了实现自移动机器人的翻转，所述翻转组件设置在自移动机器人前部，包括依次相连的第一驱动杆、第二驱动杆、第三驱动杆和翻转零件，第三驱动杆与第一机体前端上部铰接，第一驱动杆与第二机体前端下部铰接。

优选的，所述翻转零件包括多个齿轮和驱动电机，所述驱动电机设置在第二驱动杆上，通过多个齿轮与第一驱动杆、第三驱动杆及主体相连。

或者，所述翻转零件包括多个扭簧、驱动电机以及驱动钢丝，第三驱动杆与第一机体的连接处、以及第一驱动杆与第二机体连接处设有扭簧，驱动电机设置在第二驱动杆上，通过驱动钢丝与第一驱动杆、第三驱动杆及主体相连。所述第二驱动杆与第一驱动杆及第三驱动杆之间固定连接。

为了增加其翻转能力，所述第二驱动杆与第一驱动杆及第三驱动杆之间铰接，且第二驱动杆与第一驱动杆及第三驱动杆的连接处设有扭簧。

所述驱动电机包括第一驱动电机和第二驱动电机，所述驱动钢丝包括第一钢丝、第二钢丝、第三钢丝及第四钢丝；其中，第一钢丝及第二钢丝的一端与第一驱动电机的第一转动轴相连，另一端分别连接在第一驱动杆和第二驱动杆上，第三钢丝及第四钢丝的一端与第二驱动电机的第二转动轴相连，另一端分别连接在第一机体和第二机体上。

为了减小钢丝换向时的摩擦阻力，所述第一驱动杆、第二驱动杆和第三驱动杆上均设有u槽轴承组件，第一钢丝、第二钢丝、第三钢丝及第四钢丝经u槽轴承组件定位后连接在自移动机器人上。

优选的，所述u槽轴承组件设置在第一驱动杆、第二驱动杆和第三驱动杆中部。

本发明还提供一种如上所述自移动机器人的行走翻转控制方法，所述行走翻转控制方法包括：

s1：自移动机器人行走，第一机体和第二机体竖直设置，第一机体吸附于行走表面；

s2：探测到需跨越的障碍时，控制单元控制翻转组件工作，驱动第二机体翻转，直至发生翻转的第二机体与行走表面贴合；

s3：控制单元控制第二机体吸附于行走表面，第一机体停止吸附；

s4：控制翻转组件工作，驱动第一机体翻转，直至第一机体和第二机体恢复竖直设置的状态。

综上所述，本发明将至少部分主体位于凹陷部内，使得第一机体和第二机体竖直设置时，机身的体积缩小，保护了其外观的完整性，不影响美观；另外，由于设置了翻转组件，使得自移动机器人能够进行翻越行走，从而越过障碍物，增强了自移动机器人的环境适应性。

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。

附图说明

图1为本发明实施例一自移动机器人的结构剖视图；

图2为本发明实施例一自移动机器人展开后的结构示意图；

图3为本发明实施例一翻转组件的结构示意图；

图4为本发明u槽轴承组件的结构示意图；

图5为本发明实施例一自移动机器人的展开状态示意图一；

图6为本发明实施例一自移动机器人的展开状态示意图二；

图7为本发明实施例二自移动机器人的越障过程示意图。

具体实施方式

实施例一

图1为本发明自移动机器人的结构剖视图；图2为本发明自移动机器人展开后的结构示意图；图3为本发明翻转组件的结构示意图。如图1至图3所示，本发明提供一种自移动机器人，包括主体，主体包括可沿竖直方向设置的第一机体100和第二机体200，所述第一机体100和第二机体200中至少一个设有凹陷部，在本实施例中，第一机体100和第二机体200均设有凹陷部，分别为第一凹陷部101和第二凹陷部201。当第一机体和第二机体竖直设置时，至少部分主体位于凹陷部内，从而缩小了主体的机身体积。

具体的，第一机体100包括第一清洁单元110、第一吸附单元120及探测单元(图中未示出)，第二机体200包括第二清洁单元210、第二吸附单元220及探测单元(图中未示出)。其中，第一吸附单元120和第二吸附单元组成吸附单元，其可以采用多种吸附方式使自移动机器人吸附在行走表面上，如磁吸附、负压吸附等，本发明吸附单元包括真空电机，利用其产生的负压将自移动机器人吸附在行走表面上，由于第一机体100和第二机体200上均设有吸附单元，故自移动机器人上下两面均可吸附在行走表面上。第一清洁单元110和第二清洁单元210分别设置在第一机体100、第二机体200的外部，用于清理行走表面上的脏污，第一清洁单元110和第二清洁单元210可以为抹布或刮条等。探测单元包括各种传感器，如真空传感器、距离传感器等，用于检测吸附单元的吸附力、自移动机器人与行走表面或障碍物之间的距离、以及自移动机器人自身的状态等。在本实施例中，由于吸附单元的高度高于第一机体100或第二机体200的高度，因此，当将吸附单元设置在第一机体100或第二机体200内时，会凸出第一机体100或第二机体200的机身，为了减小第一机体100和第二机体200竖直设置时的体积，当第一机体100和第二机体200竖直设置时，所述第一吸附单元120和第二吸附单元220的至少一部分分别位于第二凹陷部201和第一凹陷部101内。

自移动机器人内设有控制单元(图中未示出)，控制单元用于控制自移动机器人工作，如两机体竖直设置时行走、翻转、吸附及清洁等。自移动机器人还包括行走单元300，行走单元300设置在第一机体100或第二机体200上。在本发明中，无论是第一机体100还是第二机体200吸附在行走表面上，行走单元300均能驱动自移动机器人行走。在本发明中，采用转动轴固定在第一机体100和第二机体200之间的一组驱动轮(驱动轮可以固定在第一机体100上，也可以固定在第二机体200上)，该驱动轮的直径大于或略大于第一机体100和第二机体200的高度和，且第一机体100和第二机体200上均设有容置驱动轮的容置空间，使自移动机器人吸附在行走表面上时驱动轮能够接触行走表面并驱动自移动机器人行走。或者，所述行走单元包括一组驱动轮，所述驱动轮通过活动连接件连接在第一机体或第二机体上，使得第一机体或第二机体接触行走表面时行走单元均能驱动自移动机器人行走。具体来说，可采用可活动驱动轮、弹簧及限位机构组成自适应工作面完成伸缩；或者利用固定式驱动轮由电机连接弹簧组成自适应工作面情况完成伸缩；或者利用可活动式或固定式驱动轮由平行四杆机构组成自适应工作面情况完成伸缩，上述结构均为现有技术，例如可活动驱动轮可参考专利文献us7275280b2及us8474090中公开的浮动式的驱动轮连接机构设计，在此不再赘述。

自移动机器人的主体还包括设置在自移动机器人内的翻转组件400，用于驱动第一机体100和第二机体200相对翻转。为了减小主体的机身体积，所述翻转组件400的至少一部分位于所述凹陷部内。

以自移动机器人的行走方向a为前方，所述翻转组件400设置在自移动机器人前部，包括依次相连的第一驱动杆401、第二驱动杆402、第三驱动杆403和翻转零件，第三驱动杆与第一机体前端上部铰接，第一驱动杆与第二机体前端下部铰接。第二驱动杆402与第一驱动杆401及第三驱动杆403之间可以铰接或固定连接。

当本发明自移动机器人第一机体100和第二机体200竖直设置时，第一驱动杆401和第三驱动杆403平行设置，第二驱动杆402竖直设置，当然，第一驱动杆401、第二驱动杆402竖直和第三驱动杆403也可以倾斜设置，本发明并不以此为限。所述翻转零件包括扭多个扭簧410、驱动电机以及驱动钢丝，第三驱动杆403与第一机体100的连接处、以及第一驱动杆401与第二机体200连接处设有扭簧410，驱动电机设置在第二驱动杆402上，通过驱动钢丝与第一驱动杆401、第三驱动杆403及主体相连。

下面以第二驱动杆402与第一驱动杆401及第三驱动杆403之间铰接为例，解释本发明自移动机器人的运动过程及原理，此时，第二驱动杆402与第一驱动杆401及第三驱动杆403的连接处也设有扭簧410，当第二驱动杆402与第一驱动杆401及第三驱动杆403之间固定连接时，第二驱动杆402与第一驱动杆401及第三驱动杆403的连接处无需设置扭簧410。驱动电机包括第一驱动电机420和第二驱动电机430，驱动钢丝包括第一钢丝422、第二钢丝423、第三钢丝432及第四钢丝433。当第一机体100和第二机体200竖直设置时，扭簧410处于压缩状态，扭簧410的扭臂分别与其相连的两个部件抵顶，例如，第一驱动杆401与第一机体100连接处的扭簧410的扭臂分别与第一驱动杆401与第一机体100抵顶，以此类推。第二驱动杆402上设有第一驱动电机420和第二驱动电机430，第一驱动电机420的第一转动轴421与第一钢丝422及第二钢丝423的一端相连，第一钢丝422和第二钢丝423的另一端分别连接在第一驱动杆401和第二驱动杆402上(优选的，连接在第一驱动杆401和第二驱动杆402中部)；第二驱动电机430的第二转动轴431与第三钢丝432及第四钢丝433的一端相连，第三钢丝432及第四钢丝433的另一端分别连接在第一机体100和第二机体200上。由于第一钢丝422、第二钢丝423、第三钢丝432及第四钢丝433的拉力作用，第一驱动杆401、第二驱动杆402和第三驱动杆403的相对位置固定，扭簧410处于压缩状态不发生变形。为了减小钢丝换向时的摩擦阻力，翻转组件400上还设有多个u槽轴承组件440，具体的，第一驱动杆401、第二驱动杆402和第三驱动杆403上均设有u槽轴承组件440，第一钢丝422、第二钢丝423、第三钢丝432及第四钢丝433经过u槽轴承组件440定位后连接在自移动机器人上，优选的，u槽轴承组件440设置在第一驱动杆401、第二驱动杆402和第三驱动杆403中部，以方便钢丝换向，并避免松弛的钢丝从u槽脱离，图4为本发明u槽轴承组件的结构示意图，如图4所示，所述u槽轴承组件440由两个u槽轴承相互贴合组成。

自移动机器人执行清洁工作时，第一机体100和第二机体200上下设置，位于下方的第二机体200利用吸附单元吸附在行走表面上，并由行走单元300驱动自移动机器人行走，此时，设置在第二机体200上的清洁单元120清洁行走表面。当自移动机器人的探测单元检测到自移动机器人前方存在障碍(例如凸台或者凹坑)时，探测单元发送检测信号至控制单元，控制单元控制翻转组工作，控制单元控制第一驱动电机420和第二驱动电机430旋转放线，随着钢丝长度的增加，在扭簧410提供的扭力作用下，第一机体100和第二机体200分开，自移动机器人处于展开状态，进一步地，当探测单元检测到自移动机器人前方存在障碍时，控制单元控制自移动机器人行走至距离障碍2cm-10cm处后停止行走，翻转组件400进行翻转。

图5为本发明自移动机器人的展开状态示意图一，图6为本发明实施例一自移动机器人的展开状态示意图二。如图5和图6所示，随着钢丝长度的增加，扭簧410使第一驱动杆401与第一机体100之间的夹角、第二驱动杆402与第一驱动杆401之间的夹角、第二驱动杆402与第三驱动杆403之间的夹角以及第三驱动杆403与第二机体200之间的夹角增大，第一机体100相对于第二机体200向前翻转；当第一机体100与障碍前方的行走表面接触时，第一机体100上的探测单元向控制单元发送检测信号，控制单元控制第一机体100上的吸附单元工作，使第一机体100吸附在行走表面上，并控制第一驱动电机420和第二驱动电机430停止放线；当第一机体100吸附在行走表面上时，第一机体100上的探测单元向控制单元发送检测信号，控制单元控制第二机体200上的吸附单元停止工作，并控制第一驱动电机420和第二驱动电机430旋转收线，钢丝缩短时克服扭簧410的扭力，使第二机体200向前翻转，第一驱动杆401与第一机体100之间的夹角、第二驱动杆402与第一驱动杆401之间的夹角、第二驱动杆402与第三驱动杆403之间的夹角以及第三驱动杆403与第二机体200之间的夹角减小，最终使第二机体200翻转至第一机体100上方，控制单元控制自移动机器人继续执行清洁工作，与先前不同的是，此时，第一机体100和第二机体200的位置上下翻转，由第一机体100执行清洁工作。

需要补充的是，本发明并不限制翻转组件的类型，例如还可以通过同步带和齿轮或多个齿轮和驱动电机等组合的方式来实现主体的闭合与展开，例如，翻转零件可以包括多个齿轮和驱动电机，所述驱动电机设置在第二驱动杆402上，通过多个齿轮与第一驱动杆401、第三驱动杆403及主体相连，从而利用电机和齿轮驱动主体的闭合与展开。

实施例二

为节省生产成本，本发明中第二驱动杆与第一驱动杆及第三驱动杆之间还可以采用固定连接，即第二驱动杆、第一驱动杆及第三驱动杆三者之间的相对位置保持不变。与实施例一相比，本实施例采用采用固定连接时第二驱动杆与第一驱动杆及第三驱动杆之间无需设置扭簧，第二驱动杆上也无需设置第一驱动电机及相应的第一钢丝及第二钢丝。图7为本发明自移动机器人的越障过程示意图。如图7所示，本实施例中自移动机器人进行越障时第一驱动杆与第一机体之间的夹角以及第三驱动杆与第二机体200之间的夹角改变，第二驱动杆与第一驱动杆之间的夹角、第二驱动杆与第三驱动杆之间的夹角不变，第一机体100相对于第二机体200向前翻转后吸附，接着第二机体200翻转以实现越障。

本发明还提供一种应用于如上所述自移动机器人的行走翻转控制方法，所述行走翻转控制方法包括：

s1：自移动机器人行走，第一机体和第二机体竖直设置，第一机体吸附于行走表面；

s2：探测到需跨越的障碍时，控制单元控制翻转组件工作，驱动第二机体翻转，直至发生翻转的第二机体与行走表面贴合；

s3：控制单元控制第二机体吸附于行走表面，第一机体停止吸附；

s4：控制翻转组件工作，驱动第一机体翻转，直至第一机体和第二机体恢复竖直设置的状态。

综上所述，本发明提供一种设有凹陷部的自移动机器人及其行走翻转控制方法，自移动机器人至少部分主体位于凹陷部内，使得第一机体和第二机体竖直设置时，机身的体积缩小，保护了其外观的完整性，不影响美观；另外，由于设置了翻转组件，使得自移动机器人能够进行翻越行走，从而越过障碍物，增强了自移动机器人的环境适应性。