CN110370294B - 机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种机器人，包括车体、配重件、调节螺杆以及驱动件，配重件活动安装在车体上，配重件开设有调节螺孔；调节螺杆与车体转动连接，调节螺杆与调节螺孔啮合，调节螺杆能够驱动配重件在车体上运动，以调节车体的重心位置；驱动件安装在车体上，驱动件用于驱动调节螺杆转动，该方案相对于现有技术，驱动件驱动调节螺杆在转动时，配重件会沿着螺杆的轴向运动，能够使得配重件能够改变在车体上的位置，做到对机器人的重心进行调节，以使机器人在地面上行走时，可根据地面的坡度调节机器人的重心位置，避免机器人在地面上的坡度发生变化时，机器人发生侧翻的问题。

Description

机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种机器人。

背景技术

机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如：消防、生产业、建筑业，或是危险的工作。

现有的机器人会面对复杂的地形，比如陡坡或楼梯等，机器人在陡坡或楼梯上行走时，会发生侧翻的现象。

发明内容

本发明提供的一种配重组件，用于解决现有技术中机器人在陡坡或楼梯上行走时，机器人会发生侧翻的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种机器人，包括：

车体；

配重件，活动安装在所述车体上，所述配重件开设有调节螺孔；

调节螺杆，与所述车体转动连接，所述调节螺杆与所述调节螺孔啮合，所述调节螺杆能够驱动所述配重件在所述车体上运动，以调节所述车体的重心位置；

驱动件，安装在所述车体上，所述驱动件用于驱动所述调节螺杆转动。

在其中一个实施例中，其还包括导向组件，所述导向组件设置在所述配重件与所述车体之间，所述配重件能够通过所述导向组件沿所述车体移动。

在其中一个实施例中，所述导向组件包括安装在所述车体上的导向轴，所述配重件上开设有与所述导向轴配合的导向槽。

在其中一个实施例中，所述导向轴的数量为两个，所述导向槽的数量为两个，两个所述导向轴一一对应的穿设所述导向槽。

在其中一个实施例中，所述车体上设有第一安装座，所述第一安装座用于安装所述导向轴。

在其中一个实施例中，所述车体上还设有第二安装座，所述第二安装座用于安装所述调节螺杆。

在其中一个实施例中，其还包括检测单元，所述检测单元安装在所述车体上，所述检测单元用于检测所述车体的相对水平位置的角度，并将检测所得的角度反馈给所述驱动件，以使所述驱动件驱动所述调节螺杆来调节所述配重件在所述车体的位置。

在其中一个实施例中，其还包括水炮，所述水炮安装在所述车体上，用以将水喷出。

在其中一个实施例中，其还包括双目摄像头以及声光报警器，所述双目摄像头以及所述声光报警器均安装在所述车体上，所述双目摄像头用以观察周围环境，所述声光报警器用于提供报警声光信号。

在其中一个实施例中，其还包括集水器，所述集水器安装在所述车体上，所述集水器用于将消防栓的水流整合进入机器人。

与现有技术相比，本发明提供的一种机器人，具有如下优点：

驱动件驱动调节螺杆在转动时，配重件会沿着螺杆的轴向运动，能够使得配重件能够改变在车体上的位置，做到对机器人的重心进行调节，以使机器人在地面上行走时，可根据地面的坡度调节机器人的重心位置，避免机器人在地面上的坡度发生变化时，机器人发生侧翻的问题。

附图说明

以下附图仅用于使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，并非是对本发明的限制，本领域技术人员可以根据本发明的技术方案获得其它附图。

图1为本发明提供的一实施例的机器人的结构示意图；

图2为图1中车体的结构示意图；

图3为图1中车体的另一视角结构示意图；

图4为本发明提供的一实施例的驱动件的控制流程框图；

图5位机器人上坡过程受力分析图；

图6位机器人下坡过程受力分析图。

标号说明：

100、机器人；10、车体；11、配重件；12、调节螺杆；121、第二安装座；13、驱动件；14、导向组件；141、导向轴；142、第一安装座；15、行走履带；20、水炮；30、双目摄像头；31、升降台；40、声光报警器；50、集水器；60、检测单元；70、控制单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明提供一种机器人100，所述机器人100可以为消防机器人、巡检机器人等。

具体的，机器人100包括车体10以及水炮20，所述水炮20安装在所述车体10上，用以将水喷出。

可以理解的是，机器人100上的水炮20通过消防水带（图未示）与消防栓（图未示）对接，水炮20能够将消防栓内的水喷出。通过车体10的移动，能够拖动消防水带移动，以使机器人100进入到火场内，然后通过水炮20调整喷出水的角度，起到便于灭火的效果。

其中，水炮20能够相对于车体10转动，水炮20根据机器人100爬坡/下坡进行调整，以起到调节机器人100的重心位置，避免机器人100在地面上的坡度发生变化时，机器人100发生侧翻的问题。具体的，在机器人100爬坡时，水炮20的喷水口朝向机器人100的前端，相反，当机器人100需要下坡时，水炮20的喷水口朝向机器人100的后端。

进一步地，在其他的实施方式中，车体10的底部安装行走履带15。行走履带15可以带动车体10移动。

当然在其它实施方式中，行走履带15也可以替换为除行走履带15之外的其他行走单元。只要该行走单元能够实现带动机器人100移动即可。具体的，机器人100在行走履带15的带动下，进入到火场。

进一步地，如图1所示，其还包括双目摄像头30，所述双目摄像头30安装在所述车体10上，所述双目摄像头30用以观察周围环境，

可以理解的是，双目摄像头30以及车体10之间通信连接，双目摄像头30用以实时监控机器人100的周围环境，并将双目摄像头30拍摄的图像数据发送给操作者，操作者根据图像数据调整机器人100的行走路径。

具体的，机器人100的盲操大体基于图像，通过双目摄像头30采集机器人100周围的图像并将图像转换为图像信号，图像信号传输至显示屏（图未示），显示屏接收图像信号，并将机器人100根据图像信号进行呈现，操作者根据图像的辅助，调整机器人100的行走路径，然后及时调整机器人100的位置，起到机器人100避让障碍物，避免与其他的装置碰撞在一起，减少机器人100发生碰撞。

在本实施方式中，双目摄像头30具有景深却很深、自动测距的特点，便于操作者更好的够观察机器人100的周围环境。当然，双目摄像头30也可以替换成其它的摄像元件，只要该摄像元件能够便于操作者更好的够观察机器人100的周围环境即可。

进一步地，所述车体10上安装有升降台31，所述双目摄像头30安装于所述升降台31上，并在所述升降台31的带动下调整自身高度。

可以理解的是，升降台31用于带动双目摄像头30相对车体10运动，以改变双目摄像头30相对车体10的水平高度，从而使得双目摄像头30的视场范围更大。

本实施方式中，升降台31也可以替换为升降台31之外的其它升降单元，只要该升降单元能够实现改变双目摄像头30的高度即可。

其中，双目摄像头30可以通过螺栓固定在升降台31，以便于双目摄像头30的拆装与调节，当然，在其他的实施方式中，双目摄像头30与升降台31之间还可以采用胶固、铆接或者焊接等方式相互固定；双目摄像头30也可以采用其他结构固定于升降台31上。

其中，升降台31可以通过螺栓固定在车体10，以便于升降台31的拆装与调节，当然，在其他的实施方式中，升降台31与车体10之间还可以采用胶固、铆接或者焊接等方式相互固定；升降台31也可以采用其他结构固定于车体10上。

进一步地，如图1所示，机器人100还包括声光报警器40，所述声光报警器40安装在所述车体10上，所述声光报警器40用于提供报警声光信号。

可以理解的是，声光报警器40在机器人100行走的过程，可以通过声音和各种光来向人们发出示警信号，以警示此处危险。同时，还能够给操作机器人100的使用者提供机器人100的方位。

进一步地，如图1所示，机器人100还包括集水器50，所述集水器50安装在所述车体10上，所述集水器50用于将消防栓的水流整合进入机器人100。

可以理解的是，消防栓（图未示）的水流通过消防水带（图未示）进入到集水器50内，水流在集水器50内整合，最后通过水炮20喷出。其中，消防栓内的水通过集水器50进入到水炮20，水炮20可以自由调整水流喷出的压力。这样，能够避免消防栓内的水直接进入到水炮20，导致不能够调节水炮20内的水压的问题。

进一步地，如图2或3所示，所述机器人100还包括配重件11、调节螺杆12以及驱动件13，所述配重件11活动安装在所述车体10上，所述配重件11开设有调节螺孔；所述调节螺杆12与所述车体10转动连接，所述调节螺杆12与所述调节螺孔啮合，所述调节螺杆12能够驱动所述配重件11在所述车体10上运动，以调节所述车体10的重心位置；所述驱动件13安装在所述车体10上，所述驱动件13用于驱动所述调节螺杆12转动。

可以理解的是，驱动件13的输出端与调节螺杆12连接，调节螺杆12的一端靠近机器人100的前端，另一端靠近机器人100的后端，调节螺杆12的外螺纹与调节孔的内螺纹能够啮合，驱动件13驱动调节螺杆12在转动时，配重件11在不发生自转的情况下，会沿着螺杆的轴向运动，能够使得配重件11能够改变在车体10上的位置，做到对机器人100的重心进行调节，以使机器人100在地面上行走时，可根据地面的坡度调节机器人100的重心位置，避免机器人100在地面上的坡度发生变化时，机器人100发生侧翻的问题。

具体地，当机器人100需要爬坡时，配重件11移至机器人100的前端，能够将机器人100的重心移至机器人100的前端；相反，当机器人100需要下坡时，配重件11移至机器人100的后端，能够将机器人100的重心移至机器人100的后端。机器人100的重心可以从机器人100的前端调整到机器人100的后端，使得机器人100的重心调整范围更广效果更明显。

同时，机器人100在平地上行走时，配重件11移至机器人100的中心位置，以使机器人100的重心也会置于机器人100的中心位置。能更好保证弹簧减震器（图未示）的压缩量均衡，以及支重轮（图未示）的受力平均，能够延长弹簧减震器、支重轮轴承和行走履带15的使用寿命，

再者，机器人100的重心调节至机器人100的中心位置，能够保证机器人100平地正常行走的稳定性，减少异响、抖动等问题，提高产品的可靠性。

在本实施例中，需要解释的是，机器人100的前端以及机器人100的后端，以所述机器人100前进时，置于机器人100前侧的为机器人100的前端，置于在机器人100后侧的为机器人100的后端。

其中，只有调节螺杆12转动或配重件11转动时，配中件才可以沿调节螺杆12的轴向运动。在调节螺杆12以及配重件11不转动时，能够防止配重件11在车体10上移动，同时防止机器人100上的重心发生改变。

优选地，所述车体10上设有第二安装座121，所述第二安装座121用于安装所述调节螺杆12。第二安装座121上开设有第二凹槽（图未示），调节螺杆12在安装在车体10上时，需要将调节螺杆12的的一端置于第二凹槽内，起到便于拆装调节螺杆12的效果。

其中，第二安装座121的数量为两个，分别设置在调节螺杆12的两端，起到便于对调节螺杆12支撑的作用，防止配重件11的重力作用在调节螺杆12上时，调节螺杆12发生形变的问题。

进一步地，本实施方式中，驱动件13为电机。可以理解，在其他的实施方式中，驱动件13也可以替换为除电机之外的其他电力驱动元件。只要该电力驱动元件能够实现带动调节螺杆12转动即可。

进一步地，在本实施方式中，所述配重件11为蓄电池。蓄电池可以为机器人100提供电能，蓄电池的重量占到整个机器人100重量的25%左右，而且具有密度大，体积集中的特性。通过蓄电池在机器人100上的移动改变机器人100的重心位置，效果很明显。

当然，在其它实施方式中，配重件11为蓄电池以外的配重件11，只要该配重件11在机器人100上移动时，会改变机器人100的重心位置即可。

进一步地，如图2或3所示，机器人100还包括导向组件14，所述导向组件14设置在所述配重件11与所述车体10之间，所述配重件11能够通过所述导向组件14沿所述车体10移动。

可以理解的是，配重件11在车体10上移动时，通过导向组件14可以对配重件11相对车体10运动进行导向，导向组件14使配重件11沿固定的方向移动，实现对配重件11的运动方向进行限制。

优选地，所述导向组件14包括安装在所述车体10上的导向轴141，所述配重件11上开设有与所述导向轴141配合的导向槽（图未示）。

可以理解的是，导向轴141的轴线与调节螺杆12的轴向平行设置，导向轴141安装在车体10上，配中件在沿调节螺杆12的轴向移动时，配重件11与导向轴141之间相对滑动，导向轴141起到限定配重件11的移动方向的效果，同时能够起到防止配重件11转动。

进一步地，所述车体10上设有第一安装座142，所述第一安装座142用于安装所述导向轴141。第一安装座142上开设有第一凹槽（图未示），导向轴141在安装在车体10上时，需要将导向轴141的的一端置于第一凹槽内，起到便于拆装导向轴141的效果。

其中，第一安装座142的数量为两个，分别设置在导向轴141的两端，起到便于对导向轴141支撑的作用，防止配重件11的重力作用在导向轴141上时，导向轴141发生形变的问题。

优选地，所述导向轴141的数量为两个，所述导向槽的数量为两个，两个所述导向轴141一一对应的穿设所述导向槽。导向轴141的数量为两个，导向轴141可以对配重件11进行支撑，防止配重件11的重力作用在调节螺杆12上，可延长调节螺杆12的使用寿命。

进一步地，如图4所示，机器人100还包括检测单元60，所述检测单元60安装在所述车体10上，所述检测单元60用于检测所述车体10的相对水平位置的角度，并将检测所得的角度反馈给所述驱动件13，以使所述驱动件13驱动所述调节螺杆12来调节所述配重件11在所述车体10的位置。

可以理解的是，机器人100上还设有控制单元70，检测单元60与驱动件13分别与控制单元70之间通信连接，检测单元60采集车体10相对水平位置的角度的角度信号发送到控制单元70，控制单元70接收角度信号，并依据位置信号控制驱动件13驱动调节螺杆12，使配重件11沿调节螺杆12的轴向方向运动，以起到调节机器人100的重心位置。

其中，控制单元70为单片机、PLC或FPGA等，可以理解的是，控制单元70为本领域技术人员理解的能够完成上述功能的电子器件，本实施例不做具体限定。以避免公开不充分的问题。

其中，检测单元60为陀螺仪，可以理解的是，检测单元60为本领域技术人员理解的能够完成上述功能的电子器件，本实施例不做具体限定。以避免公开不充分的问题。

如图5所示，在机器人100上坡时，调节配重件11位置的控制算法符合以下数学模型。

在机器人100尾接地处建立坐标系，对机器人100的上坡过程进行受力分析：

（1）

其中FN表示机器人100正压力，θ表示爬坡角度，G_d表示机器人100重力（除配重***、水炮），G_c表示水炮重力，G_p表示配重件11重力，l₁表示G_d相对于坐标原点O的力臂距离，l₂表示G_c相对于坐标原点O的力臂距离，l₃表示G_p相对于坐标原点O的力臂距离，l₄表示F_N相对于坐标原点O的力臂距离，l₅表示调节配重件11位置。

当机器人100在接近极限爬坡角度下行进时：

此时，为提高爬坡角度θ，将水炮调整为前置，配重件11位置调整至离原点O最远位置。

当机器人100在小爬坡角度下行进时：

此时，机器人100没有达到极限爬坡角度，无需将配重件11位置调整至离原点O最远位置；同时，为提高消防在翻越小坡度障碍时的运动稳定性，可以通过调节配重件11位置l₅来平衡机器人100整机重心位置。基于微元思想，机器人100整机重力作用点与机器人100正压力作用点相同，因此将l4表示如下：

（2）

可以看出，其中当l₄趋于机器人100底盘中点位置时（0.5l_5max），其重心位置与机器人100正压力位置处于同一竖直线上，此时其爬坡稳定性最强。

（3）

其中l_5max表示调节配重件11相对于坐标原点O的最远距离。

因此通过陀螺仪采集机器人100的越障爬坡时的倾斜角度θ，随后根据公式（3）调整l₅数值，可以有效将整车重心调节至接地线中点附近，极大地提高爬坡稳定性最强，有效避免出现“抬头”或“翘尾”等不稳定现象。

如图6所示，机器人100下坡时，同样为保证其抗倾覆性能会将水炮20的喷水口朝向机器人100的后端，配重件11调整至机器人100尾部，其中各个变量的名称不变，因此数学模型相同，因此不作重复建模。机器人100下坡时，也可以沿用前面的控制算法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机器人，其特征在于，包括：

车体；

配重件，活动安装在所述车体上，所述配重件开设有调节螺孔；

调节螺杆，与所述车体转动连接，所述调节螺杆与所述调节螺孔啮合，所述调节螺杆能够驱动所述配重件在所述车体上运动，以调节所述车体的重心位置；

驱动件，安装在所述车体上，所述驱动件用于驱动所述调节螺杆转动；

检测单元，安装在所述车体上，用于检测所述车体的相对水平位置的角度；

控制单元，所述检测单元与所述驱动件分别与所述控制单元之间通信连接；

在所述机器人上坡时，调节所述配重件位置的控制算法符合以下数学模型：

其中，θ表示爬坡角度，Gd表示除配重***、水炮外的所述机器人重力，Gc表示水炮重力，Gp表示所述配重件重力，Mo表示坐标原点O的力矩平衡关系，l1表示Gd相对于坐标原点O的力臂距离，l2表示Gc相对于坐标原点O的力臂距离，l3表示Gp相对于坐标原点O的力臂距离，FN表示所述机器人正压力，l4表示FN相对于坐标原点O的力臂距离，l5表示调节所述配重件相对于坐标原点O的距离。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，其还包括导向组件，所述导向组件设置在所述配重件与所述车体之间，所述配重件能够通过所述导向组件沿所述车体移动。

3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，所述导向组件包括安装在所述车体上的导向轴，所述配重件上开设有与所述导向轴配合的导向槽。

4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述导向轴的数量为两个，所述导向槽的数量为两个，两个所述导向轴一一对应的穿设所述导向槽。

5.根据权利要求3或4所述的机器人，其特征在于，所述车体上设有第一安装座，所述第一安装座用于安装所述导向轴。

6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述车体上还设有第二安装座，所述第二安装座用于安装所述调节螺杆。

7.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，其还包括检测单元，所述检测单元安装在所述车体上，所述检测单元用于检测所述车体的相对水平位置的角度，并将检测所得的角度反馈给所述驱动件，以使所述驱动件驱动所述调节螺杆来调节所述配重件在所述车体的位置。

8.根据权利要求1所述的一种机器人，其特征在于，其还包括水炮，所述水炮安装在所述车体上，用以将水喷出。

9.根据权利要求1所述的一种机器人，其特征在于，其还包括双目摄像头以及声光报警器，所述双目摄像头以及所述声光报警器均安装在所述车体上，所述双目摄像头用以观察周围环境，所述声光报警器用于提供报警声光信号。

10.根据权利要求1所述的一种机器人，其特征在于，其还包括集水器，所述集水器安装在所述车体上，所述集水器用于将消防栓的水流整合进入机器人。

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