CN111839366B - 一种具有自主跟随避障功能的移动机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自主跟随避障功能的移动机器人，包括外壳，所述外壳底部设置有两个驱动后轮，两个驱动后轮前侧的所述外壳底部设置有同一个驱动前轮，驱动前轮两侧均设置有旋转毛刷；本发明通过多个扇形板对外界物体阻挡，弧形弹片受压而弯曲变形，消耗外界物体的冲击力，在外壳发生翻转后，储液膜受到自身的重力而向远离内筒的方向变凸，同时扇形板会带动弧形弹片从外筒内移出，扇形板的自由端会率先与跌落处的地面接触，弧形弹片会与储液膜接触，将储液膜压缩变形，消耗掉一部分撞击力，弧形弹片越过储液膜重新进入到外筒内，弧形弹片端部会接触外壳表面，受压变形，进一步消耗掉撞击力，保护整体安全。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种具有自主跟随避障功能的移动机器人。
背景技术
移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合***。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，应用于服务行业的移动机器人包括清洁机器人、安防机器人、迎宾机器人及送餐机器人等。因移动机器人可以代替人们独立完成工作，给人们的生活带来了极大的便利，解放了人们的双手，越来越受到人们的青睐。
由于现有的移动机器人在使用过程中，其顶部受到外界物体击打时，会造成其顶部的损坏，并且在其跌落时，如到达楼梯处，一般都是其一部分先发生悬空，刹车不及，发生继续移动时，其整体会发生偏转跌落，由于较大的冲击力，其表面或者其内部的元器件会由于惯性而发生松动，严重者元器件会发生脱落，容易引起其内部的元器件的撞击损坏，并且在正常移动过程中，其探测前方是否有障碍物的传感器由于安装在正前方，撞击到突然出现在其面前障碍物时，会对传感器的使用寿命造成影响，工作失灵后，影响正常的使用。
因此，发明一种具有自主跟随避障功能的移动机器人来解决上述问题很有必要，其能够在工作过程中，降低翻转跌落后造成的损坏，并且降低传感器撞击到障碍物上引起的工作失灵问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种具有自主跟随避障功能的移动机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有自主跟随避障功能的移动机器人，包括外壳，所述外壳底部设置有两个驱动后轮，两个驱动后轮前侧的所述外壳底部设置有同一个驱动前轮，驱动前轮两侧均设置有旋转毛刷，所述驱动前轮后侧设置有吸入口；所述外壳顶部设置有保护机构；所述外壳前侧设置有探高机构，其中，
所述保护机构包括外筒，所述外筒位于外壳顶部中心位置处，所述外筒内侧设置有多个弧形弹片，多个弧形弹片的竖直方向中心位置相互靠近，且多个弧形弹片顶部均连接有扇形板，多个所述扇形板的外弧组成一个圆形，圆形的大小与外壳顶面的大小相同，且多个扇形板底部靠近其外弧的位置处于外壳顶部铰接；多个所述弧形弹片之间设置有同一个内筒，内筒顶部设置有储液膜，储液膜挤压在弧形弹片上竖直方向中心顶部的位置处；
所述探高机构包括转动电机，所述转动电机端部设置有转动盘，转动盘前侧面的边缘处设置有多个沿周向均布的限位槽，所述限位槽内部设置有T型杆，T型杆一端位于转动盘前侧，T型杆前端连接有视觉传感器，所述T型杆上连接有两个连接弹簧，两个连接弹簧远离T型杆的一端分别连接在限位槽两端的所述转动盘上。
优选的，多个所述扇形板的外弧处均连接有缓冲垫；所述缓冲垫和扇形板的上表面为一连续的凹陷面，且凹陷面的高度逐渐向靠近外筒的方向变大。
优选的，所述外壳底部边缘处沿周向均布有多个防跌落传感器，用于探测到达的位置的支撑面的情况。
优选的，所述内筒内侧底部设置有支撑弹簧，支撑弹簧顶部连接有移动杆，移动杆顶端与储液膜底部连接。
优选的，所述弧形弹片底部设置有弹性条，弹性条一端与外筒内壁连接，另一端与内筒外表面连接。
优选的，所述扇形板内壁设置有空槽，空槽一端靠近外筒，空槽另一端扇形板的外弧，且空槽的高度逐渐向外筒处变大，且空槽内部设置有橡胶球。
优选的，所述转动盘表面开设有多个通槽，用于转动盘移动时空气的通过。
优选的，所述通槽与限位槽之间设置有环形圈，环形圈由橡胶材料制成，环形圈将转动盘分成两部分，环形圈用于连接环形圈外侧和内侧的转动盘。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明通过在外壳顶部设置有保护机构，多个扇形板会对外界物体阻挡，弧形弹片受压而弯曲变形，消耗外界物体的冲击力，在外壳发生翻转后，储液膜受到自身的重力而向远离内筒的方向变凸，同时扇形板会带动弧形弹片从外筒内移出，扇形板的自由端会率先与跌落处的地面接触，弧形弹片会与储液膜接触，将储液膜压缩变形，消耗掉一部分撞击力，弧形弹片越过储液膜重新进入到外筒内，弧形弹片端部会接触外壳表面，受压变形，进一步消耗掉撞击力，保护整体安全；
2、本发明通过转动电机带动转动盘转动，进而带动多个视觉传感器工作，对前方物体进行探测，当前方突然出现障碍物时，由于转动盘带动视觉传感器转动，进而视觉传感器端部会摩擦在障碍物上，带动T型杆偏转，进而视觉传感器与障碍物的接触部位发生改变，然后T型杆会在限位槽内移动，防止视觉传感器在障碍物上发生摩擦，对视觉传感器起到保护作用，同时当其中一个视觉传感器失灵时，由于转动盘会带动其余的视觉传感器转动工作，不会影响对前方障碍物的探测，保证了工作的正常进行；
3、本发明通过在扇形板的外弧处连接有缓冲垫，在外壳向前行进时撞击到障碍物时，外壳的惯性力会使其尾部发生摆尾情况的发生，最终使外壳侧面撞击到障碍物时，由于有缓冲垫的保护，对外壳起到缓冲作用，同时由于缓冲垫和扇形板的上表面为一连续的凹陷面，且凹陷面的高度逐渐向靠近外筒的方向变大，掉落到扇形板上的物体会沿着扇形板从外壳边缘处滑落，并且外壳移动时，移动的风会吹动凹陷面处的灰尘向靠近外筒的方向吹动，进而会将灰尘吹落到外筒内部，防止灰尘掉落到地面上。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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他的附图。
图1是本发明的立体示意图；
图2是本发明中图1的A部放大图；
图3是本发明中图1的其中一个方向的示意图；
图4是本发明的保护机构的底视图；
图5是本发明中图4的B部放大图；
图6是本发明中内筒的结构示意图；
图7是本发明的扇形板的剖视图。
图中：外壳1、驱动后轮2、驱动前轮3、旋转毛刷4、吸入口5、保护机构6、外筒61、弧形弹片62、扇形板63、内筒64、储液膜65、探高机构7、转动电机71、转动盘72、限位槽721、T型杆73、视觉传感器74、连接弹簧75、缓冲垫8、防跌落传感器9、支撑弹簧10、移动杆11、弹性条12、空槽13、橡胶球14、通槽15、环形圈16。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。
本发明提供了如图1-7所示的一种具有自主跟随避障功能的移动机器人，包括外壳1，所述外壳1底部设置有两个驱动后轮2，两个驱动后轮2前侧的所述外壳1底部设置有同一个驱动前轮3，驱动前轮3两侧均设置有旋转毛刷4，所述驱动前轮3后侧设置有吸入口5；所述外壳1顶部设置有保护机构6；所述外壳1前侧设置有探高机构7，其中，
所述保护机构6包括外筒61，所述外筒61位于外壳1顶部中心位置处，所述外筒61内侧设置有多个弧形弹片62，多个弧形弹片62的竖直方向中心位置相互靠近，且多个弧形弹片62顶部均连接有扇形板63，多个所述扇形板63的外弧组成一个圆形，圆形的大小与外壳1顶面的大小相同，且多个扇形板63底部靠近其外弧的位置处于外壳1顶部铰接；多个所述弧形弹片62之间设置有同一个内筒64，内筒64顶部设置有储液膜65，储液膜65挤压在弧形弹片62上竖直方向中心顶部的位置处；
所述探高机构7包括转动电机71，所述转动电机71端部设置有转动盘72，转动盘72前侧面的边缘处设置有多个沿周向均布的限位槽721，所述限位槽721内部设置有T型杆73，T型杆73一端位于转动盘72前侧，T型杆73前端连接有视觉传感器74，所述T型杆73上连接有两个连接弹簧75，两个连接弹簧75远离T型杆73的一端分别连接在限位槽721两端的所述转动盘72上。
作为本发明的一种具体实施方式，多个所述扇形板63的外弧处均连接有缓冲垫8；所述缓冲垫8和扇形板63的上表面为一连续的凹陷面，且凹陷面的高度逐渐向靠近外筒61的方向变大；扇形板63的外弧处连接有缓冲垫8，在外壳1向前行进时撞击到障碍物时，外壳1的惯性力会使其尾部发生摆尾情况的发生，最终使外壳1侧面撞击到障碍物时，由于有缓冲垫8的保护，对外壳1起到缓冲作用，同时由于缓冲垫8和扇形板63的上表面为一连续的凹陷面，且凹陷面的高度逐渐向靠近外筒61的方向变大，掉落到扇形板63上的物体会沿着扇形板63从外壳1边缘处滑落，并且外壳1移动时，移动的风会吹动凹陷面处的灰尘向靠近外筒61的方向吹动，进而会将灰尘吹落到外筒61内部，防止灰尘掉落到地面上。
作为本发明的一种具体实施方式，所述外壳1底部边缘处沿周向均布有多个防跌落传感器9，用于探测到达的位置的支撑面的情况，防跌落传感器9探测其底部是否有支撑面。
作为本发明的一种具体实施方式，所述内筒64内侧底部设置有支撑弹簧10，支撑弹簧10顶部连接有移动杆11，移动杆11顶端与储液膜65底部连接；由于在储液膜65底部连接有支撑弹簧10，当外壳1发生翻转后，储液膜65和移动杆11的重力能拉动支撑弹簧10移动，进而能够使储液膜65快速脱离弧形弹片62，使弧形弹片62快速从外筒61内移出，抵在跌落处，快速起到作用。
作为本发明的一种具体实施方式，所述弧形弹片62底部设置有弹性条12，弹性条12一端与外筒61内壁连接，另一端与内筒64外表面连接；弧形弹片62受压变形时，会对弹性条12挤压，进而将弹性条12推动变形，变形的弹性条12不仅能够消耗掉一部分冲击力，而且能够防止弧形弹片62直接挤压在外壳1表面，降低外壳1的磨损。
作为本发明的一种具体实施方式，所述扇形板63内壁设置有空槽13，空槽13一端靠近外筒61，空槽13另一端扇形板63的外弧，且空槽13的高度逐渐向外筒61处变大，且空槽13内部设置有橡胶球14；空槽13的开设能够降低扇形板63的重量，进而降低了外壳1移动时的阻力，同时由于空槽13一端靠近外筒61，空槽13另一端扇形板63的外弧，且空槽13的高度逐渐向外筒61处变大，因此橡胶球14会位于扇形板63的外缘处，由于杠杆的作用，会使扇形板63的自由端上升一部分，对外界物体缓冲的效果更好。
作为本发明的一种具体实施方式，所述转动盘72表面开设有多个通槽15，用于转动盘72移动时空气的通过；降低转动盘72移动时的阻力。
作为本发明的一种具体实施方式，所述通槽15与限位槽721之间设置有环形圈16，环形圈16由橡胶材料制成，环形圈16将转动盘72分成两部分，环形圈16用于连接环形圈16外侧和内侧的转动盘72；通过由橡胶材料制成的环形圈16连接转动盘72的两部分，当视觉传感器74抵在障碍物上时，位于环形圈16外侧的转动盘72会受到阻力而向后运动，将环形圈16拉扯变形，对视觉传感器74起到保护作用。
工作原理：由于现有的移动机器人在使用过程中，其顶部受到外界物体击打时，会造成其顶部的损坏，并且在其跌落时，如到达楼梯处，一般都是其一部分先发生悬空，刹车不及，发生继续移动时，其整体会发生偏转跌落，由于较大的冲击力，其表面或者其内部的元器件会由于惯性而发生松动，严重者元器件会发生脱落，容易引起其内部的元器件的撞击损坏，并且在正常移动过程中，其探测前方是否有障碍物的传感器由于安装在正前方，撞击到突然出现在其面前障碍物时，会对传感器的使用寿命造成影响，工作失灵后，影响正常的使用，因此本发明主要解决的是如何在工作过程中，降低翻转跌落后造成的损坏，并且降低传感器撞击到障碍物上引起的工作失灵问题；具体采取的措施及使用过程如下：通过在外壳1顶部设置有保护机构6，受到外界物体击打时，其顶部的多个扇形板63会对外界物体阻挡，进而扇形板63会挤压到弧形弹片62，弧形弹片62受压而弯曲变形，消耗外界物体的冲击力，通过在外壳1发生翻转后，储液膜65受到自身的重力而向远离内筒64的方向变凸，同时扇形板63会带动弧形弹片62发生偏转，进而会带动弧形弹片62从外筒61内移出，此时扇形板63的自由端会率先与跌落处的地面接触，会将扇形板63的自由端向外筒61处挤压，移出外筒61的弧形弹片62会率先与储液膜65接触，挤压在储液膜65上，将储液膜65压缩变形，消耗掉一部分撞击力，并且弧形弹片62挤压储液膜65，并越过储液膜65重新进入到外筒61内时，弧形弹片62端部会接触到外筒61内侧的外壳1表面，弧形弹片62受到挤压变形，进一步消耗掉撞击力，保护整体安全；移动机器人正常工作时，驱动后轮2工作时，会带动外壳1移动，驱动前轮3在地面上滚动，同时两个旋转毛刷4一个逆时针工作，一个顺时针工作，将地面灰尘和垃圾向吸入口5处拨动，并从吸入口5吸入到外壳1内部，转动电机71带动转动盘72转动，进而带动多个视觉传感器74工作，对前方物体进行探测，当前方突然出现障碍物时，无法及时停止移动时，由于转动盘72带动视觉传感器74转动，进而视觉传感器74端部会摩擦在障碍物上，带动T型杆73偏转，进而视觉传感器74与障碍物的接触部位发生改变，然后T型杆73会在限位槽721内移动，其中一个连接弹簧75压缩，另一个连接弹簧75拉伸，防止视觉传感器74在障碍物上发生摩擦，对视觉传感器74起到保护作用，同时当其中一个视觉传感器74失灵时，由于转动盘72会带动其余的视觉传感器74转动工作，不会影响对前方障碍物的探测，保证了工作的正常进行。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种具有自主跟随避障功能的移动机器人，包括外壳(1)，其特征在于：所述外壳(1)底部设置有两个驱动后轮(2)，两个驱动后轮(2)前侧的所述外壳(1)底部设置有同一个驱动前轮(3)，驱动前轮(3)两侧均设置有旋转毛刷(4)，所述驱动前轮(3)后侧设置有吸入口(5)；所述外壳(1)顶部设置有保护机构(6)；所述外壳(1)前侧设置有探高机构(7)，其中，
所述保护机构(6)包括外筒(61)，所述外筒(61)位于外壳(1)顶部中心位置处，所述外筒(61)内侧设置有多个弧形弹片(62)，多个弧形弹片(62)的竖直方向中心位置相互靠近，且多个弧形弹片(62)顶部均连接有扇形板(63)，多个所述扇形板(63)的外弧组成一个圆形，圆形的大小与外壳(1)顶面的大小相同，且多个扇形板(63)底部靠近其外弧的位置处于外壳(1)顶部铰接；多个所述弧形弹片(62)之间设置有同一个内筒(64)，内筒(64)顶部设置有储液膜(65)，储液膜(65)挤压在弧形弹片(62)上竖直方向中心顶部的位置处；
所述探高机构(7)包括转动电机(71)，所述转动电机(71)端部设置有转动盘(72)，转动盘(72)前侧面的边缘处设置有多个沿周向均布的限位槽(721)，所述限位槽(721)内部设置有T型杆(73)，T型杆(73)一端位于转动盘(72)前侧，T型杆(73)前端连接有视觉传感器(74)，所述T型杆(73)上连接有两个连接弹簧(75)，两个连接弹簧(75)远离T型杆(73)的一端分别连接在限位槽(721)两端的所述转动盘(72)上。
2.根据权利要求1所述的一种具有自主跟随避障功能的移动机器人，其特征在于：多个所述扇形板(63)的外弧处均连接有缓冲垫(8)；所述缓冲垫(8)和扇形板(63)的上表面为一连续的凹陷面，且凹陷面的高度逐渐向靠近外筒(61)的方向变大。
3.根据权利要求1所述的一种具有自主跟随避障功能的移动机器人，其特征在于：所述外壳(1)底部边缘处沿周向均布有多个防跌落传感器(9)，用于探测到达的位置的支撑面的情况。
4.根据权利要求1所述的一种具有自主跟随避障功能的移动机器人，其特征在于：所述内筒(64)内侧底部设置有支撑弹簧(10)，支撑弹簧(10)顶部连接有移动杆(11)，移动杆(11)顶端与储液膜(65)底部连接。
5.根据权利要求1所述的一种具有自主跟随避障功能的移动机器人，其特征在于：所述弧形弹片(62)底部设置有弹性条(12)，弹性条(12)一端与外筒(61)内壁连接，另一端与内筒(64)外表面连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有自主跟随避障功能的移动机器人，其特征在于：所述扇形板(63)内壁设置有空槽(13)，空槽(13)一端靠近外筒(61)，空槽(13)另一端扇形板(63)的外弧，且空槽(13)的高度逐渐向外筒(61)处变大，且空槽(13)内部设置有橡胶球(14)。
7.根据权利要求1所述的一种具有自主跟随避障功能的移动机器人，其特征在于：所述转动盘(72)表面开设有多个通槽(15)，用于转动盘(72)移动时空气的通过。
8.根据权利要求7所述的一种具有自主跟随避障功能的移动机器人，其特征在于：所述通槽(15)与限位槽(721)之间设置有环形圈(16)，环形圈(16)由橡胶材料制成，环形圈(16)将转动盘(72)分成两部分，环形圈(16)用于连接环形圈(16)外侧和内侧的转动盘(72)。
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