專利名稱:機器人系統的制作方法
技術領域:
本實用新型涉及一種機器人系統,尤其是一種可調節機器人與充電座對接方向的 機器人系統。
背景技術:
隨著生活水平和科技能力的不斷提高,各種不同功能的家用服務機器人已逐漸進 入平常百姓家,為人們的生活帶來不同程度的便利。在各種家用服務機器人中,尤其以為人 們家居地面等表面進行處理的機器人最為普及。現有市面上的清潔機器人大都配置有充電座,該類機器人均能在沒有用戶操作的 情況下,由其內置的充電電池提供能量,實現自動地行進并清潔待處理區域。當機器人感應 到其電量不足后,能自動返回充電座,通過充電座來給機器人內置的充電電池進行充電。該 機器人回充電座的原理為機器人至少包括清潔工作模式和返回充電座充電模式;當機器 人中的電池電量低于或等于某預先設定值時,機器人中的控制單元控制機器人從清潔工作 模式轉入到返回充電座充電模式。機器人開始尋找充電座的位置,找尋到后返回充電座進 行對接充電。在這整個過程中,無論是尋找充電座,還是尋找到充電座后進行對接充電,機 器人的行走速度都是一致的。因此,當機器人找到充電座后,機器人保持原有的速度和方向 直接回充電座,在兩者的電極對接前,無法精確地進行方向的糾正。這種對接方式的對接成 功率受偶然因素的影響比較大,充電對接的準確率不高。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在于,針對現有技術的不足提供了一種機器人系 統,在返回充電座充電模式下,當機器人與充電座之間的距離較近時,通過降低機器人的速 度,使機器人有足夠時間來逐步調整行走方向,以便于與基座準確對接,其結構簡單且工作 效率高。本實用新型所要解決的技術問題是通過如下技術方案實現的一種機器人系統,包括機器人和充電座,機器人內設有控制單元,該控制單元與 機器人的行駛機構相連,輸出控制信號給行駛機構并控制其運動,所述的機器人上設有感 應探測元件,所述的充電座上設有相對應的感應元件,所述的感應探測元件將從所述的感 應元件處感測到的感應信號輸出給所述的控制單元,該控制單元控制使機器人的行走速度 降低。進一步說,所述的充電座包括基座,該基座上設有底部,所述的感應元件設置在所 述基座底部的前部;所述的感應探測元件設置在所述的機器人位于行進方向的殼體的前下 部。一種方式為,所述的感應探測元件為接近感應開關;所述的感應元件為接近感應 元件。具體來說,所述的接近感應開關為霍爾傳感器、磁控管或金屬接近開關;所述的接
3近感應元件為有極性或無極性的磁性元件或金屬元件。另一種方式為,所述的感應探測元件為成對設置的反射式紅外發射/接收元件; 所述的感應元件為可吸收紅外線元件。以上所述的機器人為地面處理機器人或可自移動的智能玩具機器人或娛樂機器 人。綜上所述,本實用新型其結構簡單且工作效率高,提高了機器人與充電座充電對 接的成功率。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型的技術方案進行詳細地說明。說明書附圖
圖1為本實用新型機器人系統中的機器人的結構示意圖;圖2為本實用新型機器人的紅外接收裝置的結構示意圖;圖3為本實用新型機器人系統的充電座的結構示意圖;圖4為本實用新型機器人處于返回充電座充電模式時,機器人未進入充電座磁條 磁場的結構示意圖;圖5為本實用新型機器人處于返回充電座充電模式時,機器人進入充電座磁條磁 場的結構示意圖;圖6為本實用新型機器人處于返回充電座充電模式時,機器人的動作流程示意 圖;圖7為本實用新型機器人的霍爾傳感器的電路圖;圖8為本實用新型機器人的金屬接近開關的電路圖。
具體實施方式
圖1是本實用新型實施例中的機器人系統的機器人的結構示意圖。圖3是本實用 新型實施例中的機器人系統的充電座的結構示意圖。如
圖1和圖3所示,本實用新型實施例中的機器人系統包括機器人100和充電座 200。該機器人100是用于進行地面處理的機器人,所說的地面處理包括對地面進行吸塵、 打蠟等處理。該充電座200用于給該機器人100進行充電。如
圖1所示,機器人100包括殼體101,在殼體101的內部設置有可重復充電的電 池和控制單元(圖中未示出)。該機器人100還包括位于殼體101兩側的行駛機構106 (參 見圖4),該控制單元與機器人100的行駛機構106相連,輸出控制信號給行駛機構106并控 制其運動。機器人100具有二種模式,S卩清潔工作模式和返回充電座充電模式。當機器人 100在控制單元的控制下處于清潔工作模式時,行駛機構106在充電電池的能量供給下,帶 動機器人100在待處理表面上移動進行清潔操作處理。如
圖1所示,在機器人100的前端部設有對接電極104,該對接電極104分別設有 正、負電極,相對應地在充電座200上設置有充電電極201 (如圖3所示),該對接電極104 相對于機器人100的中心線呈左右對稱設置。當機器人100內置充電電池的電量低于控制 單元中預先設定值時,機器人100在控制單元的作用下,自動由清潔工作模式轉入返回充 電座充電模式。當機器人100實現與充電座200準確對接后,通過對接電極104和充電電 極201,實現充電座200對機器人100的充電。另外,機器人100還包括信號接收裝置102,該裝置位于機器人100的前端部,用于接收來自充電座200的發射信號。本實施例中,優選 方案為,該信號接收裝置102為紅外接收管。圖2為本實用新型機器人的紅外接收裝置的 結構示意圖。如圖2所示,該信號接收裝置102包括紅外接收管1021和紅外接收管1022。 紅外接收管1021和紅外接收管1022相對于機器人100的中心線呈左右對稱,并且兩者之 間設有一個紅外擋板103,紅外擋板設置在機器人100的中心線上。更多地,如
圖1所示,該機器人100包括一接近感應開關(圖中未示出),本實施例 中,該接近感應開關為霍爾傳感器105,其安置于機器人位于行進方向的殼體101的前下部 (如圖4、圖5所示)。圖3為本實用新型機器人系統的充電座的結構示意圖。如圖3所示,充電座200包 括本體,該本體包括基座2001和懸臂2002。在基座2001的直立部上設置有充電電極201, 該充電電極201分別設有正、負電極,該充電電極201相對于充電座本體200的中心線呈左 右對稱。當機器人100與充電座200準確對接后,機器人100上的對接電極104與充電座 上的充電電極201實現有效連接,從而實現通過充電座200對機器人100的充電功能。在 充電座200上設置有信號發射裝置202,用于發射信號引導機器人100接近充電座200。本 實施例中,優選方案為,該信號發射裝置202為紅外發射管,通過脈沖位置調制方式,紅外 發射裝置202發射呈紡錘體狀光束的目標輻射。該信號發射裝置202包括紅外發射管2021 和紅外發射管2022。紅外發射管2021設置在充電座200的懸臂2002上,位于充電座200 的中心線上,其角度范圍在30° 40°,光束長度大于3米;紅外發射管2022設置在充電 座基座2001的直立部上,位于充電座200的中心線上,其角度范圍大致在10°,光束長度小 于2米。圖4為本實用新型機器人處于返回充電座充電模式時,機器人未進入充電座磁條 磁場的結構示意圖。如圖3結合圖4所示,充電座基座2001的下端部設置有用于將充電座 200平穩放置在地面300上的底部,該底部設置有一個接近感應元件,本實施例中,該接近 感應元件為磁條204,其位于基座2001底部的前部。出于磁條耐用性考慮,將磁條放置在基 座2001底部的背面,面朝支撐充電座的地表面。如圖4并結合
圖1和圖3所示,機器人100在控制單元的控制下,對待工作地面進 行處理工作。當機器人100內置充電電池的電量低于預先設定值時,機器人100在其控制 單元的作用下,自動由工作模式轉入返回充電座充電模式。結合圖2所示,機器人100在逐漸靠近充電座200的同時,通過其內置的二個紅外 接收管1021、1022所接收到的信號來調整機器人100的行走狀態。具體來說當機器人100 與充電座200之間的距離大于3米時,機器人的紅外接收管1021和紅外接收管1022分別 接收充電座200的紅外發射管2021的信號。紅外接收管1021和紅外接收管1022將接收 到的信號值傳遞給機器人100的控制單元。控制單元根據紅外接收管1021和紅外接收管 1022接收到的信號值的大小來控制機器人100前進的方向。如果機器人100的對接電極 104的一側與充電座200的充電電極201的一側不是正對著,機器人100的紅外接收裝置 中的紅外檔板103會將部分紅外信號擋住,以使得紅外接收管1021和紅外接收管1022所 接收到的信號不同。此時,機器人控制單元發出指令,命令機器人100向信號值大的方向行 走。當紅外接收管1021和紅外接收管1022傳輸出控制單元的信號值一樣大時,控制單元 命令機器人100向前行走。
5[0032]當機器人100與充電座200之間的距離小于2米時,機器人的紅外接收管1021和 紅外接收管1022分別接收充電座200的紅外發射管2022的信號。相關的工作原理和工作 方法與接收充電座的紅外發射管2021的相同,在此不再贅述。圖4所示為機器人100處于返回充電座200充電模式下,在充電座200的紅外發 射信號的指引下,機器人100逐步靠近充電座200。圖4在充電座磁條位置用虛線表示的是 磁場波及的范圍,由此可見,此時機器人內置的霍爾傳感器105還未進入充電座200設有磁 條204的磁場中,機器人內置的霍爾傳感器105還未感應到充電座200上的磁條204。此 時,機器人仍保持原有的速度行進。機器人100靠近充電座200,當其間的距離足夠近。圖5在充電座磁條位置用虛線 表示的是磁場波及的范圍,由此可見,此時機器人100內置的霍爾傳感器105已進入充電座 200上的磁條204的磁場范圍,此時霍爾傳感器105得到信號。圖6為本實用新型機器人處于返回充電座充電模式時,機器人的動作流程示意 圖。如圖6的流程圖所示,機器人100進入返回充電座200充電模式(步驟S100);機器人 100的信號接收裝置102接收到充電座200的信號發射裝置202的信號(步驟Sl 10),保持 原有速度逐漸靠近充電座200,通過機器人100的紅外接收管1021與紅外接收管1022所 接收到的信號來適時調整機器人的運行方向(步驟S120)。機器人100內置的霍爾傳感器 105檢測有無感應到充電座200的磁條204的磁場存在(步驟S130),如果沒有感知到,則 仍保持原有速度逐漸靠近充電座(步驟S120);如果感知到,則機器人100內置的霍爾傳感 器105將信息反饋給控制單元,控制單元控制機器人100減速(步驟S140)。根據機器人 100內設的二個紅外接收管1021、1022所接到的充電座200的紅外發射信號,反饋給機器 人100的控制單元,通過二個信號值進行判斷,適時矯正機器人100的方向,使機器人校準 姿態,以有利于機器人100與充電座200準確對接(步驟S150)。本實施例中,通過在機器人前端底部裝有對磁場較為敏感元器件——霍爾傳感器 105,以使機器人100返回充電座200的運行過程中,當其內部的霍爾傳感器105進入充電 座底部下設磁條204的磁場中,機器人100就能檢測到霍爾傳感器105的數值變化,通過將 信息反饋給機器人100內置的控制單元,控制單元從而控制機器人100執行減速前進的命令。圖7為本實用新型機器人的霍爾傳感器的電路圖。如圖7所示,為本實施例中霍 爾傳感器105的電路圖。霍爾傳感器105的原理為將一塊通電的半導體薄片垂直設置于 磁場中時,薄片兩側由此產生電位差,該現象為霍爾效應。此電位差稱之為霍爾電勢,電勢 的大小為E = KIB/d,式子中,K為霍爾系數,d為薄片的厚度,I為電流,B為磁感應強度。 本實施例中,霍爾傳感器105作為一種接近感應開關,具有無觸點、低功耗、壽命長、靈敏度 高、工作頻率高的特點,能在各種惡劣環境下可靠穩定地工作。機器人100檢測充電座200是否存在的檢測裝置,除了本實施例所列舉的采用霍 爾傳感器105和磁條204之外,該檢測裝置還可以是其它類型的接近感應開關和接近感應 元件。具體來說,接近感應開關可以為磁控管或金屬接近開關;接近感應元件為有極性或無 極性的磁性元件或金屬元件。在使用中,該接近感應開關和接近感應元件所放置在機器人 100和充電座200上的位置與如上實施例所述的霍爾傳感器105和磁條204所放置的位置 相同。
6[0039]金屬接近開關在靠近金屬元件時輸出開關信號,其電路如圖8所示。該電路由兩 部分組成,即高頻振蕩器及開關電路,其工作原理如下當機器人沒有靠近充電座時,即,金 屬接近開關不靠近金屬元件時,高頻振蕩器工作,振蕩信號經DV1、DV2倍壓整流,得到一直 流電壓使BG2導通,BG3截止,后續電路不工作。當機器人靠近充電座時,即,金屬接近開 關靠近金屬元件時,由于渦流損耗,高頻振蕩器停振,BG2截止,BG3得電導通,光電耦合器 4N25內藏發光管發光,光敏三極管導通接通電路,起開關作用。此類接近開關技術為現有技 術,在此不再過多說明。機器人100檢測充電座200是否存在的檢測裝置,除了采用如上所述的接近感應 開關和接近感應元件之外,感應探測元件還可以是成對設置的反射式紅外發射/接收元 件;感應元件還可以是可吸收紅外線元件。該檢測裝置所放置在機器人100和充電座200 上的位置與如上實施例所述的霍爾傳感器105和磁條204所放置的位置相同。當機器人100沒有靠近充電座200時,即,反射式紅外發射/接收元件沒有靠近 可吸收紅外線元件時,設置在機器人100上的紅外發射元件發射光線到機器人行進的地面 300,如公眾所知,地面為不吸收紅外線介質,經過地面300將光線反射回紅外接收元件,紅 外接收元件接收到信號,將信號輸出給控制單元。當機器人100靠近充電座200時,S卩,反 射式紅外發射/接收元件靠近可吸收紅外線元件時,設置在機器人100上的紅外發射元件 發射光線到位于充電座上的可吸收紅外元件上時,由于該元件將發出的紅外線全部吸收, 以使得位于機器人100上的紅外接收元件接收不到信號,沒有信號輸出給控制單元。此類 接近開關技術為現有技術,在此亦不再過多說明。從綜上所述可見,機器人100上設有感應探測元件,充電座200上設有相對應的感 應元件。當機器人100足夠靠近充電座200時,所述的感應探測元件可從所述的感應元件 處感測到感應信號。通過將感測到的感應信號輸出給機器人的控制單元,控制單元控制使 機器人的行走速度降低。上述提到的機器人除了本實施例中所列舉的用于地面處理的機器人之外,也可以 是可自移動的智能玩具機器人、娛樂機器人等等。
權利要求一種機器人系統,包括機器人(100)和充電座(200),機器人(100)內設有控制單元,該控制單元與機器人(100)的行駛機構(106)相連,輸出控制信號給行駛機構(106)并控制其運動,其特征在于,所述的機器人(100)上設有感應探測元件,所述的充電座(200)上設有相對應的感應元件;所述的感應探測元件將從所述的感應元件處感測到的感應信號輸出給所述的控制單元,該控制單元控制使機器人(100)的行走速度降低。
2.如權利要求1所述的機器人系統,其特征在于,所述的充電座(200)包括基座 (2001),該基座(2001)上設有底部,所述的感應元件設置在所述基座(2001)底部的前部; 所述的感應探測元件設置在所述的機器人(100)朝向行進方向的殼體(101)的前下部。
3.如權利要求1所述的機器人系統,其特征在于,所述的感應探測元件為接近感應開 關;所述的感應元件為接近感應元件。
4.如權利要求3所述的機器人系統,其特征在于,所述的接近感應開關為霍爾傳感器 (105)、磁控管或金屬接近開關;所述的接近感應元件為有極性或無極性的磁條(204)或金 屬元件。
5.如權利要求1所述的機器人系統,其特征在于,所述的感應探測元件為成對設置的 反射式紅外發射或接收元件;所述的感應元件為可吸收紅外線元件。
6.如權利要求1-5任一項所述的機器人系統,其特征在于,所述的機器人為地面處理 機器人或可自移動的智能玩具機器人或娛樂機器人。
專利摘要一種機器人系統,包括機器人(100)和充電座(200),機器人(100)內設有控制單元,該控制單元與機器人(100)的行駛機構(106)相連,輸出控制信號給行駛機構(106)并控制其運動,所述的機器人(100)上設有感應探測元件,所述的充電座(200)上設有相對應的感應元件;所述的感應探測元件將從所述的感應元件處感測到的感應信號輸出給所述的控制單元,該控制單元控制使機器人(100)的行走速度降低。本實用新型其結構簡單且工作效率高,提高了機器人與充電座充電對接的成功率。
文檔編號A47L11/40GK201755197SQ20102016022
公開日2011年3月9日 申請日期2010年4月14日 優先權日2010年4月14日
發明者呂小明 申請人:泰怡凱電器(蘇州)有限公司