机器人障碍物检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及智能机器人领域，具体涉及应用于智能机器人上的障碍物检测系统。
【背景技术】
[0002]随着生活水平的提高，越来越多人渴望得到更多的个人时间，以便享受生活。然而，快节奏的工作，繁重的家务，占用了人们大量的个人时间。随着科学技术的发展，移动机器人可以逐步代替人类承担简单重复的体力劳动。这些机器人很多都必须具备自主行走运动能力，而这类机器人的运动空间往往具有各种各样的障碍物(墙壁、家具等)，机器人不可避免地与这些障碍物发生碰撞，那么机器人就必须能识别出来发生了碰撞，以及发生碰撞的具体方向，以便指导机器人进行下一步的运动规划。
[0003]目前的机器人应对碰撞的策略分两种:第一种策略是机器人前面部分的外壳做成可以移动的，不同方向发生碰撞时，可移动的外壳就可以触发各个不同方向的开关按键(光电开关或者物理开关)，机器人就可以识别到不同方向的碰撞；但是由于将机器人的前面外壳做成可移动的，就导致整个机器人的外观不够美观，结构设计复杂，开发模具费用过高，而且只能够识别到左右两个方向的碰撞，并且使用的物理按键寿命比较短，使用久了，碰撞检测模块就容易发生检测故障。第二种策略是机器人的外壳跟底座是固定在一起，不可移动的，机器人通过红外光电等方式，提前检测到障碍物，从而避免与障碍物发生碰撞，但是由于不同物体反射的红外光强度不同，会导致机器人无法判断到前方的障碍物而与之发生碰撞，而且由于机器人运动空间里存在一些小的障碍物，红外检测装置是无法检测到的，如果没有碰撞检测机构，机器人就会撞击障碍物并一直顶着障碍物跑，由于这个策略无法判断障碍物的位置，就可能无法进行正常的运动规划，而且这种策略会导致机器人的运动无法覆盖到靠近障碍物的空间，存在明显的死角。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型目的是提供一种机器人障碍物检测系统，能够精确检测障碍物，并且具有结构简化、装配简化、模具成本降低、使用寿命长的优点。本实用新型的目的由以下技术方案实现:
[0005]一种机器人障碍物检测系统，其特征在于:包括机器人壳体、机器人底座、控制主板、两个行动轮、两个驱动马达、马达电流检测模块、障碍物检测传感器、至少两个碰撞检测机构；壳体为圆盘盒状，底座固定连接于壳体底部，两个行动轮并排设置于底座上，两个驱动马达分别驱动一个行动轮，两个驱动马达的控制端连接控制主板的行动控制信号输出端；马达电流检测模块的检测端检测两个驱动马达的电流，输出端连接控制主板的电流检测输入端；障碍物检测传感器设置于壳体的前进方向侧，与控制主板的相应信号采集端连接；至少两个碰撞检测机构的两个设置于壳体的前进方向侧；所述碰撞检测机构包括导电金属片层、PCB铜片及导线，导电金属片层紧贴机器人的壳体内壁设置，PCB铜片设置于机器人控制主板上，导电金属片层通过导线与PCB铜片相连，组成一个寄生电容。
[0006]作为具体的技术方案，所述至少两个碰撞检测机构具体为四个或八个，分别呈弧形片状，贴设于壳体内壁并围成一周。
[0007]作为进一步的技术方案，所述碰撞检测机构还包括内保护层，该内保护层贴设于所述导电金属片层内侧。
[0008]作为进一步的技术方案，所述壳体为绝缘的塑料材料制成，其外周设置有用于碰撞缓冲的软胶保护层。
[0009]作为具体的技术方案，所述障碍物检测传感器由光电对管传感器或者超声波传感器实现。
[0010]本实用新型采用电容感应的原理实现碰撞检测，可以保证机器人结构设计简化、装配简化、模具成本降低、使用寿命长，还可以识别到多个细化方向的撞击，而且对于机器人运动空间内电容感应无法识别的障碍物，结合马达电流的检测法进行分析就可以判断到电容识别法无法判断到的障碍物。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型实施例提供的机器人障碍物检测系统的构成示意图。
[0012]图2为本实用新型实施例提供的机器人障碍物检测系统的碰撞感测区域划分图。
[0013]图3为本实用新型实施例提供的机器人障碍物检测系统中碰撞检测机构及壳体的构造图。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示，本实施例提供的机器人障碍物检测系统包括壳体10、底座11控制主板12、两个行动轮13、一个万向轮、两个驱动马达(图中未示)、马达电流检测模块14、五个障碍物检测传感器(图中分别标号为161-165)及八个碰撞检测机构(图中分别标号为171-178)ο
[0015]壳体10为圆盘盒状，底座11固定连接于壳体10底部。控制主板12及马达电流检测模块14设置于壳体10内。两个行动轮13并排设置于底座11上，两个驱动马达分别驱动一个行动轮，两个驱动马达的控制端连接控制主板12的行动控制信号输出端。马达电流检测模块14的检测端检测两个驱动马达的电流，输出端连接控制主板12的电流检测输入端。五个障碍物检测传感器161-165设置于壳体10前进方向的半圆周的侧壁上，且等角度间隔设置，五个障碍物检测传感器161-165均与控制主板12的相应信号采集端连接。五个障碍物检测传感器161-165可以是光电对管传感器或者超声波传感器，可以提前探测到障碍物并反馈探测信号给控制主板12，由控制主板12规划新的前进路线。
[0016]如图2所示，八个碰撞检测机构171-178分别呈弧形片状，贴设于壳体10内壁并围成一周，图2中的区域I?8分别表示各个碰撞检测机构碰撞检测的范围。
[0017]如图3所示，壳体10为绝缘的塑料材料制成，其外周设置有软胶保护层150，用于碰撞缓冲。以第一碰撞检测机构171为例进行说明，碰撞检测机构包括导电金属片层1701、内保护层1702、PCB铜片及导线(图中未示)，导电金属片层1701紧贴机器人的壳体10内壁设置，内保护层1702贴设于导电金属片层1701内侧，PCB铜片设置于机器人控制主板12上，导电金属片层1701通过导线与PCB铜片相连，从而形成一个面积比较大的寄生电容。这个寄生电容值是固定的，在机器人运动的过程中，如果没有碰撞到障碍物时，对这个寄生电容进行充放电，检测其充放电的周期时间，其应该为一个恒定的值。当发生碰撞时，该寄生电容的寄生电容值就会发生变化，相应的充放电的时间就会有相应的变化，通过检测各碰撞检测机构的变化，就知道机器人在那个方位发生了碰撞，接下来就由控制主板12规划新的前进路线。
[0018]结合图2所示，基于上述机器人障碍物检测系统的检测方法详述如下:
[0019](I)控制主板控制两个驱动马达驱动两个行动轮动作时，控制障碍物检测传感器、马达电流检测模块及碰撞检测机构进入检测模式；
[0020](2)当障碍物检测传感器检测到障碍物时，控制主板控制行动轮减速前进或调整新的如进路线；
[0021](3)当碰撞检测机构的检测信号有异常时，控制主板确认检测信号有异常的具体碰撞检测机构，并调整新的前进路线；当马达电流检测模块检测到驱动马达的电流变大，通过比较两个驱动马达电流大小确定机器人的左边，右边还是正前碰到障碍物，并调整新的前进路线。
[0022]由上可知，除了障碍物检测传感器的检测，本实用新型对机器人运动空间内的障碍物碰撞检测分两种策略:
[0023]1、机器人碰撞的障碍物是导电体或者带有微弱的电信号或者跟地面相接触时，就会导致碰撞检测机构的电容产生变化，这时候通过分布在机器人不同位置的碰撞检测机构就可以判断到障碍物的位置并做出相应的运动姿态调整。
[0024]2、碰撞到的物体(有时)不会导致电容碰撞检测机构I的电容变化，这时候机器人由于没有及时判断到碰撞，就会导致机器人一直顶着障碍物运动，导致驱动马达的电流变大，马达电流检测模块通过检测驱动马达的电流变化就可以知道机器人碰到了障碍物，同时通过比较左右两个行动轮的驱动马达的电流大小就可以知道机器人是左边，右边还是正前碰到障碍物，如果左边的驱动马达的电流变化比右边的大得多，那么就是左边碰到了障碍物，反之亦然，如果两个驱动马达的电流变化相差不大，那么就认为机器人的正前方碰到了障碍物。
[0025]机器人开始向前方行走，一般情况下障碍物检测传感器及碰撞检测机构安装在机器人前进的方向，但是为了判断机器人后退时是否碰到障碍物，本实施例还在机器人的后面增加一些碰撞检测机构，前后左右两边的碰撞检测机构的个数可以根据机器人的行走算法规划合理增加或者减少。
[0026]以上实施例仅为充分公开而非限制本实用新型，凡是基于本实用新型主旨且未经创造性劳动即可获得的等效技术特征的替换，应当属于实用新型所涵盖的范围。
【主权项】
1.一种机器人障碍物检测系统，其特征在于:包括机器人壳体、机器人底座、控制主板、两个行动轮、两个驱动马达、马达电流检测模块、障碍物检测传感器、至少两个碰撞检测机构；壳体为圆盘盒状，底座固定连接于壳体底部，两个行动轮并排设置于底座上，两个驱动马达分别驱动一个行动轮，两个驱动马达的控制端连接控制主板的行动控制信号输出端；马达电流检测模块的检测端检测两个驱动马达的电流，输出端连接控制主板的电流检测输入端；障碍物检测传感器设置于壳体的前进方向侧，与控制主板的相应信号采集端连接；至少两个碰撞检测机构的两个设置于壳体的前进方向侧；所述碰撞检测机构包括导电金属片层、PCB铜片及导线，导电金属片层紧贴机器人的壳体内壁设置，PCB铜片设置于机器人控制主板上，导电金属片层通过导线与PCB铜片相连，组成一个寄生电容。2.根据权利要求1所述的机器人障碍物检测系统，其特征在于:所述至少两个碰撞检测机构具体为四个或八个，分别呈弧形片状，贴设于壳体内壁并围成一周。3.根据权利要求1或2所述的机器人障碍物检测系统，其特征在于:所述碰撞检测机构还包括内保护层，该内保护层贴设于所述导电金属片层内侧。4.根据权利要求1或2所述的机器人障碍物检测系统，其特征在于:所述壳体为绝缘的塑料材料制成，其外周设置有用于碰撞缓冲的软胶保护层。5.根据权利要求1或2所述的机器人障碍物检测系统，其特征在于:所述障碍物检测传感器由光电对管传感器或者超声波传感器实现。
【专利摘要】本实用新型公开一种机器人障碍物检测系统，包括机器人壳体、机器人底座、控制主板、两个行动轮、两个驱动马达、马达电流检测模块、障碍物检测传感器、至少两个碰撞检测机构；采用电容感应的原理实现碰撞检测，可以保证机器人结构设计简化、装配简化、模具成本降低、使用寿命长，还可以识别到多个细化方向的撞击，而且对于机器人运动空间内电容感应无法识别的障碍物，结合马达电流的检测法进行分析就可以判断到电容识别法无法判断到的障碍物。
【IPC分类】G05D1/02
【公开号】CN204925797
【申请号】CN201520700588
【发明人】戴剑锋
【申请人】珠海市一微半导体有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月10日