本實用新型涉及機器人領域，特別涉及一種機器人避障裝置及機器人。

背景技術：

機器人避障裝置是在機器人自主移動過程中防止發生機械碰撞，實現高度自動化移動的必備裝置，也是實現機器人智能化的難點課題。目前，人形機器人的探測器布局未能很好地做到結合自身形狀進行避障，從而無法精確探測不同特征的障礙物，避障精確度低。

技術實現要素：

本實用新型的主要目的在于提供一種機器人避障裝置及機器人，旨在解決現有技術中未能很好地結合機器人自身形狀進行避障，從而未能精確探測到不同特征的障礙物，無法精確避障。

為了實現上述目的，本實用新型提供一種機器人避障裝置，包括頭部、身體、探測裝置，控制器及驅動輪組，所述探測裝置布置于所述頭部和身體的前、后部，并與控制器電連接，所述驅動輪組與所述控制器電連接。

優選地，所述探測裝置設為紅外距離傳感器，所述頭部的前部設置有觸控面板，所述觸控面板上設有至少一探測裝置，所述頭部的后部設置有喇叭孔，所述喇叭孔處設置有至少一探測裝置。

優選地，所述身體的前部正前方設有一凸起部，身體上設有三路紅外距離傳感器，分置于凸起部及其兩旁身體處，相鄰兩傳感器之間形成不小于三十度的夾角。

優選地，所述驅動輪組設置于所述身體下部，包括一個前置的萬向輪和一對后置的驅動輪，所述驅動輪含有馬達、電路板及活動輪。

優選地，所述馬達設置為步進電機或伺服電機。

優選地，所述電路板上設有轉速傳感器。

優選地，所述探測裝置還包括位于所述機器人身體底部的位移傳感器。

優選地，所述控制器設有主控制器及副控制器，分別置于所述機器人頭部及身體內。

優選地，所述機器人底部還設有電池倉，所述電池倉內置有蓄電池。

本實用新型還公開了一種機器人，包括所述的機器人避障裝置，所述頭部及身體上設有透光片，所述紅外距離傳感器通過透光片發射或接收信號。

本實用新型機器人避障裝置及機器人通過將探測裝置布置于機器人頭部及身體的前、后部，經控制器處理所述各部位探測裝置反饋的信號，控制驅動輪組躲避障礙物。從而結合機器人自身形狀進行避障，從而躲避更多不同特征的障礙物，改善了避障精確度。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖示出的結構獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型一實施例中機器人避障裝置分解示意圖；

圖2是本實用新型一實施例中驅動輪組裝示意圖；

圖3是本實用新型一改進實施例中機器人避障裝置分解示意圖；

圖4是本實用新型一改進實施例中機器人身體底部俯視結構示意圖。

附圖標號說明：

本實用新型目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

需要說明，若本實用新型實施例中有涉及方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)，則該方向性指示僅用于解釋在某一特定姿態(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關系、活動情況等，如果該特定姿態發生改變時，則該方向性指示也相應地隨之改變。

另外，若本實用新型實施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，則該“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。另外，各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本實用新型要求的保護范圍之內。

參照圖1所示，本實用新型提供一種機器人避障裝置，其包括頭部10、身體20、探測裝置30，控制器40及驅動輪組50，其中，探測裝置30布置于頭部10和身體20的前、后部，并與控制器40電連接，驅動輪組50與控制器40電連接。本實用新型實施例中，控制器40用于處理并發送信號至驅動輪組50，從而控制驅動輪組50實現機器人自移動。探測裝置30通過將障礙物的模擬信號轉化為數字信號，探測裝置30可應用接觸式的探測裝置或非接觸式的探測裝置，接觸式探測裝置無法提前預判障礙物，非接觸式探測裝置對障礙物進行提前預判。探測裝置30與控制器40電連接，將探測到障礙物的信號反饋回控制器40。控制器40對探測裝置30反饋的信號進行綜合處理，進而發出控制信號。控制器40與驅動輪組50電連接，通過該控制信號控制驅動輪組50正反轉、制動及轉向，從而控制機器人移動躲避障礙物。控制器40由單片機或芯片實現信息處理及控制功能，在實際應用中，亦可根據機器人的內部構造，將控制器40設置為分置式或集成式，分置式控制器將控制功能分置于主、副控制器，顯然，亦可以分置為多個控制器獨立承擔。

探測裝置30探測障礙物信號的準確程度決定了避障系統的精確度，本實施例中，考慮到實際避障過程中，障礙物的形狀和尺寸差異，結合機器人自身形狀，將探測裝置30布置于機器人的頭部10和身體20的前、后部。影響避障系統精確性的最大問題是探測不到，機器人在移動過程中，不可避免會前、后方向移動，在機器人的前、后部各設有探測裝置30便于探測前、后方向的障礙物，從而不會因行進方向上缺少探測裝置30而造成無法探測到障礙物。在行進方向上各設有一個探測裝置30，也會造成探測不到障礙物的情況，機器人由頭部10和身體20構成，鑒于機器人自身形狀特征，一個探測器30無法精確探測特定形狀的障礙物。如在機器人的頭部10設有一個探測器30，而身體20上沒有，則無法探測高度低于頭部10的障礙物。如在機器人的身體20設有一個探測器30，而頭部10沒有，則無法探測高度高于身體20的障礙物。通過將探測裝置30布置于機器人的頭部10和身體20的前、后部，極大地改善了人形機器人在移動過程中的探測準確度，使避障更精確。

避障前，機器人為獲得及時的提前預判信號，探測裝置30采用非接觸式的傳感器。同時，出于降低產品制造成本考慮，在一實施例中，將探測裝置設為紅外距離傳感器31，紅外距離傳感器31通過發射紅外光探測其所朝方向的障礙物，當障礙物反射回的紅外光達到一定強度時，障礙物距離被感知并發送信號至控制器40，從而由控制器40發出控制信號至驅動輪組50，控制驅動輪組50轉向從而避開障礙物。紅外傳感器為非接觸式探測器，相比于接觸式探頭或震動傳感器等器件有提前預判障礙物的能力。當然，亦能將探測裝置30設置為超聲波傳感器或其他光敏傳感器等方式探測，其他光敏傳感器如：光敏電阻、光敏二極管及紫外線傳感器等。鑒于紅外距離傳感器成本較低，應用較廣泛等特點，本實施例采用紅外距離傳感器。基于紅外光以直線方式發射，在機器人行進及倒退方向配置紅外距離傳感器31。在機器人頭部正前方設置有觸控面板11，該觸控面板11上設有至少一紅外距離傳感器31，該紅外距離傳感器31透過觸控面板11探測機器人頭部正前方障礙物。在機器人頭部的后部設置有喇叭孔12，在該喇叭孔12處設置有至少一紅外距離傳感器31，該紅外距離傳感器31透過喇叭孔12探測機器人頭部后方障礙物。

避障時，機器人轉向過程中，由于轉向角發生了變化而產生了距離偏差。紅外光以直線方式發射及反射，發射角或接收角度發生改變時，難以準確探測機器人前方障礙物。在一較佳實施例中，身體20的前部正前方設有一凸起部21，身體20上設有三路紅外距離傳感器，分別置于正前方凸起部21、左前方身體20處及右前方身體20處，相互之間形成不小于三十度的夾角。其目的在于，當機器人轉向某一角度，正前方的紅外距離傳感器31未能探測到障礙物時，設置在其旁邊的紅外距離傳感器31在其方向上探測障礙物，發出并聯信號給控制器40，控制器40發送控制信號給驅動輪組50調整轉向角，從而順利躲避障礙物，提高了轉向時的避障能力。

為增大轉向角，提高避障能力，驅動輪組50設置為三輪兩驅模式。當然，驅動輪組可設為三輪、四輪及多輪結構，驅動方式亦可以設置成兩輪、三輪、四輪及多輪驅動，此乃本領域技術人員根據本實用新型實施例或附圖容易得出的技術方案，在此不作贅述。在轉向時，設置為三輪兩驅模式更便于簡化控制，參照圖1和圖2所示，其中一實施例中，驅動輪組50設置于所述身體20下部，包括一個前置的萬向輪51和一對后置的驅動輪52，所述驅動輪52含有馬達521、電路板522及活動輪523。轉向時，控制器40通過發送控制信號至電路板522調整兩個馬達521的轉速，其目的在于形成兩活動輪523之間的轉速差，該轉速差驅動萬向輪52調整方向，從而形成快速控制轉向，無需額外設置轉向機構控制機器人轉向，簡化了控制過程。同時，將驅動輪組50設置成三輪，有利于增大轉向角，在其中一驅動輪52靜止時，另一驅動輪52的驅動下，帶動萬向輪51以靜止的驅動輪52為圓心實現機器人原地轉圈，顯然，四輪或多輪結構于本領域現有技術中難以實現如此大的轉向角，當然，如加入多輪軸聯動等轉向機構可以令多輪結構實現原地轉圈或實現任意轉向角。然而，在實際應用中成本過高，故本實施例中棄用。

更進一步提高避障精確度，在一較佳實施例中，馬達521設置為步進電機或伺服電機。該馬達521可根據控制信號控制轉動速度、角度及扭矩，從而更精確控制機器人移動。進一步提高機器人避障精確度。又一較佳實施例中，該電路板522還設有轉速傳感器5221，用于統計馬達521轉動圈數，防止機器人踩空制動，進而防止轉向失效，使機器人避障時獲得更優的精確度。

實際行進或后退過程中，往往存在碎屑形態的障礙物，該類障礙物高度低于機器人身體20的底部，無法被上述紅外距離傳感器31探知，從而隨著機器人前進或后退過程中進入底部并制停驅動輪組50，參照圖3和圖4所示，在一較佳實施例中，該探測裝置30還含有位移傳感器32，分別布置于機器人底部平面。當障礙物進入機器人底部制停驅動輪組50時，位移傳感器32探知制停驅動輪組50的位移信號并發送回控制器40，從而由控制器40發出控制信號，驅動輪組50反方向運動避開障礙物。還有一類障礙物是以路砍或斷崖方式存在的，同理所得，通過上述方式可探知并引導機器人躲避該類障礙物，防止機器人翻側或墜落，從而進一步提升避障效果。

便于避障系統升級及維護，將控制器40設置成分置式。在一具體方案中，將控制功能分置于主控制器41與副控制器42承擔，其中，主控制器41設置于機器人頭部10內，用于收集各類避障探測裝置30反饋的信號，并通過軟件設置控制閥值，當反饋回來的距離或位置信號達到設置的閥值時，主控制器41向副控制器42發出控制信號。副控制器42設置于機器人身體20內，用于驅動機器人運動，通過內置于副控制器42的驅動程序及驅動電路調整驅動輪組50的轉速、角度及扭矩。當機器人避障系統需要調整避障距離時，只需重新設定主控制器41的控制閥值。當機器人避障系統出現故障，分置式控制器更便于檢修。

考慮到機器人避障的連續性，從而在避障過程中不受電纜或線纜的束縛。又一實施例中，機器人身體20的底部上方還設有電池倉22，該電池倉22內置有蓄電池60，通過蓄電池60供電賦予上述避障裝置長距離續航運行能力，使整個避障過程更加自如，呈現出連貫的避障效果。

本實用新型還提供一種機器人，本實用新型實施例中，機器人含有該避障裝置，該機器人的頭部10及身體20處，并位于紅外距離傳感器位置，設有透光片70。該紅外距離傳感器31透過透光片70發射或接收信號，其目的在于保護紅外距離傳感器31不受外物碰撞或接觸，提高紅外距離傳感器31的壽命和精度，形成更佳的避障效果。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是在本實用新型的實用新型構思下，利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構變換，或直接/間接運用在其他相關的技術領域均包括在本實用新型的專利保護范圍內。