本發明涉及一種防撞機構，尤其是一種應用于機器人的大面積防撞機構。

背景技術：

目前自主行走機器人應用環境中,通常采用超聲波傳感器、紅外線傳感器、激光掃描、3D深度視覺等非接觸方法達到防撞目的。3D深度視覺方法設備復雜成本高；激光掃描設備成本高而激光2D掃描僅能探測一扇面；超聲波與紅外線傳感器因探測波束角較小，而很多應用場景機器人體積較大，通常需要多個超聲波、紅外線、激光2D掃描探測傳感器才能到大面積非接觸防撞目的。

技術實現要素：

為了克服上述缺陷，本發明提供一種機器人防撞機構，所述機器人防撞機構具有大面積防撞的功效。

本發明為了解決其技術問題所采用的技術方案是：一種機器人的大面積防撞機構，包括機器人的行走和制動控制模塊、紅外測距電子模塊、紅外發射管以及紅外接收傳感器，所述紅外測距電子模塊與機器人的行走和制動控制模塊連接，紅外發射管以及紅外接收傳感器分別與紅外測距電子模塊連接，紅外發射管的發射方向和紅外接收傳感器的接收方向為同向平行安裝，還包括大廣角透鏡，所述大廣角透鏡的成像面安裝在紅外發射管和紅外接收傳感器的有效焦平面上，紅外發射管和紅外接收傳感器的安裝尺寸小于大廣角透鏡的成像有效焦平面，且紅外接收傳感器的感應角大于等于紅外發射管的發射角。

作為本發明的進一步改進，所述大廣角透鏡是個鏡片組，由凹透鏡和凸透鏡組成，沿著發射光波束的傳播方向，凸透鏡在前，凹透鏡在后。

作為本發明的進一步改進，還設有位于大廣角透鏡相對于紅外發射管和紅外接收傳感器對側的吸光板，所述吸光板設置于大廣角透鏡的中心水平面以下。

作為本發明的進一步改進，所述紅外發射管發射的波束方向角的有效角度為θ₀，經大廣角透鏡擴展后的波束方向角的有效角度為θ，已知：不安裝大廣角透鏡時的有效探測距離為L₀，根據球冠面積公式計算有效探測球面半徑L＝L₀*((1-SIN((π-θ₀)/2))/(1-SIN((π-θ)/2)))^1/2。

本發明的有益效果是：本發明機器人的大面積防撞機構通過大廣角透鏡對紅外發射管發射過來的波束進行擴展，擴展后的波束遇到障礙物后再形成反射波，反射波經大廣角透鏡后被紅外接收傳感器檢測到，從而實現大面積非接觸式防撞的目的。

附圖說明

圖1為本發明機器人的大面積防撞機構形成的球冠面示意圖。

圖2為本發明機器人的大面積防撞機構的整體組合圖。

圖3為未增設大廣角凸鏡的情況下波束形成的球冠面示意圖。

對照以上附圖，作如下補充說明：

1---紅外發射管

2---大廣角透鏡

3---擴展后的波振面形成的球冠面

4---大廣角透鏡2擴展后的波束方向角

5---吸光板

6---紅外發射管1發射的波束方向角

7---紅外接收傳感器

8---有效防撞面

9---紅外測距電子模塊

10---行走和制動控制模塊

11---地面

具體實施方式

一種機器人的大面積防撞機構，包括機器人的行走和制動控制模塊10、紅外測距電子模塊9、紅外發射管1以及紅外接收傳感器7。所述紅外測距電子模塊9與機器人的行走和制動控制模塊10連接，紅外發射管1以及紅外接收傳感器7分別與紅外測距電子模塊9連接，紅外發射管1的發射方向和紅外接收傳感器7的接收方向為同向平行安裝。本發明機器人的大面積防撞機構還包括大廣角透鏡2，所述大廣角透鏡2的成像面安裝在紅外發射管1和紅外接收傳感器7的有效焦平面上，紅外發射管1和紅外接收傳感器7的安裝尺寸小于大廣角透鏡2的成像有效焦平面，且紅外接收傳感器7的感應角大于等于紅外發射管1的發射角。

本發明的工作原理為：機器人在地面11上行走，當紅外發射管1的波束經大廣角透鏡2擴展后照射到進入防撞區域內的障礙物體后產生反射波，反射波經大廣角透鏡2被紅外接收傳感器7檢測到，經紅外測距電子模塊9處理后向行走和制動控制模塊10發出信號，從而行走和制動控制模塊10控制機器人執行制動避讓等動作，防止機器人碰撞大面積防撞區域內的障礙物體。

具體實施方式中，所述大廣角透鏡2是個鏡片組，由凹透鏡和凸透鏡組成，沿著發射光波束的傳播方向，凸透鏡在前，凹透鏡在后。所述大廣角透鏡2的總光程是凹透鏡性質，保證了紅外發射管1的發射光波束經大廣角透鏡2后是擴展的，而遇到障礙物體后產生的反射光波束經大廣角透鏡2后是會聚的。但本發明的大廣角透鏡2不限于此種實施方式，還包括其他形式的總光程是凹透鏡性質的透鏡組合。

本發明機器人的大面積防撞機構還設有位于大廣角透鏡2相對于紅外發射管1和紅外接收傳感器7對側的吸光板5，所述吸光板5設置于大廣角透鏡2的中心水平面以下。所述吸光板5用于屏蔽不需要照射的方向面。擴展后的波振面形成的球冠面3如圖1中所示，有效防撞面8如圖2中所示。

所述紅外發射管1發射的波束方向角6的有效角度為θ0(弧度)，經大廣角透鏡2擴展后的波束方向角4的有效角度為θ(弧度)，已知：不安裝大廣角透鏡2時的有效探測距離為L0(米)，根據球冠面積公式計算有效探測球面半徑L(米)＝L0*((1-SIN((π-θ0)/2))/(1-SIN((π-θ)/2)))1/2。具體實施方式中，是在忽略了大廣角透鏡2的損耗和幾何畸變即擴展前后兩種狀態下光通量相等的情況下，根據球冠面積公式得出的有效探測球面半徑L(米)。然后，根據計算得出的有效探測球面半徑L(米)，就可以選擇紅外發射管1的功率和紅外接收傳感器7的靈敏度，以達到滿足防撞距離的要求。

本發明機器人的大面積防撞機構通過大廣角透鏡2對紅外發射管1發射過來的波束進行擴展，擴展后的波束遇到障礙物后再形成反射波，反射波經大廣角透鏡2后被紅外接收傳感器7檢測到，從而實現大面積非接觸式防撞的目的。