專利名稱：具備攀越障礙裝置的機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備攀越障礙裝置的機器人(ROBOT WITH THRESHOLDCLIMBING APPARATUS)。更為詳細的說，本發(fā)明是涉及由于能夠攀越門檻，因此能夠自動移動到另外房間，從而能夠連續(xù)作業(yè)，并且還能夠防止充電電池未能及時得到充電而引起的作業(yè)中斷現(xiàn)象的具備攀越障礙裝置的機器人。
背景技術(shù)：
當今的機器人其先進程度遠超過以往任何時期的技術(shù)水平，并且做出的動作也越來越接近于人類所做出的動作。上述意義上的機器人把自動控制技術(shù)及遠程控制技術(shù)等尖端技術(shù)集于一身。另外，上述機器人根據(jù)用途可以分為以下幾種不同的種類在地球外的宇宙空間或者海底等極端環(huán)境下，能夠代替人類完成人類所不能完成的任務的宇宙用及海底用機器人；在生產(chǎn)現(xiàn)場能夠代替人類完成帶有反復性的再生產(chǎn)作業(yè)的生產(chǎn)用機器人；能夠輔助殘疾人完成因殘疾而不能正常完成的動作的機器手等醫(yī)療用機器人等。
在最近，隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的日益提高，出現(xiàn)了這樣一類機器人。即，在家庭中能夠代替主人完成清掃和除草等作業(yè)的清掃用機器人及除草用機器人等。
圖1是依據(jù)以往技術(shù)的清掃用機器人的正面圖。圖2是圖1的縱剖面圖。圖3是圖1的底面圖。如上述圖中所示，機器人主要具備有如下幾個部件機器人主體101；設置于上述機器人主體101的底部，從而能夠使機器人主體101移動的數(shù)個行走輪121。
機器人主體101一般以圓盤或橢圓形圓盤形態(tài)居多。上述機器人主體101的底部一般設置有數(shù)個行走輪121及數(shù)個小腳輪125。上述行走輪121起到如下作用支撐上述機器人主體101，使得上述機器人主體101與支撐面間隔一定距離懸空，并且能夠使上述機器人主體101移動。在這里，各行走輪121的一側(cè)各自一體設置有能夠獨立驅(qū)動各自行走輪121的行走輪驅(qū)動電機123。
上述機器人主體101的前面部位各自設置有超聲波產(chǎn)生部111及超聲波接收部113，從而能夠產(chǎn)生及接收超聲波信號。另外，上述機器人主體101的后面部位設置有充電端子部115。詳細的說，當機器人電能即將消耗殆盡時，機器人就能夠自動移動到安裝在固定位置上的充電部(圖中未示)，并將上述充電端子部115與充電部連接，從而能夠自行進行充電作業(yè)。
另外，上述機器人主體101的底部貫通形成有吸入口103。上述吸入口103能夠連通上述機器人主體101的內(nèi)部及外部空間。并且，上述機器人主體101的底部還設置有旋轉(zhuǎn)電刷105。詳細的說，由于電刷驅(qū)動電機106的作用，上述旋轉(zhuǎn)電刷105與地面接觸并旋轉(zhuǎn)，從而促進通過吸入口103的異物的吸入。
但是，綜上所述的依據(jù)以往技術(shù)的清掃用機器人存在如下不足之處。即，依據(jù)以往技術(shù)的清掃用機器人在指定的房間內(nèi)部進行清掃作業(yè)的過程中，如果機器人主體101快要接觸墻壁或者門檻時，上述超聲波產(chǎn)生部111及超聲波接收部113將探測上述外部情況，并且由圖中未示的控制部來控制機器人主體101，使得機器人主體101改變方向。因此，機器人將無法越過門檻移動到別的空間而繼續(xù)進行清掃作業(yè)。與此同時，使用者想不間斷的連續(xù)清掃別的屋子或者另外的場所時，勢必要將機器人主體101移動到想要進行清掃的屋子，再使機器人進行下一步工作，因此給使用者帶來了不便。另外，清掃區(qū)域或者另外的屋子內(nèi)安裝有充電部的情況下，以往的機器人將無法自己找到充電部進行充電，因此常常出現(xiàn)充電電池未能及時得到充電，而引起的機器人主體101的作業(yè)中斷現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述的問題而提出的。因此，本發(fā)明的目的是提供能夠攀越門檻，從而能夠自動移動到另外房間，進而能夠連續(xù)作業(yè)，并且還能夠防止充電電池未能及時得到充電，而引起的作業(yè)中斷現(xiàn)象的具備攀越障礙裝置的機器人。
上述目的是由本發(fā)明的具備攀越障礙裝置的機器人所實現(xiàn)。詳細的說，本發(fā)明的具備攀越障礙裝置的機器人，其特征是包括如下幾個部分所構(gòu)成機器人主體；支撐上述機器人主體，使得上述機器人主體與支撐面間隔一定距離懸空，并且可轉(zhuǎn)動的設置于上述機器人主體上，從而能夠使上述機器人主體移動的行走輪；驅(qū)動上述行走輪的行走輪驅(qū)動部；與支撐面間隔一定距離的設置于上述機器人主體的前面部位，并且突出形成于上述機器人主體上，與此同時能夠?qū)ι鲜鰴C器人主體相對旋轉(zhuǎn)的攀越輪；給上述攀越輪提供動力的攀越輪驅(qū)動部。
在這里，本發(fā)明的具備攀越障礙裝置的機器人還包括如下幾個部件能夠向前后方向滑動(sliding)的結(jié)合于上述機器人主體，從而可旋轉(zhuǎn)的支撐上述攀越輪的框架；設置在上述框架的一側(cè)的緩沖彈簧。在這里，上述緩沖彈簧順著上述框架的移動方向彈性變形，從而能夠向上述框架施加使上述框架向上述機器人主體的前方突出的彈性力。
上述機器人主體上最好是設置有能夠引導(guide)上述框架的滑動動作的導向部。
上述機器人主體的底部還應包括能夠與上述行走輪一同支撐上述機器人主體的小腳輪。在這里，上述小腳輪以沿著上述機器人主體的上下方向設置的旋轉(zhuǎn)軸為中心，可旋轉(zhuǎn)的結(jié)合在上述機器人主體的底部。
上述攀越輪上還應設置有沿著半徑方向突出，并且沿著圓周方向間隔一定距離形成的鋸齒部。
上述機器人主體的底部還應包括如下幾個部分與外部相連通的吸入口；設置于上述機器人主體的吸入風扇。在這里，上述吸入風扇的作用如下產(chǎn)生吸入力，從而能夠使異物通過上述吸入口吸入到上述機器人主體的內(nèi)部。
上述吸入口區(qū)域還應設置有能夠相對上述機器人主體自由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電刷。
上述攀越輪驅(qū)動部應包括配置于上述攀越輪一側(cè)的攀越輪驅(qū)動電機。
上述攀越輪驅(qū)動部還應包括將上述攀越輪驅(qū)動電機的驅(qū)動力傳遞到上述攀越輪的傳動裝置。
上述攀越輪驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)軸與上述攀越輪的旋轉(zhuǎn)軸并排的設置，并且上述傳動裝置應包括傳動皮帶。在這里，上述傳動皮帶將同時結(jié)合于上述攀越輪驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)軸與上述攀越輪的旋轉(zhuǎn)軸上。
依據(jù)本發(fā)明的具備攀越障礙裝置的機器人還應包括如下幾個部件所構(gòu)成以一定的高度設置于上述機器人主體上，并且探測上述機器人主體周邊的物體的第1探測部；上述攀越輪接觸到物體時啟動，并且探測與上述攀越輪接觸的物體的第2探測部；基于上述第1探測部及上述第2探測部的探測結(jié)果，來控制上述行走輪驅(qū)動部及上述攀越輪驅(qū)動部的控制部。
上述控制部，其特征描述如下不是由上述第1探測部探測到上述機器人主體前方的物體，而是由上述第2探測部探測到物體的情況下，上述控制部將控制上述攀越輪驅(qū)動部，使得上述攀越輪旋轉(zhuǎn)。
上述控制部還有另外一個特征。即，上述攀越輪在無負荷狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)時，上述控制部將控制上述攀越輪驅(qū)動部，使得上述攀越輪停止旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明提供的具備攀越障礙裝置的機器人具有如下效果由于能夠攀越門檻，因此能夠自動移動到另外的房間，從而能夠連續(xù)作業(yè)。另外，還能夠防止充電電池未能及時得到充電，而引起的機器人主體的作業(yè)中斷現(xiàn)象。


圖1是依據(jù)以往技術(shù)的清掃用機器人的正面圖；圖2是圖1的縱剖面圖；圖3是圖1的底面圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明一實施例的具備攀越障礙裝置的機器人的側(cè)面圖；圖5是圖4的底面圖；圖6是圖5的攀越輪部位的部分截取剖面圖；圖7是圖6的重要部位放大剖面圖；圖8是圖4的側(cè)剖面圖；圖9至圖11各自是為了說明機器人攀越門檻時的攀越輪作用的圖面；圖12是圖4的控制流程圖。
主要部件附圖標記說明11機器人主體(robot-body)13吸入口15集塵室17過濾器(filter)19吸入風扇(fan) 21旋轉(zhuǎn)電刷23電刷(brush)驅(qū)動電機 25第1探測部31框架(frame) 33導向部35緩沖彈簧 37第2探測部41行走輪(wheel) 43行走輪驅(qū)動電機45攀越輪51攀越輪驅(qū)動電機55小腳輪(caster)57傳動皮帶(continuous-belt)61控制部具體實施方式
下面，將參考附圖，對本發(fā)明進行更為詳細的說明。
圖4是依據(jù)本發(fā)明一實施例的具備攀越障礙裝置的機器人的側(cè)面圖。圖5是圖4的底面圖。圖6是圖5的攀越輪部位的部分截取剖面圖。圖7是圖6的重要部位放大剖面圖。圖8是圖4的側(cè)剖面圖。圖9至圖11各自是為了說明機器人攀越門檻時的攀越輪作用的圖面。圖12是圖4的控制流程圖。
如上述圖中所示，本發(fā)明的具備攀越障礙裝置的機器人，其特征是包括如下幾個部分所構(gòu)成機器入主體11；支撐上述機器人主體11，使得上述機器人主體11與支撐面5間隔一定距離，并且可轉(zhuǎn)動地設置于上述機器人主體11上，從而能夠使上述機器人主體11移動的行走輪41；驅(qū)動上述行走輪41的以行走輪驅(qū)動電機43形態(tài)體現(xiàn)的行走輪驅(qū)動部；與支撐面5間隔一定距離的設置于上述機器人主體11的前面部位，并且突出形成于上述機器人主體11上，與此同時能夠?qū)ι鲜鰴C器人主體11相對旋轉(zhuǎn)的攀越輪45；給上述攀越輪45提供動力的以攀越輪驅(qū)動電機51的形態(tài)體現(xiàn)的攀越輪驅(qū)動部。
機器人主體11形成為薄圓盤形狀，并且其底部設置有一對行走輪41。在這里，上述行走輪41的作用如下支撐上述機器人主體11，使得上述機器人主體11與支撐面5間隔一定距離，并且可轉(zhuǎn)動的設置于上述機器人主體11上，從而能夠使上述機器人主體11移動。另外，各行走輪41的一側(cè)各自設置有能夠獨立的驅(qū)動相應行走輪41的行走輪驅(qū)動電機43。并且，在上述行走輪41的周邊設置有能夠與上述行走輪41相互協(xié)調(diào)的支撐上述機器人主體11的數(shù)個小腳輪55。在這里，上述各小腳輪55不僅能夠與地面5滾動接觸，而且還能夠以沿著機器人主體11上下方向的旋轉(zhuǎn)軸線為中心，相對機器人主體11自由旋轉(zhuǎn)的結(jié)合在機器人主體11上。
機器人主體11的底部面上貫通形成有吸入口13。在這里，上述吸入口13將連通機器人主體11的內(nèi)部及外部空間。另外，在上述機器人主體11的內(nèi)部形成有集塵室15。詳細的說，通過上述吸入口13的外部的異物將吸入到上述集塵室15的內(nèi)部。并且，上述集塵室15的一側(cè)設置有產(chǎn)生吸入力的吸入風扇19。另外，在上述集塵室15的內(nèi)部設置有袋狀過濾器17。并且，上述過濾器17能夠方便的更換。上述過濾器17的作用是能夠收集吸入的異物。另外，上述吸入風扇19的一側(cè)形成有排出口20。在這里，經(jīng)由上述過濾器17的空氣將通過上述排出20排出到外部。另外，上述吸入口13上設置有旋轉(zhuǎn)電刷21。詳細的說，上述旋轉(zhuǎn)電刷21的作用如下上述旋轉(zhuǎn)電刷21的一側(cè)通過吸入13與地面5接觸并旋轉(zhuǎn)，從而將促進外部異物的吸入。并且，上述旋轉(zhuǎn)電刷21的一側(cè)設置有驅(qū)動上述旋轉(zhuǎn)電刷21的電刷驅(qū)動電機23。
另外，上述機器人主體11的前面上部領(lǐng)域形成有數(shù)個第1探測部25，使得上述機器人主體11通過上述第1探測部25探測周邊的物體。上述第1探測部25的下側(cè)設置有與地面5間隔一定距離設置，并且能夠向前后方向滑動的結(jié)合于上述機器人主體，從而可旋轉(zhuǎn)的支撐上述攀越輪45的框架31。另外，上述機器人主體11上形成有能夠引導上述框架31的滑動動作的導向部33。
框架31的前方區(qū)域結(jié)合有攀越輪45。上述攀越輪45從主體的前面突出一定距離形成。在這里，上述攀越輪45是由具有彈性并摩擦性能良好的橡膠材料制成，并且呈現(xiàn)長筒狀。在這里，上述攀越輪45的外周面上形成有沿著半徑方向突出，并沿著圓周方向間隔一定距離形成的數(shù)個鋸齒部47。
框架31的一側(cè)設置有數(shù)個緩沖彈簧35。在這里，上述緩沖彈簧35起到如下作用攀越輪45與物體相接觸的時候，上述緩沖彈簧35不僅可以緩沖沖擊力，而且給上述攀越輪45及框架31施加彈性力，使得上述攀越輪45及框架31恢復到初始位置。詳細的說，上述緩沖彈簧35體現(xiàn)為壓縮線圈形態(tài)，因此可順著框架31的移動方向伸長與壓縮。另外，在上述框架31的上面設置有攀越輪驅(qū)動電機51。在這里，上述攀越輪驅(qū)動電機51能夠獨立的驅(qū)動上述攀越輪45。然后，上述攀越輪驅(qū)動電機51的旋轉(zhuǎn)軸53與上述攀越輪45的旋轉(zhuǎn)軸46間隔一定距離平行排列。詳細的說，為了能夠把上述攀越輪驅(qū)動電機51的驅(qū)動力傳遞給上述攀越輪45，上述攀越輪驅(qū)動電機51的旋轉(zhuǎn)軸53與上述攀越輪45的旋轉(zhuǎn)軸46上各自設置有滑輪(pulley)56與傳動皮帶57。另外，上述緩沖彈簧35的一側(cè)設置有第2探測部37。在這里，攀越輪45與物體相接觸，促使框架滑移時，上述第2探測部37能夠探測出這一情況。
另外，內(nèi)設有控制程序的體現(xiàn)為微處理器形態(tài)的控制部61上連接有第1探測部25；第2探測部37；行走輪驅(qū)動電機43；攀越輪驅(qū)動電機51。詳細的說，上述機器人主體11移動到另外的房間時，上述控制部61將控制上述第1探測部25、第2探測部37、行走輪驅(qū)動電機43、攀越輪驅(qū)動電機51，使得探測門檻7、啟動攀越輪45等動作順利完成，進而使得上述機器人主體11順利的攀越門檻7。
根據(jù)上述構(gòu)成，上述機器人主體11能夠在最初清掃區(qū)域內(nèi)來回移動，進而進行清掃等作業(yè)。當完成清掃作業(yè)后需要移動到另一個清掃區(qū)域，或者在作業(yè)進行過程中，為了電池的充電而需移動到另一個場所時，第1探測部25首先將探測機器人主體11周邊的物體。在這里，如果通過上述第1探測部25未能探測到任何物體，上述控制部61將控制上述各行走輪驅(qū)動電機43，使上述機器人主體11繼續(xù)前進。
另外，在上述機器人主體11的移動過程中，在前進方向出現(xiàn)不被上述第1探測部25探測到的一定高度以下的物體(例如門檻7)時，如圖9所示，由于慣性，攀越輪45將與門檻7相接觸。在這里，若上述攀越輪45與門檻7相接觸，框架31的緩沖彈簧35將被壓縮，從而能夠緩解沖擊力。然后，當上述框架31滑移時，上述第2探測部37就能夠探測到上述攀越輪45與門檻7已處于接觸狀態(tài)。
上述控制部61將基于上述第2探測部37的探測信號來控制攀越輪驅(qū)動電機51和行走輪驅(qū)動電機43，使得上述攀越輪45和行走輪41向同一方向旋轉(zhuǎn)。因此，如圖10所示，上述攀越輪45與門檻7接觸后旋轉(zhuǎn)，從而能夠使上述機器人主體11攀越門檻7。然后，若上述攀越輪45及行走輪41繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，如圖11所示，上述行走輪41將攀越門檻7，從而能夠使上述機器人主體11越過門檻7。
機器人主體11越過門檻7后，上述機器人主體11將被小腳輪55及行走輪41所支撐。與此同時，上述攀越輪45處于與地面5間隔一定距離的懸空狀態(tài)下無負荷旋轉(zhuǎn)。這時，上述控制部61將控制攀越輪驅(qū)動電機51，使得攀越輪45停止無負荷旋轉(zhuǎn)。然后，上述控制部61將繼續(xù)控制行走輪驅(qū)動電機43，使得上述機器人主體11移動到必要的場所。
本發(fā)明的權(quán)利不只局限于如上所述的實施例，而是由權(quán)利要求書中的記載而定。在不超出權(quán)利要求書中記載的本發(fā)明技術(shù)范圍的情況下，相關(guān)行業(yè)的技術(shù)人員可對其進行多種變形和修改。
權(quán)利要求
1.一種具備攀越障礙裝置的機器人，其特征在于，包括機器人主體；支撐上述機器人主體，使得上述機器人主體與支撐面間隔一定距離懸空，并且可轉(zhuǎn)動地設置于上述機器人主體上，從而能夠使上述機器人主體移動的行走輪；驅(qū)動上述行走輪的行走輪驅(qū)動部；與支撐面間隔一定距離的設置于上述機器人主體的前面部位，并且突出形成于上述機器人主體上，與此同時能夠?qū)ι鲜鰴C器人主體相對旋轉(zhuǎn)的攀越輪；給上述攀越輪提供動力的攀越輪驅(qū)動部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備攀越障礙裝置的機器人，其特征在于，還包括能夠向前后方向滑動的結(jié)合于上述機器人主體，從而可旋轉(zhuǎn)的支撐上述攀越輪的框架；在上述框架的一側(cè)設置有緩沖彈簧，上述緩沖彈簧能夠順著上述框架的移動方向彈性變形，從而能夠向上述框架施加使上述框架向上述機器人主體的前方突出的彈性力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具備攀越障礙裝置的機器人，其特征在于上述機器人主體上最好是設置有能夠引導上述框架的滑動動作的導向部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備攀越障礙裝置的機器人，其特征在于上述機器人主體的底部還包括能夠與上述行走輪一同支撐上述機器人主體的小腳輪，上述小腳輪以沿著上述機器人主體的上下方向設置的旋轉(zhuǎn)軸為中心，可旋轉(zhuǎn)的結(jié)合在上述機器人主體的底部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備攀越障礙裝置的機器人，其特征在于上述攀越輪上還設置有沿著半徑方向突出，并且沿著圓周方向間隔一定距離形成的鋸齒部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備攀越障礙裝置的機器人，其特征在于上述機器人主體的底部還包括與外部相連通的吸入口；設置于上述機器人主體的吸入風扇，上述吸入風扇產(chǎn)生吸入力，從而能夠使異物通過上述吸入口吸入到上述機器人主體的內(nèi)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具備攀越障礙裝置的機器人，其特征在于上述吸入口區(qū)域還設置有能夠相對上述機器人主體自由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電刷。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項所述的具備攀越障礙裝置的機器人，其特征在于上述攀越輪驅(qū)動部包括配置于上述攀越輪一側(cè)的攀越輪驅(qū)動電機。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具備攀越障礙裝置的機器人，其特征在于上述攀越輪驅(qū)動部還包括將上述攀越輪驅(qū)動電機的驅(qū)動力傳遞到上述攀越輪的傳動裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具備攀越障礙裝置的機器人，其特征在于上述攀越輪驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)軸與上述攀越輪的旋轉(zhuǎn)軸并排的設置，并且上述傳動裝置應包括傳動皮帶，上述傳動皮帶同時結(jié)合于上述攀越輪驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)軸與上述攀越輪的旋轉(zhuǎn)軸上。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具備攀越障礙裝置的機器人，其特征在于，還包括以一定的高度設置于上述機器人主體上，并且探測上述機器人主體周邊的物體的第1探測部；上述攀越輪接觸到物體時啟動，并且探測與上述攀越輪接觸的物體的第2探測部；基于上述第1探測部及上述第2探測部的探測結(jié)果，來控制上述行走輪驅(qū)動部及上述攀越輪驅(qū)動部的控制部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的具備攀越障礙裝置的機器人，其特征在于不是由上述第1探測部探測到上述機器人主體前方的物體，而是由上述第2探測部探測到物體的情況下，上述控制部將控制上述攀越輪驅(qū)動部，使得上述攀越輪旋轉(zhuǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的具備攀越障礙裝置的機器人，其特征在于上述攀越輪在無負荷狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)時，上述控制部將控制上述攀越輪驅(qū)動部，使得上述攀越輪停止其旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具備攀越障礙裝置的機器人，包括機器人主體；支撐上述機器人主體，使得上述機器人主體與支撐面間隔一定距離懸空，并且可轉(zhuǎn)動的設置于上述機器人主體上，從而能夠使上述機器人主體移動的行走輪；驅(qū)動上述行走輪的行走輪驅(qū)動部；與支撐面間隔一定距離的設置于上述機器人主體的前面部位，并且突出形成于上述機器人主體上，與此同時能夠?qū)ι鲜鰴C器人主體相對旋轉(zhuǎn)的攀越輪；給上述攀越輪提供動力的攀越輪驅(qū)動部。因此，本發(fā)明的具備攀越障礙裝置的機器人具有如下特點由于能夠攀越門檻，因此能夠自動移動到另外房間，從而能夠連續(xù)作業(yè)。另外，還能夠防止充電電池未能及時得到充電而引起的機器人主體的作業(yè)中斷現(xiàn)象。
文檔編號A47L11/00GK1880146SQ200510013779
公開日2006年12月20日 申請日期2005年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月13日
發(fā)明者金正勛 申請人:樂金電子(天津)電器有限公司