專利名稱：機(jī)器人制約系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種制約智能機(jī)器人在特定空間中的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，曾提出多種系統(tǒng)用于將機(jī)器人制約在特定的物理空間 中，以執(zhí)行某些工作。典型地設(shè)計這些系統(tǒng)以用于大量的機(jī)器人的應(yīng)用， 例如維護(hù)草皮、清潔地板、檢查、運(yùn)輸以及娛樂，需要機(jī)器人在一局限的 范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)以執(zhí)行工作。例如， 一吸塵機(jī)器人在一房間內(nèi)工作，在完成第 一個房間的吸塵之前，可能會不經(jīng)意地從一個房間漫游到另一房間。 一種 解決的方法是限制該機(jī)器人在第一個房間內(nèi)，通過關(guān)閉所有的房門從物理 上避免該機(jī)器人離開第一個房間。但是在很多房子里，房間由開放的走廊 隔開，房門或其它物理的障礙物不宜放置在機(jī)器人的出口路徑上。同樣地， 使用者可能希望該機(jī)器人僅在一獨(dú)立開放空間的部分區(qū)域工作，因而讓該 機(jī)器人工作在整個房間會降低效率。因此需要有一種裝置用來制約一區(qū) 域，使機(jī)器人工作在其中。
現(xiàn)有技術(shù)的 一種方法為提供一種復(fù)雜的系統(tǒng)，用于機(jī)器人的導(dǎo)航及定 位，使該機(jī)器人不是沿一既定的路線移動，就是根據(jù)存在存儲器中的地圖 監(jiān)視現(xiàn)在所在的位置。這些系統(tǒng)需要復(fù)雜精密的硬件，例如精密的傳感器， 重要的計算機(jī)存儲器以及計算能力。但是這些系統(tǒng)的一個很大的缺陷在于 不適用于該機(jī)器人工作區(qū)域的變更。同樣的，該機(jī)器人無法單純地從一棟 建筑物搬到另一棟建筑物，或甚至從一個房間到另一個房間，而無需再設(shè) 計程序或再訓(xùn)練。
例如，美國專利US4700427公開了一種方式，需要一種裝置用來產(chǎn)生 一機(jī)器人移動的路徑，該路徑可為一手動控制的路徑指導(dǎo)或自動圖像功能。若"常改變使用場所"或"變換房間"，則需要大量的數(shù)據(jù)存儲器以
儲存每一位置的相關(guān)數(shù)據(jù)。類似地，美國專利US4119900公開的方法和系 統(tǒng)需要強(qiáng)大的計算及傳感器，不斷地確定在給定的空間中該機(jī)器人的位 置。其它有關(guān)機(jī)器人系統(tǒng)的例子，需要輸入有關(guān)該機(jī)器人工作空間的數(shù)據(jù)， 例如美國專利US5109566及US5284522。
類似地，某些現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)不僅需對該用于特定或特殊的空間中的 機(jī)器人進(jìn)行訓(xùn)練及設(shè)計程序，還需對該機(jī)器人要工作的空間做準(zhǔn)備或改 變，如美國專利US5341540公開了一種系統(tǒng)，其中在一優(yōu)選實施例中，需 要該機(jī)器人系統(tǒng)包括一定位系統(tǒng)并且安裝該機(jī)器人的區(qū)域具有"放置在一 固定的參考點(diǎn)的信號標(biāo)"。而此系統(tǒng)可避免未知的障礙物，并通過信號標(biāo) 傳來的信號使其返回其原先程序設(shè)計的路徑，該系統(tǒng)需要使用者具有很強(qiáng) 的設(shè)定和內(nèi)建的計算能力。
目前最先進(jìn)、最簡化的方法用于將機(jī)器人制約在一特定區(qū)域中，包括 提供一裝置用以定義該區(qū)域的邊界。中國專利CN03103501.9揭示了這樣 一種系統(tǒng)，提供一個便攜式障礙信號傳送器，通過沿一軸發(fā)射制約射束形 成一被引導(dǎo)的障礙，而這種技術(shù)中的制約射束其實就是紅外線光束。然而 在實際的產(chǎn)品應(yīng)用中，多次發(fā)現(xiàn)這種紅外線光束受太陽光和反射光的影 響，當(dāng)太陽光比較強(qiáng)烈或地面材質(zhì)比較光亮，會對光線進(jìn)行反射時，清掃 機(jī)器人不受紅外線光束的制約，直接穿過制約光束。因此這種技術(shù)對清掃 機(jī)器人的制約作用在很大程度上受到工作環(huán)境的影響，季節(jié)、天氣、地面 材質(zhì)、燈光等都會影響紅外線光束的制約作用。同時，若其傳送器或接受 器被灰塵覆蓋也會影響其功能。另外，這種便攜式障礙信號傳送器需要電 源才能工作，存在資源消耗，不符合現(xiàn)代的環(huán)保意識；并且該障礙信號傳 送器中發(fā)出的紅外線光束為 一直線，若需要制約機(jī)器人的范圍是一個弧形 或者曲線的界限，則該系統(tǒng)就不能起到應(yīng)有的制約作用，因此該系統(tǒng)具有 較大的局限性。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于解決上述的技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單的、
不易受外界環(huán)境干擾的機(jī)器人制約系統(tǒng)；本實用新型的另一目的在于提供 一種可以定義制約機(jī)器人的界限為曲線的系統(tǒng)。
本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
一種機(jī)器人制約系統(tǒng)，包括鋪設(shè)在地面上的接近感應(yīng)條及一可移動的
智能機(jī)器人；所述可移動的智能機(jī)器人包括驅(qū)動部件，用以驅(qū)動所述可 移動的智能機(jī)器人移動；控制單元，該控制單元的控制信號輸出端連接所 述驅(qū)動部件的受控端，用以控制所述驅(qū)動部件；以及至少一個接近感應(yīng)開 關(guān)；所述接近感應(yīng)開關(guān)的信號輸出端連接所述控制單元的感應(yīng)信號輸入 端，用以當(dāng)所述接近感應(yīng)開關(guān)靠近所述接近感應(yīng)條并使得接近感應(yīng)開關(guān)感 應(yīng)到時，該接近感應(yīng)開關(guān)傳輸一個感應(yīng)信號給所述控制單元，從而控制所 述驅(qū)動部件，驅(qū)使智能機(jī)器人改變運(yùn)行方向。
進(jìn)一步地，所述智能機(jī)器人包括一個主體，所述接近感應(yīng)開關(guān)設(shè)置在 該主體靠近地面的底座上。所述驅(qū)動部件包括設(shè)置在智能機(jī)器人底座上的 左驅(qū)動輪、右驅(qū)動輪和驅(qū)動輪馬達(dá)驅(qū)動器，所述左驅(qū)動輪和右驅(qū)動輪分別 單獨(dú)地與所述控制單元的控制信號輸出端連接。所述控制單元為一微控制 器，所述^U空制器的控制信號輸出端分別連接到控制所述左、右驅(qū)動4侖運(yùn) 轉(zhuǎn)的驅(qū)動輪馬達(dá)驅(qū)動器。
再進(jìn)一步地，所述接近感應(yīng)開關(guān)為霍爾傳感器或者》茲控管；所述接近 感應(yīng)條為磁性元件?；蛘?，所述接近感應(yīng)開關(guān)為金屬接近開關(guān)；所述接近 感應(yīng)條為金屬元件。更進(jìn)一步地，所述接近感應(yīng)條由可以按照任意形狀鋪 設(shè)在地面上的柔性材料制成。
再進(jìn)一步地，所述接近感應(yīng)條的至少一表面設(shè)為粘性材料層，用以將 所述接近感應(yīng)條粘接在地面上。
本實用新型的有益效果主要體現(xiàn)在采用接近感應(yīng)開關(guān)以及接近感應(yīng)條使本實用新型的機(jī)器人制約系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單，不需要另設(shè)一個附件； 另外，由于接近感應(yīng)條可以直接鋪設(shè)在地面，而不需要為之提供包括電能 在內(nèi)的任何能量，因此既環(huán)保又不會被環(huán)境所制約；并且接近感應(yīng)條可以 按任意形狀來鋪設(shè)，因此可以形成任意界限的制約界限，解決了現(xiàn)有技術(shù) 的不足，取得了很大的進(jìn)步。以下結(jié)合附圖對本實用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步說明


圖1:用于本實用新型的優(yōu)選實施例的智能機(jī)器人的仰視圖。
圖2:圖1中沿A-A方向的剖視圖。
圖3:用于本實用新型的優(yōu)選實施例的智能機(jī)器人的俯視圖。 圖4:本實用新型優(yōu)選實施例的霍爾傳感器的電路圖。 圖5:本實用新型優(yōu)選實施例的控制單元的硬件方塊圖。 圖6A-圖6D:本實用新型優(yōu)選實施例的應(yīng)用的示意圖。 其中1、智能機(jī)器人；2、撞板；3、主體；4、左驅(qū)動輪；5、 右驅(qū)動輪； 6、萬向輪； 7、可充電電池； 8、滾刷； 9、霍爾傳感 器；10、全向接收器； 11、磁條； 12、微控制器線路板； 13、地 面。
具體實施方式
本實用新型揭示了 一種機(jī)器人制約系統(tǒng)，包括一個可移動的智能機(jī)器 人l,以及用于形成制約界限的接近感應(yīng)條ll。所述可移動的智能機(jī)器人 可以為自動吸塵器、自動打蠟機(jī)、自動拖地機(jī)等類似可移動的智能機(jī)器人。 本優(yōu)選實施例以用于自動清潔地面的智能機(jī)器人1為例。
如圖1至圖3所示的優(yōu)選實施例，智能機(jī)器人1由主體3和設(shè)置其上 的撞板2組成。智能機(jī)器人的驅(qū)動部件包括左驅(qū)動輪4、右驅(qū)動輪5和驅(qū) 動輪馬達(dá)驅(qū)動器(圖中未示)，所述左驅(qū)動輪4、右驅(qū)動輪5分別位于主體 3的底座上，所述驅(qū)動輪馬達(dá)驅(qū)動器分別單獨(dú)驅(qū)動左、右驅(qū)動輪，使得智能機(jī)器人1可以向前或向后移動，再通過位于主體3的底座上的萬向輪6 的配合，使得智能機(jī)器人1也可以自如地向任意一個方向轉(zhuǎn)向。
智能機(jī)器人1還包括一個控制上述驅(qū)動部件的一控制單元，在本優(yōu)選 實施例中，所述控制單元為一微控制器，微控制器線路板12設(shè)置在智能 機(jī)器人l的主體內(nèi)部。所述微控制器的控制信號輸出端連接到所述驅(qū)動部 件的受控端，即驅(qū)動輪馬達(dá)驅(qū)動器。智能機(jī)器人l還包括給微控制器線路 板12供電的可充電電池7、用于清潔地面的滾刷8和一個用于接收其他信 號的全向接收器10，例如接收相應(yīng)的充電器的紅外線信號。
所述智能機(jī)器人的主體3靠近地面的底座上設(shè)置有至少一個接近感應(yīng) 開關(guān)9，在本優(yōu)選實施例中主體3上設(shè)有兩個霍爾傳感器9，圖4揭示了 本實施例霍爾傳感器所必需的電子組件的電路圖，霍爾傳感器的工作原理 為將一塊通電的半導(dǎo)體薄片垂直置于磁場中時，薄片兩側(cè)由此會產(chǎn)生電位 差，此現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。此電位差稱為霍爾電勢，電勢的大小E二KIB/d, 式中K是霍爾系數(shù)，d為薄片的厚度，I為電流，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度。在本實 用新型中霍爾傳感器是做為一種接近開關(guān)，它具有無觸點(diǎn)、無磨損、低功 耗、壽命長、靈敏度高、工作頻率高的特點(diǎn)，能在各種惡劣環(huán)境下可靠穩(wěn) 定地工作。
所述的霍爾傳感器9與地面13有一定的距離；而地面13上鋪設(shè)有一 個相應(yīng)的接近感應(yīng)條，在本實施例中為磁條ll。更進(jìn)一步說，所述驅(qū)動部 件還包括驅(qū)動輪編碼器。當(dāng)所述霍爾傳感器9靠近磁條11時，該霍爾傳 感器9會傳輸一個感應(yīng)信號給微控制器。結(jié)合圖5中的控制單元的硬件方 塊圖，該孩i控制器MCU的感應(yīng)信號輸入端與霍爾傳感器9的信號輸出端相 連，所述微控制器接收霍爾傳感器9的信號，并經(jīng)過處理后4巴信號傳輸給 驅(qū)動輪馬達(dá)編碼器，再轉(zhuǎn)換成動力信號分別傳輸給控制左、右驅(qū)動輪4、 5 的馬達(dá)驅(qū)動器。這樣，所述左驅(qū)動輪4和右驅(qū)動輪5均可被微控制器MCU 單獨(dú)地驅(qū)動而讓智能機(jī)器人l轉(zhuǎn)向。當(dāng)然，本實用新型中的微控制器還可以包括不同的控制功能以及不同的傳感器，例如物理障礙傳感器、峭壁傳 感器等。
本實用新型中，作為控制單元的微控制器執(zhí)行一算法，該算法包括使
該機(jī)器人一旦得到接近感應(yīng)開關(guān)9傳輸過來的信號即轉(zhuǎn)向的步驟或者后退 一步并向任意一個方向轉(zhuǎn)向的步驟，直到不再接收到該信號為止。進(jìn)一步 地，其中該算法還包括在不再檢測到信號后做至少一既定量回轉(zhuǎn)的步驟； 還包括決定是否朝一般的順時針或反時針方向回轉(zhuǎn)的步驟；其中，該決定 是否朝一般的順時針或反時針方向回轉(zhuǎn)的步驟，還包括隨機(jī)選定方向的功 能；以及在隨機(jī)選定方向前朝同一方向回轉(zhuǎn)兩次的功能等。
在本實施例中，所述磁條11由柔性材料制成，可以按照任意形狀鋪 設(shè)在地面13上。進(jìn)一步地，所述^f茲條11的至少一面為粘性材料層，可以 將磁條11粘接在地面上。由于磁條11為扁平狀長條，并被粘在地面上， 因此不會覺得難看，也不會使人絆倒。當(dāng)然，該磁條11也可以按需要時 粘在地面上，不需要時巻起收起即可。
下面結(jié)合圖6A至圖6D介紹一下本優(yōu)選實施例的應(yīng)用。 圖中示有兩個相連的清掃區(qū)域。如使用者想讓智能機(jī)器人1只清掃圖 中的左區(qū)域，可以先在圖示位置在地面上貼一個磁條ll,再將智能機(jī)器人 1放在左區(qū)域中進(jìn)行清掃。當(dāng)機(jī)器人1想從左區(qū)域行進(jìn)到右區(qū)域進(jìn)行清掃 時，如圖6B所示，安裝在底座上的霍爾傳感器會感應(yīng)到磁條ll的存在而 發(fā)出信號給微控制器，微控制器就會運(yùn)行一段用來避讓此磁條的程序，該 程序包括控制左右驅(qū)動輪讓智能機(jī)器人后退一步，并按圖中逆時針旋轉(zhuǎn)一 定的角度的步驟，如圖6C所示。智能機(jī)器人就繼續(xù)進(jìn)行它的清掃過程， 如此反復(fù)，直到霍爾傳感器9感應(yīng)不到石茲條11的存在，這樣就成功地避 讓了磁條ll,如圖6D所示。由于有的相鄰的區(qū)域呈弧形設(shè)置，因此采用 本實施例中可以彎曲粘貼在地面上的磁條11就顯得格外方便，解決了現(xiàn) 有技術(shù)只能形成大致呈直線的制約界限的缺陷。
9本優(yōu)選實施例僅舉了一個最為簡單實用的實施例，本實用新型尚有多
種具體的實施方式。例如，所述接近感應(yīng)開關(guān)9除了霍爾傳感器外，還可 以是磁控管；或者金屬接近開關(guān)。相對應(yīng)地，所述接近感應(yīng)條11為磁性 元件；或者金屬元件。下面簡單的以設(shè)置在智能機(jī)器人上的金屬接近開關(guān) 與鋪設(shè)在地面上的金屬材料條為例，當(dāng)智能機(jī)器人接近金屬材料條時，金 屬接近開關(guān)會感應(yīng)到金屬材料條的存在而發(fā)出信號給微控制器，微控制器 就會運(yùn)行一段用來避讓此金屬材料條的程序，控制左右驅(qū)動輪讓智能機(jī)器 人后退一步，并旋轉(zhuǎn)一定的角度，直到金屬接近開關(guān)感應(yīng)不到金屬材料條 的存在，這樣就成功地避讓了金屬材料條。
由以上的說明可以看出，只要采用類似于霍爾傳感器、磁控管、金屬 接近開關(guān)這樣的接近感應(yīng)開關(guān)，配合鋪設(shè)在地面上的接近感應(yīng)條，都屬于 實用新型的不窮舉實施例，凡采用等同替換或者等效變換而形成的所有技 術(shù)方案，均落在本實用新型要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種機(jī)器人制約系統(tǒng)，其特征在于包括一鋪設(shè)在地面(13)上的接近感應(yīng)條(11)及一可移動的智能機(jī)器人(1)；所述可移動的智能機(jī)器人包括驅(qū)動部件，用以驅(qū)動所述可移動的智能機(jī)器人移動；控制單元，所述控制單元的控制信號輸出端連接所述驅(qū)動部件的受控端，用以控制所述驅(qū)動部件；以及至少一個接近感應(yīng)開關(guān)(9)，所述接近感應(yīng)開關(guān)(9)的信號輸出端連接所述控制單元的感應(yīng)信號輸入端，用以當(dāng)所述接近感應(yīng)開關(guān)(9)靠近所述接近感應(yīng)條(11)并使得接近感應(yīng)開關(guān)(9)感應(yīng)到時，該接近感應(yīng)開關(guān)(9)傳輸感應(yīng)信號給所述控制單元，從而控制所述驅(qū)動部件，驅(qū)使智能機(jī)器人改變運(yùn)行方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人制約系統(tǒng)，其特征在于所述智能 機(jī)器人包括一個主體(3 )，所述接近感應(yīng)開關(guān)(9 )設(shè)置在該主體(3 )靠 近;也面的底座上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)器人制約系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動 部件包括設(shè)置在智能機(jī)器人底座上的左驅(qū)動輪(4)、右驅(qū)動輪(5)和驅(qū) 動輪馬達(dá)驅(qū)動器，所述左驅(qū)動輪(4)和右驅(qū)動輪(5)分別單獨(dú)地與所述 控制單元的控制信號輸出端連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)器人制約系統(tǒng)，其特征在于所述控制 單元為一微控制器(12)，所述微控制器(12)的控制信號輸出端分別連 接到控制所述左、右驅(qū)動輪(4、 5)運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動輪馬達(dá)驅(qū)動器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人制約系統(tǒng)，其特征在于所述接近 感應(yīng)開關(guān)(9)為霍爾傳感器或者磁控管；所述接近感應(yīng)條(11)為磁性 元件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人制約系統(tǒng)，其特征在于所述接近感應(yīng)開關(guān)(9)為金屬接近開關(guān)；所述接近感應(yīng)條(11)金屬元件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的任意一種機(jī)器人制約系統(tǒng)，其特征在 于所述接近感應(yīng)條(11)由可以按照任意形狀鋪設(shè)在地面(13)上的柔 性材料制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)器人制約系統(tǒng)，其特征在于所述接近 感應(yīng)條(11 )的至少一表面設(shè)為粘性材料層，用以將所述接近感應(yīng)條(11 ) 粘接在地面上。
專利摘要本實用新型提供了一種系統(tǒng)，用來將智能機(jī)器人制約在一特定的空間內(nèi)。該系統(tǒng)包括鋪設(shè)在地面上的柔性的接近感應(yīng)條，一可移動的智能機(jī)器人，包括用來驅(qū)動機(jī)器人移動的驅(qū)動部件，至少一個接近感應(yīng)開關(guān)，以及控制上述驅(qū)動部件的控制單元；當(dāng)所述接近感應(yīng)開關(guān)靠近接近感應(yīng)條并使得接近感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到時，該接近感應(yīng)開關(guān)會傳輸信號給控制單元，該控制單元控制驅(qū)動部件繼而使該機(jī)器人改變運(yùn)行方向。本實用新型的有益效果主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)簡單，且接近感應(yīng)條可以直接鋪設(shè)在地面，而不需要為之提供任何能量，既環(huán)保又不會被環(huán)境所制約；并且接近感應(yīng)條為柔性材料制成，因此可以形成任意界限的制約界限，解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足，具有較強(qiáng)的推廣意義。
文檔編號G05D1/02GK201378281SQ200920038350
公開日2010年1月6日 申請日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者周洪波, 湯進(jìn)舉 申請人:泰怡凱電器(蘇州)有限公司