本發(fā)明涉及一種導(dǎo)航機(jī)器人，尤其涉及一種采用傳感器獲取障礙物信息以進(jìn)行自主導(dǎo)航避障的智能導(dǎo)航機(jī)器人及其導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人正逐步替代人類(lèi)進(jìn)行繁重的體力勞動(dòng)，但基于目前技術(shù)的瓶頸，很多所謂的智能設(shè)備卻依然必須依賴(lài)人類(lèi)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。

在自主導(dǎo)航領(lǐng)域，目前常見(jiàn)的為掃地機(jī)器人，類(lèi)似能夠在一個(gè)陌生環(huán)境中進(jìn)行自主導(dǎo)航避障功能與清掃功能為一體的機(jī)器人，正逐步的被市場(chǎng)所認(rèn)可和廣泛的推崇，因?yàn)榇祟?lèi)機(jī)器人真正實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)不在場(chǎng)，其也能自主完成預(yù)定工作的功效，從而極大的減輕了我們生活上的負(fù)擔(dān)，為我們的生活帶來(lái)了便利。

然而目前就掃地機(jī)器人來(lái)說(shuō)，的確是一個(gè)自主導(dǎo)航避障領(lǐng)域的經(jīng)典應(yīng)用，但此類(lèi)技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)若直接應(yīng)用于較大的設(shè)備領(lǐng)域時(shí)可能并不如人意，這是因?yàn)閽叩貦C(jī)器人由于其體型較小，自重較輕，速度較慢等因素，并不會(huì)再在自主導(dǎo)航避障過(guò)程中對(duì)人或物體造成威脅，甚至直接撞上使用者，也無(wú)足痛癢，但此類(lèi)技術(shù)若是應(yīng)用于較大型的設(shè)備上時(shí)，由于自重，體型，速度等因素的變化，就不得不考慮更多的安全風(fēng)險(xiǎn)的防范方案，從而在自主導(dǎo)航避障過(guò)程中良好的控制安全風(fēng)險(xiǎn)，消除安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種智能導(dǎo)航機(jī)器人及其導(dǎo)航方法，其能夠在保證一定行駛速度的條件下，在探測(cè)到目標(biāo)進(jìn)入危險(xiǎn)范圍時(shí)，有效的采取制動(dòng)措施防止碰撞，或即使發(fā)生碰撞亦可降低車(chē)身自重及行駛速度所帶來(lái)的慣性碰撞力。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種智能導(dǎo)航機(jī)器人，包括：驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，車(chē)身，控制裝置，工控裝置，傳感模塊，防撞裝置，其中所述傳感模塊分別與所述工控裝置及所述控制裝置連接，所述控制裝置與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，所述防撞裝置固定在所述車(chē)身前端，并與所述控制裝置連接，其中所述防撞裝置包括：防撞擋板，固定架，緩沖機(jī)構(gòu)，制動(dòng)開(kāi)關(guān)，其中所述固定架設(shè)置在所述車(chē)身前端，其與所述防撞擋板之間通過(guò)所述緩沖機(jī)構(gòu)連接，所述制動(dòng)開(kāi)關(guān)包括：撞片設(shè)置在所述防撞擋板背面，扳機(jī)控件設(shè)置在所述固定架前方與所述撞片對(duì)應(yīng)，且當(dāng)所述緩沖機(jī)構(gòu)被擠壓至靠近極限位置時(shí)，所述撞片將壓下所述扳機(jī)控件激活所述制動(dòng)開(kāi)關(guān)，其中所述傳感模塊包括：激光雷達(dá)傳感器設(shè)置在所述車(chē)身前端與所述工控裝置連接，人體接近傳感器設(shè)置在所述防撞擋板正面，并與所述控制裝置連接，其中所述驅(qū)動(dòng)輪尺寸為外徑320mm 輪寬140mm，所述控制裝置控制所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作輸出時(shí)速小于等于1.5m/s，減速輸出時(shí)速小于等于0.8m/s，所述激光雷達(dá)傳感器感測(cè)減速范圍18~20米，所述緩沖機(jī)構(gòu)緩沖距離為18mm，彈力為20牛，所述人體接近傳感器感測(cè)制動(dòng)范圍為5米，所述智能導(dǎo)航機(jī)器人自重及載重總和小于350/KG。

進(jìn)一步的，所述車(chē)身前端設(shè)有探測(cè)區(qū)，其中所述探測(cè)區(qū)包括：探測(cè)臺(tái)，導(dǎo)測(cè)壁，其中所述導(dǎo)測(cè)壁分別設(shè)置在所述探測(cè)臺(tái)兩側(cè)以構(gòu)成大于180°的扇形探測(cè)面，且所述激光雷達(dá)傳感器設(shè)置在所述探測(cè)臺(tái)中部處。

進(jìn)一步的，所述緩沖機(jī)構(gòu)包括：導(dǎo)向柱，緩沖柱，彈性件，其中所述導(dǎo)向柱及緩沖柱一端固定在所述固定架上，另一端插入所述防撞擋板上與之匹配的導(dǎo)向口中，形成活動(dòng)連接，所述彈性件套在所述緩沖柱上。

進(jìn)一步的，所述防撞擋板上下兩側(cè)分別設(shè)有緩沖片，且該緩沖片延伸距離能夠覆蓋所述緩沖機(jī)構(gòu)被極限壓縮時(shí)突出的所述導(dǎo)向柱及緩沖柱。

進(jìn)一步的，所述激光雷達(dá)傳感器為所述工控裝置提供當(dāng)前檢測(cè)環(huán)境障礙物信息，所述工控裝置處理后，反饋控制命令至所述控制裝置以控制所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度及方向進(jìn)行避讓。

進(jìn)一步的，所述人體接近傳感器為所述控制裝置提供制動(dòng)信息，以供所述控制裝置控制所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)制動(dòng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種智能導(dǎo)航機(jī)器人的導(dǎo)航方法，其中包括步驟：

設(shè)置車(chē)速行駛狀態(tài)下小于等于1.5m/s，減速狀態(tài)下小于等于0.8m/s，激光雷達(dá)傳感器感測(cè)減速范圍18~20米米，緩沖機(jī)構(gòu)緩沖距離為18mm，彈力為20牛，人體接近傳感器感測(cè)制動(dòng)范圍為5米，智能導(dǎo)航機(jī)器人自重及載重總和小于350/KG；

工控裝置命令控制裝置控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)車(chē)體繞場(chǎng)一圈；

激光雷達(dá)傳感器獲取前方障礙物信息至工控裝置處理后，生成軌跡地圖，并輸出控制命令至控制裝置；

控制裝置控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度及方向避讓障礙物；

人體接近傳感器感測(cè)移動(dòng)接近目標(biāo)，反饋信息至控制裝置；

控制裝置控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)制動(dòng)，待移動(dòng)接近目標(biāo)離開(kāi)后繼續(xù)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。

進(jìn)一步的，還包括步驟：防撞裝置經(jīng)碰撞后傳遞信息至控制裝置，緊急制動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)剎住驅(qū)動(dòng)輪。

進(jìn)一步的，還包括步驟：激光雷達(dá)傳感器獲取前方障礙物信息至工控裝置經(jīng)與原軌跡地圖對(duì)比處理后，跟新軌跡地圖，并輸出控制命令至控制裝置。

通過(guò)本發(fā)明一種智能導(dǎo)航機(jī)器人及其導(dǎo)航方法，能夠有效的在自主導(dǎo)航避障過(guò)程中降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)，并控制碰撞損害程度在一定范圍內(nèi)，從而極大的提高了安全性能，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種采用智能導(dǎo)航機(jī)器人的導(dǎo)航機(jī)器人，其能夠?qū)ΜF(xiàn)有功能設(shè)備進(jìn)行改裝，通過(guò)掛載功能設(shè)備的方式，使現(xiàn)有功能設(shè)備具有自主導(dǎo)航避障功能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種采用智能導(dǎo)航機(jī)器人的導(dǎo)航機(jī)器人，其中該智能導(dǎo)航機(jī)器人掛載功能設(shè)備，以帶動(dòng)所述功能設(shè)備實(shí)現(xiàn)自身功能同時(shí)進(jìn)行自主導(dǎo)航及避障。

通過(guò)本發(fā)明提供的一種采用智能導(dǎo)航機(jī)器人的導(dǎo)航機(jī)器人，能夠有效的通過(guò)掛載方式對(duì)現(xiàn)有功能設(shè)備進(jìn)行改裝，從而以廉價(jià)的方式獲得自主導(dǎo)航避障功能，藉此擴(kuò)展了自主導(dǎo)航避障技術(shù)的使用領(lǐng)域，降低了技術(shù)門(mén)檻，有利于自主導(dǎo)航避障技術(shù)在各技術(shù)領(lǐng)域的普及及應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明的一種智能導(dǎo)航機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的一種智能導(dǎo)航機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的一種智能導(dǎo)航機(jī)器人的結(jié)構(gòu)放大圖；

圖4是本發(fā)明的一種智能導(dǎo)航機(jī)器人的結(jié)構(gòu)放大圖。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)及上述附圖中的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類(lèi)似的對(duì)象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本發(fā)明的實(shí)施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤?。此外，術(shù)語(yǔ)“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含。

請(qǐng)參閱圖1至圖4，本發(fā)明提供了一種智能導(dǎo)航機(jī)器人，包括：驅(qū)動(dòng)輪1，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7，車(chē)身2，控制裝置4，工控裝置3，傳感模塊5，防撞裝置6，其中該傳感模塊5分別與該工控裝置3及該控制裝置4連接，以為該工控裝置3及該控制裝置4提供外部環(huán)境傳感數(shù)據(jù)，其中該控制裝置4與該驅(qū)動(dòng)電機(jī)7連接，以具體操控驅(qū)動(dòng)電機(jī)7的運(yùn)轉(zhuǎn)，具體的，其中該驅(qū)動(dòng)電機(jī)7上連接驅(qū)動(dòng)輪1，該控制裝置4通過(guò)控制車(chē)身兩側(cè)該驅(qū)動(dòng)電機(jī)7的旋轉(zhuǎn)差動(dòng)，以控制該驅(qū)動(dòng)輪1間產(chǎn)生不同的旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)而形成對(duì)車(chē)身轉(zhuǎn)向的控制。

其中該防撞裝置6固定在所述車(chē)身前端，并與所述控制裝置4連接，其中所述防撞裝置6包括：防撞擋板61，固定架62，緩沖機(jī)構(gòu)63，制動(dòng)開(kāi)關(guān)64，其中所述固定架62固定在所述車(chē)身前端，其與所述防撞擋板61之間通過(guò)所述緩沖機(jī)構(gòu)63連接，所述制動(dòng)開(kāi)關(guān)64包括：撞片642設(shè)置在所述防撞擋板61背面，扳機(jī)控件641設(shè)置在所述固定架62前方與所述撞片642對(duì)應(yīng)，且當(dāng)所述緩沖機(jī)構(gòu)63被擠壓至靠近極限位置時(shí)，所述撞片642將壓下所述扳機(jī)控件641激活所述制動(dòng)開(kāi)關(guān)64，其中所述緩沖機(jī)構(gòu)63包括：導(dǎo)向柱633，緩沖柱632，彈性件631，其中所述導(dǎo)向柱633及緩沖柱632一端固定在所述固定架62上，另一端插入所述防撞擋板61上與之匹配的導(dǎo)向口中，形成活動(dòng)連接，所述彈性件631套在所述緩沖柱632上，其中該彈性件631在本實(shí)施例中優(yōu)選彈簧，但本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠了解，利用金屬/塑料彈片，泡沫塑料，橡膠等具有彈性的元件皆可替代，此外在本實(shí)施例中該極限位置即為緩沖距離，根據(jù)該導(dǎo)向柱633及緩沖柱632及彈性件631的長(zhǎng)度來(lái)控制。

進(jìn)一步的，其中該傳感模塊5包括：激光雷達(dá)傳感器51設(shè)置在所述車(chē)身前端與所述工控裝置3連接，人體接近傳感器52設(shè)置在所述防撞擋板正面，并與所述控制裝置4連接，其中所述工控裝置3內(nèi)部包含處理模塊，其能夠處理較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息，該控制裝置4為了實(shí)現(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)快速響應(yīng)的需求，優(yōu)選處理速度較快的但數(shù)據(jù)量較小的計(jì)算模塊芯片，進(jìn)而該工控裝置3用于復(fù)雜的計(jì)算及邏輯判斷功能，并下達(dá)控制指令至，該控制裝置4進(jìn)行具體的運(yùn)行控制，且該控制裝置4同時(shí)也能自主對(duì)簡(jiǎn)單的傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，以便輔助該工控裝置3控制車(chē)體運(yùn)轉(zhuǎn)，藉此提高車(chē)體控制效率。

具體來(lái)說(shuō)，該激光雷達(dá)傳感器51的檢測(cè)范圍較人體接近傳感器52的大，因此當(dāng)前方較遠(yuǎn)處障礙物被該激光雷達(dá)傳感器51識(shí)別后生成傳感數(shù)據(jù)，收到該傳感數(shù)據(jù)的該工控裝置3進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)當(dāng)前車(chē)速生成控制命令，供該控制裝置4執(zhí)行并控制該驅(qū)動(dòng)電機(jī)7實(shí)現(xiàn)減速及轉(zhuǎn)向操控，藉此避讓障礙，而在實(shí)際操作中，由于使用現(xiàn)場(chǎng)可能會(huì)有移動(dòng)障礙的產(chǎn)生，如人或動(dòng)物等闖入，因此該激光雷達(dá)傳感器51由于其檢測(cè)范圍較廣，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)先進(jìn)行避讓減速等操作，以防止主動(dòng)撞擊障礙物，但在某些可能性中，移動(dòng)障礙物可能并未察覺(jué)到車(chē)體的靠近，因此還會(huì)持續(xù)靠近中，當(dāng)進(jìn)入到一定檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，該人體接近傳感器52則會(huì)生成傳感數(shù)據(jù)，并傳輸至控制裝置4中執(zhí)行制動(dòng)命令，以便該控制裝置4控制該驅(qū)動(dòng)電機(jī)7進(jìn)行制動(dòng)操作，并直至車(chē)身停止移動(dòng)，防止碰撞。

而在最壞估計(jì)下若移動(dòng)障礙物，最終將撞擊車(chē)體時(shí)，通過(guò)該防撞裝置6可最終保證撞擊者所受到的撞擊力在可控?fù)p失范圍內(nèi)，甚至無(wú)傷。具體的，當(dāng)該移動(dòng)障礙物撞擊該防撞擋板61后會(huì)帶動(dòng)，該緩沖機(jī)構(gòu)63向后擠壓并抵消部分撞擊力，同時(shí)該制動(dòng)開(kāi)關(guān)64順勢(shì)被開(kāi)啟，并激活與之連接的控制裝置4控制該驅(qū)動(dòng)電機(jī)7執(zhí)行緊急制動(dòng)操作，在本實(shí)施例中，該緊急制動(dòng)包括，最大輸出制動(dòng)該驅(qū)動(dòng)電機(jī)7，或/并根據(jù)當(dāng)前車(chē)速控制該驅(qū)動(dòng)輪1反轉(zhuǎn)，以主動(dòng)退讓障礙物。

在本實(shí)施例中為了在保證車(chē)速的情況下，為了更好的制動(dòng)車(chē)體，避讓障礙物，并降低碰撞損害，其中該驅(qū)動(dòng)輪1尺寸優(yōu)選為外徑320mm 輪寬140mm，所述控制裝置4控制所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)7工作輸出時(shí)速小于等于1.5m/s，減速輸出時(shí)速小于等于0.8m/s，所述激光雷達(dá)傳感器51感測(cè)減速范圍18~20米，所述緩沖機(jī)構(gòu)63緩沖距離為18mm，彈力為20牛，所述人體接近傳感器52感測(cè)制動(dòng)范圍為5米，所述智能導(dǎo)航機(jī)器人自重及載重總和小于350/KG，在此方案設(shè)定下，該車(chē)體可以較好的保證制動(dòng)距離，并主動(dòng)降低撞擊傷害，同時(shí)在也保證了車(chē)體在正常工作中的車(chē)速，以在最高效運(yùn)行的條件下避障及主動(dòng)控制撞擊損害。

此外，所述車(chē)身前端設(shè)有探測(cè)區(qū)8，其中所述探測(cè)區(qū)8包括：探測(cè)臺(tái)82，導(dǎo)測(cè)壁81，其中所述導(dǎo)測(cè)壁81分別設(shè)置在所述探測(cè)臺(tái)82兩側(cè)以構(gòu)成大于180°的扇形探測(cè)面，且所述激光雷達(dá)傳感器51設(shè)置在所述探測(cè)臺(tái)82中部處。

其中所述防撞擋板61上下兩側(cè)分別設(shè)有緩沖片611，且該緩沖片611延伸距離能夠覆蓋所述緩沖機(jī)構(gòu)63被極限壓縮時(shí)突出的所述導(dǎo)向柱633及緩沖柱632。

本發(fā)明的另一方面，還提供了一種智能導(dǎo)航機(jī)器人的導(dǎo)航方法，其中包括步驟：

設(shè)置車(chē)速行駛狀態(tài)下小于等于1.5m/s，減速狀態(tài)下小于等于0.8m/s，激光雷達(dá)傳感器51感測(cè)減速范圍18~20米米，緩沖機(jī)構(gòu)63緩沖距離為18mm，彈力為20牛，人體接近傳感器感測(cè)制動(dòng)范圍為5米，智能導(dǎo)航機(jī)器人自重及載重總和小于350/KG；

工控裝置3命令控制裝置4控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)7帶動(dòng)車(chē)體繞場(chǎng)一圈；

激光雷達(dá)傳感器51獲取前方障礙物信息至工控裝置3處理后，生成軌跡地圖，并輸出控制命令至控制裝置4；

控制裝置4控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)7運(yùn)動(dòng)速度及方向避讓障礙物；

人體接近傳感器52感測(cè)移動(dòng)接近目標(biāo)，反饋信息至控制裝置4；

控制裝置4控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)7制動(dòng)，待移動(dòng)接近目標(biāo)離開(kāi)后繼續(xù)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)7工作。

其中還包括步驟：防撞裝置經(jīng)碰撞后傳遞信息至控制裝置4，緊急制動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)7剎住驅(qū)動(dòng)輪1。

其中還包括步驟：激光雷達(dá)傳感器51獲取前方障礙物信息至工控裝置3經(jīng)與原軌跡地圖對(duì)比處理后，跟新軌跡地圖，并輸出控制命令至控制裝置4。

通過(guò)本發(fā)明一種智能導(dǎo)航機(jī)器人及其導(dǎo)航方法，能夠有效的在自主導(dǎo)航避障過(guò)程中降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)，并控制碰撞損害程度在一定范圍內(nèi)，從而極大的提高了安全性能，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

本發(fā)明的另一方面還提供了一種采用智能導(dǎo)航機(jī)器人的導(dǎo)航機(jī)器人，其能夠?qū)ΜF(xiàn)有功能設(shè)備進(jìn)行改裝，通過(guò)掛載功能設(shè)備的方式，使現(xiàn)有功能設(shè)備具有自主導(dǎo)航避障功能，其中該智能導(dǎo)航機(jī)器人掛載功能設(shè)備，以帶動(dòng)所述功能設(shè)備實(shí)現(xiàn)自身功能同時(shí)進(jìn)行自主導(dǎo)航及避障，進(jìn)而能夠有效的通過(guò)掛載方式對(duì)現(xiàn)有功能設(shè)備進(jìn)行改裝，從而以廉價(jià)的方式獲得自主導(dǎo)航避障功能，藉此擴(kuò)展了自主導(dǎo)航避障技術(shù)的使用領(lǐng)域，降低了技術(shù)門(mén)檻，有利于自主導(dǎo)航避障技術(shù)在各技術(shù)領(lǐng)域的普及及應(yīng)用。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。