一种机器人及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种机器人及控制方法，其中机器人包括机体以及驱动机体运动的移动机构，还包括一紧急停止机构及一身体调整机构，紧急停止机构包括连接架子、滑杆、吸盘座子、压缩弹簧、吸盘、圆柱凸轮、滑轮轴、滑轮、停止从动齿轮、停止主动齿轮、停止电机和电磁阀；身体调整机构由固定架子、固定柱子、俯仰电机座子、俯仰电机、主骨架、次骨架、齿条、伸缩电机和齿条驱动齿轮组成；本发明专利技术的紧急停止机构可以在机器人快速运动过程中遇到紧急情况，如遇到行人、动物，以及推车等时，实现机器人的紧急停止功能，防止装上行人等，造成安全事故；本发明专利技术的紧急停止机构还可以防止机器人由于搬运货物过程中重心过高以及动态变化导致机器人翻倒。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人及控制方法
本专利技术涉及一种安全人性化服务机器人及控制方法，属于机器人学、机械学、仪器科学、计算机科学、自动控制技术、传感器技术等的交叉领域。
技术介绍
由于全球范围内人口老龄化趋势明显，人口老龄化导致的适龄工人比例减少，人工成本逐年增高。面对这些问题，近年来机器人相关技术和应用发展较快，许多国家出台了一些促进机器人技术发展的政策，机器人技术已经在工业、农业、服务业，甚至是军事上得到了一些成功的应用。在工业应用领域，由于现场环境往往固定不变，工业机器人编程作业应用已经非常成熟；农业应用方面也出现了采摘机器人、喷洒农药机器人等；军事方面，许多无人飞行器、水下无人航行器、陆上无人战车等自动化武器也都是机器人在军事领域的应用。目前面对服务行业，已经出现了许多服务机器人，如迎宾机器人、导游机器人、送餐机器人等，并且服务行业的市场巨大，国内外出现了大量的服务机器人研究机构和相关产品。而在超市、商场、医院、地铁站等公共场合，人群流量较大，服务型机器人应用面对很多难题，其中非常重要的一点是人员安全问题，即机器人不能造成人员的受伤。在服务于人的过程中往往需要机器人有一定的高度，如接近人的高度，以便于进行搬运物体等日常生活中的工作，与人协作完成一定的任务等。而机器人的重心会随着高度的增大上升，这导致目前大部分与人身高相当的轮式服务机器人往往有较大而笨重的底盘，并且需要在较平坦的地面上移动，以防止翻倒造成损坏。服务机器人的移动速度需要能够跟得上使用者的速度，这样才能符合人机工程学，有较好的人机交互性，实现与人协作运动作业，或者跟随使用者。然而与人身高相当的轮式服务机器人重心较高，移动速度又不能过快，以防止紧急停止时侧翻或撞上物体或行人。服务机器人在人群密度较大的场合，如商场和超市，其底盘不能过大，如部分机器人产品是超市购物推车改进后的机器人，其占用过多的地面空间，造成拥堵等问题，理想的服务机器人应该是和人一样，具有高挑的“身材”，能够在人群中自如的穿梭。由以上几个方面分析来看，人流密集的场景中，在安全第一的前提下，机器人的人机自然交互性、机器人的高度、运动速度、尺寸体积等方面存在一些相互制约。需要占地面积小、身高与人相当的服务机器人能够快速跟随使用者，或者与使用者协作完成一些工作，这对机器人提出了很大的挑战。目前还很难找到该类成功应用的机器人产品，而具备了这样能力的机器人才能被使用者很好的接受。随着材料科学、机器人学、仪器科学、计算机科学、传感器技术、控制技术等的发展，服务机器人近年来的发展较快，因此，应用这些技术研究设计一种安全人性化服务机器人是本领域技术人员目前需要做的工作之一。
技术实现思路
技术问题：本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，而提供一种可在紧急情况下停止并提高机器人站立稳定性的机器人及控制方法。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种机器人，包括机体以及驱动所述机体运动的移动机构，其特征在于：还包括一紧急停止机构，所述紧急停止机构包括连接架子、滑杆、吸盘座子、压缩弹簧、吸盘、圆柱凸轮、滑轮轴、滑轮、停止从动齿轮、停止主动齿轮、停止电机和电磁阀；所述连接架子固定在所述移动机构的底盘的底部，所述停止从动齿轮、停止主动齿轮以及停止电机固定在所述连接架子下端，所述圆柱凸轮与所述停止从动齿轮连接并位于所述连接架子上端，在所述圆柱凸轮的圆柱面上设置有调节槽，所述滑轮轴一端位于所述吸盘座子内，滑轮轴另一端与设置在所述调节槽的滑轮连接，在所述连接架子与吸盘座子之间设置有滑杆，所述压缩弹簧套在所述滑杆上；所述吸盘座子沿着所述调节槽在所述滑杆上相对于连接架子做上下滑动，当所述吸盘座子滑动到最下端位置时，所述吸盘与地面吸合使所述机器人停止运动。所述调节槽由一圈螺旋线形的弧形凹槽和连接螺旋线首尾的直线凹槽构成，其中直线凹槽沿着圆柱轴线方向。还包括一身体调整机构，所述身体调整机构由固定架子、固定柱子、俯仰电机座子、俯仰电机、主骨架、次骨架、齿条、伸缩电机和齿条驱动齿轮组成；所述固定架子通过所述固定柱子固定在所述底盘上；所述俯仰电机座子固定在所述固定架子上表面，所述固定俯仰电机固定在所述俯仰电机座子上；所述主骨架的底部安装在俯仰电机输出轴上；所述次骨架在主骨架内部上下直线滑动；所述齿条安装在次骨架的底部；所述伸缩电机固定在所述主骨架的顶端；所述齿条驱动齿轮固定在所述伸缩电机的输出轴上，并与齿条啮合。所述机体由从下到上依次连接的底部、下部、中部、上部和颈部五个部分组成；底部为刚性圆柱筒结构，安装固定在移动机构上；颈部为刚性圆筒结构，安装固定在身体调整机构的顶部；下部、中部和上部为具有一定弧形的柱筒结构外壳；中部为柔性结构材料，以便于机体随着身体调整机构调整机器人身高或做俯仰运动过程中发生自然的柔性形变。所述移动机构为四个全向轮驱动的移动机构，包括底盘、四个电机安装架、四个电机、四个联轴器和四个万向轮；底盘为圆形薄板；四个电机安装架为L型结构，L的一边安装在底盘下部，另一边安装有一只电机，四个电机均匀分布在圆形底盘上，并由圆心指向圆周方向；四个联轴器分别安装在四个电机输出轴上，四个全向轮分别安装在四个电机输出轴上所述吸盘座子呈十字架形；所述滑杆为八根，在每根所述滑杆的下端连接一个所述吸盘，八只所述吸盘两两分别固定在所述的十字架形吸盘座子一个端部的底面上，朝向地面。还包括显示触摸屏和机械手臂；所述显示触摸屏固定在所述次骨架的顶部；所述机械手臂由手臂基座、手臂、多维力传感器、手、手臂摆动电机和摆动驱动齿轮；所述手臂基座固定在所述主骨架靠近上部；所述手臂上端带有部分齿轮结构，其下端连接安装有多维力传感器；所述手连接在多维力传感器的另一端，所述手为一个椭圆形环状结构，便于人手抓握；所述手臂摆动电机安装在手臂基座上，其输出轴上的摆动驱动齿轮与手臂上端的齿轮结构啮合。还包括传感控制装置，所述传感控制装置包括加速度陀螺仪模块、摄像头、超声波传感器、红外热成像传感器、码盘、控制处理单元、存储单元、运动控制单元以及驱动模块和无线通信单元；所述加速度陀螺仪模块安装在所述底盘上，用于检测机器人的底盘的姿态角；所述摄像头安装在所述机体的颈部，用于检测环境信息，进行障碍物和行人的识别；所述超声波传感器包括多个传感器头，安装在所述机体的底部的外表面上，用于检测障碍物的距离；所述红外热成像传感器安装在所述的机体的下部，用于检测行人的信息；所述码盘是每个电机自带的码盘，用于检测电机转动角度和转速；所述控制处理单元处理传感器数据，保存数据到存储单元，并生成控制命令以控制所述移动机构、紧急停止机构、身体调整机构和人机交互设备；所述驱动模块实现对所述移动机构的四个电机、电磁阀、停止电机、俯仰电机、伸缩电机和手臂摆动电机的驱动；所述无线通信单元实现机器人与无线设备的通信。本专利技术一种机器人的控制方法，其特征在于：包括移动机构控制、身体调整机构控制、紧急停止机构控制和人机交互设备控制；所述移动机构控制是通过对四个轮子驱动电机的控制，实现机器人朝着360度任意方向的移动；所述身体调整机构控制包括，在机器人移动过程中，通过检测机器人底盘的倾角[α，β]，其中α是底盘的俯仰角，β是底盘的横滚角，通过控制机器人万向轮的原地转动，使得机器人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人，包括机体以及驱动所述机体运动的移动机构，其特征在于：还包括一紧急停止机构，所述紧急停止机构包括连接架子、滑杆、吸盘座子、压缩弹簧、吸盘、圆柱凸轮、滑轮轴、滑轮、停止从动齿轮、停止主动齿轮、停止电机和电磁阀；所述连接架子固定在所述移动机构的底盘的底部，所述停止从动齿轮、停止主动齿轮以及停止电机固定在所述连接架子下端，所述圆柱凸轮与所述停止从动齿轮连接并位于所述连接架子上端，在所述圆柱凸轮的圆柱面上设置有调节槽，所述滑轮轴一端位于所述吸盘座子内，滑轮轴另一端与设置在所述调节槽的滑轮连接，在所述连接架子与吸盘座子之间设置有滑杆，所述压缩弹簧套在所述滑杆上；在所述滑杆的下端设置所述吸盘；所述电磁阀固定在所述底盘上，电磁阀的进气口通过气体管道与吸盘的上部小孔连接；所述吸盘座子沿着所述调节槽在所述滑杆上相对于连接架子做上下滑动，当所述吸盘座子滑动到最下端位置时，所述吸盘与地面吸合使所述机器人停止运动。

【技术特征摘要】
1.一种机器人，包括机体以及驱动所述机体运动的移动机构，其特征在于：还包括一紧急停止机构，所述紧急停止机构包括连接架子、滑杆、吸盘座子、压缩弹簧、吸盘、圆柱凸轮、滑轮轴、滑轮、停止从动齿轮、停止主动齿轮、停止电机和电磁阀；所述连接架子固定在所述移动机构的底盘的底部，所述停止从动齿轮、停止主动齿轮以及停止电机固定在所述连接架子下端，所述圆柱凸轮与所述停止从动齿轮连接并位于所述连接架子上端，在所述圆柱凸轮的圆柱面上设置有调节槽，所述滑轮轴一端位于所述吸盘座子内，滑轮轴另一端与设置在所述调节槽的滑轮连接，在所述连接架子与吸盘座子之间设置有滑杆，所述压缩弹簧套在所述滑杆上；在所述滑杆的下端设置所述吸盘；所述电磁阀固定在所述底盘上，电磁阀的进气口通过气体管道与吸盘的上部小孔连接；所述吸盘座子沿着所述调节槽在所述滑杆上相对于连接架子做上下滑动，当所述吸盘座子滑动到最下端位置时，所述吸盘与地面吸合使所述机器人停止运动。2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：所述调节槽由一圈螺旋线形的弧形凹槽和连接螺旋线首尾的直线凹槽构成，其中直线凹槽沿着圆柱轴线方向。3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于：还包括一身体调整机构，所述身体调整机构由固定架子、固定柱子、俯仰电机座子、俯仰电机、主骨架、次骨架、齿条、伸缩电机和齿条驱动齿轮组成；所述固定架子通过所述固定柱子固定在所述底盘上；所述俯仰电机座子固定在所述固定架子上表面，所述固定俯仰电机固定在所述俯仰电机座子上；所述主骨架的底部安装在俯仰电机输出轴上；所述次骨架在主骨架内部上下直线滑动；所述齿条安装在次骨架的底部；所述伸缩电机固定在所述主骨架的顶端；所述齿条驱动齿轮固定在所述伸缩电机的输出轴上，并与齿条啮合。4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于：所述机体由从下到上依次连接的底部、下部、中部、上部和颈部五个部分组成；底部为刚性圆柱筒结构，安装固定在移动机构上；颈部为刚性圆筒结构，安装固定在身体调整机构的顶部；下部、中部和上部为具有一定弧形的柱筒结构外壳；中部为柔性结构材料，以便于机体随着身体调整机构调整机器人身高或做俯仰运动过程中发生自然的柔性形变。5.根据权利要求4所述的机器人，其特征在于：所述移动机构为四个全向轮驱动的移动机构，包括底盘、四个电机安装架、四个电机、四个联轴器和四个万向轮；底盘为圆形薄板；四个电机安装架为L型结构，L的一边安装在底盘下部，另一边安装有一只电机，四个电机均匀分布在圆形底盘上，并由圆心指向圆周方向；四个联轴器分别安装在四个电机输出轴上，四个全向轮分别安装在四个电机输出轴上。6.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于：所述吸盘座子呈十字架形；所述滑杆为八根，在每根所述滑杆的下端连接一个所述吸盘，八只所述吸盘两两分别固定在所述的十字架形吸盘座子一个端部的底面上，朝向地面。7.根据权利要求6所述的机器人，其特征在于：还包括显示触摸屏和机械手臂；所述显示触摸屏固定在所述次骨架的顶部；所述机械手臂由手臂基座、手臂、多维力传感器、手、手臂摆动电机和摆动驱动齿轮；所述手臂基座固定在所述主骨架靠近上部；所述手臂上端带有部分齿轮结构，其下端连接安装有多维力传感器；所述手连接在多维力传感器的另一端，所述手为一个椭圆形环状结构，便于人手抓握；所述手臂摆动电机安装在手臂基座上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32