机器人障碍管理系统技术方案

一种用于可移动机器人的障碍物探测系统。障碍物包括可能损害或阻止机器人移动的物体，还包括从地毯表面到硬面地板的过渡，或从硬面地板到地毯的过渡，或其它类型地板之间的过渡。该系统包括一个可在障碍物下移动的犁形部件。障碍物可被推开，或者被抬高到机器人可探测到的高度。经探测发现障碍物后，机器人可改变运动方向，或者完全停止移动。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

Robot obstacle management system

An obstacle detection system for mobile robots. The obstacles include the possibility of damage or prevent the robot to move objects, including the transition from the carpet surface to hard surfaces, or the transition from hard surfaces to carpet, or transitions between other types of flooring. The system includes a plow shaped part that can move under obstacles. Obstacles can be pushed away or pushed up to the height that the robot can detect. After detecting obstacles, the robot can change the direction of movement or completely stop moving. \ue5cf

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可移动机器人，更具体地讲，本专利技术涉及使可移动机器人不会因存在的障碍而停止移动或冒险通过障碍的系统。
技术介绍
可移动机器人在家庭和工业领域有多种应用。所谓可移动是指机器人可以从一个位置移动到另一个位置。在不同位置之间移动时，机器人可向一个远处地点发射信号，如声音、红外接收、视频图像、炸弹探测信号等。可在该远处点设置一个操作人员，或者可将信号存储起来以备以后检索。可移动机器人可在一个给定区域内巡逻以探测入侵者，或者可以清洁某一区域，例如一块地毯或硬面地板。地毯和小块装饰性地毯包括编织或用其它方式织成且表面没有绒毛和结环的片状地板覆盖物。硬面地板包括但不限于硬木、水泥、瓷砖、乙烯合成地砖、毛毡、及光滑的垫子和层压材料。在家庭、办公室和其它地方，硬面地板常常与地毯覆盖的区域相邻。此外，家庭中硬面地板上常铺有小块装饰性地毯。一个硬面地板维护机器人可在运动中对这样的地板进行维护和清洁，包括擦洗、上光、除尘、打蜡等等。这种机器人使用设计用于硬面地板的清洁液、上光剂、油性除尘布和打蜡时，不应该移动到地毯上去，否则会对地毯或小块装饰性地毯造成损害。相反地，设计用于地毯或小块装饰性地毯的清洗液也可能会对硬面地板造成损害。不可能依赖传统的隔挡，例如墙壁和门，来防止硬面地板维护机器人移动到地毯或毯子上，反之亦然。而且，这种机器人还可能受地毯或小块装饰性地毯的羁绊而不能移动。为使机器人在硬面地板上移动而设计的轮子和磨擦力可能不足以驱动同一机器人通过地毯或小块装饰性地毯。而且，如果机器人的前导沿移动到地毯或小块装饰性地毯下面并将地毯和小块装饰性地毯抬起，则机器人很可能被地毯，或更可能被小块装饰性地毯绊住。在机器人使用中，可能阻止机器人移动或可能会被机器人弄坏的地毯、小块装饰性地毯和其它阻挡物在下文中统称为障碍物。障碍物是指在机器人移动路径上任何可能阻止机器人移动、过度限制其运动、或那些机器人执行预定任务时可能对其造成损害的任何障碍。美国专利4,977,639(Takahashi等人)公开了一种地毯接触传感器，用于手动真空吸尘器中以阻止刷子在硬面地板上转动。传感器(部分地)包括一个窄的接触元件，相对于较宽的接触元件，前者能够陷在地毯中，但是能够被硬面地板支撑。专利′639指出，只有在真空吸尘器穿过硬面地板与地毯之间的过渡区时，才会感知到地毯，反之亦然。专利′639依赖地毯实际上比硬面更易穿透的特点，编织紧密的小块装饰性地毯可能不同。而且，该提出方案中没有对如何避免小块装饰性地毯等障碍物阻止机器人移动给出建议。美国专利5,144,715(Matsuyo等人)公开了真空吸尘器的灰尘吸取动力学特性，用于确定地板种类。在硬面地板上灰尘用气流可即刻除去，而从地毯上除去过程却是逐渐进行。这种气流的差别可用光学传感器进行探测。专利′715具体涉及真空吸尘器，传感器只有在穿过不同种类地板间的过渡区之后才报告该过渡。美国专利5,277,839(Shultz等人)公开了一种永久荧光染料，用于在地毯上为自动导航车确定通道。这种染料只会在紫外线下发光，否则为不可见的。用这种染料在地毯上画线能够为车辆提供光导航。美国专利4,707,297公开了一种类似的方案，该方案采用了可清除(可洗除)的荧光染料。美国专利6,076,227(Shallig等人)提出采用一种表面类型探测器来探测将要处理的地面类型，该表面类型探测器包括一个振动探测器。探测器向地板发射一个声脉冲，并根据地面反射回的各个方向上声波的振幅来确定地板的类型。与前述提出方案类似，Shallig等人所指的传感器必须在传感器穿过不同类型地板间的过渡区后，才能探测出此过渡。同样，在硬面地板上探测地毯的光探测器也依赖于表面的相对反射性。光探测器不能可靠地区分带有图案/织纹的硬表面和地毯。因此，仍需一种能够使机器人避开障碍的系统。尤其需要一种使可移动机器人能够区分硬面地板和地毯或小块装饰性地毯的系统。专利技术概述本专利技术包含一种用于可移动机器人的障碍管理系统。该系统包含一个犁形部件。该犁形部件连接在机器人的近末端，并向外延伸至远末端。该犁形部件有一个前向面，该前向面与地板或其它机器人所处支撑面成锐角。该犁形部件与机器人的其它预定部分之间可相对活动。机器人的其它适配部分包括底盘、悬挂系统等。前述相对运动可由传感器探测到。当遇到障碍物时，犁形部件或者将其推到一边，或者犁形部件的远末端滑到障碍物下面并将其抬至一定高度，或者犁形部件与机器人的其它组成部分之间产生相对移动。出现这三种情况中的任意一种，都可避免障碍物造成机器人停止运动。如果障碍物被推到一边，则不会阻止机器人向前移动。如果犁形部件滑到障碍物下面，犁形部件会向上升高且更靠近机器人。障碍物被抬至机器人的传感器可探测到的高度。传感器探测到障碍物后，机器人将改变方向以避开障碍。如果障碍物使犁形部件与机器人的其它部分产生相对运动，则这种相对运动也会被传感器探测到。同样，那么机器人将改变方向以避开障碍。在另一个实施方案中，通过监测机器人轮子或者其它地板接触面上的阻力，来探测机器人所遇到的不同地面种类上摩擦力的任何差别。这种探测可以通过测量驱动马达的电流，或轮子转数与驱动马达功率之比来实现。在另一个实施方案中，可通过测量一洁净面相对于地板的位置或位移，来探测地板类型的不同。附图简述附图说明图1是一个示例机器人(100)示意正视图，该机器人适于做地板维护，它有一个犁形部件(10)，和在犁形部件(10)上方位置(20)处的接触式或非接触式传感器。图1A是地板维护机器人(100)向右移动时的部分示意正视图。如图所示，犁形部件(10)正将地毯或障碍物(50)从地板(60)抬向处于位置(20)的前向传感器。在该实施方案中，后轮(136)具有一个在垂直方向上可调的支架(40)，其作用是控制犁形部件(10)与地面之间的垂直距离。如图所示，在垂直可调支架(40)上安装有一个任选振动传感器。图2是地面维护机器人的一个底视图，图中画出了驱动底盘(110)、外壳(140)和驱动底盘(110)与外壳(140)之间的环形空隙(120)。犁形部件(10)附连在外壳(140)上。图中在犁形部件(10)的下面还画出了一个摩擦力强的地毯接触元件(150)和接触开关(130)。图3所示为垂直可调犁形部件(10)和外壳(140)的横截面。专利技术详述参考附图1-2，本专利技术包括一个机器人100，该机器人能够完成上述任何工作，以及机器人所适合的其它工作。在第一个实例中，机器人可以是一个自主或者遥控机器人，该机器人可包括一个底盘、一个可任选通过悬挂系统装置安装在底盘上的驱动机构和安装在底盘上的活动外壳。任选的悬挂装置可包括插在驱动机构和底盘之间的弹性部件，这样当外壳受预定力作用被推向支撑面时，弹性部件压缩允许驱动系统机构移动，这样外壳和/或底盘就能接触支撑面(例如地板或桌子)。外壳是机器人的外壁，可设计成美观的任意形状，外壳将机器人的所有部分封闭在其中，起到防尘等作用。在第二个实例中，机器人可包括一个具有多个延长开口的底盘110，和一个具有相当刚性的外壳140，该外壳通过置于多个延长开口中的多个延长弹性支撑，与底盘形成活动连接。这种配置方式使得外壳相对于底盘，在水平方向上能够充分地自由运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于机器人的表面过渡探测系统，所述机器人具有一个底盘，其改进包括一个与底盘活动连接的犁形部件；在犁形部件与底盘之间有一环形间隙；和一个传感器，该传感器用于探测犁形部件和障碍物碰撞所造成的环形缝隙变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JF小柯克帕特里克，
申请(专利权)人：宝洁公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]