一种机器人运动控制组件及机器人的制作方法

1.本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人运动控制组件及机器人。


背景技术：

2.机器人(robot)是一种能够半自主或全自主工作的智能机器。目前随着机器狗的出现，部分用户会在户外进行“遛狗”活动。
3.市面上大多数机器人控制方式为遥控器控制，遥控器多为整体式，且只存在单一操作模式，即只能通过摇杆或按钮控制机器人运动。其中一部分遥控器体积大、结构复杂，不易携带和操作；还有部分遥控器摇杆或按键较多，操作性差。并且，所有的遥控器不能在被控机器人自主运动情况下，根据其本身的运动状态做出相应反馈信号，降低了用户的“遛狗”体验。
4.因此，亟待设计一种新的控制组件来改善上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种机器人运动控制组件及机器人，以解决被控机器人自主运动情况下，无法根据其本身的运动状态向操作者做出相应反馈信号的问题。
6.为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.一方面，本发明提供一种机器人运动控制组件，该机器人运动控制组件包括：
8.第一控制组件，所述第一控制组件包括第一安装壳体、第一反馈组件、第一弹性件和绳索，所述第一安装壳体用于和机器人可拆卸连接；所述第一反馈组件设于所述第一安装壳体，所述绳索一端连接于所述第一反馈组件的输入端，另一端用于使用者手持；所述机器人相对使用者之间的距离发生变化时，所述第一反馈组件动作，控制器根据所述第一反馈组件的动作向所述机器人发出第一指令，所述第一弹性件设于所述第一反馈组件的输入端和所述第一安装壳体之间，用于使所述第一反馈组件的输入端复位。
9.作为一种机器人运动控制组件的优选方案，所述第一反馈组件包括第一编码器和第一转轴，所述第一编码器设于所述第一安装壳体，所述第一转轴转动设于所述第一安装壳体且和所述第一编码器的输入端连接，所述绳索一端绕设于所述第一转轴；所述机器人相对使用者之间的距离发生变化时，所述绳索通过所述第一转轴带动所述第一编码器转动，所述控制器根据所述第一编码器的动作向所述机器人发出第一指令，所述第一弹性件设于所述第一转轴和所述第一安装壳体之间，用于使所述第一转轴复位。
10.作为一种机器人运动控制组件的优选方案，所述第一弹性件为弹簧，所述第一控制组件还包括拉线，所述拉线的一端与所述第一转轴连接，另一端和所述弹簧的一端连接，所述弹簧的另一端连接于所述第一安装壳体。
11.作为一种机器人运动控制组件的优选方案，所述第一安装壳体包括第一底座和第一盖体，所述第一安装壳体由所述第一盖体盖设于所述第一底座围设而成，所述第一编码器、所述第一转轴和所述第一弹性件连接于所述第一底座和/或所述第一盖体。
12.作为一种机器人运动控制组件的优选方案，所述机器人运动控制组件还包括第二控制组件，所述第二控制组件包括第二安装壳体、第三底座和第二编码器，所述第二编码器通过第三底座固定于所述机器人，所述第二安装壳体一端连接于所述第二编码器的输入端，另一端可拆卸连接于所述第一安装壳体，当所述机器人的运动导致所述绳索绕自身轴线转动时，所述第一安装壳体相对所述第二安装壳体转动，带动所述第二编码器的输入端转动，所述控制器根据所述第二编码器的动作向所述机器人发出第二指令。
13.作为一种机器人运动控制组件的优选方案，所述第二控制组件还包括第四底座和轴承，所述第四底座固定于所述机器人，所述第四底座设有安装座，所述轴承的外圈设于所述安装座内，所述第二安装壳体连接于所述轴承的内圈。
14.作为一种机器人运动控制组件的优选方案，所述第一控制组件的第一电控组件设于所述第一安装壳体内部，且和第一反馈组件电连接和/或通信连接，所述第二控制组件的第二电控组件设于所述第二安装壳体内部且和所述控制器电连接和/或通信连接，所述第一控制组件与所述第二控制组件连接时，所述第一电控组件与所述第二电控组件之间电连接和/或通信连接。
15.作为一种机器人运动控制组件的优选方案，所述第二控制组件还包括滑环和连接杆，所述滑环固设于所述第三底座，所述第二电控组件和所述机器人的控制电路之间的线缆通过所述滑环连接；所述连接杆穿设且固定于所述滑环的内部环形轴中，所述连接杆的一端与所述第二安装壳体连接，另一端连接于所述第二编码器的输入端。
16.作为一种机器人运动控制组件的优选方案，所述第一安装壳体和所述第二安装壳体之间通过卡接或螺接方式连接。
17.另一方面，本发明提供一种机器人，包括上述任一方案中的机器人运动控制组件。
18.本发明的有益效果为：
19.本发明提供一种机器人运动控制组件，该机器人运动控制组件包括第一控制组件，第一控制组件包括第一安装壳体、第一反馈组件、第一弹性件和绳索，第一安装壳体用于和机器人可拆卸连接；第一反馈组件设于第一安装壳体，绳索一端连接于第一反馈组件的输入端，另一端用于使用者手持；机器人相对使用者之间的距离发生变化时，第一反馈组件动作，控制器根据第一反馈组件的动作向机器人发出第一指令，第一弹性件设于第一反馈组件的输入端和第一安装壳体之间，用于使第一反馈组件的输入端复位。
20.该机器人运动控制组件，通过第一反馈组件的设置，使得当机器人和使用者之间的距离发生变化时，绳索能够张紧或者松弛，驱动第一反馈组件的输入端动作，并在第一弹性件的作用下，使得第一反馈组件的输入端复位，在第一反馈组件的输入端动作的过程中，控制器向机器人发出运动指令，并且第一弹性件的设置，还能在机器人和操作者之间产生力的缓冲。上述设置实现了机器人在自主动作时，能根据自身的运动速度和使用者的运动速度的不同向使用者反馈信息，实现了与使用者之间相互适应的互动，高度模拟了遛狗的真实状态，提高了用户体验。
附图说明
21.图1为本发明实施例中第一控制组件和第二控制组件连接状态的结构示意图；
22.图2为本发明实施例中第一控制组件和第二控制组件分离状态的结构示意图；
23.图3为本发明实施例中第一控制组件的分解结构示意图；
24.图4为本发明实施例中第一控制组件的内部结构示意图一；
25.图5为本发明实施例中第一控制组件的内部结构示意图二；
26.图6为本发明实施例中第二控制组件的分解结构示意图；
27.图7为本发明实施例中第二控制组件的内部结构示意图；
28.图8为本发明实施例中卡接座、第二弹性件和卡接件相对位置示意图；
29.图9为本发明实施例中第一控制组件和第二控制组件的卡接结构示意图；
30.图10为本发明实施例中第一控制组件的结构示意图；
31.图11为本发明实施例中第二控制组件的结构示意图。
32.图中：
33.100、第一控制组件；101、第一底座；102、第一弹性件；103、绳索；104、第一编码器；105、第一转轴；106、轴套；107、卡环；108、第一盖体；109、防刮件；110、第一电控组件；111、卡接座；112、第二弹性件；113、卡接件；114、拉线；115、连接轴；116、固定轴；
34.200、第二控制组件；201、第二底座；202、第三底座；203、第二盖体；204、第二编码器；205、第四底座；206、轴承；207、转接座；208、第二电控组件；209、滑环；210、连接杆。
具体实施方式
35.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
39.实施例一
40.市面上大多数机器人控制方式为遥控器控制，遥控器多为整体式，且只存在单一
操作模式，即只能通过摇杆或按钮控制机器人运动。其中一部分遥控器体积大、结构复杂，不易携带和操作；还有部分遥控器摇杆或按键较多，操作性差。并且，所有的遥控器不能在被控机器人自主运动情况下，根据其本身的运动状态做出相应反馈信号，降低了用户的“遛狗”体验。
41.如图1-5所示，本实施例提供一种机器人运动控制组件，该机器人运动控制组件包括第一控制组件100，其中，第一控制组件100包括第一底座101、第一反馈组件、第一弹性件102和绳索103，第一底座101用于和机器人可拆卸连接；第一反馈组件设于第一底座101，绳索103一端连接于第一反馈组件的输入端，另一端用于使用者手持；机器人相对使用者之间的距离发生变化时，第一反馈组件动作，控制器根据第一反馈组件的动作向机器人发出第一指令，第一弹性件102设于第一反馈组件的输入端和第一底座101之间，用于使第一反馈组件的输入端复位。本实施例中，机器人可以为狗的形状，当然，在其他实施例中，还可以为其他动物的形状，并不以此为限。其中，需要说明的是，第一控制组件100通过第一电控组件110和控制器之间电连接和/或通信连接，以将第一反馈组件的信号传递至控制器。具体地，第一电控组件110设于第一底座101，第二电控组件208设于机器人，当第一底座101和机器人连接时，第一电控组件110和第二电控组件208电连接和/或通信连接。其中，第一电控组件110为设有公接头，第二电控组件208设有母接头。当然，第一电控组件110也可以通过无线通信的方式和控制器连接。考虑到成本和信号传输效果，本实施例优选有线传输方式，下文也仅针对有线传输的方式进行具体说明。
42.本实施例通过第一反馈组件的设置，使得当机器人和使用者之间的距离发生变化时，绳索103张紧或者松弛，并在第一弹性件102的作用下驱动第一反馈组件的输入端动作，控制器根据第一反馈组件的输入端的动作向机器人发出指令。其中，当机器人的速度大于使用者的速度时，绳索103张紧，此时，控制器向机器人降低速度或者停止运动的指令，使用者也可以在感受到绳索103张紧之后提高自己的速度，从而实现了机器人在自主动作时，能根据自身的运动速度和使用者的运动速度的不同向使用者反馈信息，实现了与使用者之间相互适应的互动，高度模拟了遛狗的真实状态，提高了用户体验。
43.除此以外，机器人运动控制组件类似一条牵狗的安全绳，为长条状结构，盘起来时体积小，易携带；并且结构简单，没有复杂的按钮和摇杆，在控制过程不需要操作摇杆或按钮，便于操作。
44.关于第一反馈组件，可以有多种实施方式，本实施例提供了一种实施方式，其中，第一反馈组件包括第一编码器104和第一转轴105，第一编码器104设于第一底座101，第一转轴105通过轴套106和卡环107转动设于第一底座101且和第一编码器104的输入端连接，其中，轴套106套设于第一转轴105的两端，卡环107卡接于第一转轴105的两端且位于轴套106外侧。绳索103一端绕设于第一转轴105；机器人相对使用者之间的距离发生变化时，绳索103通过第一转轴105带动第一编码器104转动，控制器根据第一编码器104的动作向机器人发出第一指令，第一弹性件102设于第一转轴105和第一底座101之间，用于使第一转轴105复位。第一编码器104的设置使得绳索103的延伸方向和第一转轴105的延伸方向可以垂直，在第一弹性件102的作用下，使得绳索103和第一转轴105之间的连接关系类似卷尺，当绳索103张紧时，第一转轴105转动使得绕设于绳索103卷出，当绳索103松弛时，又会卷绕在第一转轴105上，基于上述关系，使得使用者和机器人之间的距离增加时，第一转轴105的转
动，带动第一编码器104转动，控制器则根据第一编码器104转动的角度判断机器人和使用者之间的拉力，进而向机器人发出减速或者停止运动的指令。由于第一转轴105连接有第一弹性件102，当第一转轴105转动时，第一弹性件102储能，此时，使用者和机器人之间存在一定的拉力，从而能给使用者带来真实的遛狗感受。
45.其中，第一编码器104转动的角度对应的力和第一弹性件102的弹性正相关。第一编码器104转动角度越大，使用者感受到的拉力越大，此时，控制器控制机器人减速越大甚至控制机器人停止。
46.当然，第一编码器104转动的角度对应的力也可以根据需求设置，通过第一弹性件不同的弹性系数给使用者带来不同力度的反馈，以为使用者带来不同的遛狗感受。示例性地，当弹性系数较大时，机器人的功率较大，能产生较大的拉力，以此模拟体型较大的狗；反之亦然。
47.关于第一反馈组件，还可以通过滑动电阻或者位置传感器的形式来反馈机器人相对使用者之间距离的变化，也可以通过弹性件使得滑动电阻的输入端或传感器的输入端复位。其中，滑动电阻的绳索103的一端连接输入端，且滑动电阻的输入端和第一底座101之间设有第一弹性件102。控制器可以根据电阻的变化控制机器人的速度。
48.当然，考虑到加工成本和模拟效果，本实施例优选编码器形式的反馈组件，下文也仅以编码器为例对反馈组件进行具体说明。
49.关于编码器的选择，本实施例中，第一编码器104包括滚轮编码器，第一控制组件100还包括连接轴115，连接轴115一端和第一转轴105连接，另一端穿设于滚轮编码器的转动孔中。其中，连接轴115插接于滚轮编码器的内孔，且连接轴115的形状和滚轮编码器的内孔的形状均为非圆形。需要说明的是，滚轮编码器能测量连接轴115转动的角度，其结构和工作原理为本领域技术人员所熟知，因此，针对滚轮编码器的结构在此不再赘述。
50.优选地，第一弹性件102为弹簧，第一控制组件100还包括拉线114，拉线114的一端与第一转轴105连接，另一端和弹簧的一端连接，弹簧的另一端连接于第一底座101。具体地，拉线114的一端固定且绕设于第一转轴105。弹簧的设置便于计算弹簧的形变量对应的力。另外，弹簧便于安装，且可以充分利用第一底座101的结构，减小占用的空间。具体地，第一底座101内设有固定轴116，弹簧的另一端勾设于固定轴116，安装效率高。在本实施例的其他实施方式中，第一弹性件102还可以为扭簧，扭簧一端连接于第一转轴105，另一端连接于第一底座101。
51.可选地，第一控制组件100还包括第一盖体108，第一盖体108盖设于第一底座101，并与第一底座101围设成第一安装壳体，第一编码器104、第一转轴105和第一弹性件102均位于第一安装壳体内，第一盖体108设有贯穿第一盖体108的通孔，绳索103穿过通孔。借助上述设置，能对第一编码器104、第一转轴105和第一弹性件102提供保护，防止受到外部冲击。当然，第一编码器104、第一转轴105和第一弹性件102的另一端还可以连接于第一盖体108。关于通孔的设置，本实施例中，可选地，第一盖体108设有第一通槽，第一底座101设有第二通槽，第一盖体108盖设于第一底座101时，第一通槽和第二通槽围设成通孔。该设置使得绳索103更容易安装。
52.为避免绳索103对第一盖体108产生摩擦，本实施例中，进一步地，第一控制组件100还包括防刮件109，防刮件109包括防刮筒和设于防刮筒一端外侧的翻边，防刮筒穿设于
通孔，且翻边抵接于第一盖体108的外表面，绳索103穿设于防刮筒。
53.为模拟更加真实的遛狗体验，当机器人的运动方向发生变化时，也需要向使用者提供一定的反馈。为此，结合图6-图7所示，本实施例中，机器人运动控制组件还包括第二控制组件200，第二控制组件200包括第二底座201、第三底座202和第二编码器204，第二编码器204通过第三底座202固定于机器人，第二底座201一端连接于第二编码器204的输入端，另一端可拆卸连接于第一底座101，当机器人的运动导致绳索103绕自身轴线转动时，第一底座101相对第二底座201转动，带动第二编码器204的输入端转动，控制器根据第二编码器204的动作向机器人发出第二指令。借助上述结构的设置，在机器人的行走方向发生变化时，在使用者的手中的绳索103的作用下，第二编码器204的输入端会发生转动，此时，控制器根据第二编码器204转动的角度向机器人发出第二指令，以控制机器人调整运动方向，以和使用者的运动方向保持一致。
54.作为优选，第二控制组件200还包括第四底座205和轴承206，第四底座205固定于机器人，第四底座205设有安装座，轴承206的外圈设于安装座内，第二底座201连接于轴承206的内圈。该设置使得第二编码器204的输入端仅会受到转动的力，不容易被破坏。优选地，第二控制组件200还包括转接座207，转接座207固设于轴承206的内圈，且和第二底座201螺接。转接座207的设置使得第二底座201的结构简单，易生产。
55.本实施例中，可选地，第一控制组件100中设置有第一电控组件110，用于将第一反馈组件的信号进行处理和/或传输，第一电控组件110设于第一底座101，且和第一反馈组件电连接和/或通信连接，第二控制组件200的第二电控组件208设于第二底座201且和控制器电连接和/或通信连接，第一底座101与第二底座201连接时，第一电控组件110与第二电控组件208之间电连接和/或通信连接。上述设置能实现第一反馈组件的信息能传递至控制器。除此以外，上述设置还能通过机器人的电源对第一控制组件100供电，进而无需对第一控制组件100单独供电，免去对第一控制组件100充电或更换电池的烦恼。最后，当第一控制组件100和机器人分离后，机器人的外观保持完整，没有外漏的控制线，提高了机器人美观性。
56.作为优选，第二控制组件200还包括滑环209和连接杆210，滑环209固设于第三底座202，第二电控组件208和机器人的控制器之间的线缆通过滑环209连接；连接杆210穿设且固定于滑环209的内部环形轴中，连接杆210的一端与第二底座201连接，另一端连接于第二编码器204的输入端。借助上述设置，能实现第二底座201的360度旋转，且不会对线缆产生干扰。可选地第二底座201设有第一连接槽，连接杆210的一端插装于第一连接槽内，连接杆210的另一端设有第二连接槽，第二编码器204的输入端可以为输入轴，输入轴插装于第二连接槽内。其中，第一连接槽和第二连接槽的截面形状均为非圆形，且连接杆210和第一连接槽连接端的截面形状与第一连接槽相同，输入轴的截面形状与第二连接槽相同。
57.其中，控制器和第二编码器204电连接和/或通信连接，通过第一电控组件110和第二电控组件208的连接实现与第一编码器104的电连接和/或通信连接。由于第一编码器104或第二编码器204均能实现角度的测量，所以还可以由其他能产生角度信号的传感器替代，并不以此为限。
58.第二控制组件200还包括第二盖体203，第二盖体203盖设于第二底座201，并围设成第二安装壳体，第二盖体203设有第二孔，第二电控组件208位于第二安装壳体内，第二电
控组件208与第一电控组件110连接的一端穿设于第二孔。本实施例中，第一盖体108设有第一孔，第一电控组件110与第二电控组件208连接的一端穿设于第一孔。第二电控组件208可以设置在第二盖体203或者第二底座201上。
59.结合图8-图11所示，关于第一底座101和第二底座201之间的连接关系，本实施例中，优选地，第一底座101和第二底座201之间通过卡接或螺接方式连接。螺接的方式较为常规，对于本领域的技术人员来说较为熟悉，故在此不再赘述。本实施例中以卡接为例进行进一步地说明，第一控制组件100还包括卡接座111、第二弹性件112和两个卡接件113，卡接座111固设于第一底座101，两个卡接件113均滑动设于卡接座111，且能相互靠近或远离，第二弹性件112设于两个卡接件113之间，用于使两个卡接件113相互远离，两个卡接件113一端的挂钩相背设置，第二盖体203设有避让孔，使用者的手能穿过避让孔按压两个卡接件113，以使得两个卡接件113相互靠近；第二底座201设有两个相对设置的挂孔，第一底座101和第二底座201抵接时，卡接件113的挂钩卡接于挂孔内。其中，第二弹性件112为弹簧。
60.可选地，上述各零部件之间的固定连接可以为螺钉、铆接、焊接或卡扣等形式，并不做具体的限定。
61.实施例二
62.本实施例还提供一种机器人，包括机器人本体以及能够控制该机器人的上述方案中的机器人运动控制组件。
63.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。