保险杠系统和具有保险杠的装置

技术领域

本发明涉及保险杠系统。更具体地，本发明涉及应用于机器人装置的保险杠系统。

背景技术

以下对本发明的背景的讨论仅旨在促进对本发明的理解。应该理解的是，讨论不是认同或承认所引用的任何材料在发明的优先权日期在任何管辖区被公布、已知或属于本领域技术人员的公知常识的一部分。

任何一种机器人(或者说，自动操作装置)或装置中的缓冲机构(或保险机构)通常都包括不同形式的机械弹簧。弹簧可能包括拉伸弹簧、压缩弹簧和弹簧钢制成的弹簧。然而，这种缓冲机构只允许在一个方向上压缩。为了允许在不止一个方向上压缩，即多个方向，缓冲机构可以使用安装在不同平面上的不同弹簧制成，这样缓冲机构可以在许多不同方向上压缩，并且仍然可以返回到相同的原点。这种缓冲机构的设计通常很复杂，并且有许多运动部件。因此，它更容易发生故障并且价格昂贵。

为了缓解这一问题，已经提出了不同的解决方案。Byun的发明名称为“Bumperdevice for automated guided vehicle(用于自动导向车辆的保险杠装置)”的美国专利US6,739,635中公开了一种解决方案。自动导向车辆(AGV)的保险杠装置包括与AGV车身结合的保险支撑构件和支撑在保险支撑构件上的保险器。保险装置还包括安装在保险支撑构件上并可移动地支撑保险器的移动支撑装置，以及感测缓冲器移动的移动传感器。因此，保险杠装置迅速感测并有效地吸收来自多个方向的冲击。然而，这种解决方案的设计仍然很复杂，制造成本很高。

因此，需要一种保险杠系统，至少部分地解决一个或多个上述问题。

发明内容

根据本公开的一方面，提供了一种保险杠系统。保险杠包括具有一个或多个第一构件的支架。保险杠还包括具有一个或多个第二构件的保险杠。在没有向保险杠施加力时，由于一个或多个第一构件和一个或多个第二构件之间的磁吸引力，保险杠可由支架保持在相对于支架的静止位置。当向保险杠施加力时，保险杠可从静止位置向支架移动。当从保险杠移除力时，一个或多个第一构件和一个或多个第二构件之间的磁吸引力使保险杠返回静止位置。保险杠系统还包括安装在支架或保险杠上的一个或多个传感器，用于检测保险杠从静止位置的移动。

在保险杠系统的一些实施例中，保险杠包括具有一个或多个第二构件的安装座，以及可拆卸地安装到安装座上的板。

在保险杠系统的一些实施例中，板通过安装座或板上的一个或多个磁体(或磁铁)可拆卸地安装在支架上。

在保险杠系统的一些实施例中，保险杠系统具有中心轴，其中一个或多个第一构件包括四个第一构件，其中一个或多个第二构件包括四个第二构件。四个第一构件中的两个位于支架的第一表面上中心轴的两侧。四个第一构件中的另外两个位于支架的与第一表面相对的第二表面上中心轴的两侧。四个第二构件位于保险杠上，使得它们与四个第一构件相互作用，以使保险杠保持在静止位置。

在保险杠系统的一些实施例中，一个或多个传感器包括位于支架或保险杠的中心轴的两侧的两个传感器。当力施加到保险杠的中间位置时，两个传感器都是可被启动的，而当力施加到保险杠的一侧时，只有一个传感器是可被启动的。

在保险杠系统的一些实施例中，两个传感器安装在支架或保险杠的表面上，这些表面相对于中心轴倾斜。

在保险杠系统的一些实施例中，保险杠相对于支架的移动受到限制，以确保当力从保险杠上移除时，至少一个第一构件和至少一个第二构件之间有足够的磁吸引力，使保险杠恢复到静止位置。

在保险杠系统的一些实施例中，支架或保险杠在其中包含一个空腔，支架和保险杠中的另一个包含一个凸起(projection)，凸起伸入(projects)入空腔，凸起的运动被限制在空腔的边界内，从而限制了保险杠相对于支架的运动。

在保险杠系统的一些实施例中，第一构件和第二构件中的一个或两个是磁体。

在保险杠系统的一些实施例中，磁体的最大磁能积约为N45。

根据本发明的另一个方面，提供了一种装置，根据上述任何实施例的保险杠系统可以安装在该装置上。该装置可以是机器人、自动驾驶车辆、自动导向车辆、汽车、自动门、触觉地板凹陷感测装置或生产线传送带。

结合附图，通过举例说明本发明的原理，从以下详细描述中，本发明的其他方面和优点将变得显而易见。

附图说明

参考附图，可以更好地理解本发明，其中：

图1是根据一个实施例的包括支架、安装座和保险杠板的保险杠系统的爆炸等距图；

图2为从图1中箭头A的方向看到的图1中保险杠系统的侧视图；

图3为图1所示保险杠系统在组装状态下的平面图；

图4为图3中保险杠系统沿图3中A-A线的横截面图；和

图5为图1中安装保险杠系统的机器人装置的等距图。

具体实施方式

在本文件中，除非另有相反说明，否则术语“包括”、“由......组成”、“具有”等相关描述应被解释为非穷尽的，或者换句话说，是指“包括但不限于”。

此外，除非上下文另有要求，否则在本说明书中，“包括(include)”一词或其变体，如“包括(includes)”或“包括(including)”，将被理解为暗示包括所陈述的整数或整数组，但不排除任何其他整数或整数组。

以下描述涉及“耦合(或连接，coupled)”在一起的元件或部件。除非另有明确说明，否则本文所用的“耦合”是指一个元件/部件直接或间接地连接到另一个元件/部件，不一定是指直接的机械连接。耦合的元件/部件被理解为相互影响。因此，虽然图1描绘了元件的一种示例性布置，但在所描绘的主题的实施例中可能存在其他中间元件、装置、特征或组件。

此外，某些术语也可能在以下描述中仅用作参考，因此并非意在限制。例如，“上”、“下”、“上面”和“下面”等术语是指图中以相同但任意的参考系为参考的方向。这些术语可能包括上面特别提到的词、其衍生词和类似含义的词。同样，术语“第一”、“第二”和其他指结构的数字术语并不意味着顺序或次序，除非上下文明确指出。

除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本文主题所属的技术人员通常理解的相同含义。

如图所示，本发明可以在简单可靠的保险杠(bumper)系统中实施。现有的保险杠系统在设计上往往很复杂，而且很昂贵。参考图1至图4，保险杠系统包括具有一个或多个第一构件(members)的支架、具有一个或多个第二构件的保险杠和一个或多个传感器。当没有向保险杠施加力时，由于一个或多个第一构件和一个或多个第二构件之间的磁吸引力，保险杠可以由支架保持在相对于支架的原始或静止位置(rest position)。当向保险杠施加力时，保险杠可以从静止位置朝向支架移动。当从保险杠上移除力时，一个或多个第一构件和一个或多个第二构件之间的磁吸引力使保险杠回到静止位置。一个或多个传感器安装在支架或保险杠上，用于检测保险杠从静止位置的移动。

具体而言，图1-4显示了根据本公开实施例的保险杠系统2。保险杠系统2包括支架4和保险杠6。保险杠6包括安装座8和可拆卸地连接到安装座8的保险杠板10。支架4包括第一端块12和第二端块14，第二端块14通过连接壁16连接到第一端块12。从每一个第一端块12和第二端块14的一端延伸的是横向延伸的突出部(或者说向外延伸的突出部，laterallyextending protrusions)20，其允许支架4可拆卸地安装到可移动装置，例如图5所示的机器人装置22。每个第一端块12和第二端块14都包括延伸穿过端块12、14的高度的细长凸起部分26。在凸起部分26的每一端是孔28。在支架4的两个端块12、14的两个凸起部分26上，总共有四个这样的孔28，两个在端块12的上表面，两个在端块14的下表面。支架4还包括四个第一构件30，每个第一构件30都容纳在四个孔28中的一个中。在这个实施例中，每个第一构件30都是沉头的圆盘磁体(countersunk disc magnet)30。端块12、14中的每个孔28的深度都大于沉头的圆盘磁体30的高度，使得当圆盘磁体30被容纳在孔28中并停靠/静止在其底部时，圆盘磁体30的顶面低于端块12、14的表面，即偏离端块12、14的表面。使用任何合适的紧固件(如但不限于粘合剂、螺钉等)将圆盘磁体30固定在孔28内。例如，本实施例中使用埋头螺钉(或者说，沉头螺钉)31将圆盘磁体(或圆盘磁体)30固定在孔28中。圆盘磁体30的最大磁能积可以是N45。支架4的中心轴32穿过连接壁16，第一组四个圆盘磁体30中的两个位于支架4上表面的中心轴32的两侧，第一组四个圆盘磁体30中的另两个位于支架4的与顶面相对的下表面的中心轴32的两侧。摩擦减少带(Friction reducing tapes)，例如但不限于iglidur摩擦带(一种商标产品，可从Igus GmbH公司获得)，连接在端块12、14的顶面和底面，以覆盖每个孔28的开口。然而，本领域的技术人员将容易理解，其他类型的带或材料可以应用于顶面和底面的任何部分，以减少支架4和安装件8之间的摩擦。

邻近第一和第二端块12、14的每个凸起部分26的是倾斜壁42。每个倾斜壁42包括其中限定的腔。倾斜角可以相对于中心轴32大约45度，但其他角度也可以。每个腔中安装有传感器44，例如但不限于光电传感器44。两个传感器44位于支架4的中心轴32的两侧。旋转到倾斜壁42的表面上的是启动杆(或操纵杆)46。启动杆46由位于腔中的螺旋弹簧48偏置，以从倾斜壁42凸出。在螺旋弹簧48的力的作用下，启动杆46可以向腔内的光电传感器44移动。如本领域技术人员所知，光电传感器44包括光发射器和与光发射器相对的光接收器。光发射器可以被激活，以向光接收器发送光脉冲。当启动杆被偏置远离光电传感器44时，光发射器发出的光脉冲被光接收器接收。当启动杆46被推向光电传感器44时，从启动杆46的远端伸出的挡板50将进入光发射器和光接收器之间，以阻挡光发射器发出的光，使其不被光接收器接收。这样，光电传感器44可用于检测启动杆46的位置，无论其远离光电传感器44还是被推到光电传感器44上。在第一和第二端块12、14的顶面和下表面是半圆形腔52，但任何其他形状的腔也可以。

接下来详细描述安装座8。安装座8包括弯曲主体60。从弯曲主体60的正面(或顶部，top side)伸出的是顶板62。从弯曲主体60的底面伸出的是底板64。在顶板62的下表面上限定了两个孔。在底板64的上表面上限定了另外两个孔66。第二组四个第二构件70被容纳在安装座8的顶板62和底板64中的这四个孔66中。这四个第二构件70被放置在安装座8上，使其与第一组四个圆盘磁体30相互作用，以使安装座8保持在相对于支架4上的静止位置。在这个实施例中，每个第二构件70都是像支架4中使用的圆盘磁体30那样的圆盘磁体70。当被容纳在孔66中时，圆盘磁体70的顶面至少与该表面基本齐平。顶板62还包括两个通孔72。底板64包括另外两个通孔72。

弯曲主体60中还设有四个孔74，且位于弯曲主体60与顶板62和底板64相对的一侧。这四个孔74中的每一个都靠近弯曲主体60的各个角，但它们也可以位于弯曲主体60上的任何位置。这些孔74容纳第三组圆盘磁体76，如之前所述的圆盘磁体30、70。弯曲主体60的中间部分设有凹槽78。簧片开关80安装在凹槽78中。

接下来详细描述保险杠板10。保险杠板10包括前部82、从前部82的两端向后延伸的第一侧部84和第二侧部86。四个孔88形成在保险杠板10的前部82的内表面上。孔88容纳第四组圆盘磁体(未显示)，类似于前面描述的圆盘磁体30、70、76。第五个孔90形成在内表面上，这个第五个孔90同样容纳圆盘磁体(未显示)。支架4、安装座8和保险杠板10可以用ABS塑料或其他非磁性材料模压成型，包括但不限于聚乳酸(PLA)塑料、乙缩醛塑料(例如，杜邦公司的商标产品Delrin)、铝、具有合理高的邵氏硬度的橡胶等。

在组装过程中，支架4和安装座8被组装在一起，使得支架4被容纳在安装座8的顶板62和底板64之间的空间中。支架4的第一组四个圆盘磁体30和安装座8的相应第二组四个圆盘磁体70之间的磁吸引力将支架4固定在安装座8的顶板62和底板64之间的位置。换句话说，第一组圆盘磁体30和第二组圆盘磁体70将确保安装座8保持在支架4上的静止位置，如图4所示。为了实现磁吸引力，每对直接面对的磁体30、70将具有相反的朝外磁极。当处于静止位置时，安装座8可拆卸地安装在支架4上，使其可在XY平面内滑动。在安装座8的静止位置，安装座4的顶板62和底板64中的通孔72也与支架4的相应腔52对齐。长度大于通孔72长度的盖头螺钉94被插入安装座8中的四个通孔72中。每个盖头螺钉(帽头螺钉)94的一端将突出到支架4中的相应腔52中。通过这种方式，支架4被固定在安装座8的顶板62和底板64之间，并且如果不首先移除这四个盖头螺钉94，支架4和安装座8将无法分离。在安装座8的静止位置，凸起部分26也与安装座8的弯曲主体60的内表面隔开，为安装座8朝支架4向后移动提供间隙，如图3所示。并且，由于支架8的盖头螺钉94的突出端仅在支架4的相应腔52的范围内自由移动，支架8相对于支架4在XY平面内的移动由此受到限制。在安装座8的静止位置，每个启动杆46由相应的螺旋弹簧48向外偏置，使得光电传感器44的光发射器所发出的光不会被阻挡，而允许与光发射器接触以指示安装座8位于所述静止位置。

通过将安装座8上的第三组圆盘磁体76与保险杠板10上的相应的第四组圆盘磁体(未显示)对齐，将保险杠板10连接到安装座8上。两组圆盘磁体76之间的磁吸引力将使得保险杠板10可拆卸地安装到安装座8上。当以这种方式安装时，与安装座的簧片开关80相邻的保险杠板10的第五组圆盘磁体(未显示)，将导致簧片开关80被启动。簧片开关80的启动表明保险杠板10已正确安装到安装座8上。

在使用过程中，保险杠系统2通过支架4的横向延伸的突出部20安装到设备(或装置)22的前部，例如图5所示的机器人设备22。机器人设备22读取簧片开关80的状态。如果簧片开关80的状态表明其由于保险杠板10安装到安装座8上而被启动，则机器人设备22可以继续移动以执行其任务，例如但不限于清洁、吸尘、拖地、运输货物、消毒等。如果簧片开关80的状态表明其没有被启动，则机器人设备22可以提示用户，例如通过机器人设备22显示器上的适当错误或警告消息，在允许其移动之前安装保险杠板10。随着机器人设备22在地面上移动，它可能会遇到其路径上的任何障碍。障碍物可能直接位于机器人设备22的前方或朝向机器人设备22的一侧。如果检测到任何光电开关44被启动，则机器人设备22知道它遇到了障碍物。机器人设备可以检测到保险杠板10和安装件8的移动方向，以便通过检测到哪个光电传感器44被启动来确定障碍物的位置。如果由于保险杠板10的前部82(其为中间位置)撞击障碍物而同时检测到两个光电传感器44被启动，则这会向机器人设备22表明障碍物至少位于机器人设备22的前方。然后机器人设备可以相应地移动以避开障碍物。然而，如果由于保险杠板10的两个侧部84、86中的一个撞击障碍物，两个光电传感器44中只有一个被启动，这将向机器人设备22指示障碍物朝向，因此向机器人设备22的一侧施加力，然后机器人设备22可以相应地调整其位置。例如，如果保险杠板10的第二侧部86撞击障碍物，由于其上的力，支架8将被推向右侧，仅启动左侧的光电传感器44。如果保险杠板10的第一部分84撞击障碍物，支架8将被沿相反方向向左推，仅启动右侧光电传感器44。撞击障碍物后，机器人设备22将调整其位置，直到检测到两个光电传感器44不再被启动。当机器人设备22远离障碍物并且力不再施加到保险杠板10上时，就会发生这种情况。如前所述，安装座8和保险杠板10相对于支架4的运动受到限制，这确保了当从保险杠板10上移除力时，支架4上的第一组圆盘磁体30和第二组圆盘磁体70之间有足够的磁吸引力，以使安装座4和保险杠板10返回静止位置。

有利地，保险杠系统2没有弹簧，因此设计简单，成本相对较低。无论推动保险杠板10的方向如何，圆盘磁体30、70之间的磁吸引力都允许保险杠板10回到静止位置。光电传感器44的定位也允许使用两个传感器44来检测保险杠板10的左侧、中心和右侧的障碍物。与弹簧不同，弹簧的循环寿命有限，磁体在大约一百年内只会损失一小部分的可用力。因此，使用磁体的保险杠系统2更耐用。

虽然本发明被描述为在上述实施例中实施，但不应被解释为仅限于此。应该理解的是，在不脱离本发明范围的情况下可以进行修改和改进。

例如，尽管在图1的实施例中描述了在每个支架、安装座和保险杠板上使用四组磁体，但也可以使用不同数量的磁体，如一个、两个、三个或五个以上。每个磁体也可以具有与圆盘磁体30不同的形状、尺寸和强度。

在另一个实施例中，第一构件和第二构件之间的磁吸引力被描述为由两个相应的圆盘磁体30、70提供。然而，本领域技术人员将理解，第一构件30或第二构件70可以由磁性金属代替。这种磁性金属可以包括但不限于铁、钴、镍等。

在另一个实施例中，用于检测安装座8的位置的两个传感器44可以是除光电传感器44以外的任何传感器。例如，也可以使用机电限位开关和其他类似的传感器，如接近传感器。传感器44也不限于如所描述的位于支架4上。一个或两个传感器44可以位于安装座8上。在其他实施例中，可以使用更多或更少的两个传感器。在一些实施例中，可以使用能够检测来自多个不同方向的冲击(或者说影响)的一个传感器。

在另一个实施例中，本实施例中的保险杠6被描述为两个单独的部分，即，与安装座8连接的保险杠板10。然而，在其他实施例中，保险杠板10和支架8可以一体成型。

在另一个实施例中，保险杠系统2的尺寸可以在几厘米到几米的范围内。

在另一个实施例中，虽然保险杠系统2被描述为用于机器人22，但不应被解释为仅限于此。保险杠系统2可用于任何移动设备，例如但不限于自主清洁机器人、自动驾驶车辆、自动导引车辆、汽车、自动门、触觉地板凹陷感测装置(a tactile floor depressionsensing device)、用于检测其上可能来自任何方向的物体的生产线传送带。

本领域技术人员应进一步意识到，上述修改或改进中的一个或多个(并非相互排斥)可以进一步组合以形成本发明的其他实施例。