CN106292669B - 智能底盘结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能底盘结构，属于智能机器人领域。该智能底盘结构包括：底板组件、第一组红外接近传感器、多个红外测距传感器以及多个灰度传感器；第一组红外接近传感器、多个灰度传感器以及多个红外测距传感器均安装在底板组件的底部，且均位于底板组件边缘的内侧；底板组件包括后端底盘、前端铲板以及可以控制前端铲板相对后端底盘向上翘起的数字舵机，前端铲板通过数字舵机固定在后端底盘的前端。本发明提供的智能底盘结构，将底板组件分为活动连接的两部分，可以根据不同的路况，由数字舵机将前端铲板抬起不同的角度,从而实现稳定爬坡或者通过障碍。

Description

智能底盘结构

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，尤其涉及一种智能底盘结构。

背景技术

在人工智能领域，例如智能机器人、无人驾驶汽车、武术擂台赛小车等领域，需要上述智能设备能够侦测周围环境，自主调整运动方向，智能底盘结构即是完成上述功能的一种智能设备。

现有技术中的智能底盘结构存在诸多问题：

1，智能底盘结构上的传感器分布不够紧凑，存在外部突出部分，在运动过程中经常损坏传感器；

2，智能底盘结构的底板为一体结构，面对陡坡时，在底板的前端刚刚进入陡坡底部时，容易与坡面发生碰撞；同时，在面对障碍物时，也仅能绕行，很难实现穿越；

3，智能底盘结构的传感器布局不够合理，存在检测盲区，如果有移动物体在检测盲区接近时，无法采取措施进行有效躲避；而且，在边缘检测问题上无法准确判断边缘位置和智能底盘结构的朝向，因此，不能按预先设定的路径准确稳定的运行；

4，伺服电机与轮子相连后垂直于地面安装，由于存在机械误差，智能底盘结构在行进与转向的过程中不能精确的按照指令运行，存在较大偏差；

5，智能底盘结构的重心不稳，导致智能机器人、无人驾驶汽车、武术擂台赛小车等容易侧翻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑，传感器不易损坏；而且能全面侦测周围环境，准确判断边缘位置的智能底盘结构。

为实现上述目的，本发明提供一种智能底盘结构，包括：

底板组件、第一组红外接近传感器、多个红外测距传感器以及多个灰度传感器；

所述第一组红外接近传感器、多个灰度传感器以及多个红外测距传感器均安装在底板组件的底部，且均位于底板组件边缘的内侧；

所述底板组件包括后端底盘、前端铲板以及可以控制前端铲板相对后端底盘向上翘起的数字舵机，所述前端铲板通过数字舵机固定在后端底盘的前端。

进一步地，所述第一组红外接近传感器安装在后端底盘的底部，第一组红外接近传感器中所有的红外接近传感器距地面4cm；

位于后端底盘前端的红外接近传感器的有效检测长度为25cm，且该红外接近传感器的红外线发射方向与后端底盘的正前方向存在85度夹角；

位于后端底盘后端的红外接近传感器的有效检测长度为15cm，且该红外接近传感器的红外线发射方向与后端底盘的正后方向存在65度夹角。

进一步地，所述第一组红外接近传感器共有四个，四个红外接近传感器均安装在后端底盘的底部且分别位于后端底盘的四个边角处。

进一步地，该智能底盘结构还包括第二组红外接近传感器，所述第二组红外接近传感器安装在底板组件的顶部。

进一步地，所述第二组红外接近传感器中的红外接近传感器的红外线发射方向与水平面呈45度角，且向下、向底板组件的外侧倾斜。

进一步地，所述第二组红外接近传感器共有六个，其中两个红外接近传感器安装在后端底盘远离前端铲板的一端，另外两个红外接近传感器安装在后端底盘的中部，其余两个红外接近传感器安装在前端铲板上。

进一步地，所述灰度传感器共有四个，四个灰度传感器均安装在后端底盘的底部；其中两个灰度传感器位于底板组件的纵向中心线上，另两个灰度传感器关于底板组件的纵向中心线对称，且四个灰度传感器分别位于一菱形的四个顶点处。

进一步地，所述第一组红外接近传感器、第二组红外接近传感器以及多个灰度传感器分别关于底板组件的纵向中轴线对称分布，而且，所述第一组红外接近传感器、第二组红外接近传感器以及多个灰度传感器分别关于底板组件的横向中轴线对称分布。

进一步地，该智能底盘结构还包括多个车轮以及与车轮适配的伺服电机；其中部分车轮安装在后端底盘的两侧，其余车轮安装在前端铲板的两侧；所述伺服电机的输出端与车轮驱动连接；所述车轮存在2度的内倾角。

进一步地，所述车轮上安装有挡板。

与现有技术相比，本发明提供的智能底盘结构，具有如下优点：

1，第一组红外接近传感器能够监测是否有存在障碍物，红外测距传感器用于判断障碍物的距离，多个灰度传感器测得平均灰度值，该值与场地预设灰度值进行比较，以判断智能底盘结构所处位置；第一组红外接近传感器与灰度传感器的双重检测判断使智能底盘结构对自身位置有了更准确的定位，对自身朝向有了明确的判断；

2，将底板组件分为活动连接的两部分，可以根据不同的路况，由数字舵机将前端铲板抬起不同的角度,从而实现稳定爬坡或者通过障碍；

3，第一组红外接近传感器、多个灰度传感器以及多个红外测距传感器均安装在底板组件边缘的内侧，不会向外突出，能够降低红外接近传感器被损坏的概率；

4，设置了贴地的前端铲板后，能够提高底盘结构的防撞性能，能够排除路面上的小型障碍物，因此能够适应更加复杂的路况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的智能底盘结构的仰视图；

图2为应用了本发明提供的底盘结构的智能机器人的左视图；

图3为应用了本发明提供的底盘结构的智能机器人的主视图；

图4为本发明提供的智能底盘结构的前端铲板的俯视图；

图5为应用了本发明提供的底盘结构的智能机器人的结构方框图。

附图标记：

1-底板组件； 2-第一组红外接近传感器；

3-第二组红外接近传感器； 4-红外测距传感器；

5-灰度传感器； 6-控制器；

7-驱动机构； 8-数字舵机；

9-多功能电机调试器；

11-后端底盘； 12-前端铲板；

21-底部左前红外接近传感器； 22-底部右前红外接近传感器；

23-底部左后红外接近传感器； 24-底部右后红外接近传感器；

31-顶部左前红外接近传感器； 32-顶部右前红外接近传感器；

33-顶部左侧红外接近传感器； 34-顶部右侧红外接近传感器；

35-顶部左后红外接近传感器； 41-前端红外测距传感器；

42-后端红外测距传感器； 51-左侧灰度传感器；

52-右侧灰度传感器； 53-前方灰度传感器；

54-后方灰度传感器； 71-伺服电机；

72-车轮；

10-检测系统； 20-控制系统；

30-执行系统。

具体实施方式

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。

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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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。

图1为本发明提供的智能底盘结构的仰视图；图2为应用了本发明提供的底盘结构的智能机器人的左视图；图3为应用了本发明提供的底盘结构的智能机器人的主视图；图4为本发明提供的智能底盘结构的前端铲板的俯视图；图5为应用了本发明提供的底盘结构的智能机器人的结构方框图。

如图1所示，本发明提供一种智能底盘结构，能够用于智能机器人。

该智能底盘结构包括：底板组件1、第一组红外接近传感器2、多个红外测距传感器4以及多个灰度传感器5；

第一组红外接近传感器2、多个灰度传感器5以及多个红外测距传感器4均安装在底板组件1的底部，且均位于底板组件1边缘的内侧；

底板组件1包括后端底盘11、前端铲板12以及可以控制前端铲板12相对后端底盘11向上翘起的数字舵机8，前端铲板12通过数字舵机8固定在后端底盘11的前端。

与现有技术相比，本发明提供的智能底盘结构，具有如下优点：

1，第一组红外接近传感器2能够监测是否有存在障碍物，红外测距传感器4用于判断障碍物的距离，多个灰度传感器5测得平均灰度值，该值与场地预设灰度值进行比较，以判断智能底盘结构所处位置；第一组红外接近传感器2与灰度传感器5的双重检测判断使智能底盘结构对自身位置有了更准确的定位，对自身朝向有了明确的判断；

2，将底板组件1分为活动连接的两部分，可以根据不同的路况，由数字舵机8将前端铲板12抬起不同的角度,从而实现稳定爬坡或者通过障碍；

3，第一组红外接近传感器2、多个灰度传感器5以及多个红外测距传感器4均安装在底板组件1边缘的内侧，不会向外突出，能够降低红外接近传感器被损坏的概率；

4，设置了贴地的前端铲板12后，能够提高底盘结构的防撞性能，能够排除路面上的小型障碍物，因此能够适应更加复杂的路况。

需要说明的是，本发明提供的智能底盘结构，适用于智能机器人、智能玩具、无人驾驶汽车等领域。

如图2和图3所示，在本实施例中，该智能底盘结构还包括六个车轮72以及六个与车轮72一一对应的伺服电机71，车轮72与伺服电机71构成底盘结构的驱动机构7；

其中四个车轮72安装在后端底盘11的两侧，两个车轮72安装在前端铲板12的两侧；伺服电机71的输出端与车轮72驱动连接。此外还适配两个多功能电机调试器9，其安装满足重心对称原则。

两个多功能电机调试器9在底盘上按中心线对称分布，两个多功能电机调试器9安装在底板组件1的后方。

如图4所示，在本实施例中，车轮72存在2度的内倾角，即轮子与竖直方向存在2度夹角。相比于车轮72垂直于地面的底盘结构，本发明的底盘结构在直线行驶过程中走的更直，在转弯过程中更稳定快速，在发生碰撞时受到的影响更小。

在本实施例中，车轮72上安装有挡板。挡板能够增加底盘结构的防撞性能。

参阅图1，在本实施例中，第一组红外接近传感器2共有四个，分别为底部左前红外接近传感器21、底部右前红外接近传感器22、底部左后红外接近传感器23以及底部右后红外接近传感器24；底部左前红外接近传感器21和底部右前红外接近传感器22分别安装在后端底盘11底部的前端两侧，底部左后红外接近传感器23和底部右后红外接近传感器24分别安装在后端底盘11底部的后端两侧。

底部左前红外接近传感器21和底部右前红外接近传感器22用于检测智能底盘结构侧前方环境，两个红外接近传感器距地面4cm，且二者的红外线发射方向与后端底盘11的正前方向存在85度夹角；此角度为在碰撞发生时这两个红外接近传感器不受影响且能转动的最大角度，上述距地面的高度及红外线发射方向能够尽早检测到侧前方的情况；

而且，底部左前红外接近传感器21和底部右前红外接近传感器22的有效检测长度为25cm，当底部左前红外接近传感器21检测到紧贴着本智能底盘结构的物体时，会后退一个车轮72的距离然后原地左转向以前端铲板12的左边沿撞击物体，当在最远检测距离25cm远处检测到物体时，智能底盘结构会后退一个车轮72的距离然后原地左转向以前端铲板12的左边沿撞击物体。因此，在底部左前红外接近传感器21检测到物体后均会通过智能底盘结构的运行使物体处于前端铲板12的前方，不会出现擦身而过的情况。

底部右前红外接近传感器22的工作原理和底部左前红外接近传感器21的工作原理相同，在此不再赘述。

参阅图2和图3，在本实施例中，该智能底盘结构还包括第二组红外接近传感器3，第二组红外接近传感器3安装在底板组件1的顶部。

在底板组件1的底部和上方分别设置了一组红外接近传感器，即第一组红外接近传感器2和第二组红外接近传感器3，上下设置的两组红外接近传感器相互结合，能够全面和准确的采集底盘结构附近的信息。

具体来说，第二组红外接近传感器3共有六个，分别为顶部左前红外接近传感器31、顶部右前红外接近传感器32、顶部左侧红外接近传感器33、顶部右侧红外接近传感器34、顶部左后红外接近传感器35以及顶部右后红外接近传感器；六个红外接近传感器的红外线发射方向与水平面呈45度角，且向下、向底板组件1的外侧倾斜，通过安装高度的不同可以控制检测到边缘时智能底盘结构距边缘的距离，此时智能底盘结构距边缘的距离L等于红外接近传感器安放的高度H。

在安全区域内行驶时此6个红外接近传感器返回的值均为0，当某一个红外接近传感器返回的值变为1时，判断为此侧到边，同时查询灰度传感器55的检测数据值，判断智能底盘结构朝向，然后命令智能底盘结构向远离边缘的方向行驶。

参阅图1，在本实施例中，灰度传感器5共有四个，分别为左侧灰度传感器551、右侧灰度传感器552、前方灰度传感器553以及后方灰度传感器554；四个灰度传感器5均安装在后端底盘11的底部；前方灰度传感器553以及后方灰度传感器554位于底板组件1的纵向中心线上，左侧灰度传感器551、右侧灰度传感器552关于底板组件1的纵向中心线对称，且四个灰度传感器5分别位于一菱形的四个顶点处。

四个灰度传感器5通过公式ave＝(ad[51]+ad[52]+ad[53]+ad[54])/4计算灰度值，比较ave与场地预设灰度值得大小判断底盘结构所处位置。通过比较智能底盘结构前后两个灰度传感器5的灰度值ad[53]和ad[54]以及底盘结构左右两个灰度传感器5的灰度值ad[51]和ad[52],来判断机器人的朝向。

红外接近传感器与灰度传感器5的双重检测判断使智能底盘结构对自身位置有了更准确的定位，对自身朝向有了明确的判断。

在本实施例中，红外测距传感器4共有两个，分别为前端红外测距传感器441和后端红外测距传感器442，二者分别安装在后端底盘11的后端以及前端铲板12的前端；且红外测距传感器4的检测方向为水平，两个红外测距传感器4分别用于检测智能底盘结构正前方和正后方环境。

本发明提供的智能底盘结构，第一组红外接近传感器2、第二组红外接近传感器3以及多个灰度传感器5分别关于底板组件1的纵向中轴线对称分布，而且，第一组红外接近传感器2、第二组红外接近传感器3以及多个灰度传感器5分别关于底板组件1的横向中轴线对称分布。

上述设计的目的在于，使第一组红外接近传感器2作为一个整体的组合重心、第二组红外接近传感器3作为一个整体的组合重心、多个红外测距传感器4作为一个整体的组合重心、多个灰度传感器5作为一个整体的组合重心以及控制器6的重心相互重合。且该重心接近底板组件1的中心，使机器人具有稳定的重心，在对抗中更加稳定，不容易翻倒。

具体安装时，多个灰度传感器5以及多个驱动机构7以中心对称原则安装在底板组件1的底部，安装位置在互不影响其正常工作的前提下向中间靠拢，给底板组件1下的四个角处留出空间，将第一组红外接近传感器2安装在该空间上。

参阅图5，应用了本发明提供的底盘结构的武智能机器人，其工作原理如下：

第一组红外接近传感器2、第二组红外接近传感器3、至少两个红外测距传感器4、多个灰度传感器5构成检测系统10，底板组件1为机械支撑系统，驱动机构7与数字舵机8构成执行系统30，由控制器6构成控制系统20。

第一组红外接近传感器2、第二组红外接近传感器3用于监测是否有敌方机器人接近；红外测距传感器4用于判断敌方机器人的距离；多个灰度传感器5测得的平均灰度值，该值与场地预设灰度值得大小判断机器人所处位置。

伺服电机71与控制器6相连，第一组红外接近传感器2、第二组红外接近传感器3均与控制器6数字量接口即IO口相连，红外测距传感器4和灰度传感器5则与控制器6模拟量接口即AD口相连。

将检测系统10所采集的数据传输给控制器6，由控制器6发出指令控制执行系统30，从而使机器人对不同的情况进行相应的运动。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种智能底盘结构，其特征在于，包括：

底板组件、第一组红外接近传感器、多个红外测距传感器以及多个灰度传感器；

所述第一组红外接近传感器、多个灰度传感器以及多个红外测距传感器均安装在底板组件的底部，且均位于底板组件边缘的内侧；

所述底板组件包括后端底盘、前端铲板以及可以控制前端铲板相对后端底盘向上翘起的数字舵机，所述前端铲板通过数字舵机固定在后端底盘的前端；

所述第一组红外接近传感器安装在后端底盘的底部，第一组红外接近传感器中所有的红外接近传感器距地面4cm；

位于后端底盘前端的红外接近传感器的有效检测长度为25cm，且该红外接近传感器的红外线发射方向与后端底盘的正前方向存在85度夹角；

当底部左前红外接近传感器和右前红外接近传感器中的其中一个红外接近传感器检测到紧贴着所述智能底盘结构的物体时，所述智能底盘结构会后退一个车轮的距离然后原地向与该红外接近传感器相同的一侧转向，并以前端铲板与该红外接近传感器相同的一侧沿撞击物体；当在最远检测距离25cm远处检测到物体时，智能底盘结构会后退一个车轮的距离然后原地向与该红外接近传感器相同的一侧转向，并以前端铲板与该红外接近传感器相同的一侧沿撞击物体；

位于后端底盘后端的红外接近传感器的有效检测长度为15cm，且该红外接近传感器的红外线发射方向与后端底盘的正后方向存在65度夹角；

所述第一组红外接近传感器共有四个，四个红外接近传感器均安装在后端底盘的底部且分别位于后端底盘的四个边角处；

该智能底盘结构还包括第二组红外接近传感器，所述第二组红外接近传感器安装在底板组件的顶部；

所述灰度传感器共有四个，四个灰度传感器均安装在后端底盘的底部；其中两个灰度传感器位于底板组件的纵向中心线上，另两个灰度传感器关于底板组件的纵向中心线对称，且四个灰度传感器分别位于一菱形的四个顶点处；

所述第一组红外接近传感器、第二组红外接近传感器以及多个灰度传感器分别关于底板组件的纵向中轴线对称分布，而且，所述第一组红外接近传感器、第二组红外接近传感器以及多个灰度传感器分别关于底板组件的横向中轴线对称分布。

2.根据权利要求1所述的智能底盘结构，其特征在于，所述第二组红外接近传感器中的红外接近传感器的红外线发射方向与水平面呈45度角，且向下、向底板组件的外侧倾斜。

3.根据权利要求1或2所述的智能底盘结构，其特征在于，所述第二组红外接近传感器共有六个，其中两个红外接近传感器安装在后端底盘远离前端铲板的一端，另外两个红外接近传感器安装在后端底盘的中部，其余两个红外接近传感器安装在前端铲板上。

4.根据权利要求1所述的智能底盘结构，其特征在于，该智能底盘结构还包括多个车轮以及与车轮适配的伺服电机；其中部分车轮安装在后端底盘的两侧，其余车轮安装在前端铲板的两侧；所述伺服电机的输出端与车轮驱动连接；所述车轮存在2度的内倾角。

5.根据权利要求4所述的智能底盘结构，其特征在于，所述车轮上安装有挡板。