CN106774319B - 多传感器自行走通用型智能底盘 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多传感器自行走通用型智能底盘，包括底盘、感应装置、固定件、处理主机、定位装置；所述感应装置包括红外传感器、超声波传感器和图像采集装置；所述底盘四周的侧边分别设有红外传感器和超声波传感器；所述图像采集装置通过连接部与所述底盘相连；所述连接部包含相互连接第一机械臂和第二机械臂，第一机械臂水平与底盘的侧边相连，第二机械臂为可伸缩机械臂，其自由端上设有图像采集装置；所述固定件有多个，均位于所述底盘的上表面。本发明的通用型智能底盘结构合理，可独立使用，对未知环境的状况进行检测和记录；也适用于装载各种需运输物件，智能化程度高，无需人工操作所述底盘即能自动行走。

Description

多传感器自行走通用型智能底盘
技术领域
本发明涉及移动路径规划技术领域，尤其涉及一种多传感器自行走通用型智能底盘。
背景技术
随着现代社会经济及科技的不断发展，人们对于智能移动设备的研究逐渐深入。目前，在可以智能移动的设备中，多具备动力系统，以支持自身行走，而底盘在此过程中具有装载运输物件的功能。例如，婴儿车的自动行驶以车篮下部的底盘为基础，但是现在使用的底盘制作较为简单，一般需要人工操作才能行驶，智能化程度较低。目前还没有一种结合实际情况对底盘加以改进，实现底盘运动智能化的产品出现。
发明内容
针对上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种多传感器自行走通用型智能底盘。
本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现的。
一种多传感器自行走通用型智能底盘，包括底盘、感应装置、固定件、处理主机、定位装置；
所述感应装置包括红外传感器、超声波传感器和图像采集装置；所述底盘四周的侧边分别设有红外传感器和超声波传感器，所述红外传感器用于采集底盘周围环境的红外热成像，所述超声波传感器用于检测底盘周围环境的物体及其运动状态；所述图像采集装置通过连接部与所述底盘相连；所述连接部包含相互连接第一机械臂和第二机械臂，第一机械臂水平与底盘的侧边相连，第二机械臂为可伸缩机械臂，其自由端上设有图像采集装置；所述图像采集装置用于采集底盘周围环境的视频图像；
所述定位装置安装于所述底盘上，利用定位装置对所述底盘的方位进行定位，获取所述底盘的实时定位数据；
所述固定件有多个，均位于所述底盘的上表面，用于固定装载物件；
所述底盘的下部四脚分别设有为两个主动轮和两个万向从动轮；两个所述主动轮并排设置在所述底盘的底部一侧，两个所述从动轮并排设置在所述底盘底部的另一侧，所述主动轮由动力电机驱动；
所述底盘的上表面为一平面，所述感应装置、连接部、定位装置及动力电机均与处理主机控制相连，所述感应装置及定位装置获取的数据均发送至处理主机进行分析处理，处理主机将执行命令再发送至所述连接部和动力电机。
本发明所述通用型智能底盘利用包含红外传感器、超声波传感器和图像采集装置在内的多传感器对所述底盘周围的环境进行感知，再结合定位装置获取的底盘实时定位数据，将获取数据传输至处理主机进行分析处理，所述处理主机再基于SLAM技术、粒子群优化算法及自适应算法驱动所述通用型智能底盘进行自行走。在此基础上，本发明还对所述通用型智能底盘的结构进行了优化：底盘的上表面为一平面且不限定其形状，其上设有多个固定件，方便底盘将各种需运输的物件固定在其上方；所述红外传感器和超声波传感器位于底盘四周的侧边，可以在底盘不转动或不移动时就能获得周围环境的红外热成像和周围环境的物体及其运动状态，所述图像采集装置通过连接部与所述底盘相连，所述连接部中的第二机械臂具有可伸缩性，处理主机根据视频图像的反馈调节第二机械臂，能够使得底盘上装载物件的形状不影响所述图像采集装置对周围视频图像的采集；在快捷地获得红外、超声波、视频及定位数据后，所述处理主机规划出移动路径再驱动底盘下方的两个主动轮，以带动底盘自行走。
优选地，所述底盘的上表面开设有槽，所述槽内装嵌有一便携提手，所述便携提手放置于槽内时其上表面不高于底盘的上表面。该便携提手的作用在于：在不使用所述通用型智能底盘时，能够利用便携提手提起底盘，由人工放置在指定位置；在使用时，所述便携提手能够完全放置于所述槽内，不影响底盘装载运输物件。
优选地，所述槽的开口处设有可开合的挡板。所述便携提手放置于所述槽及挡板之间的空腔内。
为了对底盘需运输的物件进行固定，优选地，所述固定件为固定桩或卡位槽，多个所述固定件对称位于所述底盘的上表面的边缘。
优选地，所述固定件有四个，位于所述底盘上表面的四角，所述固定件的横截面为矩形、方形或圆形中的任意一种。
为方便对所述图像采集装置的位置、方向及角度进行调节，优选地，所述第一机械臂也为可伸缩机械臂，第一机械臂和第二机械臂之间转动相连，夹角为90~180°。
优选地，所述图像采集装置为一个全景摄像头。
优选地，所述图像采集装置旁边设有补光装置。
优选地，所述处理主机及定位装置位于所述底盘内部。
优选地，所述底盘内部还设有存储模块，所述存储模块与处理主机相连，用于将检测分析到的各种数据进行存储，避免对同一区域的重复检测。
优选地，所述动力电机为步进电机，由步进电机控制器进行精密控制，所述步进电机控制器与所述处理主机相连。所述步进电机可将电脉冲信号转变为角位移或线位移，具体的，当步进电机控制器接收到处理主机发送的一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个步距角；所述步进电机控制器通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到精密自行走的目的。
优选地，所述图像采集装置对周围环境进行检测，获得视频图像数据，所述处理主机根据所述视频图像数据计算出周围环境的物体与所述底盘的相对距离；所述红外传感器对底盘周围环境进行检测，获得红外热成像数据，所述处理主机根据所述红外热成像数据对周围环境的物体进行区分，区分出生命体以及非生命体；所述超声波传感器对所述生命体和非生命体进行检测，识别出所述非生命体的具体形态，以及所述生命体的运动状态；所述处理主机结合所述相对距离、所述具体形态、所述运动状态、所述实时定位数据对周围环境进行实时地图模拟，获得实时三维地图。
所述图像采集装置进行初步检测，所述处理主机可获得所述相对距离；所述红外传感器与所述处理主机配合使用，对周围环境的生命体和非生命体进行区分；所述超声波传感器与所述处理主机配合使用，检测所述非生命体的具体形态以及所述生命体的运动状态，通过多传感器的感应装置的分步检测，使得检测结果更为准确，不会出现偏差。
优选地，所述处理主机根据实时三维地图，对所述底盘进行实时路径规划，并由动力电机驱动所述底盘依照实时路径规划进行移动；所述底盘在移动的过程中持续对周围环境进行实时检测以及进行所述实时路径规划，并将检测数据以及所述实时路径规划发送给所述处理主机，使所述底盘进行自行走动作。
通过所述实时三维地图，所述底盘根据定位数据和当前的环境进行路径规划，逐步向未检测区域自动行走，所述路径规划采用粒子群优化算法，边进行探测边进行路径规划。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：本发明感应装置的红外传感器、超声波传感器、图像采集装置协同合作，对该通用型智能底盘的周围情况进行检测，结合定位装置获得的地理信息进行合理路径规划以及危险避让。本发明的通用型智能底盘结构合理，可独立使用，对未知环境的状况进行检测和记录；也适用于装载各种需运输物件，智能化程度高，无需人工操作所述底盘即能自动行走。
附图说明
图1为实施例1一种多传感器自行走通用型智能底盘的整体结构示意图。
图2为图1的仰视图。
图3为实施例2所述底盘部分的局部结构示意图。
图4为实施例2所述槽的局部侧视图。
图5为实施例2动力电机的控制流程图。
图6为实施例3所述连接部的局部示意图。
图7为实施例3路径规划的控制流程图。
图8为实施例4一种多传感器自行走通用型智能底盘的局部示意图。
图中：1、底盘；101、固定件；102、处理主机；103、定位装置；104、主动轮；105、从动轮；106、动力电机；107、步进电机控制器；108、存储模块；2、感应装置；201、红外传感器；202、超声波传感器；203、图像采集装置；2031、补光装置；3、连接部；301、第一机械臂；302、第二机械臂；4、槽；401、便携提手；402、挡板。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
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。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
如图1~2所示，一种多传感器自行走通用型智能底盘，包括底盘1、感应装置2、固定件101、处理主机102、定位装置103。所述底盘1的上、下表面均为平面，底盘1的形状整体为一椭圆形板。所述底盘1的上表面有两个固定件101，固定件101具体为两级圆形卡位槽，需装载物件上装配有配合该卡位槽形状的配合件，卡位槽与配合件相配合，固定装载物件。所述底盘1的下部四脚分别设有为两个主动轮104和两个万向从动轮105；两个所述主动轮104并排设置在所述底盘1的底部一侧，两个所述从动轮105并排设置在所述底盘1底部的另一侧，所述主动轮104由动力电机106驱动。
所述感应装置2包括红外传感器201、超声波传感器202和图像采集装置203；所述底盘1四周的每个侧边分别设有一个红外传感器201和一个超声波传感器202；所述图像采集装置203通过连接部3与所述底盘1相连；所述连接部3包含相互连接第一机械臂301和第二机械臂302，第一机械臂301水平与底盘1的侧边相连，第二机械臂302为可伸缩机械臂，其自由端上设有图像采集装置203。
所述定位装置103、处理主机102和动力电机106均安装于所述底盘1下部。所述感应装置2、连接部3、定位装置103及动力电机106均与处理主机102控制相连，所述感应装置2及定位装置103获取的数据均发送至处理主机102进行分析处理，处理主机102将执行命令再发送至所述连接部3和动力电机106。
所述红外传感器201用于采集底盘1周围环境的红外热成像，所述超声波传感器202用于检测底盘1周围环境的物体及其运动状态，所述红外传感器201和超声波传感器202位于底盘1四周的侧边，可以在底盘1不转动或不移动时就能获得周围环境的红外热成像和周围环境的物体及其运动状态；所述图像采集装置203用于采集底盘1周围环境的视频图像，控制连接图像采集装置203的第二机械臂302具有可伸缩性，处理主机102根据视频图像是否被遮挡的反馈来调节第二机械臂302的伸缩，能够使得底盘1上装载物件的形状不影响所述图像采集装置203对周围视频图像的采集；所述定位装置103对底盘1的方位进行定位，获取所述底盘1的实时定位数据。本实施例利用多传感器对所述底盘1周围的环境进行感知，再结合定位装置103获取的底盘1实时定位数据，将获取数据传输至处理主机102，所述处理主机102基于SLAM技术、粒子群优化算法及自适应算法进行分析处理，规划出移动路径，进而驱动底盘1下方的两个主动轮104，以带动底盘1进行自行走。
实施例2
如图3~5所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，所述底盘1整体呈一矩形板，所述固定件101为四个固定桩，该固定桩的横截面为圆形，位于底盘1上表面的四角边缘；所述底盘1的上表面开设有槽4，所述槽4内装嵌有一便携提手401，所述便携提手401放置于槽4内时其上表面不高于底盘1的上表面。所述槽4的开口处设有可开合的挡板402，所述挡板402通过在双导轨内滑动进行开合；所述便携提手401放置于所述槽4及挡板402之间的空腔内。
该便携提手401的作用在于：在不使用所述通用型智能底盘时，能够利用便携提手401提起底盘1，方便地由人工携带放置在指定位置；在工作时，所述便携提手401能够完全放置于所述槽4内，不影响底盘1装载运输物件。
所述底盘1四周的每个侧边分别设有一个红外传感器201和六个超声波传感器202，所述红外传感器201位于每个侧边的正中间，所述六个超声波传感器202以三个为一组分别位于所述红外传感器201的两侧，多个超声波传感器202对于非生命体的具体形态、以及所述生命体的运动状态的检测更为精确。
具体的，本实施例中所述动力电机106为步进电机，由步进电机控制器107进行精密控制，所述步进电机控制器107与所述处理主机102相连。所述步进电机可将电脉冲信号转变为角位移或线位移，具体的，当步进电机控制器107接收到处理主机102发送的一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个步距角；所述步进电机控制器107通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到精密自行走的目的。
实施例3
如图6~7所示，在实施例2的基础上，本实施例为方便对所述图像采集装置203的位置、方向及角度进行调节，将第一机械臂301、第二机械臂302均设为可伸缩机械臂，第一机械臂301和第二机械臂302之间转动相连，具体可为第二机械臂302以一定的角度绕第一机械臂301转动，夹角范围为90~180°。所述图像采集装置203为一个全景摄像头。
所述图像采集装置203对周围环境进行初步检测，获得视频图像数据，所述处理主机102根据所述视频图像数据计算出周围环境的物体与所述底盘1的相对距离；所述红外传感器201对底盘1周围环境进行检测，获得红外热成像数据，所述处理主机102根据所述红外热成像数据对周围环境的物体进行区分，区分出生命体以及非生命体；所述超声波传感器202对所述生命体和非生命体进行检测，识别出所述非生命体的具体形态，以及所述生命体的运动状态；所述处理主机102结合所述相对距离、所述具体形态、所述运动状态、所述实时定位数据对周围环境进行实时地图模拟，获得实时三维地图。所述运动状态包括：运动方向、运动速度、运动加速度；运动方向、运动速度用于描述当前状态，运动加速度用于描述运动趋势，为预测下一时刻的状态提供基础；通过多传感器的感应装置2的分步检测，使得检测结果更为准确，不会出现偏差。
然后，所述处理主机102根据实时三维地图，对所述底盘1进行实时路径规划，并由动力电机106驱动所述底盘1依照实时路径规划进行移动；所述底盘1在移动的过程中持续对周围环境进行实时检测以及进行所述实时路径规划，并将检测数据以及所述实时路径规划发送给所述处理主机102，使所述底盘1进行自行走动作。通过所述实时三维地图，所述底盘1根据定位数据和当前的环境进行路径规划，逐步向未检测区域自动行走，所述路径规划采用粒子群优化算法，边进行探测边进行路径规划。
实施例4
如图8所示，本实施例与实施例1~3的不同之处在于，所述图像采集装置203旁边设有补光装置2031；所述补光装置2031能够在周围环境光线不足的情况下，在图像采集装置203旁进行一定程度的补光操作，以便图像采集装置203获得较清晰的图像，以便后期数据处理获得准确的结果。
所述处理主机102、定位装置103及动力电机106位于所述底盘1内部，底盘1的外壳对所述处理主机102、定位装置103及动力电机106起到一定的保护作用。所述底盘1内部还设有存储模块108，所述存储模块108与处理主机102相连，用于将检测分析到的各种数据进行存储，避免对同一区域的重复检测。
最后应说明的是：以上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实施例技术方案。

Claims (8)

1.一种多传感器自行走通用型智能底盘，其特征在于，包括底盘、感应装置、固定件、处理主机、定位装置；
所述感应装置包括红外传感器、超声波传感器和图像采集装置；所述底盘四周的侧边分别设有红外传感器和超声波传感器，所述红外传感器用于采集底盘周围环境的红外热成像，所述超声波传感器用于检测底盘周围环境的物体及其运动状态；所述图像采集装置通过连接部与所述底盘相连；所述连接部包含相互连接第一机械臂和第二机械臂，第一机械臂水平与底盘的侧边相连，第二机械臂为可伸缩机械臂，其自由端上设有图像采集装置；所述图像采集装置用于采集底盘周围环境的视频图像；
所述定位装置安装于所述底盘上，利用定位装置对所述底盘的方位进行定位，获取所述底盘的实时定位数据；
所述固定件有多个，均位于所述底盘的上表面，用于固定装载物件；
所述底盘的下部四脚分别设有为两个主动轮和两个万向从动轮；两个所述主动轮并排设置在所述底盘的底部一侧，两个所述从动轮并排设置在所述底盘底部的另一侧，所述主动轮由动力电机驱动；
所述底盘的上表面为一平面，所述感应装置、连接部、定位装置及动力电机均与处理主机控制相连，所述感应装置及定位装置获取的数据均发送至处理主机进行分析处理，处理主机将执行命令再发送至所述连接部和动力电机；
所述图像采集装置对周围环境进行检测，获得视频图像数据，所述处理主机根据所述视频图像数据计算出周围环境的物体与所述底盘的相对距离；所述红外传感器对底盘周围环境进行检测，获得红外热成像数据，所述处理主机根据所述红外热成像数据对周围环境的物体进行区分，区分出生命体以及非生命体；所述超声波传感器对所述生命体和非生命体进行检测，识别出所述非生命体的具体形态，以及所述生命体的运动状态；所述处理主机结合所述相对距离、所述具体形态、所述运动状态、所述实时定位数据对周围环境进行实时地图模拟，获得实时三维地图。
2.根据权利要求1所述的多传感器自行走通用型智能底盘，其特征在于，所述底盘的上表面开设有槽，所述槽内装嵌有一便携提手，所述便携提手放置于槽内时其上表面不高于底盘的上表面；所述槽的开口处设有可开合的挡板；所述挡板通过双导轨滑动进行开合。
3.根据权利要求1所述的多传感器自行走通用型智能底盘，其特征在于，所述固定件为固定桩或卡位槽，多个所述固定件对称位于所述底盘的上表面的边缘。
4.根据权利要求3所述的多传感器自行走通用型智能底盘，其特征在于，所述固定件有四个，位于所述底盘上表面的四角，所述固定件的横截面为矩形、方形或圆形中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的多传感器自行走通用型智能底盘，其特征在于，所述第一机械臂也为可伸缩机械臂，第一机械臂和第二机械臂之间转动相连，夹角为90～180°。
6.根据权利要求1所述的多传感器自行走通用型智能底盘，其特征在于，所述图像采集装置为一个全景摄像头，所述红外传感器为红外热成像仪。
7.根据权利要求1所述的多传感器自行走通用型智能底盘，其特征在于，所述动力电机为步进电机，由步进电机控制器进行精密控制，所述步进电机控制器与所述处理主机相连。
8.根据权利要求1所述的多传感器自行走通用型智能底盘，其特征在于，所述处理主机根据实时三维地图，对所述底盘进行实时路径规划，并由动力电机驱动所述底盘依照实时路径规划进行移动；所述底盘在移动的过程中持续对周围环境进行实时检测以及进行所述实时路径规划，并将检测数据以及所述实时路径规划发送给所述处理主机，使所述底盘进行自行走动作。
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