CN107416443B - 一种智能移动平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动平台，属于机电一体化技术领域，公开了一种智能型移动平台，包括支撑平台和控制器，支撑平台下方设置有至少三个全向轮，支撑平台上部设置有载物平台，载物平台上部设置有安装平台，安装平台上设置有执行机构；支撑平台上设置有传感检测系统、驱动系统和电源装置，且均与控制器电连接，控制器可接收从所述传感检测系统各单元传来的电信号，并整合分析，进而生成控制信号，将控制信号发送给驱动系统，以便驱使驱动系统各单元实现相应的动作。本发明实现了移动平台装载及搬运过程的自动化，降低了人力成本及劳动强度。

Description

一种智能移动平台

技术领域

本发明涉及一种移动平台，属于机电一体化技术领域，特别涉及一种智能型移动平台。

背景技术

中国机械自动化行业发展很快，但从质量水平来看，中国的机械自动化和国外的相比还有比较大的差距，各种同类智能机械产品的价差很大，国内的机械自动化的技术还处于较低水平。该行业如果要壮大的发展，必须进一步提高自主创新水平，提高产品的核心竞争力，其中提高自主开发能力、以最低成本达到最好成果是至关重要的。

智能移动平台属于智能机械产品领域，现有的移动智能移动平台体积较大，自动化程度不高，功能比较单一，需要消耗的人力多，随着科技的发展，越来越不能满足用户的使用需求，需要一种智能化更高，功能多样化，更加节约人力成本的智能型平台出现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一直智能移动平台，实现了装载及搬运过程的自动化，降低了人力成本及劳动强度。

本发明采用的技术方案如下：一种智能移动平台，包括支撑平台和控制器，所述支撑平台下方设置有至少三个全向轮，所述支撑平台上部设置有载物平台，所述载物平台上部设置有安装平台，所述安装平台上设置有执行机构；

所述支撑平台上设置有传感检测系统，所述传感检测系统包括电磁传感器、摄像头传感器、红外定位传感器、超声波传感器、重量传感器、显示器和全向轮测速装置，且均与控制器电连接；

所述支撑平台上设置有驱动系统，所述驱动系统包括驱动电机和气动装置，所述驱动电机和气动装置均与控制器电连接，所述驱动电机输出轴与全向轮连接，进而控制全向轮转动，所述气动装置输出端与执行机构连接，进而实现控制执行机构的动作；

所述支撑平台上设置有电源装置，所述电源装置为控制器、传感检测系统、驱动系统供电；

所述控制器可接收从所述传感检测系统各单元传来的电信号，并对电信号进行处理，进而生成控制信号，将控制信号发送给驱动系统，以便驱使驱动系统各单元实现动作。

本发明所述的一种智能移动平台，所述全向轮测速装置包括固定设置于支撑平台上的编码器，所述驱动电机输出轴上设置有大齿轮，所述编码器输出轴上设置有小齿轮，所述大齿轮与小齿轮相啮合，使得驱动电机可带动编码器转轴加速转动。

本发明所述的一种智能移动平台，所述电源装置为蓄电池，所述蓄电池连接有电压转换装置，所述电压转换装置连接有稳压装置，所述稳压装置分别与控制器、传感检测系统内各组成单元、编码器、驱动系统内各组成单元连接，实现对各单元的分别稳定供电。

本发明所述的一种智能移动平台，所述全向轮设置为3个，3个全向轮的中心点连线形成一个水平的正三角形，正三角形的几何中心与支撑平台的重心在竖直方向上重合。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明能够进行多种操作动作，各动作过程之间相互协调配合，最终实现了智能移动平台装载及搬运过程的自动化，自动识别、装卸和避障，降低了人力成本及劳动强度，提高了工作效率，用户可根据自己的使用需求，更换安装平台上的执行机构，增强了本发明的适应性。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明中各系统装置与控制器的连接示意图；

图3是本发明中程序执行的结构框图；

图4是本发明中传感检测系统中各传感器协同模型图。

附图标记：1为支撑平台，2为全向轮，3为载物平台，4为安装平台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1至3所示，一种智能移动平台，包括支撑平台1和控制器，支撑平台1下方设置有至少三个全向轮2，支撑平台1上部设置有载物平台3，载物平台3上部设置有安装平台4，安装平台4上设置有执行机构，此处执行机构具体设置为抓取货物的机械手臂（图中未示出）；

支撑平台1上设置有传感检测系统，传感检测系统包括电磁传感器、摄像头传感器、红外定位传感器、超声波传感器、重量传感器、显示器和全向轮测速装置，且均与控制器电连接；

支撑平台1上设置有驱动系统，驱动系统包括驱动电机和气动装置，驱动电机和气动装置均与控制器电连接，驱动电机输出轴与全向轮连接，进而控制全向轮转动，气动装置输出端与执行机构连接，进而实现控制执行机构的动作；

支撑平台1上设置有电源装置，电源装置为控制器、传感检测系统、驱动系统供电；

控制器可接收从所述传感检测系统各单元传来的电信号，并对电信号进行处理，进而生成控制信号，将控制信号发送给驱动系统，以便驱使驱动系统各单元实现相应的动作。

需要说明的是，控制器接收传感器检测系统各单元传来的电信号并进行处理分析过程是本领域技术人员容易通过在控制器中设计相应的软件算法来实现的，可根据实际需要来设计软件算法以实现各单元的协同工作，因此，本申请并未对具体的软件算法进行详细说明。

全向轮测速装置包括固定设置于支撑平台上的编码器，驱动电机输出轴上设置有大齿轮，编码器输出轴上设置有小齿轮，大齿轮与小齿轮相啮合，使得驱动电机可带动编码器转轴加速转动。

具体地，本申请中控制器具体为51单片机，本申请中传感检测系统中各单元具体如下：电磁传感器：利用工字型10mH电感和其它器件根据实际需要自行设计制作；摄像头传感器：OV7725数字彩色摄像头；红外定位传感器：GP2YOA02YKOF；超声波传感器：US-100；重量传感器：DAYSENSOR微型称重传感器；显示器：ATK-7'TFTLCD电容触摸屏；编码器：欧姆龙E6B2-CW23E。

电源装置为蓄电池，蓄电池连接有电压转换装置，电压转换装置连接有稳压装置，稳压装置分别与控制器、传感检测系统内各组成单元、编码器、驱动系统内各组成单元连接，实现对各单元的分别稳定供电。

全向轮设置为3个，3个全向轮的中心点连线形成一个水平的正三角形，正三角形的几何中心与支撑平台的重心在竖直方向上重合。

具体地，本发明的控制器采用单片机制作，控制器属于核心部分，所有的逻辑处理判断全部由这一部分完成，首先按照预定的程序，接收传感检测系统内各传感器和检测装置的反馈回来的信息，接着将这些信息进行相应的计算处理，最后根据逻辑计算结果，生成控制信号，将控制信号发送给驱动系统，以便驱使驱动系统各单元实现相应的动作。

具体地，传感检测系统包括电磁传感器、摄像头传感器、红外定位传感器、超声波传感器、重量传感器、显示器和全向轮测速装置；在平台的设计运动路线上设置有电磁发射器，电磁传感器的主要作用是感知接收路线上电磁发射器发射出来的信号，再将信号反馈至控制器中，控制器将接收到的信号与预设信号进行对比分析判断，由此判断平台是否按照设计路线运动，若信号相同，则路线正确，若信号不同，则路线错误，此时控制器会分析生成一个用于修正平台路线的控制信号，此控制信号会发送到驱动系统的驱动电机处，各驱动电机接收控制信号，进而改变各自的转速，转速改变使得全向轮运动轨迹改变，如此实现平台路线的自动调整；摄像头传感器和红外定位传感器的作用主要是配合识别平台前方障碍物和识别需要抓取的货物，当平台前方出现障碍物时，摄像头传感器能够捕捉到障碍物信号，同时红外定位传感器定位并产生障碍物的距离信号，上述信号均反馈至控制器中，控制器根据上述反馈信号生成新的控制信号，再将新的控制信号发送至驱动系统中的驱动电机处，各驱动电机接收新的控制信号，进而改变各自的转速，转速改变使得全向轮运动轨迹改变，如此可实现平台绕过障碍物，当在识别抓取货物时，摄像头传感器识别货物形状信号，红外定位传感器识别货物的颜色信号和距离信号，上述信号均反馈至控制器中，控制器根据上述反馈信号生成新的控制信号，再将新的控制信号发送至驱动系统中的气动装置处，气动装置接收新的控制信号，进而实现自动控制机械手臂抓取货物；超声波传感器的作用是识别平台前方障碍物，根据超声波的工作原理，可实现对平台前方障碍物的识别与定位，产生反馈信号，传送至控制器中，控制器根据上述反馈信号生成新的控制信号，再将新的控制信号发送至驱动系统中的驱动电机处，各驱动电机接收新的控制信号，进而改变各自的转速，转速改变使得全向轮运动轨迹改变，如此可实现平台绕过障碍物，超声波传感器与摄像头传感器和红外定位传感器在识别障碍物方面协调工作；重量传感器的作用是检测并反馈平台上货物的重量，反馈的货物重量信号传送至控制器中，控制器将反馈信号与预设信号进行对比，不断反馈不断对比，直至反馈的重量信号与预设的重量信号相同，此时控制器发出指令，通过控制驱动系统中的气动装置来停止机械手臂，即完成抓取货物操作，同样，卸载货物的过程也类似；全向轮测速装置的作用是实时地将各全向轮的转速反馈至控制器中，各个全向轮的转速反应了平台的移动速度和转向角度，这些信号的反馈使得控制器对平台移动的控制更加精细，减少了工作误差，提高了工作质量和工作速度；显示器的作用是接收控制器信号并显示在屏幕上同时用户还可以通过显示器向控制器输入指令。

具体地，驱动系统包括驱动电机和气动装置，驱动电机和气动装置均与控制器电连接，驱动电机输出轴与全向轮连接，进而控制全向轮转动，气动装置输出端与机械手臂连接，进而实现控制机械手臂的各种动作；驱动系统中驱动电机和气动装置的作用是接收来自控制器的控制信号，并产生相应的动作，进而控制全向轮和机械手臂的动作，实现全向轮和机械手臂工作的自动化。

具体地，电源装置为蓄电池，蓄电池连接有电压转换装置，电压转换装置连接有稳压装置，稳压装置分别与控制器、传感检测系统内各组成单元、编码器、驱动系统内各组成单元连接，实现对各单元的分别稳定供电，由于各个系统的各个单元工作电压不同，为了不采用多种电源设置在平台上，因此设置了电压转换装置和稳压装置，将总电源变成适合各个单元的电源，保证每个单元都能在各自稳定的电压下工作。

采用本智能移动平台具体使用过程：

用户根据自己的需求在安装平台上选择安装属于完成所需功能的执行机构等后，进行具体工作方式的选择与用户操作。以下将依照工厂搬运货物为例，执行机构为机械手臂，按下电源键（电源键设置在平台上，图中未示出），系统初启动，在这个阶段，各个装置将进行自己的初始化。初始化包括：显示器触控屏初始化和各电气装置初始化。初始化完成后，系统开机完成。系统开机后，显示器触摸屏进入了用户的工作选择界面，用户可以通过遥控器或者直接在显示器触控屏进行接下来的功能选择，遥控器与显示器无线连接，可实现对功能的遥控选择。针对不同场地上货物的识别方式不同用户可以选择不同的方式。系统开机后，用户选择颜色和形状识别方式进行搬运货物的工作，此时平台在路径的起点，通过摄像头传感器红外定位传感器识别和定位货物，反馈至控制器中，控制器控制机械臂去抓取货物，将抓取的货物放在自身的载物平台上，平台上的重量传感器不断将检测到货物重量信号反馈至控制器，当重量信号与预设信号相同时，停止转载，完成装载过程，这一个装载过程也是在不断判断和修正的。接着就是将货物搬运到指定地点，当货物重量达到预设重量时，此时控制器会自动控制驱动系统中的驱动电机工作，进而使得全向轮开始移动，电磁传感器扫描地上预先按平台需要运动的路线铺设的线路，线路上预设了电磁发射器，通过判断是否扫描到电磁信号来区分是否行走正确，并通过一定PID算法实时修正，直到检测到终点，搬运工作完成。在平台移动的过程中，摄像头传感器、红外定位传感器和超声波超声波传感器协同工作，防止平台撞上障碍物。接下来就是卸载货物，与装载过程相似，将平台上的货物完全卸载完毕，该过程也是通过重量传感器、摄像头传感器和红外定位传感器进行检测判断，卸载完全后就是返回过程，返回过程与前面的运输过程类似，同样是在各传感器等的协助下返回起点，进行下一次的搬运活动，如此反复，搬运货物，直到检测到起点货物搬运完毕，报警并处在待机状态。

如图4所示，各传感器协同工作模型（仅列出电磁传感器、摄像头传感器和红外定位传感器，其他未列出）：针对智能移动平台多传感器建立了多传感器的协同进化模型，使在不同条件下发生的一系列动作即规则聚在一起，组成一个策略库。每个传感器的内部存在着按照传感器决策进化算法的一个策略库，在任务目标下，利用策略的不同适应度指导进化。传感器之间和执行任务之间通过协作进化机制进行信息交流。进化结束后，该组织内所包含的一系列规则就是传感器做出的决策，从而为传感器协作行为提供支持。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种智能移动平台，其特征在于：包括支撑平台(1)和控制器，所述支撑平台(1)下方设置有至少三个全向轮(2)，所述支撑平台(1)上部设置有载物平台(3)，所述载物平台(3)上部设置有安装平台(4)，所述安装平台(4)上设置有执行机构；

所述支撑平台(1)上设置有传感检测系统，所述传感检测系统包括电磁传感器、摄像头传感器、红外定位传感器、超声波传感器、重量传感器、显示器和全向轮测速装置，且均与控制器电连接，摄像头传感器和红外定位传感器配合识别平台前方障碍物和识别需要抓取的货物，超声波传感器与摄像头传感器和红外定位传感器在识别障碍物方面协调工作；

所述支撑平台(1)上设置有驱动系统，所述驱动系统包括驱动电机和气动装置，所述驱动电机和气动装置均与控制器电连接，所述驱动电机输出轴与全向轮连接，进而控制全向轮(2)转动，所述气动装置输出端与执行机构连接，进而实现控制执行机构的动作；

所述支撑平台(1)上设置有电源装置，所述电源装置为控制器、传感检测系统、驱动系统供电；

所述控制器可接收从所述传感检测系统各单元传来的电信号，并对电信号进行处理，进而生成控制信号，将控制信号发送给驱动系统，以便驱使驱动系统各单元实现动作；

在平台的设计运动路线上设置有电磁发射器，电磁传感器的主要作用是感知接收路线上电磁发射器发射出来的信号，再将信号反馈至控制器中，控制器将接收到的信号与预设信号进行对比分析判断，由此判断平台是否按照设计路线运动，若信号相同，则路线正确，若信号不同，则路线错误，此时控制器会分析生成一个用于修正平台路线的控制信号，此控制信号会发送到驱动系统的驱动电机处，各驱动电机接收控制信号，进而改变各自的转速，转速改变使得全向轮运动轨迹改变，如此实现平台路线的自动调整；

当平台前方出现障碍物时，摄像头传感器能够捕捉到障碍物信号，同时红外定位传感器定位并产生障碍物的距离信号，上述信号均反馈至控制器中，控制器根据上述反馈信号生成新的控制信号，再将新的控制信号发送至驱动系统中的驱动电机处，各驱动电机接收新的控制信号，进而改变各自的转速，转速改变使得全向轮运动轨迹改变，如此可实现平台绕过障碍物，当在识别抓取货物时，摄像头传感器识别货物形状信号，红外定位传感器识别货物的颜色信号和距离信号，上述信号均反馈至控制器中，控制器根据上述反馈信号生成新的控制信号，再将新的控制信号发送至驱动系统中的气动装置处，气动装置接收新的控制信号，进而实现自动控制机械手臂抓取货物；

超声波传感器识别平台前方障碍物，根据超声波的工作原理，对平台前方障碍物的识别与定位，产生反馈信号，传送至控制器中，控制器根据上述反馈信号生成新的控制信号，再将新的控制信号发送至驱动系统中的驱动电机处，各驱动电机接收新的控制信号，进而改变各自的转速，转速改变使得全向轮运动轨迹改变，如此可实现平台绕过障碍物；

重量传感器检测并反馈平台上货物的重量，反馈的货物重量信号传送至控制器中，控制器将反馈信号与预设信号进行对比，不断反馈不断对比，直至反馈的重量信号与预设的重量信号相同，此时控制器发出指令，通过控制驱动系统中的气动装置来停止机械手臂，即完成抓取货物操作，同样，卸载货物的过程也类似；

全向轮测速装置实时地将各全向轮的转速反馈至控制器中，各个全向轮的转速反应了平台的移动速度和转向角度；

显示器接收控制器信号并显示在屏幕上同时用户还可以通过显示器向控制器输入指令。

2.根据权利要求1所述的一种智能移动平台，其特征在于：所述全向轮测速装置包括固定设置于支撑平台(1)上的编码器，所述驱动电机输出轴上设置有大齿轮，所述编码器输出轴上设置有小齿轮，所述大齿轮与小齿轮相啮合，使得驱动电机可带动编码器转轴加速转动。

3.根据权利要求2所述的一种智能移动平台，其特征在于：所述电源装置为蓄电池，所述蓄电池连接有电压转换装置，所述电压转换装置连接有稳压装置，所述稳压装置分别与控制器、传感检测系统内各组成单元、编码器、驱动系统内各组成单元连接，实现对各单元的分别稳定供电。

4.根据权利要求3所述的一种智能移动平台，其特征在于：所述全向轮(2)设置为3个，3个全向轮(2)的中心点连线形成一个水平的正三角形，正三角形的几何中心与支撑平台(1)的重心在竖直方向上重合。