CN108297061A - 一种用于高层室内引导的移动机器人及其控制方法 - Google Patents

一种用于高层室内引导的移动机器人及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于高层室内引导的移动机器人及其控制方法，移动机器人包括有车体，安装于车体上的支撑架，以及安装于支撑架顶端且朝向一致的机械手和摄像头车体上设置有工控机、STM32单片机、驱动器、电池和雷达；STM32单片机、雷达、摄像头、机械手舵机的内置驱动器、机械手末端舵机的内置驱动器均与工控机连接，STM32单片机通过驱动器与行走轮的轮毂电机连接。本发明的移动机器人模仿人类按下目标电梯按键实现乘坐电梯的目的，实现移动机器人在不同楼层之间的转换，本发明不需要改造电梯控制系统，保证了电梯运行的安全性。

Description

一种用于高层室内引导的移动机器人及其控制方法
技术领域
本发明涉及室内信息服务机器人技术领域，具体是一种用于高层室内引导的移动机器人及其控制方法。
背景技术
室内信息服务机器人一般提供某领域业务服务、语音交流服务、引导服务，但大多数服务是在原地和同一楼层进行。也有些移动机器人可以通过与电梯控制器之间的交互，实现向电梯控制系统发送命令请求，达到允许，电梯控制系统打开电梯，实现通过乘坐电梯的形式向其他楼层转移。这种方法实现起来非常方便，但是由于电梯是一种乘坐工具，其安全性要求非常之高，这种移动机器人与电梯控制系统之间无线交互信息很容易遭到外界干扰，使得电梯在不容许打开的情况下，自行打开，造成安全事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于高层室内引导的移动机器人及其控制方法，。
本发明的技术方案为：
一种用于高层室内引导的移动机器人，包括有车体，安装于车体上的支撑架，以及安装于支撑架顶端且朝向一致的机械手和摄像头；所述的车体包括底盘，连接于底盘上的行走轮，安装于底盘上端面上立体框形结构的安装架，设置于底盘上端面上且位于安装架内部的工控机、STM32单片机、驱动器和电池，设置于底盘上端面上且从安装架顶端伸出的雷达；所述的支撑架的底端固定连接于安装架的顶端上；所述的机械手包括有固定连接于支撑架顶端上的连接板、内端连接于连接板上的连接块、多个顺次连接的舵机转动梁和用于指按电梯的机械手指，所述的舵机转动梁包括有舵机和内端连接于舵机转动端上的转动梁，相邻的两个舵机转动梁中，其中一个舵机转动梁的舵机固定连接于另一个舵机转动梁的转动梁外端上，且多个舵机转动梁中，最内端舵机转动梁的舵机固定连接于连接块的外端上，最外端舵机转动梁的转动梁的外端上连接有末端舵机，末端舵机的转动端上连接有所述的机械手指；所述的工控机、STM32单片机、驱动器、雷达、摄像头、多个舵机转动梁的舵机、末端舵机均由电池供电，所述的STM32单片机、雷达、摄像头、多个舵机的内置驱动器、末端舵机的内置驱动器均与工控机连接，所述的STM32单片机通过驱动器与行走轮的轮毂电机连接。
所述的底盘上还设置有DC/DC转换器和与工控机连接的避障传感器，所述的工控机、STM32单片机均通过DC/DC转换器与电池连接进行供电，所述避障传感器用于检测到地面的距离，当距离大于设定的值就认为前面是坑，工控机就会触发急停，防止移动机器人掉下去。
所述的舵机转动梁为三个。
所述的安装架的顶端固定连接有支撑架安装板，所述的支撑架的底端固定连接于支撑架安装板上。
所述的多个舵机转动梁的舵机和末端舵机外均罩设有保持架。
所述的行走轮包括有两个驱动轮和一个导向轮，两个驱动轮的轮毂电机均通过驱动器与STM32单片机连接。
所述的支撑架包括有四个竖梁和多个连接于相邻两个竖梁之间的加强横梁，所述的四个竖梁的底端均通过对应的角连接件连接于支撑架安装板上，两个相邻竖梁的顶端之间安装于竖直安装板，所述的摄像头固定于竖直安装板上且位于机械手的正上方。
一种用于高层室内引导的移动机器人的控制方法，具体包括有以下步骤：
（1）、雷达扫描室内空间，然后将扫描结果发送给工控机，工控机对结果进行分析处理，得到移动机器人的位置信息、行走的角度和距离信息，然后将移动机器人的位置信息、行走的角度、距离和速度信息发送给STM32单片机，STM32单片机根据上述移动机器人相关信息通过驱动器驱动行走轮的轮毂电机运动，从而驱动移动机器人行进至电梯按键的目标地；
（2）、当移动机器人到达电梯按键的目标地后，摄像头拍摄电梯按键的图像，然后发送给工控机，工控机对电梯按键的图像中的按键进行分析识别后，发送控制命令给多个舵机的内置驱动器和末端舵机的内置驱动器，驱动舵机和末端舵机运动，直至机械手指按下目标电梯按键；
（3）、当电梯门打开后，工控机根据雷达扫描情况发送移动机器人相关信息给STM32单片机，STM32单片机通过驱动器驱动行走轮的轮毂电机运动，从而驱动移动机器人行进至电梯内，当移动机器人进入电梯内后，重复步骤（2）按下目标楼层的按键即可。
所述的步骤（2）工控机对电梯按键的图像中的按键实行分析识别的具体步骤为：工控机首先采用Canny边缘检测和霍夫变换技术分析确定电梯按键盘中的按键边缘轮廓，然后通过神经网络对轮廓内数字进行分类识别，并与工控机存储的字形或开关键图像对比，从而得到目标楼层的按键位置，再根据按键位置数据计算机械臂各舵机需转动的角度，通过控制舵机的运动，实现机械臂末端执行器按下电梯按钮。
所述的工控机对目标楼层的按键位置进行角度和距离的分析，然后将机械手转动的角度信息发送给多个舵机的内置驱动器和末端舵机的内置驱动器，同时将距离信息发送给STM32单片机，然后多个舵机的内置驱动器和末端舵机的内置驱动器驱动舵机和末端舵机运动，同时STM32单片机控制行走轮辅助进行微移直至机械手指按下目标楼层的按键。
本发明的优点：
本发明的移动机器人模仿人类按下目标电梯按键实现乘坐电梯的目的，实现移动机器人在不同楼层之间的转换，本发明不需要改造电梯控制系统，保证了电梯运行的安全性。
附图说明
图1是本发明移动机器人的结构示意图。
图2是本发明车体的结构示意图。
图3是本发明支撑架的结构示意图。
图4是本发明机械手的结构示意图。
图5是本发明的控制原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
见图1-图4，一种用于高层室内引导的移动机器人，包括有车体1，安装于车体1上的支撑架2，以及安装于支撑架2顶端安装于支撑架顶端且朝向一致的机械手3和摄像头4；
车体1包括底盘11，连接于底盘11上的两个驱动轮12和一个导向轮13，安装于底盘11上端面上立体框形结构的安装架14，设置于底盘11上端面上且位于安装架14内部的工控机15、STM32单片机16、驱动器17、电池18和DC/DC转换器19，设置于底盘11上端面上且从安装架14顶端伸出的雷达110，设置于底盘11上的避障传感器111；
安装架14的顶端固定连接有支撑架安装板112，支撑架2包括有四个竖梁21和多个连接于相邻两个竖梁21之间的加强横梁22，四个竖梁21的底端均通过对应的角连接件23连接于支撑架安装板112上，两个相邻竖梁21的顶端之间安装于竖直安装板24，摄像头4固定于竖直安装板24上且位于机械手的正上方；
机械手3包括有固定连接于竖直安装板24上的连接板31、内端连接于连接板31上的连接块32、三个顺次连接的舵机转动梁和用于指按电梯的机械手指36，舵机转动梁包括有舵机33和内端连接于舵机转动端上的转动梁34，相邻的两个舵机转动梁中，其中一个舵机转动梁的舵机33固定连接于另一个舵机转动梁的转动梁34外端上，且三个舵机转动梁中，最内端舵机转动梁的舵机33固定连接于连接块32的外端上，最外端舵机转动梁的转动梁34的外端上连接有末端舵机35，末端舵机35的转动端上连接有机械手指36，三个舵机转动梁的舵机33和末端舵机35外均罩设有保持架37；
工控机15、STM32单片机16、驱动器17、雷达110、避障传感器111、摄像头4、三个舵机转动梁的舵机33、末端舵机35均由电池18供电，且工控机15、STM32单片机16均通过DC/DC转换器19与电池18连接进行供电；
见图5， STM32单片机16、雷达110、摄像头4、避障传感器111、三个舵机33的内置驱动器、末端舵机35的内置驱动器均与工控机15连接，STM32单片机16通过驱动器17与两个驱动轮12的轮毂电机连接。其中，避障传感器111用于检测到地面的距离，当距离大于设定的值就认为前面是坑，工控机15就会触发急停，防止移动机器人掉下去。
见图5，一种用于高层室内引导的移动机器人的控制方法，具体包括有以下步骤：
（1）、雷达110扫描室内空间，然后将扫描结果发送给工控机15，工控机15对结果进行分析处理，得到移动机器人的位置信息、行走的角度和距离信息，然后将移动机器人的位置信息、行走的角度、距离和速度信息发送给STM32单片机16，STM32单片机16根据上述移动机器人相关信息通过驱动器17驱动两个驱动轮12的轮毂电机运动，从而驱动移动机器人行进至电梯按键的目标地；
（2）、当移动机器人到达电梯按键的目标地后，摄像头4拍摄电梯按键的图像，然后发送给工控机15，工控机15对电梯按键的图像中的按键进行分析识别后，发送控制命令给三个舵机33的内置驱动器和末端舵机35的内置驱动器，驱动舵机33和末端舵机35运动，直至机械手指36按下目标电梯按键；
（3）、当电梯门打开后，工控机15根据雷达110扫描情况发送移动机器人相关信息给STM32单片机16，STM32单片机16通过驱动器17驱动两个驱动轮12的轮毂电机运动，从而驱动移动机器人行进至电梯内，当移动机器人进入电梯内后，重复步骤（2）按下对应的目标电梯按键即可。
其中，步骤（2）工控机15对电梯按键的图像中的按键进行分析识别的具体步骤为：工控机15首先采用Canny边缘检测和霍夫变换技术分析锁定电梯按键盘中的按键边缘轮廓，然后通过神经网络对轮廓内数字进行分类识别，并与工控机15存储的字形或开关键图像对比，从而得到目标楼层的按键位置，工控机15对目标楼层的按键位置进行角度和距离的分析，然后将机械手转动的角度信息发送给三个舵机33的内置驱动器和末端舵机35的内置驱动器，同时将距离信息发送给STM32单片机16，然后三个舵机33的内置驱动器和末端舵机35的内置驱动器驱动舵机33和末端舵机35运动，同时STM32单片机16控制行走轮辅助进行微移直至机械手指36按下目标楼层的按键。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于高层室内引导的移动机器人，其特征在于：包括有车体，安装于车体上的支撑架，以及安装于支撑架顶端且朝向一致的机械手和摄像头；所述的车体包括底盘，连接于底盘上的行走轮，安装于底盘上端面上立体框形结构的安装架，设置于底盘上端面上且位于安装架内部的工控机、STM32单片机、驱动器和电池，设置于底盘上端面上且从安装架顶端伸出的雷达；所述的支撑架的底端固定连接于安装架的顶端上；所述的机械手包括有固定连接于支撑架顶端上的连接板、内端连接于连接板上的连接块、多个顺次连接的舵机转动梁和用于指按电梯的机械手指，所述的舵机转动梁包括有舵机和内端连接于舵机转动端上的转动梁，相邻的两个舵机转动梁中，其中一个舵机转动梁的舵机固定连接于另一个舵机转动梁的转动梁外端上，且多个舵机转动梁中，最内端舵机转动梁的舵机固定连接于连接块的外端上，最外端舵机转动梁的转动梁的外端上连接有末端舵机，末端舵机的转动端上连接有所述的机械手指；所述的工控机、STM32单片机、驱动器、雷达、摄像头、多个舵机转动梁的舵机、末端舵机均由电池供电，所述的STM32单片机、雷达、摄像头、多个舵机的内置驱动器、末端舵机的内置驱动器均与工控机连接，所述的STM32单片机通过驱动器与行走轮的轮毂电机连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于高层室内引导的移动机器人，其特征在于：所述的底盘上还设置有DC/DC转换器和与工控机连接的避障传感器，所述的工控机、STM32单片机均通过DC/DC转换器与电池连接进行供电，所述避障传感器用于检测到地面的距离，当距离大于设定的值就认为前面是坑，工控机就会触发急停，防止移动机器人掉下去。
3.根据权利要求1所述的一种用于高层室内引导的移动机器人，其特征在于：所述的舵机转动梁为三个。
4.根据权利要求1所述的一种用于高层室内引导的移动机器人，其特征在于：所述的安装架的顶端固定连接有支撑架安装板，所述的支撑架的底端固定连接于支撑架安装板上。
5.根据权利要求1所述的一种用于高层室内引导的移动机器人，其特征在于：所述的多个舵机转动梁的舵机和末端舵机外均罩设有保持架。
6.根据权利要求1所述的一种用于高层室内引导的移动机器人，其特征在于：所述的行走轮包括有两个驱动轮和一个导向轮，两个驱动轮的轮毂电机均通过驱动器与STM32单片机连接。
7.根据权利要求4所述的一种用于高层室内引导的移动机器人，其特征在于：所述的支撑架包括有四个竖梁和多个连接于相邻两个竖梁之间的加强横梁，所述的四个竖梁的底端均通过对应的角连接件连接于支撑架安装板上，两个相邻竖梁的顶端之间安装于竖直安装板，所述的摄像头固定于竖直安装板上且位于机械手的正上方。
8.根据权利要求1所述的一种用于高层室内引导的移动机器人的控制方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：
（1）、雷达扫描室内空间，然后将扫描结果发送给工控机，工控机对结果进行分析处理，得到移动机器人的位置信息、行走的角度和距离信息，然后将移动机器人的位置信息、行走的角度、距离和速度信息发送给STM32单片机，STM32单片机根据上述移动机器人相关信息通过驱动器驱动行走轮的轮毂电机运动，从而驱动移动机器人行进至电梯按键的目标地；
（2）、当移动机器人到达电梯按键的目标地后，摄像头拍摄电梯按键的图像，然后发送给工控机，工控机对电梯按键的图像中的按键进行分析识别后，发送控制命令给多个舵机的内置驱动器和末端舵机的内置驱动器，驱动舵机和末端舵机运动，直至机械手指按下目标电梯按键；
（3）、当电梯门打开后，工控机根据雷达扫描情况发送移动机器人相关信息给STM32单片机，STM32单片机通过驱动器驱动行走轮的轮毂电机运动，从而驱动移动机器人行进至电梯内，当移动机器人进入电梯内后，重复步骤（2）按下目标楼层的按键即可。
9.根据权利要求8所述的一种用于高层室内引导的移动机器人的控制方法，其特征在于：所述的步骤（2）工控机对电梯按键的图像中的按键实行分析识别的具体步骤为：工控机首先采用Canny边缘检测和霍夫变换技术分析确定电梯按键盘中的按键边缘轮廓，然后通过神经网络对轮廓内数字进行分类识别，并与工控机存储的字形或开关键图像对比，从而得到目标楼层的按键位置，再根据按键位置数据计算机械臂各舵机需转动的角度，通过控制舵机的运动，实现机械臂末端执行器按下电梯按钮。
10.根据权利要求9所述的一种用于高层室内引导的移动机器人的控制方法，其特征在于：所述的工控机对目标楼层的按键位置进行角度和距离的分析，然后将机械手转动的角度信息发送给多个舵机的内置驱动器和末端舵机的内置驱动器，同时将距离信息发送给STM32单片机，然后多个舵机的内置驱动器和末端舵机的内置驱动器驱动舵机和末端舵机运动，同时STM32单片机控制行走轮辅助进行微移直至机械手指按下目标楼层的按键。
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