CN109164800A - 高效机器人数据采集层 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高效机器人数据采集层，支撑台安装在机器人的躯干框架顶端，Kinect和网络摄像头组自下而上依次可拆卸地固接在支撑台上；Kinect的外壳底端面部分向外凸起形成有两根导向柱，支撑台顶端形成有与导向柱相配合导向槽；网络摄像头组包括两个网络摄像头，Kinect外壳顶端面形成有两个环形滑动槽；网络摄像头水平设置且中部竖直向下形成有转动轴，可转动地连接在Kinect的外壳上；网络摄像头一侧活动端竖直向下形成滑动杆，底端可滑动地嵌设在环形滑动槽内。滑动杆为可伸缩并固定的杆体，通过滑动杆伸缩能够调整网络摄像头与水平面之间的夹角，转动轴为可伸缩并固定的轴体。其组装紧凑、采集角度调节快捷方便精确，灵活性高，更加顺畅，保证工作区域整洁。

Description

高效机器人数据采集层

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体地，涉及一种高效机器人数据采集层。

背景技术

随着工业自动化的发展，机器智能受到越来越多的关注，其中智能机器人更是被公认为未来的主流发展方向。

而机器人一旦要移动，就不可避免地涉及到对环境的理解、路径规划、自主定位、避障及防碰撞等，而对环境的理解和机器人自主定位是其他功能的基础，也是首要的研究方向。

现有的研究人员和应用机构使用GPS来实现机器人自主定位，使用人工输入已知的环境地图和建筑物结构图来代替机器人自主学习和构建地图，但是其有如下缺陷：首先，GPS定位只适用于室外环境，不适用于室内场景；其次，民用的GPS定位精度不够，达不到机器人的工作精度要求；接着，人工输入地图的方式不适用于环境会变化的场景，如：道路封堵、有人或物品占到、原有路被挖断等；然后，人工输入地图的方式限制了机器人的工作范围，机器人只能在地图确定的范围内部工作，每换一个工作环境都需要一个准确的地图输入；最后，人工输入地图的方式致使机器人无法工作在没有电子档地图的环境和场景。

介于上述种种的问题，基于视觉的机器人自主定位及环境地图构建成为了智能机器人发展路上一个重要的待解决问题。因此，需要通过可见光摄像头、双目摄像头、激光雷达测距仪等传感器采集局部环境的信息，使用机器学习、数学建模、图像处理和模式识别等技术自动分析和理解机器人当前所处的环境，建立起环境地图，并使得机器人随时可以在该地图中确定自己的当前位置。而且，所建立的地图还可以提供给其他设备或人员使用，也可供机器人未来在该环境下工作使用。可见，高效机器人数据采集层的机动性和灵活性便十分重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效机器人数据采集层，该高效机器人数据采集层组装紧凑、采集角度调节快捷方便精确，灵活性高，更加顺畅，保证工作区域整洁。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高效机器人数据采集层，包括支撑台、Kinect和网络摄像头组；

支撑台安装在机器人的躯干框架顶端，Kinect和网络摄像头组自下而上依次可拆卸地固接在支撑台上；

Kinect的外壳底端面部分向外凸起形成有至少两根导向柱，支撑台顶端面部分向内凹陷形成有与导向柱相配合的导向槽；

网络摄像头组至少包括两个网络摄像头，Kinect的外壳顶端面部分向内凹陷形成有至少两个环形滑动槽；

网络摄像头水平设置且中部竖直向下形成有转动轴，转动轴的末端可转动地连接在Kinect的外壳上；网络摄像头的一侧活动端竖直向下形成有滑动杆，滑动杆底端可滑动地嵌设在环形滑动槽内并能够通过限位件紧固定位；

滑动杆为可伸缩并固定的杆体，通过滑动杆伸缩能够调整网络摄像头与水平面之间的夹角，并且，转动轴为可伸缩并固定的轴体；

Kinect的外壳顶端还设有油箱，油箱分别通过油道与环形滑动槽相连通；油箱上连接有计时器或者通过油量测试器与环形滑动槽连接以控制定时或者定量添加润滑油；其中，

环形滑动槽的侧壁上沿周向形成有显示转动角度大小的角度刻度尺，油道内嵌设有透明油管。

优选地，两个网络摄像头相互间的位姿不变，经过标定之后构成双目视觉传感设备。

优选地，Kinect的数据通过L转USB转接头直接连至机器人的处理器上的USB3.0接口，用于直接获取彩色视频、深度视频和红外视频。

优选地，网络摄像头通过双绞线接入机器人内部的路由器，处理器从路由器接入访问网络摄像头进行视频采集。

优选地，其中一个导向柱为圆形导向柱，与之对应的导向槽设置为圆形导向槽；另一个导向柱为菱形导向柱，与之对应的导向槽设置为菱形导向槽。

优选地，Kinect的外壳底端面敷设有一层缓冲层。

优选地，缓冲层为海绵层。

优选地，转动轴的末端形成有万向球头，Kinect的外壳上形成有与万向球头活动嵌设的万向球窝。

根据上述技术方案，将支撑台安装在机器人的躯干框架顶端，Kinect和网络摄像头组自下而上依次可拆卸地固接在支撑台上；这样，各部件之间可以单独拆卸进行维修和清理。而Kinect的外壳底端面部分向外凸起形成有至少两根导向柱，支撑台顶端面部分向内凹陷形成有与导向柱相配合的导向槽。如此，Kinect与支撑台之间组装是不会因为方向错误反复调整而耽误时间，并且在组装定位后跟随机器人移动时的稳定性更高，不会发生错位。网络摄像头组至少包括两个网络摄像头，Kinect的外壳顶端面部分向内凹陷形成有至少两个环形滑动槽；网络摄像头水平设置且中部竖直向下形成有转动轴，转动轴的末端可转动地连接在Kinect的外壳上；网络摄像头的一侧活动端竖直向下形成有滑动杆，滑动杆底端可滑动地嵌设在环形滑动槽内并能够通过限位件紧固定位。采用该设计可以根据需要松开限位件，驱动滑动杆沿环形滑动槽滑动，以带动网络摄像头一端绕转动轴转动至预设位置，然后使用限位件重新定位就可以固定网络摄像头朝向。在调节过程中，两个摄像头既可以实现同一朝向的同步采集数据，又可以实现不同方向的同步采集并汇总处理，大大扩大了整体取像采集范围，使得处理后得到的数据更加精确。

同时，滑动杆为可伸缩并固定的杆体，通过滑动杆伸缩能够调整网络摄像头与水平面之间的夹角，并且，转动轴为可伸缩并固定的轴体。这样，滑动杆伸长时，网络摄像头的头部向上抬起，使得网络摄像头与水平面之间的夹角增大，此时可以仰角采集机器人上方的影像；当滑动杆缩短时，网络摄像头的头部向下下压，使得网络摄像头与水平面之间的夹角减小，此时可以俯视采集机器人下方的影像。进一步地，同时将转动轴和滑动杆同步升高或者同步降低可以实现调整网络摄像头采集水平面高度，在从较高的水平面高度调整网络摄像头下压会采集到更大俯角的区域，而从较低的水平面高度调整网络摄像头上扬会采集到更大仰角的区域；并且，将转动轴和滑动杆分别调整，其中一者伸长，另一者缩短就会更加快速地获得角度的改变，省时省力。通过上述调节方式使得机器人的采集覆盖面进一步扩大，实现全景采集数据的效果。

由于机器人在采集数据的过程中会频繁调用网络摄像头转动角度，这就需要滑动杆在环形滑动槽内长时间或者多次往复运动，而为了保证其较长的使用寿命，在设计取材时选择金属材料制成。而在金属材质的滑动杆和环形滑动槽互相摩擦后会使得二者的相对运动受到的阻力越来越大，直接导致滑动调节顿挫感增强。为了解决这个问题，在Kinect的外壳顶端还设有油箱，油箱分别通过油道与环形滑动槽相连通；油箱上连接有计时器或者通过油量测试器与环形滑动槽连接，这样可以实现操作运动过程中定时添加润滑油或者经过检测到油量不足时定量添加润滑油，有效地保证滑动杆和环形滑动槽之间的润滑程度，使得相互运动更加顺畅，更加灵活。

并且，环形滑动槽的侧壁上沿周向形成有显示转动角度大小的角度刻度尺，这样通过两侧网络摄像头转动角度的读取比较可以迅速地实现二者朝向角度一致，减少了分部手动调节的误差，使得采集数据结果更加高效，更加精准。而油道内嵌设有透明油管，是为了便于机器人维护者直观地观察得出油路是否有堵塞现象，还可以使用油道导向油管来约束油路，避免润滑油泄漏甚至抛洒而污染机器人本身或者工作区域，保持工作区域整洁。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明提供的一种实施方式中的高效机器人数据采集层的结构示意图。

附图标记说明

1-支撑台 2-Kinect

3-网络摄像头 4-环形滑动槽

5-转动轴 6-滑动杆

7-油箱 8-油道

9-角度刻度尺

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上、下、前、后”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。

参见图1，本发明提供一种高效机器人数据采集层，包括支撑台1、Kinect2和网络摄像头组；

支撑台1安装在机器人的躯干框架顶端，Kinect2和网络摄像头组自下而上依次可拆卸地固接在支撑台1上；

Kinect2的外壳底端面部分向外凸起形成有至少两根导向柱，支撑台1顶端面部分向内凹陷形成有与导向柱相配合的导向槽；

网络摄像头组至少包括两个网络摄像头3，Kinect2的外壳顶端面部分向内凹陷形成有至少两个环形滑动槽4；

网络摄像头3水平设置且中部竖直向下形成有转动轴5，转动轴5的末端可转动地连接在Kinect2的外壳上；网络摄像头3的一侧活动端竖直向下形成有滑动杆6，滑动杆6底端可滑动地嵌设在环形滑动槽4内并能够通过限位件紧固定位；

滑动杆6为可伸缩并固定的杆体，通过滑动杆6伸缩能够调整网络摄像头3与水平面之间的夹角，并且，转动轴5为可伸缩并固定的轴体；

Kinect2的外壳顶端还设有油箱7，油箱7分别通过油道8与环形滑动槽4相连通；油箱7上连接有计时器或者通过油量测试器与环形滑动槽4连接以控制定时或者定量添加润滑油；其中，

环形滑动槽4的侧壁上沿周向形成有显示转动角度大小的角度刻度尺9，油道8内嵌设有透明油管。

通过上述技术方案，将支撑台1安装在机器人的躯干框架顶端，Kinect2和网络摄像头3组自下而上依次可拆卸地固接在支撑台1上；这样，各部件之间可以单独拆卸进行维修和清理。而Kinect2的外壳底端面部分向外凸起形成有至少两根导向柱，支撑台1顶端面部分向内凹陷形成有与导向柱相配合的导向槽。如此，Kinect2与支撑台1之间组装是不会因为方向错误反复调整而耽误时间，并且在组装定位后跟随机器人移动时的稳定性更高，不会发生错位。网络摄像头3组至少包括两个网络摄像头3，Kinect2的外壳顶端面部分向内凹陷形成有至少两个环形滑动槽4；网络摄像头3水平设置且中部竖直向下形成有转动轴5，转动轴5的末端可转动地连接在Kinect2的外壳上；网络摄像头3的一侧活动端竖直向下形成有滑动杆6，滑动杆6底端可滑动地嵌设在环形滑动槽4内并能够通过限位件紧固定位。采用该设计可以根据需要松开限位件，驱动滑动杆6沿环形滑动槽4滑动，以带动网络摄像头3一端绕转动轴5转动至预设位置，然后使用限位件重新定位就可以固定网络摄像头3朝向。在调节过程中，两个摄像头既可以实现同一朝向的同步采集数据，又可以实现不同方向的同步采集并汇总处理，大大扩大了整体取像采集范围，使得处理后得到的数据更加精确。

同时，滑动杆6为可伸缩并固定的杆体，通过滑动杆6伸缩能够调整网络摄像头3与水平面之间的夹角，并且，转动轴5为可伸缩并固定的轴体。这样，滑动杆6伸长时，网络摄像头3的头部向上抬起，使得网络摄像头3与水平面之间的夹角增大，此时可以仰角采集机器人上方的影像；当滑动杆6缩短时，网络摄像头3的头部向下下压，使得网络摄像头3与水平面之间的夹角减小，此时可以俯视采集机器人下方的影像。进一步地，同时将转动轴5和滑动杆6同步升高或者同步降低可以实现调整网络摄像头3采集水平面高度，在从较高的水平面高度调整网络摄像头3下压会采集到更大俯角的区域，而从较低的水平面高度调整网络摄像头3上扬会采集到更大仰角的区域；并且，将转动轴5和滑动杆6分别调整，其中一者伸长，另一者缩短就会更加快速地获得角度的改变，省时省力。通过上述调节方式使得机器人的采集覆盖面进一步扩大，实现全景采集数据的效果。

由于机器人在采集数据的过程中会频繁调用网络摄像头3转动角度，这就需要滑动杆6在环形滑动槽4内长时间或者多次往复运动，而为了保证其较长的使用寿命，在设计取材时选择金属材料制成。而在金属材质的滑动杆6和环形滑动槽4互相摩擦后会使得二者的相对运动受到的阻力越来越大，直接导致滑动调节顿挫感增强。为了解决这个问题，在Kinect2的外壳顶端还设有油箱7，油箱7分别通过油道8与环形滑动槽4相连通；油箱7上连接有计时器或者通过油量测试器与环形滑动槽4连接，这样可以实现操作运动过程中定时添加润滑油或者经过检测到油量不足时定量添加润滑油，有效地保证滑动杆6和环形滑动槽4之间的润滑程度，使得相互运动更加顺畅，更加灵活。

并且，环形滑动槽4的侧壁上沿周向形成有显示转动角度大小的角度刻度尺9，这样通过两侧网络摄像头3转动角度的读取比较可以迅速地实现二者朝向角度一致，减少了分部手动调节的误差，使得采集数据结果更加高效，更加精准。而油道8内嵌设有透明油管，是为了便于机器人维护者直观地观察得出油路是否有堵塞现象，还可以使用油道8导向油管来约束油路，避免润滑油泄漏甚至抛洒而污染机器人本身或者工作区域，保持工作区域整洁。

在本实施方式中，为了使得网络摄像头3的取像采集效果更好，优选地，两个网络摄像头3相互间的位姿不变，经过标定之后构成双目视觉传感设备。

进一步地，优选Kinect2的数据通过L转USB转接头直接连至机器人的处理器上的USB3.0接口，用于直接获取彩色视频、深度视频和红外视频。

网络摄像头3通过双绞线接入机器人内部的路由器，处理器从路由器接入访问网络摄像头3进行视频采集。

此外，为了尽可能地发挥导向柱与导向槽之间相互形成的限位效果，优选地，其中一个导向柱为圆形导向柱，与之对应的导向槽设置为圆形导向槽；另一个导向柱为菱形导向柱，与之对应的导向槽设置为菱形导向槽。

当该高效机器人数据采集层在组装或者使用过程中受到外力挤压或者颠簸时，会与相邻的接触面发生碰撞，为了防止二者受损发生形变不利于后续装配使用，优选地，Kinect2的外壳底端面敷设有一层缓冲层。

上述缓冲层可以是本领域中常见的任何一种柔性材料制成，但是从便于取材和降低使用更换成本的角度考虑，优选地，缓冲层为海绵层。

另外，为了使得该高效机器人数据采集层的采集角度更大更广范，进一步地优化调节角度过程中的灵活性，优选地，转动轴5的末端形成有万向球头，Kinect2的外壳上形成有与万向球头活动嵌设的万向球窝。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种高效机器人数据采集层，其特征在于，包括支撑台(1)、Kinect(2)和网络摄像头组；

所述支撑台(1)安装在所述机器人的躯干框架顶端，所述Kinect(2)和所述网络摄像头组自下而上依次可拆卸地固接在所述支撑台(1)上；

所述Kinect(2)的外壳底端面部分向外凸起形成有至少两根导向柱，所述支撑台(1)顶端面部分向内凹陷形成有与所述导向柱相配合的导向槽；

所述网络摄像头组至少包括两个网络摄像头(3)，所述Kinect(2)的外壳顶端面部分向内凹陷形成有至少两个环形滑动槽(4)；

所述网络摄像头(3)水平设置且中部竖直向下形成有转动轴(5)，所述转动轴(5)的末端可转动地连接在所述Kinect(2)的外壳上；所述网络摄像头(3)的一侧活动端竖直向下形成有滑动杆(6)，所述滑动杆(6)底端可滑动地嵌设在所述环形滑动槽(4)内并能够通过限位件紧固定位；

所述滑动杆(6)为可伸缩并固定的杆体，通过所述滑动杆(6)伸缩能够调整所述网络摄像头(3)与水平面之间的夹角，并且，所述转动轴(5)为可伸缩并固定的轴体；

所述Kinect(2)的外壳顶端还设有油箱(7)，所述油箱(7)分别通过油道(8)与所述环形滑动槽(4)相连通；所述油箱(7)上连接有计时器或者通过油量测试器与所述环形滑动槽(4)连接以控制定时或者定量添加润滑油；其中，

所述环形滑动槽(4)的侧壁上沿周向形成有显示转动角度大小的角度刻度尺(9)，所述油道(8)内嵌设有透明油管。

2.根据权利要求1所述的高效机器人数据采集层，其特征在于，两个所述网络摄像头(3)相互间的位姿不变，经过标定之后构成双目视觉传感设备。

3.根据权利要求1所述的高效机器人数据采集层，其特征在于，所述Kinect(2)的数据通过L转USB转接头直接连至所述机器人的处理器上的USB3.0接口，用于直接获取彩色视频、深度视频和红外视频。

4.根据权利要求3所述的高效机器人数据采集层，其特征在于，所述网络摄像头(3)通过双绞线接入所述机器人内部的路由器，所述处理器从所述路由器接入访问所述网络摄像头(3)进行视频采集。

5.根据权利要求1所述的高效机器人数据采集层，其特征在于，其中一个所述导向柱为圆形导向柱，与之对应的所述导向槽设置为圆形导向槽；另一个所述导向柱为菱形导向柱，与之对应的所述导向槽设置为菱形导向槽。

6.根据权利要求1所述的高效机器人数据采集层，其特征在于，所述Kinect(2)的外壳底端面敷设有一层缓冲层。

7.根据权利要求6所述的高效机器人数据采集层，其特征在于，所述缓冲层为海绵层。

8.根据权利要求1所述的高效机器人数据采集层，其特征在于，所述转动轴(5)的末端形成有万向球头，所述Kinect(2)的外壳上形成有与所述万向球头活动嵌设的万向球窝。