CN109358346A - 一种服务机器人自主导航底盘系统 - Google Patents

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蔡云辉
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    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
    • G—PHYSICS
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    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G—PHYSICS
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    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/50—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring linear speed

Abstract

本发明公开了一种服务机器人自主导航底盘系统，包括处理模块、环境监测模块、速度检测模块、定位模块、存储模块、行走模块、报警模块，所述处理模块分别与所述环境监测模块、所述速度检测模块、所述定位模块、所述存储模块、所述行走模块和所述报警模块电性连接，通过温湿度监测单元对外界环境的温湿度进行监测，当外界环境不适合使用机器人时，报警模块能够发出警报，从而防止外界环境对本机器人造成损坏，并通过障碍物监测单元对进行路线上的物体进行监测，当进行路线上存在障碍物时，报警模块发出警报，避免机器人与物体发生撞击。

Description

一种服务机器人自主导航底盘系统
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体为一种服务机器人自主导航底盘系统。
背景技术
机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
随着时代的发展，科技的进步，机器人的使用越来越广泛，在服务行业，机器人的使用率也逐渐增多，但是，市场上常见的机器人在使用时，容易与外界的物体发生碰撞，从而受到损坏，而且，机器人内部含有多种不同类型的电子设备，外界的温度和湿度均会对机器人造成损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种服务机器人自主导航底盘系统，能够避免机器人与外界物体发生碰撞，在外界环境不适合使用机器人时，能够发出警报，避免机器人受到损坏，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种服务机器人自主导航底盘系统，包括处理模块、环境监测模块、速度检测模块、定位模块、存储模块、行走模块、报警模块，所述处理模块分别与所述环境监测模块、所述速度检测模块、所述定位模块、所述存储模块、所述行走模块和所述报警模块电性连接；
所述环境监测模块包括温湿度监测单元和障碍物监测单元，所述温度监测单元能够对外界环境中的温湿度进行监测，并将监测到的信号传输给处理模块，所述障碍物监测单元能够对行进的路线进行监测，行进路线上出现物体时，能够将监测到的物体信号传输给处理模块；
所述速度检测模块用于检测底盘的移动速度，并将检测到的速度信息传输给处理模块；
所述定位模块为GPS接收器，所述GPS接收器镶嵌在机器人底盘中心，所述GPS接收器能够接收GPS卫星发送的定位信号，并将GPS卫星发送的定位信号以数据的方式传输给处理模块；
所述存储模块包括至少两组存储单元，其中一组存储单元用于对系统进行备份，其它存储单元用于对环境监测模块采集的数据进行存储；
所述行走模块包括左电机驱动单元和右电机驱动单元；
所述左电机驱动单元由左电机驱动器和左轮驱动电机组成，所述右电机驱动单元由右电机驱动器和右轮驱动电机组成，处理模块通过控制左电机驱动器进而控制左轮驱动电机，处理模块通过控制右电机驱动器进而控制右轮驱动电机；
所述报警模块包括环境报警单元和速度报警单元，通过处理模块对环境监测模块采集的外界环境信号进行处理，将外界的环境信号处理成数据的模式，并将处理出的数据与设定的数据进行对比，当处理后的数据超出了设定数据的范围时，处理模块将处理出的数据传输给环境报警单元，环境报警单元接收数据后，发出警报，通过处理模块对速度监测模块采集的外界环境信号进行处理，将速度信号处理成数据的模式，并将处理出的数据与设定的数据进行对比，当处理出的数据超出了设定数据的范围，处理模块将处理出的数据传输给速度报警单元，速度报警单元接收数据后，发出警报。
优选的，所述处理模块上设有无线接收器，该无线接收器用于接收远程无线控制信号。
优选的，所述障碍物监测单元包括激光传感器和接近传感器，激光传感器能实现无接触远距离测量，能够对远距离的物体进行测量，当物体接近底盘时，接近传感器能够感应到物体，并将感应到的信号传输给处理模块，处理模块对接收到的信号进行处理，从而将信号转化为数据，然后将处理出数据的与设定的数据进行对比，当接收到的数据超出设定数据的范围，报警模块能够发出警报。
优选的，所述速度检测模块为速度传感器，该速度传感器能够检测底盘的移动速度，并将检测出的速度信号传输给处理模块，处理模块对速度信号进行处理，将速度信号转化为数据的模式，然后将处理出的数据与设定数据进行对比，当处理出的数据超出设定数据的范围时，处理模块将处理出的数据传输给速度报警单元，速度报警单元接收到信号后会发出警报。
优选的，所述左轮驱动器和右轮驱动器为同一型号的驱动器。
优选的，所述左轮驱动电机和右轮驱动电机均为步进电机，所述左轮驱动电机和右轮驱动电机型号相同。
优选的，所述处理模块为32位微控制器，采用STM32F103ZET6单片机芯片。
优选的，所述温湿度监测单元包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器用于检测外界环境的温度，所述湿度传感器用于检测外界环境的湿度。
优选的，所述环境报警单元包括闪光报警器和语音报警器，且所述闪光报警器与温度传感器对应，所述语音报警器与湿度传感器对应。
优选的，所述速度报警单元为声光报警器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过温湿度监测单元对外界环境的温湿度进行监测，当外界环境不适合使用机器人时，报警模块能够发出警报，从而防止外界环境对本机器人造成损坏，并通过障碍物监测单元对进行路线上的物体进行监测，当进行路线上存在障碍物时，报警模块发出警报，避免机器人与物体发生撞击。
附图说明
图1为本发明的电性连接框图；
图2为本发明的环境监测模块示意图；
图3为本发明的温湿度监测单元示意图；
图4为本发明的障碍物监测单元示意图；
图5为本发明的报警模块示意图；
图6为本发明的温度传感器电路图。
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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。
本发明提供了如图1-5所示的一种服务机器人自主导航底盘系统，包括处理模块、环境监测模块、速度检测模块、定位模块、存储模块、行走模块、报警模块，所述处理模块分别与所述环境监测模块、所述速度检测模块、所述定位模块、所述存储模块、所述行走模块和所述报警模块电性连接；
所述环境监测模块包括温湿度监测单元和障碍物监测单元，所述温度监测单元能够对外界环境中的温湿度进行监测，并将监测到的信号传输给处理模块，所述障碍物监测单元能够对行进的路线进行监测，行进路线上出现物体时，能够将监测到的物体信号传输给处理模块；
所述速度检测模块用于检测底盘的移动速度，并将检测到的速度信息传输给处理模块；
所述定位模块为GPS接收器，所述GPS接收器镶嵌在机器人底盘中心，所述GPS接收器能够接收GPS卫星发送的定位信号，并将GPS卫星发送的定位信号以数据的方式传输给处理模块；
所述GPS接收器为SE4150L型双天线GPS接收器，采用低侧高4mm×4mm 封装，具有多位输出功能，工作电压范围为217V～316V，具有小于10uA的低待机电流，此外，SE4150L型双天线GPS接收器的数字IO和电压都经过专门设计,可在116V～316V的电压范围内工作；
所述存储模块包括至少两组存储单元，其中一组存储单元用于对系统进行备份，其它存储单元用于对环境监测模块采集的数据进行存储；
所述行走模块包括左电机驱动单元和右电机驱动单元；
所述左电机驱动单元由左电机驱动器和左轮驱动电机组成，所述右电机驱动单元由右电机驱动器和右轮驱动电机组成，处理模块通过控制左电机驱动器进而控制左轮驱动电机，处理模块通过控制右电机驱动器进而控制右轮驱动电机；
所述报警模块包括环境报警单元和速度报警单元，通过处理模块对环境监测模块采集的外界环境信号进行处理，将外界的环境信号处理成数据的模式，并将处理出的数据与设定的数据进行对比，当处理后的数据超出了设定数据的范围时，处理模块将处理出的数据传输给环境报警单元，环境报警单元接收数据后，发出警报，通过处理模块对速度监测模块采集的外界环境信号进行处理，将速度信号处理成数据的模式，并将处理出的数据与设定的数据进行对比，当处理出的数据超出了设定数据的范围，处理模块将处理出的数据传输给速度报警单元，速度报警单元接收数据后，发出警报。
具体的，所述处理模块上设有无线接收器，该无线接收器用于接收远程无线控制信号。
具体的，所述障碍物监测单元包括激光传感器和接近传感器，激光传感器能实现无接触远距离测量，能够对远距离的物体进行测量，当物体接近底盘时，接近传感器能够感应到物体，并将感应到的信号传输给处理模块，处理模块对接收到的信号进行处理，从而将信号转化为数据，然后将处理出数据的与设定的数据进行对比，当接收到的数据超出设定数据的范围，报警模块能够发出警报。
具体的，所述速度检测模块为速度传感器，该速度传感器能够检测底盘的移动速度，并将检测出的速度信号传输给处理模块，处理模块对速度信号进行处理，将速度信号转化为数据的模式，然后将处理出的数据与设定数据进行对比，当处理出的数据超出设定数据的范围时，处理模块将处理出的数据传输给速度报警单元，速度报警单元接收到信号后会发出警报。
具体的，所述左轮驱动器和右轮驱动器为同一型号的驱动器。
具体的，所述左轮驱动电机和右轮驱动电机均为步进电机，所述左轮驱动电机和右轮驱动电机型号相同。
具体的，所述处理模块为32位微控制器，采用STM32F103ZET6单片机芯片。
具体的，所述温湿度监测单元包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器用于检测外界环境的温度，所述湿度传感器用于检测外界环境的湿度。
具体的，所述环境报警单元包括闪光报警器和语音报警器，且所述闪光报警器与温度传感器对应，所述语音报警器与湿度传感器对应。
具体的，所述速度报警单元为声光报警器，该声光报警器在工作时能够同时发出声音和光线。
所述激光传感器为CONTROL 3D线性激光传感器，采用集成设计工艺，封装性和抗干扰性强；对使用环境要求小，在低光照、强光照、高温、强粉尘颗粒等恶劣的工业环境中均可使用；抗压能力强，在水下、高空同样正常使用，CONTROL 3D线性激光传感器的信息采集频率最高可达4000Hz，防护等级为IP65，信息采集效率快，图像采集中心点线宽高达100mm、线高高达240mm，能够满足各领域的信息采集需求。
所述速度传感器为CV-YD-021压电式速度传感器，灵敏度为4± 5％mV/mms-1，工作电压范围在18V～24V，工作电流为2～10mA。
所述温度传感器为CMOS温度传感器，该CMOS温度传感器温度范围 -30℃～125℃，温度系数为5.9mV/℃，CMOS温度传感器的优点包括体积小、成本低、性能高。
所述湿度传感器为HM1500湿度传感器，HM1500是一种线性电压输出式集成湿度传感器，它是基于HSll01/HSll01LF的电压输出湿度模块，其内部的基准振荡电路提供基准振荡信号，湿度传感器的电容被接入传感器振荡电路，其作用是作为振荡电路的充放电元件，产生另一路振荡信号，这两路信号经过比较，把频率的差异转换成电压信号，被低通滤波和增益放大处理后输出和湿度成比例的电压信号，优点是具有高可靠性与长时间稳定性，在5VDC供电时，0～100％RH对应输出1～4VDC线性电压，并且对于温度的依赖新极低。
综上所述：通过处理模块对环境监测模块采集的外界环境信号进行处理，将外界的环境信号处理成数据的模式，并将处理出的数据与设定的数据进行对比，当处理后的数据超出了设定数据的范围时，处理模块将处理出的数据传输给环境报警单元，环境报警单元接收数据后，发出警报，操作人员通过观察警报，将机器人移动到适宜的环境中，通过处理模块对速度监测模块采集的外界环境信号进行处理，将速度信号处理成数据的模式，并将处理出的数据与设定的数据进行对比，当处理出的数据超出了设定数据的范围，处理模块将处理出的数据传输给速度报警单元，速度报警单元接收数据后，发出警报，障碍物监测单元能够对行进的路线进行监测，行进路线上出现物体时，能够将监测到的物体信号传输给处理模块，处理模块将信号以数据的方式传输给报警模块，从而发出警报，操作人员通过观察警报，改变机器人的移动方向，避免机器人与物体发生撞击。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种服务机器人自主导航底盘系统，其特征在于，包括处理模块、环境监测模块、速度检测模块、定位模块、存储模块、行走模块、报警模块，所述处理模块分别与所述环境监测模块、所述速度检测模块、所述定位模块、所述存储模块、所述行走模块和所述报警模块电性连接；
所述环境监测模块包括温湿度监测单元和障碍物监测单元，所述温度监测单元能够对外界环境中的温湿度进行监测，并将监测到的信号传输给处理模块，所述障碍物监测单元能够对行进的路线进行监测，行进路线上出现物体时，能够将监测到的物体信号传输给处理模块；
所述速度检测模块用于检测底盘的移动速度，并将检测到的速度信息传输给处理模块；
所述定位模块为GPS接收器，所述GPS接收器镶嵌在机器人底盘中心，所述GPS接收器能够接收GPS卫星发送的定位信号，并将GPS卫星发送的定位信号以数据的方式传输给处理模块；
所述存储模块包括至少两组存储单元，其中一组存储单元用于对系统进行备份，其它存储单元用于对环境监测模块采集的数据进行存储；
所述行走模块包括左电机驱动单元和右电机驱动单元；
所述左电机驱动单元由左电机驱动器和左轮驱动电机组成，所述右电机驱动单元由右电机驱动器和右轮驱动电机组成，处理模块通过控制左电机驱动器进而控制左轮驱动电机，处理模块通过控制右电机驱动器进而控制右轮驱动电机；
所述报警模块包括环境报警单元和速度报警单元，通过处理模块对环境监测模块采集的外界环境信号进行处理，将外界的环境信号处理成数据的模式，并将处理出的数据与设定的数据进行对比，当处理后的数据超出了设定数据的范围时，处理模块将处理出的数据传输给环境报警单元，环境报警单元接收数据后，发出警报，通过处理模块对速度监测模块采集的外界环境信号进行处理，将速度信号处理成数据的模式，并将处理出的数据与设定的数据进行对比，当处理出的数据超出了设定数据的范围，处理模块将处理出的数据传输给速度报警单元，速度报警单元接收数据后，发出警报。
2.根据权利要求1所述的一种服务机器人自主导航底盘系统，其特征在于：所述处理模块上设有无线接收器，该无线接收器用于接收远程无线控制信号。
3.根据权利要求1所述的一种服务机器人自主导航底盘系统，其特征在于：所述障碍物监测单元包括激光传感器和接近传感器，激光传感器能实现无接触远距离测量，能够对远距离的物体进行测量，当物体接近底盘时，接近传感器能够感应到物体，并将感应到的信号传输给处理模块，处理模块对接收到的信号进行处理，从而将信号转化为数据，然后将处理出数据的与设定的数据进行对比，当接收到的数据超出设定数据的范围，报警模块能够发出警报。
4.根据权利要求1所述的一种服务机器人自主导航底盘系统，其特征在于：所述速度检测模块为速度传感器，该速度传感器能够检测底盘的移动速度，并将检测出的速度信号传输给处理模块，处理模块对速度信号进行处理，将速度信号转化为数据的模式，然后将处理出的数据与设定数据进行对比，当处理出的数据超出设定数据的范围时，处理模块将处理出的数据传输给速度报警单元，速度报警单元接收到信号后会发出警报。
5.根据权利要求1所述的一种服务机器人自主导航底盘系统，其特征在于：所述左轮驱动器和右轮驱动器为同一型号的驱动器。
6.根据权利要求1所述的一种服务机器人自主导航底盘系统，其特征在于：所述左轮驱动电机和右轮驱动电机均为步进电机，所述左轮驱动电机和右轮驱动电机型号相同。
7.根据权利要求1所述的一种服务机器人自主导航底盘系统，其特征在于：所述处理模块为32位微控制器，采用STM32F103ZET6单片机芯片。
8.根据权利要求1所述的一种服务机器人自主导航底盘系统，其特征在于：所述温湿度监测单元包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器用于检测外界环境的温度，所述湿度传感器用于检测外界环境的湿度。
9.根据权利要求8所述的一种服务机器人自主导航底盘系统，其特征在于：所述环境报警单元包括闪光报警器和语音报警器，且所述闪光报警器与温度传感器对应，所述语音报警器与湿度传感器对应。
10.根据权利要求1所述的一种服务机器人自主导航底盘系统，其特征在于：所述速度报警单元为声光报警器。
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