CN109770548A - 一种轮状送餐无人车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮状送餐无人车包括载餐箱，载餐箱上设有出餐口，还包括互相平行的第一车轮和第二车轮、两车轮内设有圆周轨道，圆周轨道内均设有动力装置、传动装置和驱动装置，载餐箱连接两车轮的传动装置，本发明设置将动力装置、驱动装置和传动装置装嵌在车轮内，简化了车辆结构，再结合控制板、定位模块和影像采集装置能有效通过图像识别技术分析出局部周围环境并根据设定的目的地，使得设置在两车轮之间的载餐箱能顺利抵达目标地点完成送餐任务。

Description

一种轮状送餐无人车

技术领域

本发明涉及自动机器人技术领域，具体涉及一种轮状送餐无人车。

背景技术

社会上的送餐车，从载具本身来看，它经过改装或没有牌照上路存在一定安全隐患；另一方面，开车的送餐员没有足够的交通安全意识，经常以高速行驶的状态逆行和抢道，对路上出行的人形成严重的不可估量的安全隐患且送餐员的工作状态极易受情绪及环境影响。此外，送餐这一环节并未在一定社会监管环境下，对餐食的卫生安全以及住户的隐私安全存在一定威胁。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种能通过无人驾驶的操控系统进行一定距离的点对点移动，以及接合图像识别进行局部路径规划即避障，为未来发展的多机器人融合工作而准备的一种轮状送餐无人车。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种轮状送餐无人车，包括外壳、载餐箱、第一车轮、第二车轮、影像采集装置、控制板和定位模块；载餐箱、第一车轮和第二车轮设置在外壳的内部，第一车轮和第二车轮互相平行地分别设置在载餐箱的两侧，所述载餐箱上设有出餐口，载餐箱的前面和后面均设有影像采集装置，定位模块设置在控制板上，控制板分别与影像采集装置和定位模块电气连接。第一圆周轨道嵌入到第一车轮内，第二圆周轨道嵌入到第二车轮内，第一圆周轨道和第二圆周轨道内均设有动力装置、传动装置和驱动装置，控制板分别与第一圆周轨道内的动力装置和第二圆周轨道内的动力装置电气连接。所述驱动装置包括主动轮和从动轮。所述从动轮包括第一从动轮和第二从动轮，第一圆周轨道内的主动轮、第一从动轮和第二从动轮均卡设在第一圆周轨道内并与第一圆周轨道滚动连接，第二圆周轨道内的主动轮、第一从动轮和第二从动轮均卡设在第二圆周轨道内并与第二圆周轨道滚动连接。所述传动装置包括第一连杆、第二连杆和框架，主动轮与第一连杆的一端铰接，第一连杆的另一端与框架铰接；第一从动轮与框架连接，第二从动轮与第二连杆的一端铰接，第二连杆的另一端与框架铰接。载餐箱的一侧与设置于第一圆周轨道内的框架固定连接，载餐箱的另一侧与设置于第二车轮上传动装置的框架固定连接。

需要补充说明的是，动力装置、传动装置和驱动装置都整合一起到车轮内的技术称为轮毂电机技术，得以省略大量传动部件，让车辆结构更简单紧凑。特别地，动力装置为轮毂电机，影像采集装置为摄像头。设置在外壳的前面和后面的摄像头用于实时捕捉在载餐箱在运行过程中周围路况的图像并传送到控制板。载餐箱通过第一车轮和第二车轮各自独立的传动装置固定在第一车轮和第二车轮上，且第一车轮和第二车轮位置平行，即第一车轮、载餐箱和第二车轮三者位置平行。通过控制板控制第一车轮上的轮毂电机和第二车轮上的轮毂电机的差速运作实现第一车轮和第二车轮的差速转动，从而实现载餐箱的左转、右转及原地转动。通过轮毂电机的反向转动实现车辆的减速及制动。特别地，载货箱不随车轮转动，与载货箱固定连接的框架也不转动，原因在于调整主动轮及第一从动轮、第二从动轮与所在轨道间摩擦力合适，加上框架和载货箱整体重心偏下，使得第一车轮和第二车轮转动而载货箱平动。由于框架是相对稳定的结构，所以控制板可以设置在框架上。

特别地，在送餐前，用户通过APP设定的目标位置并通过网络传送到控制板，控制板接合定位模块，定位模块为此时载餐箱所处位置定位并传送到控制板，控制板进行路径规划，然后控制板控制第一车轮和第二车轮的轮毂电机转速以驱动载餐箱运动，通过设置在外壳前面和后面的摄像头能在载餐箱行驶过程中实时捕捉图像并传送到控制板，控制板基于图像识别技术，识别局部环境，通过算法进行局部路径规划，改变第一车轮和第二车轮的轮毂电机的转速实现载餐箱的变向、减速或停止，从而避开障碍，顺利抵达目的位置。

特别地，定位模块包括有GPS定位系统和AMCL定位系统。控制板上同时搭载GPS定位系统和AMCL定位系统，控制板能根据上述两个定位系统工作时的测量数据标准差，选择当前状况下最优的定位系统。目的在于针对GPS信号良好的开阔地和信号被削弱的楼群内狭窄街道，提供AMCL辅助保证最优定位定向。为将来多机器人协同工作准备。

进一步，所述第一连杆和框架之间以及第二连杆和框架之间均设有减振器。对于行驶过程中的紧急制动及不平路面造成的振动，通过设置在第一连杆和框架之间和设置在第二连杆和框架之间的减振器能保证载餐箱的纵向稳定性。具体地，所述框架为设置于第一圆周轨道内的框架和设置于第二车轮上传动装置的框架。特别地，第一连杆和框架之间以及第二连杆和框架之间的减振器调整到合适的阻尼使得在一定范围下的纵向激励才会激活减振器工作，在一般情况下，可以视为固定连接。

再进一步，还包括出餐机构，出餐机构包括有餐格、电动门和传感器，载餐箱内设有若干个餐格，每个餐格内均设有传感器。电动门设置在载餐箱上并与出餐口位置相对，电动门和传感器均与控制板连接。待电动门打开，用户取餐完毕后，餐格内的传感器将信号传送到控制板。

进一步，还包括识别机构，识别机构为人机交互装置，人机交互装置与控制板连接。在载餐箱到达规划地点后，用户可以通过人机交互装置扫描二维码取餐，待确定信息一致后，将信号传送到控制板，控制板启动打开电动门，用户可在出餐口处取餐。在具体应用中，人机交互装置还能与用户的手机app连接，通过手机app扫描人机交互装置上的二维码。

再进一步，还包括电源机构和电池箱，电源机构为电池，电源机构为电池，电池箱设有电池仓门和充电插口，电池仓门设置在外壳上，电池设置在电池箱的内部。为保证本发明的灵活性，则采用直流电池供电的形式，其中电池仓门的设置有利于更换电池，还能通过充电插口对电池箱内的电池充电。

再进一步，所述载餐箱的形状为圆柱体。圆柱体的载餐箱能更好地契合第一车轮和第二车轮的形状。

轮状送餐无人车的工作方法，其特征在于，包括如下步骤

S1控制板开启电动门后，将餐格从出餐口取出，并在餐格上装上餐食后，从出餐口将餐格放回原位，控制板控制关闭电动门；无需拆卸载餐箱进入内部更换餐格，只需和出餐同样的方式，反向装餐即可。

S2控制板基于定位模块的定位信息，设定目的地并规划行驶路线，同时控制开启第一车轮和第二车轮上的轮毂电机并控制其转动速度；

S3第一车轮上的轮毂电机驱动第一圆周轨道内的主动轮沿第一圆周轨道滚动，第二车轮上的轮毂电机驱动第二圆周轨道内的主动轮沿第二圆周轨道滚动；第一圆周轨道内的主动轮转动带动第一圆周轨道内的第一连杆运动，第一圆周轨道内的第一连杆带动第一圆周轨道内的框架移动，第一圆周轨道内的框架带动第一从动轮沿第一圆周轨道上运动，此时第一圆周轨道内的框架发生移位，第一圆周轨道内的框架带动第二连杆移动，第一圆周轨道内的第二连杆再带动第二从动轮在第一圆周轨道上滚动。第一从动轮和第二从动轮配合运作，使框架在第一车轮转动的同时始终保持水平位移不随第一车轮转动。从而带动第一车轮滚动。

第二车轮上的第二圆周轨道上的轮毂电机、主动轮、第一从动轮、第二从动轮、第一连杆、第二连杆和框架的运作步骤均和第一车轮的一致，所以第二车轮也发生滚动。

第一圆周轨道上的主动轮、第一从动轮和第二从动轮在第一圆周轨道沿同一个时针方向转动，第二圆周轨道上的主动轮、第一从动轮和第二从动轮在第二圆周轨道沿同一个时针方向转动，从而使第一车轮和第二车轮转动。

控制板通过控制第一车轮的轮毂电机和第二车轮的轮毂电机的转动速度，通过设置在第一圆周轨道内的轮毂电机和设置在第二圆周轨道内的轮毂电机的反向转动和第一圆周轨道内的主动轮、第一从动轮和第二从动轮与第一圆周轨道之间以及第二圆周轨道内的主动轮、第一从动轮和第二从动轮与第二圆周轨道之间的摩擦实现车辆的减速及制动以完成前进、后退、左转、右转及原地转动的动作，从而带动设置在第一车轮和第二车轮之间的载餐箱抵达指定位置；

S4行驶过程中，摄像头全时段以一定帧数捕捉外壳前后的图像并将影像传送到控制板，控制板根据图像分析路况后进行局部路径规划，通过改变设置在第一圆周轨道内的轮毂电机和设置在第二圆周轨道内的轮毂电机的转动速度实现载餐箱的移动及避障；

S4接近指定地点后，控制板同时控制设置在第一圆周轨道内的轮毂电机和设置在第二圆周轨道内的轮毂电机反向转动，在到达指定地点时同时停止动力装置，控制板停止设置在第一圆周轨道内的轮毂电机和设置在第二圆周轨道内的轮毂电机，用户通过手机app扫描人机交互装置上显示的二维码，待确定信息一致后，控制板打开电动门，控制板将放置有对应用户的餐品的餐格传送到出餐口，当用户取走餐格内的食物之后，该餐格的传感器将信号传送到控制板，控制板关闭电动门。

本发明的有益技术效果为：

1、设置将动力装置、驱动装置和传动装置装嵌在车轮内，简化了车辆结构，再结合控制板、定位模块和影像采集装置能有效地通过图像识别技术分析出局部周围环境并根据规划位置规划出合理路线，使得设置在第一车轮和第二车轮之间的载餐箱能顺利抵达目标地点完成送餐任务；

2、对于行驶过程中的紧急制动及不平路面造成的振动，通过框架上的减振器、第一车轮和第二车轮内的框架结构以及餐格内的保温夹层保证餐食的轴向稳定性；

3、目前，生活机器人进入社会服役是信息时代趋势，结合未来室内机器人、公寓机器人，本发明将作为室外机器人与其他工作范围内的机器人交互融合。能自动化运输将优化运输过程提高运输效率，进一步简化杂务处理，优化人类生活。

附图说明

图1为实施例1的外部主视图；

图2为实施例1的外部侧视图；

图3为实施例1的内部主视图；

图4为实施例1的内部侧视图；

图5为实施例2的外部主视图；

图6为实施例2的外部侧视图；

图7为实施例2的内部主视图；

图8为实施例2的内部侧视图。

附图标记

第一车轮1；主动轮2；减振器3；第一电池4；出餐口5；控制板6；框架7；第二连杆8；第二从动轮9；第二电池10；第三电池11；第一圆周轨道12；载餐箱13；轮毂电机14；外壳15；电池仓门16；摄像头17；电动门18。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

如图1-4所示，出餐口5设置在外壳15的侧面。

一种轮状送餐无人车，包括外壳、载餐箱13、第一车轮1、第二车轮、影像采集装置、控制板6和定位模块；第一车轮1和第二车轮互相平行分别设置在载餐箱13的两侧，所述载餐箱13上设有出餐口5，载餐箱13的前面和后面均设有影像采集装置，控制板6分别与定位模块和影像采集装置电气连接。第一圆周轨道12嵌入到第一车轮1内，第二圆周轨道嵌入到第二车轮内，第一圆周轨道12和第二圆周轨道内均设有动力装置、传动装置和驱动装置，控制板6分别与第一圆周轨道12内的动力装置和第二圆周轨道内的动力装置电气连接。所述驱动装置包括主动轮2和从动轮。所述从动轮包括第一从动轮和第二从动轮9，第一圆周轨道12内的主动轮2、第一从动轮和第二从动轮9均卡设在第一圆周轨道12内并与第一圆周轨道12滚动连接，第二圆周轨道内的主动轮、第一从动轮和第二从动轮均卡设在第二圆周轨道内并与第二圆周轨道滚动连接。所述传动装置包括第一连杆、第二连杆8和框架7，主动轮2与第一连杆的一端铰接，第一连杆的另一端与框架7铰接；第一从动轮与框架连接，第二从动轮9与第二连杆8的一端铰接，第二连杆8的另一端与框架7铰接。载餐箱13的一侧与设置于第一车轮1上传动装置的框架7固定连接，载餐箱13的另一侧与设置于第二车轮上传动装置的框架固定连接。

需要补充说明的是，动力装置、传动装置和驱动装置都整合一起到车轮内的技术称为轮毂电机技术，得以省略大量传动部件，让车辆结构更简单。特别地，动力装置为轮毂电机14，影像采集装置为摄像头17。设置外壳的前面和后面的摄像头17用于实时捕捉在载餐箱13在运行过程中周围路况的图像并传送到控制板。载餐箱13通过第一车轮1和第二车轮各自的传动装置固定在第一车轮1和第二车轮上，且第一车轮1和第二车轮位置平行，所以第一车轮1、载餐箱13和第二车轮三者位置平行。通过由控制板6控制第一车轮1上的轮毂电机14和第二车轮上的轮毂电机的差速运作实现两轮的差速转动，从而实现载餐箱13的左转、右转及原地转动。通过轮毂电机14的反向转动实现车辆的减速及制动。

特别地，在送餐前，用户通过APP规划目标位置并经过网络传送到控制板，定位模块为此时载餐箱13所处位置定位并传送到控制板6，控制板6进行路径规划，然后控制板6控制第一车轮1和第二车轮的轮毂电机转动的方向和转速以驱动载餐箱13运动，通过设置在载餐箱的外壳前后的摄像头17能在行驶过程中捕捉图像并传送到控制板6，控制板6通过结合实况以算法逻辑进行局部路径规划，改变第一车轮1和第二车轮的轮毂电机14的转速实现载餐箱13的变向、减速或停止，从而避开障碍，顺利抵达目标位置。

本发明基于算法可以高效规划融合送餐路径。比如在送餐过程中，服务平台接到订单，该订单取餐位置在某一轮状送餐无人车的顺路路线上，且该轮状送餐无人车有空位，且该单目的地与该车其他目的地路径可融合则会安排该车辆去取餐。并不是一辆车装满才去送餐，也不用全送完才可以再接货。

进一步，所述第一连杆和框架7之间以及第二连杆8和框架7之间均设有减振器3。对于行驶过程中的紧急制动及不平路面造成的振动，通过设置在第一连杆和框架7之间和设置在第二连杆8和框架7之间的减振器3能保证载餐箱的纵向稳定性。具体地，所述的框架为设置于第一圆周轨道内的框架和设置于第二车轮上传动装置的框架。由于控制板6需要设置在稳定性较好的位置，所以控制板6可以设置在框架7上还可以设置在载餐箱13上。

再进一步，还包括出餐机构，出餐机构包括有餐格、电动门和传感器，载餐箱内设有若干个餐格，每个餐格内均设有压力传感器，电动门18设置在载餐箱13上并与出餐口5位置相对，电动门和压力传感器与控制板6连接。待用户取餐完毕后，餐格内的压力传感器将信号传送到控制板6。

进一步，还包括识别机构，识别机构为人机交互装置，人机交互装置与控制板6连接。在载餐箱13到达规划地点后，用户可以通过手机app扫描人机交互装置上显示的二维码取餐，待确定信息后，将信号传送到控制板6，控制板6打开电动门，可从出餐口处取出餐格。

在具体实施中，所述载餐箱13内部的材质采用保温材质，每个餐格内还设有保温夹层。

进一步，还包括电源机构，电源机构为电池，电池箱设有电池仓门16和充电插口，电池仓门16设置在载餐箱13上，电池设置在电池箱的内部。其中电池仓门16的设置有利于更换电池，还能通过充电插口对电池箱内的电池充电。

在本实施例中，第一车轮1和第二车轮的电池箱共有六组，每个车轮的电池箱分两组分别对称布置于两轮框架7间重心偏下的位置，最后一组设置在两组电池箱的下方，如图3所示，第一电池4设置在第二电池10的旁边，第三电池11设置在第二电池10的旁边。

再进一步，所述载餐箱13的形状为圆柱体。圆柱体的载餐箱13能更好地契合第一车轮和第二车轮的形状。

轮状送餐无人车的工作方法，其特征在于，包括如下步骤

S1控制板6开启电动门18后从出餐口5取出餐格，并在餐格上装上餐食后，餐格从出餐口5收回，控制板6控制关闭电动门18；无需拆卸载餐箱13进入内部更换餐格，只需和出餐同样的方式，反向装餐即可。

S2控制板6基于定位模块的定位信息，设定目的地并规划行驶路线，同时控制开启第一车轮1和第二车轮上的轮毂电机14并控制其转动速度；

S3第一车轮1上的轮毂电机14驱动第一圆周轨道12内的主动轮2沿第一圆周轨道12滚动，第二车轮上的动力装置驱动第二圆周轨道内的主动轮沿第二圆周轨道滚动；第一圆周轨道12内的主动轮2转动带动第一圆周轨道12内的第一连杆运动，第一圆周轨道12内的第一连杆带动第一圆周轨道12内的框架7移动，第一圆周轨道12内的框架7带动第一从动轮沿第一圆周轨道12上运动，此时第一圆周轨道12内的框架7(第一从动轮所在边)发生移位，第一圆周轨道内的框架7带动第一圆周轨道12内的第二连杆9移动，从而带动第二从动轮8在第一圆周轨道12上滚动。第一从动轮和第二从动轮9配合运作，使框架7在第一车轮1转动的同时始终保持水平位移不随第一车轮1转动。从而带动第一车轮1滚动。

第二车轮上的第二圆周轨道内的轮毂电机、主动轮、第一从动轮、第二从动轮、第一连杆、第二连杆和框架均与第一车轮的运作步骤一致，所以第二车轮也发生滚动。

第一圆周轨道上的主动轮2、第一从动轮和第二从动轮9在第一圆周轨道内同向转动，第二圆周轨道上的主动轮、第一从动轮和第二从动轮在第二圆周轨道内同向转动，从而使第一车轮和第二车轮转动，控制板6通过控制第一车轮1的轮毂电机14和第二车轮的轮毂电机14的转动速度，通过第一圆周轨道12内的轮毂电机和第二圆周轨道内的轮毂电机的反向转动和差速转动、第一圆周轨道12内的主动轮2、第一从动轮和第二从动轮9与第一圆周轨道12之间以及第二圆周轨道内的主动轮2、第一从动轮和第二从动轮9与第二圆周轨道之间的摩擦实现车辆的减速及制动以完成前进、后退、左转、右转及原地转动的动作，从而带动载餐箱13抵达指定位置；

S4行驶过程中，摄像头17时刻捕捉图像并将影像传送到控制板6，控制板6根据图像分析路况后进行局部路径规划，通过改变轮毂电机14的转动速度实现载餐箱13的移动及避障；

S5在接近指定地点时，控制板6控制第一车轮1和第二车轮的轮毂电机减速，待到达指定地点后，控制板6停止第一车轮1和第二车轮的轮毂电机，用户通过手机app扫描人机交互装置上显示的二维码，经确定信息一致后，控制板6打开电动门18，用户可将餐格从出餐口5取出，当用户取走餐格内的食物之后，该餐格的压力传感器将信号传送到控制板6，控制板6关闭电动门18。

实施例2

如图5-8所示，实施例2除了出餐口5设置在载餐箱13的顶部外，与实施例1结构和运作方式相同。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种轮状送餐无人车，其特征在于，包括外壳、载餐箱、第一车轮、第二车轮、影像采集装置、控制板和定位模块；载餐箱、第一车轮和第二车轮设置在外壳的内部，外壳的前面和后面均设有影像采集装置，第一车轮和第二车轮互相平行地分别设置在载餐箱的两侧，所述载餐箱上设有出餐口，控制板分别与影像采集装置和定位模块电气连接；第一车轮内设有第一圆周轨道，第二车轮内设有第二圆周轨道，第一圆周轨道和第二圆周轨道内均设有动力装置、传动装置和驱动装置，控制板分别与第一圆周轨道内的动力装置和第二圆周轨道内的动力装置电气连接；所述驱动装置包括主动轮和从动轮，所述从动轮包括第一从动轮和第二从动轮，第一圆周轨道内的主动轮、第一从动轮和第二从动轮均与第一圆周轨道滚动连接，第二圆周轨道内的主动轮、第一从动轮和第二从动轮均与第二圆周轨道滚动连接；所述传动装置包括第一连杆、第二连杆和框架，主动轮与第一连杆的一端铰接，第一连杆的另一端与框架铰接；第一从动轮与框架连接，第二从动轮与第二连杆的一端铰接，第二连杆的另一端与框架铰接；载餐箱的一侧与设置于第一圆周轨道内的框架固定连接，载餐箱的另一侧与设置于第二车轮上传动装置的框架固定连接。

2.根据权利要求1所述的轮状送餐无人车，其特征在于，所述第一连杆和框架之间以及第二连杆和框架之间均设有减振器。

3.根据权利要求1所述的轮状送餐无人车，其特征在于，还包括出餐机构，出餐机构包括有餐格、电动门和传感器，载餐箱内设有若干个餐格，每个餐格内均设有传感器；电动门设置在载餐箱上并与出餐口位置相对，电动门和传感器均与控制机构连接。

4.根据权利要求1所述的轮状送餐无人车，其特征在于，还包括识别机构，识别机构为人机交互装置，人机交互装置与控制板连接。

5.根据权利要求1所述的轮状送餐无人车，其特征在于，还包括电源机构和电池箱，电源机构为电池，电池箱设有电池仓门和充电插口，电池仓门设置在外壳上，电池设置在电池箱的内部。

6.根据权利要求1所述的轮状送餐无人车，其特征在于，所述载餐箱的形状为圆柱体。

7.如权利要求1-6任一所述的轮状送餐无人车的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1将食物通过出餐口放进载餐箱的内部；

S2控制板基于定位模块的定位信息，设定目的地并规划行驶路线，同时控制开启第一车轮和第二车轮上的动力装置并控制其转动速度；

S3第一车轮上的动力装置驱动第一圆周轨道内的主动轮沿第一圆周轨道滚动，第二车轮上的动力装置驱动第二圆周轨道内的主动轮沿第二圆周轨道滚动；第一圆周轨道内的主动轮转动带动第一圆周轨道内的第一连杆运动，第一圆周轨道内的第一连杆带动第一圆周轨道内的框架转动，第一圆周轨道内的框架带动第一从动轮沿第一圆周轨道上滚动，此时第一圆周轨道内的框架发生移位带动第二连杆，第一圆周轨道内的第二连杆带动第二从动轮在第一圆周轨道上滚动，从而使第一车轮发生滚动；第二车轮上的第二圆周轨道内的动力装置、传动装置和驱动装置的运作步骤与第一车轮上的第一圆周轨道内的动力装置、传动装置和驱动装置相同，第二车轮也发生滚动，带动载餐箱移动；

S4行驶过程中，影像采集装置全时段捕捉图像并将影像传送到控制板，控制板综合定位模块传送的GPS定位信息后分析路况并进行局部路径规划，通过改变第一车轮和第二车轮的动力装置的转速控制载餐箱移动及制动；

S5在到达指定地点后，控制板同时停止设置在第一圆周轨道内的动力装置和设置在第二圆周轨道内的动力装置，用户通过出餐口取餐，完成送餐任务。