CN110254253A - 一种机器人 - Google Patents

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CN110254253A CN201910643211.XA CN201910643211A CN110254253A CN 110254253 A CN110254253 A CN 110254253A CN 201910643211 A CN201910643211 A CN 201910643211A CN 110254253 A CN110254253 A CN 110254253A
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周晨光
唐火红
祝鑫
袁海林
章伦珲
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明提供一种机器人，所述机器人包括外壳框架；驱动系统；移动轮式结构，位于所述外壳框架的底部，所述移动轮式结构包括若干全向轮、若干传动机构、平台底盘以及若干悬挂机构，若干所述全向轮沿所述平台底盘的周缘分布，其中，所述驱动系统安装固定于所述平台底盘上，所述全向轮通过所述悬挂机构连接固定于所述平台底盘周缘，所述全向轮通过所述传动机构与所述驱动系统连接；控制系统，所述控制系统与所述驱动系统通信连接；以及电源系统，所述电源系统与所述机器人的各用电系统电性连接。本发明的机器人能够实现全方位移动、自主巡检、人机交互、信息查询、机场导航等多种功能。

Description

一种机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是一种机器人。
背景技术
随着社会经济发展，人民生活水平的提高，公众对航空出行的需求愈发强烈，也因此对其的便捷、效率和舒适度有了更高的要求。但是，目前机场中应用的服务机器人一般为检查、维修或者清洁等机器人，机器人功能较为单一，导致仍需要耗费巨大的人力物力来满足旅客服务和安防巡检需要。不仅导致了人力和物力的严重浪费，而且使乘客的满意度大大降低。因此，机场需要更合理的管理方式和更先进的设备来提高服务和安防效率，优化旅客的出行体验。
当今社会以及科学技术的发展，使机器人技术逐渐开始广泛应用在各行各业，而不仅仅在传统的工业环境中得到使用。由于当今机器人技术应用逐渐向智能化以及自动化发展，智能机器人逐渐走入大众的眼眸之中，因此机器人技术愈发的受到人们的重视和关注。服务机器人作为机器人家族中的一个较为年轻成员，主要工作内容是给人类生活提供便利，其正在向着智能化和网络化的方向发展。但当前国内针对机场服务机器人技术研究还不够完善，服务机器人产业仍处于初级阶段，且在国内市场需求巨大，故研究出可靠、智能的机场服务机器人具有广阔的应用前景。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自主巡检式机器人，用于解决现有技术中机场服务机器人功能单一、服务不全面的技术问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种机器人，所述机器人包括：
外壳框架；
驱动系统；
移动轮式结构，位于所述外壳框架的底部，所述移动轮式结构包括若干全向轮、若干传动机构、平台底盘以及若干悬挂机构，若干所述全向轮沿所述平台底盘的周缘分布，其中，所述全向轮通过所述悬挂机构连接固定于所述平台底盘上，所述全向轮通过所述传动机构与所述驱动系统连接；
控制系统，所述控制系统与所述驱动系统通信连接；以及
电源系统，所述电源系统与所述机器人的各用电系统电性连接。
可选地，所述全向轮包括双排连续切换轮。
可选地，所述平台底盘包括上底盘、下底盘以及底盘连接件，所述上底盘和所述下底盘通过所述底盘连接件连接。
可选地，所述驱动系统安装固定于所述上底盘和所述下底盘之间。
可选地，所述传动机构包括万向节联轴器。
可选地，所述悬挂机构包括固定座、避震器弹簧、避震增高、连接板以及合页板；所述固定座安装固定于所述连接板上，所述避震增高安装固定于所述平台底盘上，所述避震器弹簧一端与所述固定座铰接，所述避震器弹簧的另一端与所述避震增高铰接，所述连接板的两端分别与所述平台底盘和所述全向轮的轴承支座通过所述合页板连接。
可选地，所述合页板包括上合页板和下合页板。
可选地，所述控制系统包括单片机主控制器以及外围电路。
可选地，所述驱动系统包括电机和电机调速器，所述电机调速器与所述控制系统通信连接。
可选地，所述电源系统包括电池以及降压模块。
可选地，所述机器人还包括视觉导引系统。
可选地，所述视觉导引系统包括光学传感器、摄像头以及地标色带。
可选地，所述机器人还包括避障系统。
可选地，所述避障系统包括激光TOF测距仪。
可选地，所述机器人还包括陀螺仪，所述陀螺仪安装于所述平台底盘上，且所述陀螺仪与所述控制系统通讯连接。
可选地，所述机器人还包括通信系统，用于实现所述机器人中各系统之间的信息传递。
可选地，所述机器人还包括遥控设备，所述遥控设备与所述控制系统通信连接。
可选地，所述机器人还包括上位机系统，所述上位机系统与所述控制系统通信连接。
可选地，所述上位机系统包括上位机服务界面和移动调试界面。
本发明的机器人各个系统相互配合，实现机器人的全方位移动、自主巡检、人机交互、信息查询、机场导航等多种功能，极大地提高了服务质量和安防效率，有效地为乘客提供了全面周到的服务，减少了机场服务人员的工作量，进而提高了乘客满意度，节约了人力和物力资源。
附图说明
图1显示为本发明的机器人主视图。
图2显示为本发明的机器人的移动平台的主视图。
图3显示为本发明的机器人的移动平台的俯视图。
图4显示为本发明的机器人的移动平台的左视图。
图5显示为本发明的机器人的移动平台的仰视的立体结构示意图。
图6显示为本发明的机器人的系统框架图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1-6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1-6所示，本发明的实施例公开了一种机器人，所述机器人包括外壳框架83、驱动系统70、移动轮式结构82、控制系统20以及电源系统10，其中，所述移动轮式结构82和所述驱动系统70共同组成所述机器人的移动平台，所述移动平台的结构示意图如图2-5所示；所述移动轮式结构82、所述外壳框架83以及后文将要提到的陀螺仪81共同组成所述机器人的机械系统80。需要说明的是，本发明实施例的机器人例如可应用于自主巡检式机场服务机器人。
如图2-5所示，所述外壳框架83安装于所述移动轮式结构82的上方；所述驱动系统70包括电机71和电机调速器72，所述电机调速器72与所述控制系统20通信连接，用于接收所述控制系统20传送的诸如全向轮822转速、转向等控制指令，电机调速器72将各个轮的转速转向信号转换成相应的脉宽调制(PWM)信号驱动电机转动，进而通过与电机71输出轴连接的传动结构带动下文将要介绍的全向轮822的动作，从而实现机器人的移动。需要说明的是，在本实施例中，使用电机调速器72对电机71进行速度闭环控制，这可以提高控制的稳定性和控制的精确度。作为示例，所述电机71例如可以是直流减速电机，所述直流减速电机例如可以包括3个，分别独立的驱动3个全向轮822的转动。
如图2-5所示，所述移动轮式结构82位于所述外壳框架83的底部，所述移动轮式结构82包括若干全向轮822、若干传动机构823、平台底盘821以及若干悬挂机构824，若干所述全向轮822沿所述平台底盘821的周缘分布，其中，一所述全向轮822通过一所述悬挂机构824连接固定于所述平台底盘821上，一所述全向轮822的轮轴通过一所述传动机构823与所述驱动系统70连接。
如图2-5所示，在本实施例中，所述全向轮822例如可以采用双排连续切换轮，所述全向轮822的个数例如可以包括三个，其排布采用三轮布局，三个全向轮822采用三轮独立式的悬挂机构824平均沿所述平台底盘821的外缘设置，夹角为120°，这样可以使机器人能够灵活稳定地在机身姿态不变的情况下完成纵向、横向以及斜向的任意方向的移动，从而实现自主巡检功能。
如图2-5所示，在本实施例中，所述平台底盘821包括上底盘8211、下底盘8213以及若干底盘连接件8212，所述上底盘8211和所述下底盘8213通过若干所述底盘连接件8212连接。如图2-5所示，所述上底盘8211和所述下底盘8213例如可以为两个上下对称设置的切去三个顶角的等边三角形板，切去顶角所形成的边上用于与下文将要介绍的合页板的一端连接，所述上底盘8211的上表面通过若干支柱安装有一用于安装支撑所述外壳框架83的框架安装板826，所述框架安装板826例如也可以为切去三个顶角的等边三角形板，所述框架安装板826的三角形板与所述上底盘8211的三角形板和所述下底盘8213的的三角形板同轴设置，且所述框架安装板826的三角形板与所述上底盘8211和所述下底盘8213绕三者的轴向错开一预设角度，在本实施例中，所述预设角度例如可以为60°；所述传动系统的电机71安装于所述下底盘8213上，且位于所述上底盘8211和所述下底盘8213之间。
如图2-5所示，在本实施例中，所述悬挂机构824包括固定座8243、避震器弹簧8242、避震增高8241、连接板以及合页板，所述连接板包括上连接板8246和下连接板8247，所述合页板包括两个上合页板8244和两个下合页板8245；所述上连接板8246的一端通过一所述上合页板8244与所述上底盘8211的切去顶角后形成的棱边连接，所述上连接板8246的另一端通过另一上合页板8244连接于全向轮822的轴承支座的上端；所述下连接板8247的一端通过一下合页板824与所述下底盘8213的切去顶角后形成的棱边连接，所述下连接板8247的另一端通过另一下合页板8245连接于全向轮822的轴承支座的下端；所述固定座8243安装固定于所述上连接板8246的上表面，所述避震增高8241安装固定于所述平台底盘821的上底盘8211的表面，所述避震增高8241的顶端高于所述固定座8243的顶端高度，所述避震器弹簧8242一端与所述固定座8243铰接，所述避震器弹簧8242的另一端与所述避震增高8241铰接。
如图2-5所示，在本实施例中，所述传动机构823例如可以采用万向节联轴器，所述万向节联轴器的一端连接所述驱动系统70的电机71的输出轴，另一端连接所述全向轮822的轮轴，具体地，所述全向轮822的轮轴穿过轴承支撑板后与所述万向节联轴器的靠近全向轮822的一端连接，所述万向节联轴器可以将驱动系统70的电机71的输出转矩传输给全向轮822的轮轴，实现动力的传输。
在本实施例中，所述电源系统10与所述机器人的各用电系统电性连接，用于给机器人的各用电系统提供所需的电能。如图6所示，所述电源系统10例如可以包括电池11以及降压模块12，降压模块12根据各用电系统中核心器件的实际工作电压进行配置。作为示例，例如可以通过多节(例如6节)3.7V锂电池串联作为电源输出。
如图6所示，在本实施例中，所述控制系统20例如可以包括单片机主控制器21以及外围电路22，用于综合处理接收到的信息，并进行计算判断，进而实现对机器人运动的控制，其中接收到的信息包括下文将要介绍的上位机的控制指令、遥控设备的控制指令、避障系统50的检测信号、视觉导引系统40的检测信号。
在本实施例中，如图6所示所述机器人还包括视觉导引系统40，使用视觉引导辅以光学引导方式来实现机器人的自主巡检功能，也即机器人工作在轨迹跟踪模式。在本实施例中，所述视觉导引系统例如可以包括光学传感器(例如灰度传感器41)、摄像头(例如RGB摄像头42)和预先铺设在作为机器人预设轨迹的地标色带43。机器人通过安装在机器人移动平台上的光学传感器和摄像头来检测和判断预先铺设的作为预设轨迹的黑线(地标色带43)与机器人自身的相对位置来实现机器人的循迹。作为示例，例如可通过RGB摄像头42获取地面色带信息，判断机器人运行方向与路径的偏差值，辅以灰度传感器41检测近距离地面色带与机器人位置的偏差帮助纠偏，从而提高机器人轨迹跟踪精度。
需要说明的是，在本实施例中，所述RGB摄像头42与上位机63通信连接，上位机63通过接收RGB摄像头42拍摄的地面预设色带(地标色带43)图像，提取目标色带轨迹，输出预设的色带轨迹信息和摄像头当前相对目标轨迹的信息到单片机主控制器21中，从而实现机器人的视觉引导功能。需要说明的是，RGB摄像头42拍摄的地面预设色带图像也可以显示在下文将要介绍的上位机63的移动调试界面62上，方便开发人员查看地面轨迹跟踪的情况。
如图5所示，在本实施例中，当光学传感器采用灰度传感器41时，若干灰度传感器41安放在机器人移动平台前进方向下侧，也即位于下底盘8213的底部表面上，呈圆弧排布，每个灰度传感器41(红外对管)检测位于其正下方的地面颜色特征(地标色带43)，并将检测信号传送到控制系统20的单片机主控制器21中，单片机主控制器21计算以及处理偏差值。作为示例，例如可以使用15个灰度传感器41来实现移动循迹偏差检测的功能。
如图1和6所示，在本实施例中，为了在轨迹跟踪模式下实现机器人的自动避障，所述机器人还包括避障系统50，所述避障系统50与所述控制系统20通信连接，所述避障系统50例如包括若干设置于机器人底侧的激光TOF(Time of flight)测距仪51和存储在控制系统20的单片机主控制器21中的避障算法52程序，通过激光TOF测距仪51检测机器人运行路径上遇到的各类障碍物或者行人，并将检测信号传送到单片机主控制器21中，单片机主控制器21通过避障算法来控制机器人的运动以实现机器人的避障。作为示例，所述激光TOF测距仪51例如可以包括3个，平均设置于机器人的底侧周缘，夹角为120°。需要说明的是，在其他实施例中，所述TOF测距仪51的个数和排布位置也可以根据实际需要进行灵活设置，不以此处列举为限；在其他实施例中，所述避障系统50也可以是三角测距雷达等其他形式的避障系统50。
如图1和6所示，在本实施例中，所述机器人还包括上位机系统60，所述上位机系统60包括上位机63以及设置于上位机63上的上位机服务界面61和移动调试界面62，所述上位机63与所述控制系统20通信连接，所述上位机63设置于外壳框架83的顶部，所述上位机系统60主要用于通过上位机服务界面61实现机场信息的查询，通过移动调试界面62来实现运动控制两个部分。具体地，所述上位机服务界面61和移动调试界面62例如可以是触屏界面，触屏界面上设置有若干对应的虚拟按键，通过按压不同的虚拟按键可输入不同的操作指令。所述上位机63例如可以是平板电脑，通过上位机63联网完成机场服务的人机交互功能，所述机场信息查询服务主要内容包括：航班信息查询；机场服务热线以及在线咨询；机场交通查询；机场周边购物娱乐餐饮分布等。所述运动控制主要用于安防人员对机器人的工作模式、移动速度、轨迹跟踪情况以及其他位姿状态进行设置和控制，工作模式主要有手动遥控模式及轨迹跟踪模式。
在本实施例中，如图6所示，所述机器人还包括陀螺仪81，所述陀螺仪81安装于所述平台底盘821上，且所述陀螺仪81与所述控制系统20通讯连接，在机器人的运动过程中，所述控制系统20的单片机主控制器21接受陀螺仪81的检测信号以实现纠偏。
在本实施例中所述机器人还包括手持的遥控设备(未图示)，通过遥控设备来向控制系统20的单片机主控制器21发送控制指令，以实现对机器人的控制，也即机器人工作在手动遥控模式。
在本实施例中，如图6所示，所述机器人还包括通信系统30，所述通信系统30包括总线(例如CAN总线31)、串口和无线通信32，用于实现所述机器人中各系统之间的信息传递。作为示例，单片机主控制器21与电机调速器71、陀螺仪81和TOF测距仪51之间的通信方式例如可以选择CAN总线31通信，单片机主控制器21与遥控设备之间的通信通过无线通信模块来实现；单片机主控制器21与上位机63之间例如采用串口通信的方式实现数据的传输。
需要说明的是，本实施例的机器人各个系统相互配合，实现机器人的全方位移动、自主巡检、人机交互、信息查询、机场导航等多种功能，极大地提高了服务质量和安防效率，有效地为乘客提供了全面周到的服务，减少了机场服务人员的工作量，进而提高了乘客满意度，节约了人力和物力资源。
在本文的描述中，提供了许多特定细节，诸如部件和/或方法的实例，以提供对本发明实施例的完全理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有一项或多项具体细节的情况下或通过其他设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等等来实践本发明的实施例。在其他情况下，未具体示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免使本发明实施例的方面变模糊。
在整篇说明书中提到“一个实施例(one embodiment)”、“实施例(anembodiment)”或“具体实施例(a specific embodiment)”意指与结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中，并且不一定在所有实施例中。因而，在整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中(in one embodiment)”、“在实施例中(inan embodiment)”或“在具体实施例中(in a specific embodiment)”的各个表象不一定是指相同的实施例。此外，本发明的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解本文所述和所示的发明实施例的其他变型和修改可能是根据本文教导的，并将被视作本发明精神和范围的一部分。
还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。
另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制。此外，除非另外指明，本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。
如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数参考物。同样，如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“在…中(in)”的意思包括“在…中(in)”和“在…上(on)”。
本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明所述实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。
本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。
因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换意在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。

Claims (10)

1.一种机器人，其特征在于，包括：
外壳框架；
驱动系统；
移动轮式结构，位于所述外壳框架的底部，所述移动轮式结构包括若干全向轮、若干传动机构、平台底盘以及若干悬挂机构，若干所述全向轮沿所述平台底盘的周缘分布，其中，所述驱动系统安装固定于所述平台底盘上，所述全向轮通过所述悬挂机构连接固定于所述平台底盘周缘，所述全向轮通过所述传动机构与所述驱动系统连接；
控制系统，所述控制系统与所述驱动系统通信连接；以及
电源系统，所述电源系统与所述机器人的各用电系统电性连接。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述平台底盘包括上底盘、下底盘以及底盘连接件，所述上底盘和所述下底盘通过所述底盘连接件连接。
3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述传动机构包括万向节联轴器。
4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述悬挂机构包括固定座、避震器弹簧、避震增高、连接板以及合页板；所述固定座安装固定于所述连接板上，所述避震增高安装固定于所述平台底盘上，所述避震器弹簧一端与所述固定座铰接，所述避震器弹簧的另一端与所述避震增高铰接，所述连接板的两端分别与所述平台底盘和所述全向轮的轴承支座通过所述合页板连接。
5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述驱动系统包括电机和电机调速器，所述电机调速器与所述控制系统通信连接。
6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括视觉导引系统，所述视觉导引系统与所述控制系统通信连接。
7.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括避障系统，所述避障系统与所述控制系统通信连接。
8.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括通信系统，用于实现所述机器人中各系统之间的信息传递。
9.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括遥控设备，所述遥控设备与所述控制系统通信连接。
10.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括上位机系统，所述上位机系统与所述控制系统通信连接。
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