CN110370245B - 一种基于多传感器信息融合定位技术的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人领域，公开了一种基于多传感器信息融合定位技术的机器人，针对现有技术中的机器人定位系统不够稳定和不便于在崎岖道路上移动的问题，现提出如下方案，其包括车身、传感器模块和驱动模块，所述车身包括上层板、中层板和下层板，上层板位于中层板的正上方，中层板位于下层板的正上方，且上层板、中层板和下层板之间均通过四个铝型材固定，所述上层板的顶部固定有信号接收器，上层板为中空结构，且上层板的内部固定有控制器、编码器和信号转换器，本发明构合理，设计巧妙，操作简单，解决了现有技术中的机器人定位系统不够稳定和不便于在崎岖道路上移动的问题，易于推广使用。

Description

一种基于多传感器信息融合定位技术的机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种基于多传感器信息融合定位技术的机器人。

背景技术

机器人技术在现代生活中的应用越来越广泛，目前，许多的工作都依靠机器人来完成，且工作效率比人工更高。目前，机器人技术在一些设备上的运用虽然取得了较为成功的效果，但是仍然存在着较多的缺陷，其中一方面是定位系统不够稳定，还有就是机器人在地面进行移动时容易发生打滑，在一些崎岖的路上移动时会影响到定位的精度，这些，都是目前需要解决的一些技术问题。

发明内容

本发明提出的一种基于多传感器信息融合定位技术的机器人，解决了现有技术中的机器人定位系统不够稳定和不便于在崎岖道路上移动的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于多传感器信息融合定位技术的机器人，包括车身、传感器模块和驱动模块，所述车身包括上层板、中层板和下层板，上层板位于中层板的正上方，中层板位于下层板的正上方，且上层板、中层板和下层板之间均通过四个铝型材固定，所述上层板的顶部固定有信号接收器，上层板为中空结构，且上层板的内部固定有控制器、编码器和信号转换器，所述传感器模块包括视觉传感器和两个激光测距仪，所述视觉传感器与上层板的前端固定连接，两个所述激光测距仪分别与中层板的前端和后端均固定连接，所述下层板的底部固定有底盘，所述底盘为中空结构，底盘的两侧均开设有安装槽，驱动模块包括四个固定座、蓄电池和驱动电机，且驱动模块安装在底盘的内部，四个固定座均为中空结构，固定座的内部均固定有车轮电机，车轮电机的输出轴的一端传动连接有转轴，四个转轴的一端分别贯穿四个安装槽延伸至底盘的外部，四个转轴位于底盘外部的一端均固定有滚轮，四个固定座的底面均固定有第一减震器，四个第一减震器的底部均与底盘的底部内壁固定连接，四个固定座的顶部均固定有第二减震器，四个第二减震器的顶部均与底盘的顶部内壁固定连接，四个转轴的外部均转动连接有固定环，四个固定环的顶面均固定有第三减震器，四个第三减震器的顶部均与底盘的顶部内壁固定连接。

优选的，所述车轮电机的输出轴与转轴的连接处安装有减速器，且减速器与固定座固定连接。

优选的，所述滚轮为麦克纳姆轮。

优选的，所述麦克纳姆轮由被动轮和基本轮组成，基本轮为钢圈，被动轮是围绕在钢圈外侧周围均匀分布若干个辊筒，且辊筒的轴线与钢圈的旋转轴线呈度角。

优选的，所述车轮电机与蓄电池电性连接，驱动电机与控制器电性连接。

优选的，所述信号接收器与信号转换器电性连接，信号转换器与控制器电性连接，且信号接收器与信号转换器均与蓄电池电性连接。

优选的，所述视觉传感器和激光测距仪均与蓄电池、编码器和控制器电性连接。

本发明中：

1、采用激光测距仪和里程计多传感器的信息进行融合，使机器人获得的环境信息更加丰富，从而可以弥补单一传感器自身的局限性与不足，提高机器人定位系统的稳定性与准确性；

2、机器人移动采用麦克纳姆轮，不仅能够适应室内地面条件，一些室外崎岖路面也能适应，凭借其良好的性能在机器人进行定位或目标跟踪时可以减少与地面打滑等现象，使机器人的定位能够达到更高的精度；

3、通过第一减震器、第二减震器和第三减震器的设置，减小机器人底盘震动，使机器人的麦克纳姆轮尽可能与地面充分的接触即使路面崎岖，依靠减震装置也可以吸收减缓产生的震动，使移动机器人的稳定性、操纵性和激光传感器测量数据的准确度得以大大提高。

本发明结构合理，设计巧妙，操作简单，解决了现有技术中的机器人定位系统不够稳定和不便于在崎岖道路上移动的问题，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的侧视图。

图3为本发明的底盘的俯视图。

图中标号：1上层板、2中层板、3下层板、4底盘、5滚轮、6固定座、7第一减震器、8车轮电机、9减速器、10信号接收器、11固定环、12转轴、13第二减震器、14第三减震器、15信号转换器、16控制器、17编码器、18激光测距仪、19视觉传感器、20安装槽、21蓄电池、22驱动电机、23铝型材、24基本轮、25被动轮。

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。

参照图1-3，一种基于多传感器信息融合定位技术的机器人，包括车身、传感器模块和驱动模块，车身包括上层板1、中层板2和下层板3，上层板1位于中层板2的正上方，中层板2位于下层板3的正上方，且上层板1、中层板2和下层板3之间均通过四个铝型材23固定，上层板1的顶部固定有信号接收器10，上层板1为中空结构，且上层板1的内部固定有控制器16、编码器17和信号转换器15，传感器模块包括视觉传感器19和两个激光测距仪18，视觉传感器19与上层板1的前端固定连接，两个激光测距仪18分别与中层板2的前端和后端均固定连接，下层板3的底部固定有底盘4，底盘4为中空结构，底盘4的两侧均开设有安装槽20，驱动模块包括四个固定座6、蓄电池21和驱动电机22，且驱动模块安装在底盘4的内部，四个固定座6均为中空结构，固定座6的内部均固定有车轮电机8，车轮电机8的输出轴的一端传动连接有转轴12，四个转轴12的一端分别贯穿四个安装槽20延伸至底盘4的外部，四个转轴12位于底盘4外部的一端均固定有滚轮5，四个固定座6的底面均固定有第一减震器7，四个第一减震器7的底部均与底盘4的底部内壁固定连接，四个固定座6的顶部均固定有第二减震器13，四个第二减震器13的顶部均与底盘4的顶部内壁固定连接，四个转轴12的外部均转动连接有固定环11，四个固定环11的顶面均固定有第三减震器14，四个第三减震器14的顶部均与底盘4的顶部内壁固定连接。

本实施例中，车轮电机8的输出轴与转轴12的连接处安装有减速器9，且减速器9与固定座6固定连接，滚轮5为麦克纳姆轮，麦克纳姆轮由被动轮25和基本轮24组成，基本轮24为钢圈，被动轮25是围绕在钢圈外侧周围均匀分布若干个辊筒，且辊筒的轴线与钢圈的旋转轴线呈45度角，车轮电机8与蓄电池21电性连接，驱动电机22与控制器16电性连接，信号接收器10与信号转换器15电性连接，信号转换器15与控制器16电性连接，且信号接收器10与信号转换器15均与蓄电池21电性连接，视觉传感器19和激光测距仪18均与蓄电池21、编码器17和控制器16电性连接。

本实施例中，当驱动电机22驱动麦克纳姆轮的钢圈转动辊筒依靠地面的摩擦沿自身轴线运动，因此电机的速度决定辊筒速度的大小和方向，麦克纳姆轮的钢圈与倾斜45，的辊筒把车轮旋转的力转化为一个轮子的法向力，通过改变各个轮子转动的速度与方向，可以改变各个轮子叠加后形成的合力，这个力的方向即为机器人移动的方向，并根据四个麦克纳姆轮的分布，使移动机器人能够实现前、后、左、右、斜移45°、0半径自转等多种运动模式。

本实施例中，控制器16型号为AT89C51，麦克纳姆轮的基本轮24采用的事铝合金制作，具有重量轻，耐腐蚀等优点，被动轮25的辊筒，使用的材料是聚氨酯，其硬度和耐磨性能够满足室内地面条件的要求。

工作原理：使用激光测距仪18获取机器人所处环境的距离信息，通过编码器可获取机器人的运动状态信息，传感器模块将获取到的室内环境信息和机器人内部运动状态信息通过局域网将数据传输至服务器的数据库中储存，机器人控制终端可连接数据库并操作数据库就可实现对机器人的运动控制和所处室内环境以及自身状态信息监控，同时利用视觉传感器过实验室局域网向服务器发送任务执行指令，机器人端控制器通过读取服务器数据库中的任务执行指令，向麦克纳姆轮式驱动控制模块发送运动控制指令，由机器人驱动控制模块执行，实现机器人水平、竖直、斜向45度和旋转方位的运动。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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 (7)

1.一种基于多传感器信息融合定位技术的机器人，包括车身、传感器模块和驱动模块，其特征在于，所述车身包括上层板(1)、中层板(2)和下层板(3)，上层板(1)位于中层板(2)的正上方，中层板(2)位于下层板(3)的正上方，且上层板(1)、中层板(2)和下层板(3)之间均通过四个铝型材(23)固定，所述上层板(1)的顶部固定有信号接收器(10)，上层板(1)为中空结构，且上层板(1)的内部固定有控制器(16)、编码器(17)和信号转换器(15)，所述传感器模块包括视觉传感器(19)和两个激光测距仪(18)，所述视觉传感器(19)与上层板(1)的前端固定连接，两个所述激光测距仪(18)分别与中层板(2)的前端和后端均固定连接，所述下层板(3)的底部固定有底盘(4)，所述底盘(4)为中空结构，底盘(4)的两侧均开设有安装槽(20)，驱动模块包括四个固定座(6)、蓄电池(21)和驱动电机(22)，且驱动模块安装在底盘(4)的内部，四个固定座(6)均为中空结构，固定座(6)的内部均固定有车轮电机(8)，车轮电机(8)的输出轴的一端传动连接有转轴(12)，四个转轴(12)的一端分别贯穿四个安装槽(20)延伸至底盘(4)的外部，四个转轴(12)位于底盘(4)外部的一端均固定有滚轮(5)，四个固定座(6)的底面均固定有第一减震器(7)，四个第一减震器(7)的底部均与底盘(4)的底部内壁固定连接，四个固定座(6)的顶部均固定有第二减震器(13)，四个第二减震器(13)的顶部均与底盘(4)的顶部内壁固定连接，四个转轴(12)的外部均转动连接有固定环(11)，四个固定环(11)的顶面均固定有第三减震器(14)，四个第三减震器(14)的顶部均与底盘(4)的顶部内壁固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信息融合定位技术的机器人，其特征在于，所述车轮电机(8)的输出轴与转轴(12)的连接处安装有减速器(9)，且减速器(9)与固定座(6)固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信息融合定位技术的机器人，其特征在于，所述滚轮(5)为麦克纳姆轮。

4.根据权利要求3所述的一种基于多传感器信息融合定位技术的机器人，其特征在于，所述麦克纳姆轮由被动轮(25)和基本轮(24)组成，基本轮(24)为钢圈，被动轮(25)是围绕在钢圈外侧周围均匀分布若干个辊筒，且辊筒的轴线与钢圈的旋转轴线呈45度角。

5.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信息融合定位技术的机器人，其特征在于，所述车轮电机(8)与蓄电池(21)电性连接，驱动电机(22)与控制器(16)电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信息融合定位技术的机器人，其特征在于，所述信号接收器(10)与信号转换器(15)电性连接，信号转换器(15)与控制器(16)电性连接，且信号接收器(10)与信号转换器(15)均与蓄电池(21)电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信息融合定位技术的机器人，其特征在于，所述视觉传感器(19)和激光测距仪(18)均与蓄电池(21)、编码器(17)和控制器(16)电性连接。

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