CN110834597A - 太阳能全方位智能移动小车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能全方位智能移动小车，包括：车体，以及安装在车体上的控制系统、供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统；所述控制系统与供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统通信连接；其中：所述控制系统，用于根据预设的运行模式下发针对供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统的控制指令，或者根据外部终端发送的控制信息，生成针对供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统的控制指令，以实现对小车的智能控制。本发明中的小车整体结构简单紧凑，可以灵活适用于多种居家环境使用，功能强大，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，具体地，涉及太阳能全方位智能移动小车。
背景技术
随着科学技术的进步，对于机器人技术的研究越来越受到人们的重视和关注。
相比较双足机器人而言，轮式移动机器人在移动速度，运行稳定性，应用范围，承载能力等多个方面都具有明显的优势，尤其是在服务机器人、巡检机器人、探测机器人等领域，轮式移动机器人的应用就更为普遍。
但是，现有的机器人的驱动装置复杂，尺寸较大，不适合在居家环境中使用。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种太阳能全方位智能移动小车。
根据本发明提供的一种太阳能全方位智能移动小车，包括：车体，以及安装在车体上的控制系统、供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统；所述控制系统与供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统通信连接；其中：
所述供能系统包括太阳能电池板和锂电池两种方式协调作用，用于向所述语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、以及导航系统提供电能；
所述语音系统包括话筒和麦克风，用于与用户进行语音交互；
所述驱动系统，用于驱动车体按照预设方向行进；
所述辅助系统包括传感器惯性导航单元、激光测距单元，用于对车体的移动进行辅助定位补偿；
所述视觉系统，用于识别环境中的障碍物以及指定物品；
所述导航系统，用于对小车的位置进行定位和导航；
所述控制系统，用于根据预设的运行模式下发针对供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统的控制指令，或者根据外部终端发送的控制信息，生成针对供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统的控制指令。
可选地，所述车体包括：车架、车架上盖板、车轮左右两侧支撑板、车架下支撑板、滑台上块、滑台下块；其中，滑台上块安装在车轮左右两侧支撑板的安装槽中，滑台下块分为两排均布在车架下支撑板的并行槽中，针对不同的行走环境进行车轮距的调节。
可选地，所述车轮左右两侧支撑板与所述车架上盖板均设置有勾型结构，用以限制车轮距的调节范围。
可选地，所述驱动系统包括：麦克纳姆轮、车轮支撑架、移动底盘、缓冲装置，以及连接麦克纳姆轮伺服驱动电机；所述缓冲装置连接所述车轮支撑架和移动底盘，用于缓冲车体震动；伺服驱动电机的输出轴通过联轴器、法兰轴驱动麦克纳姆轮运动。
可选地，所述缓冲装置包括：缓冲弹簧、缓冲套筒、缓冲T型轴，所述缓冲套筒通过所述缓冲T型轴与所述车轮支撑架连接，所述缓冲弹簧位于所述缓冲套筒内；当路面不平时，所述缓冲弹簧收缩，用于实现车体的震动缓冲。
可选地，所述移动底盘的上盖上还设置有机械臂装配接口，用于连接不同型号的机械臂。
可选地，所述供能系统中的太阳能电池板通过自动升级机构安装在车体上，所述太阳能电池板将太阳能转换为电能之后存储在锂电池中。
可选地，所述控制装置中设置有电量提示模块，用于显示和/或提醒实时电量。
可选地，所述辅助系统还包括：烟雾传感器，所述烟雾传感器与所述语音系统电连接；当检测到环境中的烟雾浓度大于预设阈值时，所述烟雾传感器向所述语音系统发送警报信息，以使得所述语音系统播放所述警报信息。
可选地，还包括：安装在所述车体上的可拆卸的座椅。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的太阳能全方位智能移动小车，整体结构简单紧凑，可以适用于多种居家以及外界环境使用，功能强大，使用方便，并且设置有太阳能供电系统来进行电能供给，更加节能环保。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为车体的爆炸结构图；
图2为缓冲装置的结构示意图；
图3为本发明提供的驱动系统的结构示意图；
图4为本发明提供的太阳能全方位智能移动小车的整体结构示意图；
图5为视觉系统和语音系统的结构示意图；
图6为本发明中控制系统的控制架构示意图。
图中：
1-驱动电机；
2-缓冲套筒；
3-缓冲弹簧；
4-缓冲T型轴；
5-车轮支撑架；
6-麦克纳姆轮；
7-法兰轴；
8-驱动电机的输出轴；
9-轴承；
10-联轴器；
11-摄像头；
12-升降机构；
13-导航系统；
14-驱动系统；
15-太阳能供电板；
16-锂电池；
17-滑台上块；
18-滑台下块；
19-车架下支撑板；
20-太阳能板升降架；
21-车轮左右两侧支撑板；
22-麦克风；
23-车架上盖板；
24-座椅；
25-显示屏幕；
26-树莓派。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供的太阳能全方位智能移动小车，包括：车体，以及安装在车体上的控制系统、供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统；控制系统与供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统通信连接；其中：供能系统包括太阳能电池板和锂电池，用于向语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统提供电能；语音系统包括话筒和麦克风，用于与用户进行语音交互；驱动系统，用于驱动车体按照预设方向行进；辅助系统包括传感器惯性导航单元、激光测距单元，用于对车体的移动进行辅助定位补偿；视觉系统，用于识别环境中的障碍物；导航系统，用于对小车的位置进行定位和导航；控制系统，用于根据预设的运行模式下发针对供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统的控制指令，或者根据外部终端发送的控制信息，生成针对供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统的控制指令。
在可选的实施方式中，辅助系统还包括：烟雾传感器，烟雾传感器与语音系统电连接；当检测到环境中的烟雾浓度大于预设阈值时，烟雾传感器向语音系统发送警报信息，以使得语音系统播放警报信息。
本实施例中，供能系统为小车提供驱动力；小车根据导航系统提供的行进路线行进，并在行进过程中通过视觉系统检测环境中的障碍物，以及由辅助系统(例如惯性导航单元，激光测距单元等)对小车的移动进行辅助定位补偿，使小车可以更加精准移动到指定位置。双目视觉系统对环境中的物体进行识别，以确定物体的位置。结合辅助系统和语音系统，可以在小车快要与移动人或动物碰撞时候发出警报，或检测到家庭有浓雾时候发出警报。
在可选的实施方式中，车体下方还设置有车轮轮距改变系统，用于改变车轮轮距，使得移动小车可以在多种不同环境下进行灵活运动。
在可选的实施方式中，老年人或者腿脚不便的人士可用上位APP等等外部终端向控制系统发送控制信息，实现对小车的智能控制。从而方便用户出去活动或者在家庭内走动，增加了他们的活动范围，提高生活质量。本实施例可以实现自动导航，精准移动，实现机器人的灵活运动，负载较大，无线控制，实现全过程自动化，结构简单。
本实施例中，视觉系统可以包括摄像头，在外的工作人员可以通过机器人观测到机器人摄像头所采集的图像，并可以控制机器人做出相应的运动，用以监控居家环境。当家里出现异常时候也可以通过互联网反馈给帮助对象及其他人员，进而使其可以做出相应的措施。
在可选的实施方式中，车体包括：车架、车架上盖板、车轮左右两侧支撑板、车架下支撑板、滑台上块、滑台下块；其中，滑台上块安装在车轮左右两侧支撑板的安装槽中，滑台下块分为两排均布在车架下支撑板的并行槽中。
图1为车体的爆炸结构图，如图1所示，包括：车架上盖板23、车轮左右两侧支撑板21、车架下支撑板19、滑台上块17、滑台下块18。其中，四个滑台上块17被分别安装在车轮左右两侧支撑板21的安装槽中，六个滑台下块18被分两排均布在车架下支撑板19的并行槽中。这种设计方式，使得车轮左右两侧支撑板21和车架下支撑板19之间可以产生移动副，在四个驱动轮作用下实现车轮轮距跨度的改变。车架下支承板19与车架上盖板23固连在一起用以支撑整个驱动系统，车轮左右两侧支撑板21与车架上盖板23均设置有勾型结构，用以限制车距的调节范围。采用可伸缩车轮距机构时，当小车移动遇到坑洼等路面时候，可以改变车距直接通过，而不用通过用改变行驶方向的方式通过，提高了小车运动的灵活性。
在可选的实施方式中，驱动系统包括：麦克纳姆轮、车轮支撑架、移动底盘、缓冲装置，以及连接麦克纳姆轮伺服驱动电机；缓冲装置连接车轮支撑架和移动底盘，用于缓冲车体震动；伺服驱动电机的输出轴通过联轴器，法兰轴驱动麦克纳姆轮运动。
图2为缓冲装置的结构示意图，如图2所示，缓冲装置包括：缓冲弹簧3、缓冲套筒2、缓冲T型轴4，缓冲套筒2通过缓冲T型轴4与车轮支撑架连接，缓冲弹簧3位于缓冲套筒2内；当路面不平时，缓冲弹簧3收缩，用于实现车体震动缓冲。在实际运行过程中，若机器人遇到地面有不平情况时，弹簧收缩，能始终保证小车的平稳行进，并始终保持主动轮与地面接触，避免因主动轮悬空无法提供驱动力的情况。设计这种缓冲装置，可以保证移动车在复杂的地形行走。
图3为本发明提供的驱动系统的结构示意图，如图3所示，车轮支撑架5、连接车轮支撑架5与移动底盘的3个缓冲装置，驱动电机的输出轴8通过联轴器10，法兰轴7驱动麦克纳姆轮6运动。具体地，如图3所示，驱动系统安装在车架下方底盘上，由四个麦克纳姆轮6，四个伺服驱动电机1以及缓冲装置构成，缓冲装置可以缓冲车身震动，提高受助人群的舒适性。四个麦克纳姆轮按照0型分布安装在车架底盘，这种四主动轮的全向移动安装方式，可以不通过车轮的差速来进行各个方向移动，增加了灵活性。
在可选的实施方式中，设置四个麦克纳姆轮，且四个麦克纳姆轮总承重可达140kg以上。另外，也可以根据不同重量可更换不同型号车轮，运用小型伺服电机，使得小车的速度可调，且负重较大，增加小车的控制精度。运用四个麦克纳姆轮驱动，增加了运动的灵活性，增强了对环境路面的适应能力，可以在更加狭窄的空间运动。
在可选的实施方式中，移动底盘的上盖上还设置有机械臂装配接口，用于连接不同型号的机械臂。
本实施例中，移动底盘的上盖可以连接其他机械装置例如机械臂可以联合开发新的机械系统。
在可选的实施方式中，供能系统中的太阳能电池板通过自动升级机构安装在车体上，太阳能电池板将太阳能转换为电能之后存储在锂电池中。
图4为本发明提供的太阳能全方位智能移动小车的整体结构示意图，如图4所示，本实施例中供电系统可以由太阳能供电板15和锂电池16共同构成。可以通过太阳能供电板15给小车的驱动系统供电。太阳能供电板15安装在自动升降机构上以更好地接收太阳光线。当小车不工作时，太阳能供电板15给锂电池16充电。当小车工作时，锂电池16向小车的驱动系统供电，以保证小车可以正常运作。
在可选的实施方式中，控制装置中设置有电量提示模块，控制装置中设置有电量提示模块，用于显示和/或提醒实时电量。
本实施例中，控制装置具有自动电量提示以及自动充电功能，避免了长期使用无法充电的困难。
如图4所示，车体上还可以设置高低可调节位置可以动的可拆卸座椅，可以帮助老人或行动不便人士移动。
本实施例中的座椅靠背还可以调节角度，还可以拆除座椅帮助搬运物品。小车上安装的座椅的高度可调节，从而可以帮助老人或残障人在家庭或者室外环境移动。另外，该座椅靠背还可以调节角度，紧急情况用作担架使用。
图5为视觉系统和语音系统的结构示意图，如图5所示，摄像头11安装在升降机构12上，麦克风22安装在升降机构12上，且位于摄像头11的下方。
图6为本发明中控制系统的控制架构示意图，如图6所示，控制系统与供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统通信连接；用于根据预设的运行模式下发针对供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统的控制指令，或者根据外部终端发送的控制信息，生成针对供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统的控制指令。本发明中，控制系统的中枢可以由一个Raspberry Pi(树莓派)/微型工控来控制，实现对供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统的控制。其中，导航系统和辅助系统中的激光雷达传感器协作，以进行地图的构建以及自导航定位。具体地，可以通过车头安装的激光雷达，事先扫出服务人群的家庭环境和居住周边的小范围环境地图，通过显示屏幕将地图信息显示出来，老人可以通过人工选定要去的目的地。导航系统借助hectorSLAM导航算法结合地图就可以实时构建出一条移动路线，控制驱动系统运动，使小车走向目的地，并在出现活动障碍物时候可以实时更新路径，制定新的路线。
本发明提供的太阳能全方位智能移动小车，可以帮助老年人或者行动不便人士进行自由移动，老年人或者腿脚不便的人士可用上位APP就可以利用该控制系统对家庭自动车进行控制，并基于模块化和系列化的设计思想，形成多种型号的通用底盘，依据环境有可升降太阳能供电板和锂电池两种供电方式智能转换，同时具有语音报警系统和多个智能传感器可以及时报警异常环境信息。例如距离人太近，家庭烟雾浓度过高等。本发明提供的机器人具有140kg的负载能力，以满足各类家庭服务移动机器人的功能需求，同时用激光雷达搭建地图构建以及自导航系统，结合具有车轮轮距改变单元结合4个O型分布的全方位移动麦克纳姆轮，以及驱动系统的缓冲装置，实现不同环境的平稳灵活运动。本发明机器人配备的驱动装置结构能够很好的减轻路面激励对移动机器人带来的振动，降低由振动引起的零件疲劳损坏和精密传动误差，使轮式移动机器人具有更好的路面适应性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种太阳能全方位智能移动小车，其特征在于，包括：车体，以及安装在车体上的控制系统、供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统；所述控制系统与供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统通信连接；其中：
所述供能系统包括太阳能电池板和锂电池两种方式协调作用，用于向所述语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、以及导航系统提供电能；
所述语音系统包括话筒和麦克风，用于与用户进行语音交互；
所述驱动系统，用于驱动车体按照预设方向行进；
所述辅助系统包括传感器惯性导航单元、激光测距单元，用于对车体的移动进行辅助定位补偿；
所述视觉系统，用于识别环境中的障碍物以及指定物品；
所述导航系统，用于对小车的位置进行定位和导航；
所述控制系统，用于根据预设的运行模式下发针对供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统的控制指令，或者根据外部终端发送的控制信息，生成针对供能系统、语音系统、驱动系统、辅助系统、视觉系统、导航系统的控制指令。
2.根据权利要求1所述的太阳能全方位智能移动小车，其特征在于，所述车体包括：车架、车架上盖板、车轮左右两侧支撑板、车架下支撑板、滑台上块、滑台下块；其中，滑台上块安装在车轮左右两侧支撑板的安装槽中，滑台下块分为两排均布在车架下支撑板的并行槽中，以针对不同的行走环境进行车轮距的调节。
3.根据权利要求1所述的太阳能全方位智能移动小车，其特征在于，所述车轮左右两侧支撑板与所述车架上盖板均设置有勾型结构，用以限制车轮距的调节范围。
4.根据权利要求1所述的太阳能全方位智能移动小车，其特征在于，所述驱动系统包括：麦克纳姆轮、车轮支撑架、移动底盘、缓冲装置，以及连接麦克纳姆轮伺服驱动电机；所述缓冲装置连接所述车轮支撑架和移动底盘，用于缓冲车体震动；伺服驱动电机的输出轴通过联轴器、法兰轴驱动麦克纳姆轮运动。
5.根据权利要求4所述的太阳能全方位智能移动小车，其特征在于，所述缓冲装置包括：缓冲弹簧、缓冲套筒、缓冲T型轴，所述缓冲套筒通过所述缓冲T型轴与所述车轮支撑架连接，所述缓冲弹簧位于所述缓冲套筒内；当路面不平时，所述缓冲弹簧收缩，用于实现车体的震动缓冲。
6.根据权利要求4所述的太阳能全方位智能移动小车，其特征在于，所述移动底盘的上盖上还设置有机械臂装配接口，用于连接不同型号的机械臂。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的太阳能全方位智能移动小车，其特征在于，所述供能系统中的太阳能电池板通过自动升级机构安装在车体上，所述太阳能电池板将太阳能转换为电能之后存储在锂电池中。
8.根据权利要求7所述的太阳能全方位智能移动小车，其特征在于，所述控制装置中设置有电量提示模块，用于显示和/或提醒实时电量。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的太阳能全方位智能移动小车，其特征在于，所述辅助系统还包括：烟雾传感器，所述烟雾传感器与所述语音系统电连接；当检测到环境中的烟雾浓度大于预设阈值时，所述烟雾传感器向所述语音系统发送警报信息，以使得所述语音系统播放所述警报信息。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的太阳能全方位智能移动小车，其特征在于，还包括：安装在所述车体上的可拆卸的座椅。
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