CN111348123A - 一种室内导航移动机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种室内导航移动机器人，包括上承载平台、摄像头、前底板、测距传感器、后底板以及车轮；前底板和后底板之间通过双板共轴连接件连接；上承载平台安装于后底板，摄像头安装于前底板，前底板下部通过能够减震的悬挂机构安装有车轮，后底板下部通过能够减震的悬挂机构安装有车轮，所述车轮采用Mecanum轮；摄像头和测距传感器均与Mecanum轮的控制系统连接。本发明解决了现有技术中机器人结构不紧凑，通过性较差，运输工作效率低下等问题。

Description

一种室内导航移动机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种室内导航移动机器人。
背景技术
在当前，移动机器人的发展较为迅速，移动机器人在人们的生活工作领域中的应用屡见不鲜，如超市、餐厅的服务型机器人，医院的医疗服务机器人，工厂的用于搬运的工业机器人等。移动机器人按照应用到工作环境的不同又分为室内移动机器人和室外移动机器人，对于室内移动机器人，由于室内空间有限，工作空间狭窄，因而对机器人尺寸、轮子转向的快速性、车身稳定性、导航系统均提出了更高的要求，因此发明一种室内导航移动机器人具有重要的意义。
虽然目前的机器人应用广泛，已渐成系列，但当前的机器人结构及移动形式仍存在一定的问题，因此，有必要设计一种室内导航移动机器人，对其整体结构进行研究和改进设计，使得机器人结构简单紧凑，通过性较好，适应性能力较强。
发明内容
本发明的目的在于提供一种室内导航移动机器人，以解决现有技术中机器人结构不紧凑，通过性较差，运输工作效率低下的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种室内导航移动机器人，包括上承载平台、摄像头、前底板、测距传感器、后底板以及车轮；前底板和后底板之间通过双板共轴连接件连接；上承载平台安装于后底板，摄像头安装于前底板，前底板下部通过能够减震的悬挂机构安装有车轮，后底板下部通过能够减震的悬挂机构安装有车轮，所述车轮采用Mecanum轮；摄像头和测距传感器均与Mecanum轮的控制系统连接。
优选的，上承载平台通过法兰与支撑柱可拆卸安装在后底板的上部。
优选的，上承载平台采用滚筒式上承载平台，上承载平台后端设有可开关式后挡板。
优选的，前底板上部通过支撑柱可拆卸安装有上支撑板，摄像头安装于上支撑板上部；视觉传感器通过传感器支架固定连接于前底板上。
优选的，双板共轴连接件包括双板共轴固定端、双板共轴前端和轴，双板共轴固定端中设有滚动轴承，轴的一端与滚动轴承之间通过弹性挡圈可转动连接，轴的另一端与双板共轴前端连接；
双板共轴固定端安装在后底板上，双板共轴前端安装在前底板上；或者双板共轴前端双安装在后底板上，板共轴固定端安装在前底板上。
优选的，悬挂机构包括悬挂机构本体和减震机构，悬挂机构本体的形状为U型，车轮安装在悬挂机构本体上，悬挂机构本体翼边的端部均设置有减震机构，悬挂机构本体与前底板以及悬挂机构本体与后底板之间均通过减震机构连接。
优选的，减震机构包括法兰、弹簧和伸缩杆，伸缩杆的一端与法兰连接，伸缩杆的另一端与悬挂机构本体翼边的端部连接，弹簧套设在伸缩杆上，弹簧的一端与法兰连接或相抵，弹簧的另一端与悬挂机构本体翼边的端部连接或相抵，法兰与前底板或后底板连接。
优选的，后底板分为第一后底板、第二后底板和第三后底板，上承载平台安装于第一后底板，第一后底板与前底板之间通过双板共轴连接件连接；第二后底板和第三后底板形状、大小相同，第二后底板与第一后底板之间通过双板共轴连接件连接，第三后底板与第一后底板之间通过双板共轴连接件连接，悬挂机构的一端与第二后底板连接，悬挂机构的另一端与第三后底板连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明室内导航移动机器人采用Mecanum轮的轮式移动方式，Mecanum轮是一款全向移动车轮，其结构紧凑，运动灵活。四个轮子经过不同组合，可以实现多种运动形式包括前后左右移动，原地旋转等，可以更加灵活方便的实现全方位移动的功能，既能保证机器人在作业过程中保持合适的速度和较强稳定性，又具有适应狭隘空间的较强的通过性，提高了工作效率。前底板和后底板下部均通过能够减震的悬挂机构安装车轮，前后底板的悬挂机构采取独立悬挂设计，利用减震作用可以用来吸收瞬间的冲击，减小振动，尽可能减少因地面不平整或有障碍物时车身及上承载平台的上下振动。前底板和后底板之间通过双板共轴连接件连接，双板共轴连接件可保证前后底板上的Mecanum轮在遇到较小障碍物时仍然保持前后轮同时着地，防止机器人在移动过程中出现打滑现象，从而可以保证无论哪个轮子受到较小振动时都能使上承载平台依旧保持平稳，在某种程度上起到了减震的作用。此外，可保证上承载平台始终保持水平状态，保证了重物运输过程中机器人整体的稳定。摄像头和测距传感器与Mecanum轮的控制系统连接，利用摄像头采集的图像，测距传感器感测机器人与周围物体之间的距离，Mecanum轮的控制系统根据采集的图像和距离信息能够控制Mecanum轮的动作，使整个室内导航移动机器人进行避障。
进一步的，采用滚筒式上承载平台，以便重物的装卸，后端挡板设计为可开关式挡板，在货物运输的过程中通过卡环和销轴来固定挡板后盖与承载平台的连接，可有效防止机器人在运载的过程中重物的掉落，提高移动机器人在整体运输过程的工作效率。同时上承载盘平台可拆卸，可以直接通过改变滚筒的数目和承载平台大小来改变机器人运输能力的大小。
进一步的，后底板分为第一后底板、第二后底板和第三后底板，能够较大限度的进行减震和吸收冲击力，可较大提高机器人在货物运载中的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明室内导航移动机器人的结构示意图；
图2为本发明能够减震的悬挂机构整体的结构示意图；
图3为本发明提供的上承载平台的结构示意图；
图4为本发明双板共轴连接件的结构示意图；
图5为本发明另一实施例的结构示意图；
图中：1、上承载平台；2、摄像头；3、上支撑板；4、支撑柱；5、前底板；6、Mecanum轮；7、悬挂机构；8、测距传感器；9、双板共轴连接件；10、后底板；10-1、第一后底板；10-2、第二后底板；10-3、第三后底板；11、电机；7-1、法兰；7-2、弹簧；7-3、悬挂机构本体；7-4、伸缩杆；1-1、滚筒；1-2、可开关式后挡板；1-3、机架；9-1、滚动轴承；9-2、弹性挡圈；9-3、轴；9-4、双板共轴前端；9-5、双板共轴固定端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参照图1，本发明的室内导航移动机器人，包括上承载平台1、摄像头2、前底板5、测距传感器8、后底板10以及车轮；前底板5和后底板10之间通过双板共轴连接件9连接；上承载平台1安装于后底板10，摄像头2安装于前底板5，前底板5下部通过能够减震的悬挂机构安装有车轮，后底板10下部通过能够减震的悬挂机构7安装有车轮，所述车轮采用Mecanum轮；摄像头2和测距传感器8均与Mecanum轮的控制系统连接，以实现基本的避障功能。
作为本发明优选的实施方案，参照图1，上承载平台1通过法兰与支撑柱4可拆卸安装在后底板10的上部。
作为本发明优选的实施方案，参照图3，上承载平台1采用滚筒式上承载平台，上承载平台1后端设有可开关式后挡板1-2。
作为本发明优选的实施方案，参照图1，前底板5上部通过支撑柱4可拆卸安装有上支撑板3，摄像头2安装于上支撑板3上部，视觉传感器8通过传感器支架固定连接于前底板5上。
作为本发明优选的实施方案，参照图1和图4，双板共轴连接件9包括双板共轴固定端9-5、双板共轴前端9-4和轴9-3，双板共轴固定端9-5中设有滚动轴承9-1，轴9-3的一端与滚动轴承9-1之间通过弹性挡圈9-2可转动连接，轴9-3的另一端与双板共轴前端9-4连接；双板共轴固定端9-5安装在后底板10上，双板共轴前端9-4安装在前底板5上；或者双板共轴前端9-4双安装在后底板10上，板共轴固定端9-5安装在前底板5上。
作为本发明优选的实施方案，参照图1和图2，悬挂机构7包括悬挂机构本体7-3和减震机构，悬挂机构本体7-3的形状为U型，车轮安装在悬挂机构本体7-3上，悬挂机构本体7-3翼边的端部均设置有减震机构，悬挂机构本体7-3与前底板5以及悬挂机构本体7-3与后底板10之间均通过减震机构连接。
作为本发明优选的实施方案，参照图1和图2，减震机构包括法兰7-1、弹簧7-2和伸缩杆，伸缩杆的一端与法兰7-1连接，伸缩杆的另一端与悬挂机构本体7-3翼边的端部连接，弹簧7-2套设在伸缩杆上，弹簧7-2的一端与法兰7-1连接或相抵，弹簧7-2的另一端与悬挂机构本体7-3翼边的端部连接或相抵，法兰7-1与前底板5或后底板10连接。
作为本发明优选的实施方案，参照图5，后底板10分为第一后底板10-1、第二后底板10-2和第三后底板10-3，上承载平台1安装于第一后底板10-1，第一后底板10-1与前底板5之间通过双板共轴连接件连接；第二后底板10-2和第三后底板10-3形状、大小相同，第二后底板10-2与第一后底板10-1之间通过双板共轴连接件连接，第三后底板10-3与第一后底板10-1之间通过双板共轴连接件连接，悬挂机构7的一端与第二后底板10-2连接，悬挂机构7的另一端与第三后底板10-3连接。
作为本发明优选的实施方案，参照图2，法兰7-1上连接有连接杆，连接杆的一端与法兰7-1同轴连接，连接杆的另一端伸入及悬挂机构本体7-3翼边端部的导向孔中，连接杆与导向孔之间间隙配合，连接杆能够在导向孔中自由上下移动，由于连接杆与导向孔之间的配合以及弹簧7-2的作用，能够起到很好的减震作用，并且整个结构稳定性好。
实施例
参见图1，本实施例针对现有技术中机器人结构不紧凑，通过性较差，运输工作效率低下等问题，提供了一种结构紧凑、通过性较好、实现高效率的室内导航移动机器人。
本实施例的室内导航移动机器人，上承载平台1通过法兰与支撑柱4固定连接，支撑柱4与后底板10固定连接；后底板10通过双板共轴连接件9与前底板5固定连接，摄像头2与上支撑板3固定连接，上支撑板3与前底板5通过支撑柱4固定连接，前底板5、后底板10与悬挂机构7固定连接，悬挂机构7与Mecanum轮的驱动机构6固定连接，测距传感器8通过传感器支架固定连接于前底板5上。在机器人上安装摄像头2、测距传感器8及Mecanum轮的控制系统部分以供实现基本的避障功能。在车身上安装高精度的测距传感器8和摄像头2，可以为机器人提供完整的环境信息数据，通过对传感数据处理可实时反馈到终端，实现对机器人状态和环境状态监测。
采用Mecanum轮6的轮式移动方式，Mecanum轮6是一款全向移动车轮，其结构紧凑，运动灵活。四个轮子经过不同组合，可以实现多种运动形式包括前后左右移动，原地旋转等，可以更加灵活方便的实现全方位移动的功能，既能保证机器人在作业过程中保持合适的速度和较强稳定性，又具有适应狭隘空间的较强的通过性。悬挂机构7采取独立悬挂设计，悬挂部分的设计采用的是的弹簧7-2减震的方式，弹簧7-2减震的优点是，弹簧7-2可以用来吸收瞬间的冲击，减小振动，尽可能减少因地面不平整或有障碍物时车身及上承载平台1的上下振动。双板共轴连接件9用于连接机器人前后底板，可保证四个Mecanum轮6在遇到较小障碍物如石子颗粒等时仍然保持四轮同时着地，从而可以保证无论哪个轮子受到较小振动时都能使上承载平台依旧保持平稳，在某种程度上起到了减震的作用。前底板5和后底板10采取二板式底板结构设计，通过双板共轴连接件9，可以保证机器人在移动过程中遇到障碍物时始终保持四个轮子与地面有接触点，防止机器人在移动过程中出现打滑现象。此外，可保证上承载平台1始终保持水平状态，保证了重物运输过程中机器人整体的稳定。采用滚筒式上承载平台1，以便重物的装卸，后端挡板设计为可开关式挡板，在货物运输的过程中通过卡环和销轴来固定可开关式后挡板1-2与上承载平台1的连接，可有效防止机器人在运载的过程中重物的掉落，提高移动机器人在整体运输过程的工作效率。同时上承载平台1可拆卸，可以直接通过改变滚筒1-1的数目和上承载平台1大小来改变机器人运输能力的大小。
本发明室内导航移动机器人的工作原理如下：
本发明的室内导航移动机器人中，上承载平台1通过法兰与支撑柱4固定连接，支撑柱4与后底板10固定连接，后底板10通过双板共轴连接件9与前底板5固定连接，摄像头2与上支撑板3固定连接，上支撑板3与前底板5通过支撑柱4固定连接，底板部分5、10与悬挂机构7固定连接，悬挂机构7与驱动机构6固定连接，测距传感器8通过传感器支架固定连接于前底板5。
电机11通过正反转带动Mecanum轮6转动，从而实现某一方向的运动，此时上支撑板上高精度的摄像头2和前底板上的测距传感器8，能够将位置、障碍物等信息发送至控制系统，控制系统会驱动电机11正反转实现运动方向的改变，直至顺利抵达目的地。
由上述方案可以看出，本发明采用Mecanum轮的轮式移动方式可以更加灵活方便的实现全方位移动的功能，具有适应狭隘空间的较强的通过性。悬挂机构采用弹簧减震，弹簧可以用来吸收瞬间的冲击，减小振动，尽可能减少因地面不平整或有障碍物时车身及上承载平台的上下振动。双板共轴的连接件用于连接机器人前、后底板，可保证四个Mecanum轮在遇到较小障碍物如石子颗粒等时仍然保持四轮同时着地，在某种程度上起到了减震的作用。底板部分采取二板式底板结构设计，通过双板共轴连接件，可以保证机器人在移动过程中遇到障碍物时始终保持四个轮子与地面有接触点，防止机器人在移动过程中出现打滑现象。采用滚筒式上承载平台，以便重物的装卸，后端挡板设计为可开关式挡板，在货物运输的过程中通过卡环和销轴来固定挡板后盖与承载平台的连接，可有效防止机器人在运载的过程中重物的掉落，提高移动机器人在整体运输过程的工作效率。同时上承载盘平台可拆卸，可以直接通过改变滚筒的数目和承载平台大小来改变机器人运输能力的大小。

Claims (8)

1.一种室内导航移动机器人，其特征在于，包括上承载平台(1)、摄像头(2)、前底板(5)、测距传感器(8)、后底板(10)以及车轮；前底板(5)和后底板(10)之间通过双板共轴连接件(9)连接；上承载平台(1)安装于后底板(10)，摄像头(2)安装于前底板(5)，前底板(5)下部通过能够减震的悬挂机构安装有车轮，后底板(10)下部通过能够减震的悬挂机构(7)安装有车轮，所述车轮采用Mecanum轮；摄像头(2)和测距传感器(8)均与Mecanum轮的控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种室内导航移动机器人，其特征在于，上承载平台(1)通过法兰与支撑柱(4)可拆卸安装在后底板(10)的上部。
3.根据权利要求1或2所述的一种室内导航移动机器人，其特征在于，上承载平台(1)采用滚筒式上承载平台，上承载平台(1)后端设有可开关式后挡板(1-2)。
4.根据权利要求1所述的一种室内导航移动机器人，其特征在于，前底板(5)上部通过支撑柱(4)可拆卸安装有上支撑板(3)，摄像头(2)安装于上支撑板(3)上部；视觉传感器(8)通过传感器支架固定连接于前底板(5)上。
5.根据权利要求1所述的一种室内导航移动机器人，其特征在于，双板共轴连接件(9)包括双板共轴固定端(9-5)、双板共轴前端(9-4)和轴(9-3)，双板共轴固定端(9-5)中设有滚动轴承(9-1)，轴(9-3)的一端与滚动轴承(9-1)之间通过弹性挡圈(9-2)可转动连接，轴(9-3)的另一端与双板共轴前端(9-4)连接；
双板共轴固定端(9-5)安装在后底板(10)上，双板共轴前端(9-4)安装在前底板(5)上；或者双板共轴前端(9-4)双安装在后底板(10)上，板共轴固定端(9-5)安装在前底板(5)上。
6.根据权利要求1所述的一种室内导航移动机器人，其特征在于，悬挂机构(7)包括悬挂机构本体(7-3)和减震机构，悬挂机构本体(7-3)的形状为U型，车轮安装在悬挂机构本体(7-3)上，悬挂机构本体(7-3)翼边的端部均设置有减震机构，悬挂机构本体(7-3)与前底板(5)以及悬挂机构本体(7-3)与后底板(10)之间均通过减震机构连接。
7.根据权利要求6所述的一种室内导航移动机器人，其特征在于，减震机构包括法兰(7-1)、弹簧(7-2)和伸缩杆，伸缩杆的一端与法兰(7-1)连接，伸缩杆的另一端与悬挂机构本体(7-3)翼边的端部连接，弹簧(7-2)套设在伸缩杆上，弹簧(7-2)的一端与法兰(7-1)连接或相抵，弹簧(7-2)的另一端与悬挂机构本体(7-3)翼边的端部连接或相抵，法兰(7-1)与前底板(5)或后底板(10)连接。
8.根据权利要求1所述的一种室内导航移动机器人，其特征在于，后底板(10)分为第一后底板(10-1)、第二后底板(10-2)和第三后底板(10-3)，上承载平台(1)安装于第一后底板(10-1)，第一后底板(10-1)与前底板(5)之间通过双板共轴连接件连接；第二后底板(10-2)和第三后底板(10-3)形状、大小相同，第二后底板(10-2)与第一后底板(10-1)之间通过双板共轴连接件连接，第三后底板(10-3)与第一后底板(10-1)之间通过双板共轴连接件连接，悬挂机构(7)的一端与第二后底板(10-2)连接，悬挂机构(7)的另一端与第三后底板(10-3)连接。
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