CN112441158A - 传感器组件、底盘及机器人 - Google Patents

Abstract

本公开涉及机器人技术领域，提出了一种传感器组件、底盘及机器人，传感器组件包括激光传感器和距离传感器，激光传感器的激光发射头以预设直线为转轴沿预设轨迹可转动地设置，预设轨迹为圆形；距离传感器与激光传感器间隔设置，距离传感器用于设置在遮挡件上，并在激光发射头转动到预设位置时，遮挡件遮挡激光发射头；其中，遮挡件在预设轨迹上的投影占据预设轨迹的角度为a，距离传感器的采集区域在预设轨迹上的投影占据预设轨迹的角度为b，a≤b。本公开的传感器组件通过将激光传感器和距离传感器相配合，实现了对传感器组件所在环境四周全方位环境信息的探测，避免了出现探测盲区。

Description

传感器组件、底盘及机器人

技术领域

本公开涉及机器人技术领域，尤其涉及一种传感器组件、底盘及机器人。

背景技术

现有技术中，室内室外机器人对于周围环境的探测多用传感器，但传感器在机器人底盘安装上总会受到机械机构的遮挡，导致不能360度全范围的探测到周围环境信息。

目前主流设计方案有两种：

第一：通过在底盘前后左右不同位置安装多个传感器来实现底盘的全方位环境信息探测。例如：两轮差速底盘，只在前方和后方两个方位安装传感器，分别用于机器人的前进和后退。此设计方式会直接导致机器人成本的增高，造成资源的浪费，且探测过程还是会出现盲区。

第二：丢弃部分方位的信息，只采集可以看到的方位的环境信息，例如不考虑机器人后退功能，只可以前进和转向，即只采集机器人前方的信息。此设计方案会丢失部分方位信息，可能直接导致机器人在某些环境下直接无法准确感知在即所在环境的信息。只能一个方向移动严重影响机器人行动的灵活性。需要机器人经常在原地转动360度才能有效的采集周围环境的信息。

发明内容

本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种传感器组件、底盘及机器人。

根据本发明的第一个方面，提供了一种传感器组件，包括：

激光传感器，激光传感器的激光发射头以预设直线为转轴沿预设轨迹可转动地设置，预设轨迹为圆形；

距离传感器，距离传感器与激光传感器间隔设置，距离传感器用于设置在遮挡件上，并在激光发射头转动到预设位置时，遮挡件遮挡激光发射头；

其中，遮挡件在预设轨迹上的投影占据预设轨迹的角度为a，距离传感器的采集区域在预设轨迹上的投影占据预设轨迹的角度为b，a≤b。

在本发明的一个实施例中，距离传感器为多个，遮挡件为多个，多个遮挡件上均设置有至少一个距离传感器。

在本发明的一个实施例中，距离传感器为超声传感器或红外传感器。

在本发明的一个实施例中，传感器组件还包括：

处理器，处理器与激光传感器和距离传感器均连接，用于接收并融合激光传感器和距离传感器所采集的信息，以得到与预设轨迹相对应的采集区域的360度的环境信息。

在本发明的一个实施例中，激光传感器用于获取与预设轨迹相对应的采集区域的360度范围内的第一组环境信息，第一组环境信息的各个数据对应相应的角度，距离传感器用于获取与遮挡件相对应的采集区域的预设角度范围内的第二组环境信息，第二组环境信息的各个数据对应相应的角度；

其中，激光传感器采集信息的起点与遮挡件之间具有预置角度，第二组环境信息的起始数据对应预置角度，处理器获取到第一组环境信息和第二组环境信息后，处理器将第一组环境信息内以预置角度为起点，预置角度与预设角度之和的角度为终点内的数据替换为第二组环境信息的各个数据。

根据本发明的第二个方面，提供了一种底盘，包括上述的传感器组件，底盘还包括：

底座，激光传感器设置在底座上，底座上设置有滚轮；

支撑架，支撑架与底座相对设置；

支架，支架设置在底座和支撑架之间，以连接底座和支撑架，距离传感器设置在支架上；

其中，支架为遮挡件。

在本发明的一个实施例中，多个支架沿激光传感器的周向外表面间隔地设置在底座和支撑架之间；

其中，支架与激光传感器间隔设置，激光传感器设置在底座的中部。

在本发明的一个实施例中，底座上设置有安装槽，激光传感器设置在安装槽内；

其中，激光传感器的激光发射头位于安装槽的外侧。

在本发明的一个实施例中，激光传感器和安装槽的槽底之间设置有安装垫块，安装垫块可选择地设置，以调节激光传感器和安装槽的槽底之间的距离；

或，安装槽内设置有提升部，提升部与激光传感器驱动连接，以驱动激光传感器沿靠近或远离安装槽的槽底的方向移动。

根据本发明的第三个方面，提供了一种机器人，包括上述的底盘和机器人本体，机器人本体设置在底盘的支撑架上。

本发明的传感器组件通过激光传感器和距离传感器的相互配合，可以获取到与激光传感器的周向外表面相对应的全方位环境信息，即360度的环境信息。在具体使用时，由于遮挡件会阻挡激光传感器对某些方位的环境信息探测，故在遮挡件上设置有距离传感器，用于检测激光传感器的探测盲区。本发明的传感器组件通过将激光传感器和距离传感器相配合，实现了对传感器组件所在环境四周全方位环境信息的探测，避免了出现探测盲区。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本公开的优选实施方式的详细说明，本公开的各种目标.特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本公开的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种底盘的第一个视角的结构示意图；

图2是根据一示例性实施方式示出的一种底盘的第二个视角的结构示意图；

图3是根据一示例性实施方式示出的一种底盘的第三个视角的结构示意图；

图4是根据一示例性实施方式示出的一种底盘的第四个视角的结构示意图；

图5是根据一示例性实施方式示出的一种底盘的第五个视角的结构示意图；

图6是根据一示例性实施方式示出的一种底盘的第六个视角的结构示意图；

图7是根据一示例性实施方式示出的一种底盘的第七个视角的结构示意图；

图8是根据一示例性实施方式示出的一种机器人的第一个视角的结构示意图；

图9是根据一示例性实施方式示出的一种机器人的第二个视角的结构示意图；

图10是根据一示例性实施方式示出的一种机器人的第三个视角的结构示意图。

附图标记说明如下：

10、底座；11、滚轮；12、安装槽；20、支撑架；30、支架；40、激光传感器；50、距离传感器；60、机器人本体。

具体实施方式

体现本公开特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本公开。

在对本公开的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，附图形成本公开的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本公开的多个方面的不同示例性结构.系统和步骤。应理解的是，可以使用部件.结构.示例性装置.系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本公开范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”.“之间”.“之内”等来描述本公开的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本公开的范围内。

本发明的一个实施例提供了一种传感器组件，包括：激光传感器40，激光传感器40的激光发射头以预设直线为转轴沿预设轨迹可转动地设置，预设轨迹为圆形；距离传感器50，距离传感器50与激光传感器40间隔设置，距离传感器50用于设置在遮挡件上，并在激光发射头转动到预设位置时，遮挡件遮挡激光发射头；其中，遮挡件在预设轨迹上的投影占据预设轨迹的角度为a，距离传感器50的采集区域在预设轨迹上的投影占据预设轨迹的角度为b，a≤b。

本发明一个实施例的传感器组件通过激光传感器40和距离传感器50的相互配合，可以获取到与激光传感器40的周向外表面相对应的全方位环境信息，即360度的环境信息。在具体使用时，由于遮挡件会阻挡激光传感器40对某些方位的环境信息探测，故在遮挡件上设置有距离传感器50，用于检测激光传感器40的探测盲区。本发明一个实施例的传感器组件通过将激光传感器40和距离传感器50相配合，实现了对传感器组件所在环境四周全方位环境信息的探测，避免了出现探测盲区。

在一个实施例种，激光传感器40的激光发射头可以实现360度全方位旋转，即以此保证扫描的可靠性，而遮挡件对激光传感器40扫描区域的遮挡由距离传感器50进行弥补，故需要保证距离传感器50的检测区域需要大于或等于支架30对激光传感器40的遮挡区域。

在一个实施例中，遮挡件在预设轨迹上的投影位于距离传感器50的采集区域在预设轨迹上的投影内，即保证采集区域能够覆盖遮挡区域。

在一个实施例中，距离传感器50为多个，遮挡件为多个，多个遮挡件上均设置有至少一个距离传感器50。

针对距离传感器50的具体选择，距离传感器50为超声传感器或红外传感器。

在一个实施例中，传感器组件还包括：处理器，处理器与激光传感器40和距离传感器50均连接，用于接收并融合激光传感器40和距离传感器50所采集的信息，以得到与预设轨迹相对应的采集区域的360度的环境信息。处理器的设置主要是针对激光传感器40和距离传感器50所获取的环境信息进行融合，即保证二者所获得的环境信息构成一个360度的环境信息。

在一个实施例种，当距离传感器50的检测区域等于支架30对激光传感器40的遮挡区域，此时，处理器将激光传感器40和距离传感器50所获取的环境信息直接进行拼接即可得到一个360度的环境信息。当距离传感器50的检测区域大于支架30对激光传感器40的遮挡区域，此时，激光传感器40和距离传感器50所获取的环境信息会出现相重叠的部分，处理器去掉某个传感器所获得的二者相重叠的部分，然后将处理后的环境信息进行拼接也可得到一个360度的环境信息。对于处理器对于激光传感器40和距离传感器50所获取的环境信息的处理与融合具有多种方式，只要保证二者所获取的环境信息能够拼接成一个完整的360度的环境信息即可。

针对处理器融合激光传感器40和距离传感器50所采集的信息的一个具体方式，激光传感器40用于获取与预设轨迹相对应的采集区域的360度范围内的第一组环境信息，第一组环境信息的各个数据对应相应的角度，距离传感器50用于获取与遮挡件相对应的采集区域的预设角度范围内的第二组环境信息，第二组环境信息的各个数据对应相应的角度；其中，激光传感器40采集信息的起点与遮挡件之间具有预置角度，第二组环境信息的起始数据对应预置角度，处理器获取到第一组环境信息和第二组环境信息后，处理器将第一组环境信息内以预置角度为起点，预置角度与预设角度之和的角度为终点内的数据替换为第二组环境信息的各个数据。

在一个实施例中，由于遮挡件的遮挡，导致激光传感器40的激光无法覆盖360度范围。例如，激光的角分辨率为0.2度，即激光传感器40内部电机每旋转0.2度采集一次距离数据，那激光每圈采集的数据360/0.2为1800个点，用一个1800大小的一位数组存放这些点，数组的下标index和角度deg的对应关系为：deg＝index*0.2，即第一组环境信息包括1800个数据，且每个数据都对应相应的角度，角度从0度开始，到360度终止。

如果遮挡件遮挡部分为5度，即预设角度为5度，遮挡25(5/0.2)个点，如果距离传感器50采集第一个点的角度为0度，即预置角度为0度，此时，遮挡件遮挡角度为0-5度，第二组环境信息的数据下标为：0-25，即第一个数据对应0度。处理器将第一组环境信息下标为0-25的数据替换为第二组环境信息下标为0-25的数据，则完成360度无遮挡的融合数据。

在一个实施例中，考虑到激光传感器40与距离传感器50之间具有一定的距离，故，在处理器接收第一组环境信息以及第二第二组环境信息后，会对两组数据进行处理，以弥补激光传感器40与距离传感器50之间的距离值，保证处理器最终融合的数据均可以视为由激光传感器40所采集，即基准唯一。

本发明的一个实施例还提供了一种底盘，请参考图1至图7，底盘包括上述的传感器组件，底盘还包括：底座10，激光传感器40设置在底座10上，底座10上设置有滚轮11；支撑架20，支撑架20与底座10相对设置；支架30，支架30设置在底座10和支撑架20之间，以连接底座10和支撑架20，距离传感器50设置在支架30上；支架30为遮挡件。

本发明一个实施例的底盘包括底座10、支撑架20、支架30、激光传感器40以及距离传感器50，其中，底座10通过设置在其底部的滚轮11移动，支撑架20通过支架30设置在底座10上，位于底座10中部的激光传感器40用于对底座10的四周进行全方位环境信息探测，而由于支架30的设置会阻挡激光传感器40对某些方位的环境信息探测，故在支架30上设置有距离传感器50，用于检测激光传感器40的探测盲区。本发明一个实施例的底盘通过将激光传感器40和距离传感器50相配合，实现了对底座10四周全方位环境信息的探测，避免了出现探测盲区。

在一个实施例种，底盘包括多个支架30和多个距离传感器50，支撑架20通过多个支架30设置在底座10上，每个支架30上均设置有至少一个距离传感器50。

在一个实施例中，激光传感器40内的激光发射头可360度进行转动，即保证各个方位的探测。其中，激光发射头可以是自身绕激光传感器40的本体进行转动，也可以是激光传感器40整体相对于底座10进行转动。

在一个实施例中，多个支架30沿激光传感器40的周向外表面间隔地设置在底座10和支撑架20之间；其中，支架30与激光传感器40间隔设置，激光传感器40设置在底座10的中部。多个支架30的设置主要是为了保证支撑架20上的待承载机构可以稳定地设置在底座10上，即底座10具有足够的承载能力，而此承载能力首先需要由支架30保证，故对支架30的设置位置就有相对较高的要求，其尽可能地减少对激光传感器40的遮挡面积，但也许保证足够的承载能力。

在一个实施例中，激光传感器40为圆柱体，激光传感器40距多个支架30之间的最小距离均相等。此设置方式主要是保证各个支架30的承载能力相对均匀，不会出现某些承载力过大的问题。

在一个实施例中，支架30为三个，三个支架30设置在底座10靠近底座10周向外边缘的一侧。通过将支架30设置为3个，即是在最小程度减少对激光传感器40的遮挡面积的基础上，来保证支架30就要足够的承载能力。

在一个实施例中，相邻两个支架30之间的间距均相等，即其均等安装在底座10上。

针对底座10的具有结构，底座10为圆盘，激光传感器40设置在圆盘的中心位置处；其中，支架30的横截面为矩形，距离传感器50设置在支架30的中部。

在一个实施例中，底座10和支撑架20均为圆盘，即二者外形类似，但底座10的厚度大于支撑架20，用于支撑底座10和支撑架20的支架30为矩形体，距离传感器50设置在支架30的中部。

在一个实施例中，距离传感器50位置可调节地设置在支架30上。

如图6所示，底座10上设置有安装槽12，激光传感器40设置在安装槽12内；其中，激光传感器40的激光发射头位于安装槽12的外侧。

在一个实施例中，底座10的中部设置有一个安装槽12，安装槽12为圆形槽，激光传感器40位于圆形槽的中部，其与安装槽12的槽壁间隔设置，此设置保证激光传感器40的安装以及拆卸较为方便。

在一个实施例中，激光传感器40位置可调节地设置在安装槽12内。考虑到底盘的应用场景不同，故激光传感器40的扫描高度也会改变，故需要保证激光传感器40相对于支撑架20的位置可调节，即其凸出底座10高度可变化。

针对激光传感器40的具体调节方式，激光传感器40和安装槽12的槽底之间设置有安装垫块，安装垫块可选择地设置，以调节激光传感器40和安装槽12的槽底之间的距离；或，安装槽12内设置有提升部，提升部与激光传感器40驱动连接，以驱动激光传感器40沿靠近或远离安装槽12的槽底的方向移动。

在一个实施例中，激光传感器40凸出底座10高度可以由不同厚度的安装垫块进行调节，即根据不同的使用场景选择不同厚度的安装垫块来满足激光传感器40的扫描高度。

在一个实施例中，激光传感器40可以安装在提升部上，即此提升部驱动激光传感器40升高或降低，以此满足激光传感器40的扫描高度。其中，提升部可以是气缸或油缸。

在一个实施例中，多个距离传感器50包括超声传感器和红外传感器中的至少一种。

在一个实施例中，每个支架30上均设置有一个超声传感器，此超声传感器用于弥补支架30对激光传感器40扫描区域的遮挡。

在一个实施例中，激光传感器40的激光发射头以预设直线为转轴沿预设轨迹可转动地设置，预设轨迹为圆形，支架30在预设轨迹上的投影占据预设轨迹的角度为a，距离传感器50的检测区域在预设轨迹上的投影占据预设轨迹的角度为b，a≤b。

激光传感器40的激光发射头可以实现360度全方位旋转，即以此保证扫描的可靠性，而支架30对激光传感器40扫描区域的遮挡由距离传感器50进行弥补，故需要保证距离传感器50的检测区域需要大于或等于支架30对激光传感器40的遮挡区域。

本发明的一个实施例还提供了一种机器人，请参考图8至图10，机器人包括上述的底盘和机器人本体60，机器人本体60设置在底盘的支撑架20上。

在一个实施例中，机器人本体60支撑在支撑架20上，底座10通过滚轮11带动机器人本体60移动，而激光传感器40和距离传感器50配合保证机器人本体60不会出现与外界环境的干涉。

在一个实施例中，滚轮11为多个，多个滚轮11中的至少一个为万向轮。其中，滚轮11为4个，2个动力轮和两个转向的万向轮。

本发明的底盘一种激光传感器和超声波传感器联合使用的技术方案，以此来解决机器人底盘激光传感器无法360度采集信息的问题。

其中，将可以360扫描的激光传感器安装于底座中间位置，通过三个支柱支架30支撑上部支架支撑架20。每一个支柱中间安装一个超声波传感器，用于采集被支柱遮挡而丢失的三个角度的激光环境信息。通过将超声传感器和激光传感器采集的信息融合在一起，从而得到360度的环境信息。

本发明的底盘降低了采用多个激光传感器采集360度环境信息的成本、节约资源。最大限度的利用单个激光传感器采集更多的信息。将较为昂贵的激光传感器安装于机器人正中间，可以有效减小由于碰撞导致激光传感器损坏。激光和超声融合采集360环境信息的方案。最大化利用激光传感器的结构。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和示例实施方式仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种传感器组件，其特征在于，包括：

激光传感器(40)，所述激光传感器(40)的激光发射头以预设直线为转轴沿预设轨迹可转动地设置，所述预设轨迹为圆形；

距离传感器(50)，所述距离传感器(50)与所述激光传感器(40)间隔设置，所述距离传感器(50)用于设置在遮挡件上，并在所述激光发射头转动到预设位置时，所述遮挡件遮挡所述激光发射头；

其中，所述遮挡件在所述预设轨迹上的投影占据所述预设轨迹的角度为a，所述距离传感器(50)的采集区域在所述预设轨迹上的投影占据所述预设轨迹的角度为b，a≤b。

2.根据权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述距离传感器(50)为多个，所述遮挡件为多个，多个所述遮挡件上均设置有至少一个所述距离传感器(50)。

3.根据权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述距离传感器(50)为超声传感器或红外传感器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器组件，其特征在于，所述传感器组件还包括：

处理器，所述处理器与所述激光传感器(40)和所述距离传感器(50)均连接，用于接收并融合所述激光传感器(40)和所述距离传感器(50)所采集的信息，以得到与所述预设轨迹相对应的采集区域的360度的环境信息。

5.根据权利要求4所述的传感器组件，其特征在于，所述激光传感器(40)用于获取与所述预设轨迹相对应的采集区域的360度范围内的第一组环境信息，所述第一组环境信息的各个数据对应相应的角度，所述距离传感器(50)用于获取与所述遮挡件相对应的采集区域的预设角度范围内的第二组环境信息，所述第二组环境信息的各个数据对应相应的角度；

其中，所述激光传感器(40)采集信息的起点与所述遮挡件之间具有预置角度，所述第二组环境信息的起始数据对应所述预置角度，所述处理器获取到所述第一组环境信息和所述第二组环境信息后，所述处理器将所述第一组环境信息内以所述预置角度为起点，所述预置角度与所述预设角度之和的角度为终点内的数据替换为所述第二组环境信息的各个数据。

6.一种底盘，其特征在于，包括权利要求1至5中任一项所述的传感器组件，所述底盘还包括：

底座(10)，所述激光传感器(40)设置在所述底座(10)上，所述底座(10)上设置有滚轮(11)；

支撑架(20)，所述支撑架(20)与所述底座(10)相对设置；

支架(30)，所述支架(30)设置在所述底座(10)和所述支撑架(20)之间，以连接所述底座(10)和所述支撑架(20)，所述距离传感器(50)设置在所述支架(30)上；

其中，所述支架(30)为所述遮挡件。

7.根据权利要求6所述的底盘，其特征在于，所述传感器组件为权利要求2所述的传感器组件，多个所述支架(30)沿所述激光传感器(40)的周向外表面间隔地设置在所述底座(10)和所述支撑架(20)之间；

其中，所述支架(30)与所述激光传感器(40)间隔设置，所述激光传感器(40)设置在所述底座(10)的中部。

8.根据权利要求6所述的底盘，其特征在于，所述底座(10)上设置有安装槽(12)，所述激光传感器(40)设置在所述安装槽(12)内；

其中，所述激光传感器(40)的激光发射头位于所述安装槽(12)的外侧。

9.根据权利要求8所述的底盘，其特征在于，所述激光传感器(40)和所述安装槽(12)的槽底之间设置有安装垫块，所述安装垫块可选择地设置，以调节所述激光传感器(40)和所述安装槽(12)的槽底之间的距离；

或，所述安装槽(12)内设置有提升部，所述提升部与所述激光传感器(40)驱动连接，以驱动所述激光传感器(40)沿靠近或远离所述安装槽(12)的槽底的方向移动。

10.一种机器人，其特征在于，包括权利要求6至9中任一项所述的底盘和机器人本体(60)，所述机器人本体(60)设置在所述底盘的支撑架(20)上。

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