CN116778083A - 一种三维场景扫描建模的小型机器人实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三维场景扫描建模的小型机器人实现方法，涉及建模机器人领域；构建小型机器人，小型机器人各功能部件及传感器巧妙装配组合，高度系统集成，具有轻便，灵巧行动便利，采集数据灵活，且采集数据全面等优点。能够应用到一些作业人员无法达到的或有害的数字孪生的特种环境中进行三维场景扫描建模，也可以替代作业人员在常规环境进行扫描建模。

Description

一种三维场景扫描建模的小型机器人实现方法

技术领域

本发明公开一种方法，涉及建模机器人领域，具体地说是一种三维场景扫描建模的小型机器人实现方法。

背景技术

数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生的三维场景建设需要进行相应的数据采集，现有的数据扫描采集方式不够灵活，不易采集全面覆盖的数据。

发明内容

本发明针对现有技术的问题，提供一种三维场景扫描建模的小型机器人实现方法，获得小型机器人，主要应用在数字孪生的三维场景进行扫描建模，小型机器人将各功能部件及传感器巧妙装配组合，高度系统集成，具有轻便，灵巧行动便利，采集数据灵活，且采集数据全面等优点。

本发明提出的具体方案是：

本发明提供一种三维场景扫描建模的小型机器人实现方法，构建三维场景扫描建模的小型机器人，所述小型机器人包括三维扫描装置、躯干外壳、底盘外壳和内骨架，三维扫描装置卡合在躯干外壳的顶部，躯干外壳的底部卡合在连接盖板内，连接盖板卡合在底盘外壳顶部，底盘外壳扣合在底板上，

底盘外壳的前端卡装超声传感器，底盘外壳的前端还安装相机安装支架，相机安装支架安装跌落传感器和深度相机，并各自贴敷跌落传感器镜片和深度相机镜片对跌落传感器和深度相机进行保护，电源开关和电池直充插座分别固定在底盘外壳后端的两侧，底盘外壳后端的中间位置开设强磁铁吸合的电池仓门，电池仓门上安装充电桩的充电电极和对桩红外发射器，

内骨架内将电机驱动器用驱动器安装支架固定在底板上，内骨架内承重基板通过地侧螺柱与底板上螺钉连接，承重基板分别通过轮毂电机连接件和万向轮连接件固定2套轮毂电机及2套万向轮，电池仓锁附在承重基板的地侧，电池仓内放入电池模组，将主板支架固定在承重基板上，主板支架上安装雷达控制器，网络交换机，工控机主板和电源模块，单线激光雷达固定在承重基板的前端，承重基板上方通过螺柱固定躯干支撑平台，将外挂扩展接口组件锁附到躯干支撑平台上，

所述小型机器人内各部件依据需求进行电连接，当所述小型机器人启动后，在工控机主板上ROS系统操控下，轮毂电机的行走轮系发出工作指令，所述小型机器人进入预定的工作区域，ROS系统开启三维扫描装置，对周围环境进行三维扫描建模，在扫描建模过程中ROS系统根据超声传感器、跌落传感器、深度相机和单线激光雷达传回的信号进行综合运算并发出控制指令，控制所述小型机器人进行相应操作。

进一步，所述的一种三维场景扫描建模的小型机器人实现方法中在扫描建模过程中，所述小型机器人根据预设的路径对场景进行扫描建模，或者自主规划路径对场景进行扫描建模。

进一步，所述的一种三维场景扫描建模的小型机器人实现方法中在扫描建模过程中，ROS系统根据超声传感器、跌落传感器、深度相机和单线激光雷达传回的信号进行综合运算并发出控制指令，控制所述小型机器人根据预设的路径进行行走、避障以及停止的操作，或者控制所述小型机器人根据自主规划路径进行行走、避障以及停止的操作。

进一步，所述的一种三维场景扫描建模的小型机器人实现方法中所述主板支架上安装的电源模块包括12V电源模块和5V电源模块。

本发明还提供一种三维场景扫描建模的小型机器人，所述小型机器人包括三维扫描装置、躯干外壳、底盘外壳和内骨架，三维扫描装置卡合在躯干外壳的顶部，躯干外壳的底部卡合在连接盖板内，连接盖板卡合在底盘外壳顶部，底盘外壳扣合在底板上，

底盘外壳的前端卡装超声传感器，底盘外壳的前端还安装相机安装支架，相机安装支架安装跌落传感器和深度相机，并各自贴敷跌落传感器镜片和深度相机镜片对跌落传感器和深度相机进行保护，电源开关和电池直充插座分别固定在底盘外壳后端的两侧，底盘外壳后端的中间位置开设强磁铁吸合的电池仓门，电池仓门上安装充电桩的充电电极和对桩红外发射器，

内骨架内将电机驱动器用驱动器安装支架固定在底板上，内骨架内承重基板通过地侧螺柱与底板上螺钉连接，承重基板分别通过轮毂电机连接件和万向轮连接件固定2套轮毂电机及2套万向轮，电池仓锁附在承重基板的地侧，电池仓内放入电池模组，将主板支架固定在承重基板上，主板支架上安装雷达控制器，网络交换机，工控机主板和电源模块，单线激光雷达固定在承重基板的前端，承重基板上方通过螺柱固定躯干支撑平台，将外挂扩展接口组件锁附到躯干支撑平台上，

所述小型机器人内各部件依据需求进行电连接，当所述小型机器人启动后，在工控机主板上ROS系统操控下，轮毂电机的行走轮系发出工作指令，所述小型机器人进入预定的工作区域，ROS系统开启三维扫描装置，对周围环境进行三维扫描建模，在扫描建模过程中ROS系统根据超声传感器、跌落传感器、深度相机和单线激光雷达传回的信号进行综合运算并发出控制指令，控制所述小型机器人进行相应操作。

进一步，所述的一种三维场景扫描建模的小型机器人在扫描建模过程中，根据预设的路径对场景进行扫描建模，或者自主规划路径对场景进行扫描建模。

进一步，所述的一种三维场景扫描建模的小型机器人在扫描建模过程中，ROS系统根据超声传感器、跌落传感器、深度相机和单线激光雷达传回的信号进行综合运算并发出控制指令，控制所述小型机器人根据预设的路径进行行走、避障以及停止的操作，或者控制所述小型机器人根据自主规划路径进行行走、避障以及停止的操作。

进一步，所述的一种三维场景扫描建模的小型机器人中所述主板支架上安装的电源模块包括12V电源模块和5V电源模块。

本发明的有益之处是：

本发明提供了一种三维场景扫描建模的小型机器人实现方法，构建小型机器人，小型机器人各功能部件及传感器巧妙装配组合，高度系统集成，具有轻便，灵巧行动便利，采集数据灵活，且采集数据全面等优点。能够应用到一些作业人员无法达到的或有害的数字孪生的特种环境中进行三维场景扫描建模，也可以替代作业人员在常规环境进行扫描建模。

附图说明

图1是本发明小型机器人立体结构示意图。

图2是本发明小型机器人后视角度示意图。

图3是本发明小型机器人整机爆炸示意图。

图4是本发明小型机器人内骨架爆炸示意图。

图5是本发明小型机器人底盘外壳爆炸示意图。

图6是本发明小型机器人躯干外壳爆炸示意图。

图7是本发明小型机器人硬件功能控制框架示意图。

图8是本发明小型机器人供电架构示意图。

图9是本发明小型机器人软件系统架构示意图。

附图标记：内骨架1，承重基板11，轮毂电机连接件12，轮毂电机13，万向轮连接件14，万向轮15，电池模组16，电池仓17，底板18，电机驱动器19，驱动器安装支架1A，主板支架1B，雷达控制器1C，网络交换机1D，工控机主板1E，12V电源模块1F，5V电源模块1G，单线激光雷达1H,躯干支撑平台1I，外挂扩展接口组件1J，

底盘外壳2，超声传感器22，跌落传感器23，跌落传感器镜片24，深度相机镜片25，相机安装支架26，深度相机27，电源开关28，电池仓门29,充电电极2A，对桩红外发射器2B,电池直充插座2C，

躯干外壳3、连接盖板32，三维扫描装置4。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提供一种三维场景扫描建模的小型机器人实现方法，构建三维场景扫描建模的小型机器人，所述小型机器人包括三维扫描装置4、躯干外壳3、底盘外壳2和内骨架1，三维扫描装置4卡合在躯干外壳3的顶部，躯干外壳3的底部卡合在连接盖板32内，躯干外壳主要用于搭载三维扫描装置4以及后续衍生的其它功能部件，

连接盖板32卡合在底盘外壳2顶部，底盘外壳2扣合在底板18上，

底盘外壳2的前端卡装超声传感器22，底盘外壳2的前端还安装相机安装支架26，相机安装支架26安装跌落传感器23和深度相机27，并各自贴敷跌落传感器镜片24和深度相机镜片25对跌落传感器23和深度相机27进行保护，电源开关28和电池直充插座2C分别固定在底盘外壳2后端的两侧，底盘外壳2后端的中间位置开设强磁铁吸合的电池仓门29，电池仓门29上安装充电桩的充电电极2A和对桩红外发射器2B，

内骨架1内将电机驱动器19用驱动器安装支架1A固定在底板18上，内骨架1内承重基板11通过地侧螺柱与底板18上螺钉连接，承重基板11分别通过轮毂电机连接件12和万向轮连接件14固定2套轮毂电机13及2套万向轮15，形成整个小型机器人的支撑基础，电池仓17锁附在承重基板11的地侧，电池仓17内放入电池模组16，将主板支架1B固定在承重基板11上，主板支架1B上安装雷达控制器1C，网络交换机1D，工控机主板1E，12V电源模块1F，5V电源模块1G，单线激光雷达1H固定在承重基板11的前端，承重基板11上方通过螺柱固定躯干支撑平台1I，将外挂扩展接口组件1J锁附到躯干支撑平台1I上，

所述小型机器人内各部件依据需求进行电连接，当所述小型机器人启动后，在工控机主板1E上的ROS系统操控下，轮毂电机13的行走轮系发出工作指令，驱动所述小型机器人进入预定的工作区域，ROS系统开启三维扫描装置1，对周围环境进行三维扫描建模，在扫描建模过程中ROS系统根据超声传感器22、跌落传感器23、深度相机27和单线激光雷达1H传回的信号进行综合运算并发出控制指令，控制所述小型机器人进行相应操作。

进一步，本发明方法在扫描建模过程中，所述小型机器人可以根据预设的路径对场景进行扫描建模，或者自主规划路径对场景进行扫描建模。

进一步，本发明方法在扫描建模过程中，ROS系统根据超声传感器22、跌落传感器23、深度相机27和单线激光雷达1H传回的信号进行综合运算并发出控制指令，控制所述小型机器人根据预设的路径进行行走、避障以及停止的操作，或者控制所述小型机器人根据自主规划路径进行行走、避障以及停止的操作。

本发明还提供一种三维场景扫描建模的小型机器人，所述小型机器人包括三维扫描装置4、躯干外壳3、底盘外壳2和内骨架1，三维扫描装置4卡合在躯干外壳3的顶部，躯干外壳3的底部卡合在连接盖板32内，躯干外壳主要用于搭载三维扫描装置4以及后续衍生的其它功能部件，

连接盖板32卡合在底盘外壳2顶部，底盘外壳2扣合在底板18上，

底盘外壳2的前端卡装超声传感器22，底盘外壳2的前端还安装相机安装支架26，相机安装支架26安装跌落传感器23和深度相机27，并各自贴敷跌落传感器镜片24和深度相机镜片25对跌落传感器23和深度相机27进行保护，电源开关28和电池直充插座2C分别固定在底盘外壳2后端的两侧，底盘外壳2后端的中间位置开设强磁铁吸合的电池仓门29，电池仓门29上安装充电桩的充电电极2A和对桩红外发射器2B，

内骨架1内将电机驱动器19用驱动器安装支架1A固定在底板18上，内骨架1内承重基板11通过地侧螺柱与底板18上螺钉连接，承重基板11分别通过轮毂电机连接件12和万向轮连接件14固定2套轮毂电机13及2套万向轮15，形成整个小型机器人的支撑基础，电池仓17锁附在承重基板11的地侧，电池仓17内放入电池模组16，将主板支架1B固定在承重基板11上，主板支架1B上安装雷达控制器1C，网络交换机1D，工控机主板1E，12V电源模块1F，5V电源模块1G，单线激光雷达1H固定在承重基板11的前端，承重基板11上方通过螺柱固定躯干支撑平台1I，将外挂扩展接口组件1J锁附到躯干支撑平台1I上，

所述小型机器人内各部件依据需求进行电连接，当所述小型机器人启动后，在工控机主板1E上的ROS系统操控下，轮毂电机13的行走轮系发出工作指令，驱动所述小型机器人进入预定的工作区域，ROS系统开启三维扫描装置1，对周围环境进行三维扫描建模，在扫描建模过程中ROS系统根据超声传感器22、跌落传感器23、深度相机27和单线激光雷达1H传回的信号进行综合运算并发出控制指令，控制所述小型机器人进行相应操作。

上述小型机器人内的各部件之间连接关系及信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

同样地，本发明的小型机器人各功能部件及传感器巧妙装配组合，高度系统集成，具有轻便，灵巧行动便利，采集数据灵活，且采集数据全面等优点。能够应用到一些作业人员无法达到的或有害的数字孪生的特种环境中进行三维场景扫描建模，也可以替代作业人员在常规环境进行扫描建模。

以上各实施例中，硬件模块可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件模块可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，FPGA或ASIC)来完成相应操作。硬件模块还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种三维场景扫描建模的小型机器人实现方法，其特征是构建三维场景扫描建模的小型机器人，所述小型机器人包括三维扫描装置、躯干外壳、底盘外壳和内骨架，三维扫描装置卡合在躯干外壳的顶部，躯干外壳的底部卡合在连接盖板内，连接盖板卡合在底盘外壳顶部，底盘外壳扣合在底板上，

底盘外壳的前端卡装超声传感器，底盘外壳的前端还安装相机安装支架，相机安装支架安装跌落传感器和深度相机，并各自贴敷跌落传感器镜片和深度相机镜片对跌落传感器和深度相机进行保护，电源开关和电池直充插座分别固定在底盘外壳后端的两侧，底盘外壳后端的中间位置开设强磁铁吸合的电池仓门，电池仓门上安装充电桩的充电电极和对桩红外发射器，

内骨架内将电机驱动器用驱动器安装支架固定在底板上，内骨架内承重基板通过地侧螺柱与底板上螺钉连接，承重基板分别通过轮毂电机连接件和万向轮连接件固定2套轮毂电机及2套万向轮，电池仓锁附在承重基板的地侧，电池仓内放入电池模组，将主板支架固定在承重基板上，主板支架上安装雷达控制器，网络交换机，工控机主板和电源模块，单线激光雷达固定在承重基板的前端，承重基板上方通过螺柱固定躯干支撑平台，将外挂扩展接口组件锁附到躯干支撑平台上，

所述小型机器人内各部件依据需求进行电连接，当所述小型机器人启动后，在工控机主板上ROS系统操控下，轮毂电机的行走轮系发出工作指令，所述小型机器人进入预定的工作区域，ROS系统开启三维扫描装置，对周围环境进行三维扫描建模，在扫描建模过程中ROS系统根据超声传感器、跌落传感器、深度相机和单线激光雷达传回的信号进行综合运算并发出控制指令，控制所述小型机器人进行相应操作。

2.根据权利要求1所述的一种三维场景扫描建模的小型机器人实现方法，其特征是在扫描建模过程中，所述小型机器人根据预设的路径对场景进行扫描建模，或者自主规划路径对场景进行扫描建模。

3.根据权利要求1所述的一种三维场景扫描建模的小型机器人实现方法，其特征是在扫描建模过程中，ROS系统根据超声传感器、跌落传感器、深度相机和单线激光雷达传回的信号进行综合运算并发出控制指令，控制所述小型机器人根据预设的路径进行行走、避障以及停止的操作，或者控制所述小型机器人根据自主规划路径进行行走、避障以及停止的操作。

4.根据权利要求1所述的一种三维场景扫描建模的小型机器人实现方法，其特征是所述主板支架上安装的电源模块包括12V电源模块和5V电源模块。

5.一种三维场景扫描建模的小型机器人，其特征是所述小型机器人包括三维扫描装置、躯干外壳、底盘外壳和内骨架，三维扫描装置卡合在躯干外壳的顶部，躯干外壳的底部卡合在连接盖板内，连接盖板卡合在底盘外壳顶部，底盘外壳扣合在底板上，

底盘外壳的前端卡装超声传感器，底盘外壳的前端还安装相机安装支架，相机安装支架安装跌落传感器和深度相机，并各自贴敷跌落传感器镜片和深度相机镜片对跌落传感器和深度相机进行保护，电源开关和电池直充插座分别固定在底盘外壳后端的两侧，底盘外壳后端的中间位置开设强磁铁吸合的电池仓门，电池仓门上安装充电桩的充电电极和对桩红外发射器，

内骨架内将电机驱动器用驱动器安装支架固定在底板上，内骨架内承重基板通过地侧螺柱与底板上螺钉连接，承重基板分别通过轮毂电机连接件和万向轮连接件固定2套轮毂电机及2套万向轮，电池仓锁附在承重基板的地侧，电池仓内放入电池模组，将主板支架固定在承重基板上，主板支架上安装雷达控制器，网络交换机，工控机主板和电源模块，单线激光雷达固定在承重基板的前端，承重基板上方通过螺柱固定躯干支撑平台，将外挂扩展接口组件锁附到躯干支撑平台上，

所述小型机器人内各部件依据需求进行电连接，当所述小型机器人启动后，在工控机主板上ROS系统操控下，轮毂电机的行走轮系发出工作指令，所述小型机器人进入预定的工作区域，ROS系统开启三维扫描装置，对周围环境进行三维扫描建模，在扫描建模过程中ROS系统根据超声传感器、跌落传感器、深度相机和单线激光雷达传回的信号进行综合运算并发出控制指令，控制所述小型机器人进行相应操作。

6.根据权利要求5所述的一种三维场景扫描建模的小型机器人，其特征是在扫描建模过程中，所述小型机器人根据预设的路径对场景进行扫描建模，或者自主规划路径对场景进行扫描建模。

7.根据权利要求5所述的一种三维场景扫描建模的小型机器人，其特征是在扫描建模过程中，ROS系统根据超声传感器、跌落传感器、深度相机和单线激光雷达传回的信号进行综合运算并发出控制指令，控制所述小型机器人根据预设的路径进行行走、避障以及停止的操作，或者控制所述小型机器人根据自主规划路径进行行走、避障以及停止的操作。

8.根据权利要求5所述的一种三维场景扫描建模的小型机器人，其特征是所述主板支架上安装的电源模块包括12V电源模块和5V电源模块。