CN203324818U - 基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了机器人设计及制造技术领域中的一种基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人。包括底盘、红外传感器、姿态传感器、舵机、负压吸附腔、控制器、车轮和供电模块；底盘上设有通孔，底盘的两侧安装车轮；负压吸附腔安装在底盘的通孔上方，且负压吸附腔内设有离心风扇，负压吸附腔外壁顶部设有排气孔；舵机通过连接杆与底盘相连，连接杆的一端与底盘固定连接，连接杆的另一端与舵机固定连接；红外传感器、姿态传感器、控制器和供电模块分别安装在底盘上；红外传感器和姿态传感器分别与控制器连接；供电模块分别与红外传感器、姿态传感器、舵机、离心风扇、控制器和车轮连接。本实用新型实现了机器人自主换壁控制。

Description

基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人

技术领域

本实用新型属于机器人设计及制造技术领域，尤其涉及一种基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人。

背景技术

目前智能控制技术在国内外都拥有许多研究，主要用于交通汽车上，如智能测距、智能显示技术、红外夜视技术、可视监控技术等。这些智能技术的单功能应用较为成熟，对于综合运用尚未见多文献报道。其次，现有机器人仅能实现爬壁功能，无法实现智能自主换壁功能，已有的机器人自动避开障碍物的技术单一，不能完全实现机器人的智能自主灵活避开障碍物完成壁面自动切换。本实用新型提出多传感器融合技术用于机器人智能自主换壁功能技术实现上。其基本思路为通过多传感器智能识别，利用多传感器融合技术来识别机器人四周障碍，并通过自主控制机器人的驱动轮转向系统来自动避开障碍，实现安全稳定的自动控制。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人，用于实现爬壁机器人的智能自主换壁功能。

为了实现上述目的，本实用新型提出的技术方案是，一种基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人，其特征是所述机器人包括：底盘、红外传感器、姿态传感器、舵机、负压吸附腔、控制器、车轮和供电模块；

所述底盘上设有通孔，底盘的两侧安装车轮；

所述负压吸附腔安装在底盘的通孔上方，且负压吸附腔内设有离心风扇，负压吸附腔外壁顶部设有排气孔；

所述舵机通过连接杆与底盘相连，连接杆的一端与底盘固定连接，连接杆的另一端与舵机固定连接；

所述红外传感器、姿态传感器、控制器和供电模块分别安装在底盘上；

所述红外传感器和姿态传感器分别与控制器连接；

所述供电模块分别与红外传感器、姿态传感器、舵机、离心风扇、控制器和车轮连接。

所述机器人包括无线通信模块，所述无线通信模块安装在底盘上且与供电模块和控制器连接。

本实用新型提供的机器人，通过红外传感器获取机器人与壁面距离和壁面的倾斜度，通过姿态传感器感知机器人自身的姿态，然后由控制器根据红外传感器获取的信息以及姿态传感器感知的信息，经过融合计算得到控制舵机、离心风扇和车轮工作的控制指令，实现了机器人自主、精确地控制。

附图说明

图1是基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人结构图;其中，(a)是基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人俯视图，(b)是基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人侧视图；

图2是基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人工作原理图；

图3是基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人爬壁示意图；

图4是包含无线通信模块的基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人结构图；

图中，1-底盘，2-红外传感器，3-姿态传感器，4-舵机，5-负压吸附腔，6-控制器，7-车轮，8-供电模块，9-通孔，10-离心风扇，11-排气孔，12-连接杆，13-无线通信模块。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

图1是基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人结构图。如图1所示，基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人包括底盘1、红外传感器2、姿态传感器3、舵机4、负压吸附腔5、控制器6、车轮7和供电模块8。

图1(a)是基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人俯视图，如图1所示，本实施例给出的基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人包括两个底盘1，每个底盘1的两侧都安装车轮7。每个底盘1对称的位置上安装多个红外传感器2和多个姿态传感器3。每个底盘1上都安装负压吸附腔5。控制器6和供电模块8安装在同一个底盘1上。

图1(b)是基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人侧视图，如图1(b)所示，底盘1上设有通孔9，负压吸附腔5安装在底盘1的通孔9上方，且负压吸附腔5内设有离心风扇10，负压吸附腔5外壁顶部设有排气孔11。舵机4通过连接杆12与底盘1相连，连接杆12的一端与底盘1固定连接，连接杆12的另一端与舵机4固定连接。

上述多个红外传感器2和多个姿态传感器3分别与控制器6连接，供电模块8分别与红外传感器2、姿态传感器3、舵机4、离心风10扇、控制器6和车轮7连接。

在本实施例中，选用低功耗MCU作为机器人的控制器。基于上述结构，本实用新型提供的基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人的工作原理如图2所示。红外传感器用于测量机器人与壁面的距离和壁面的倾斜度，并周期性地将测量结果发送到MUC。姿态传感器用于测量机器人自身的姿态（如底盘倾斜角），并周期性地将测量结果发送到MUC。MUC根据红外传感器和姿态传感器传送的信息，生成控制舵机旋转角度、风扇转速和车轮转速的控制指令并分别发送至舵机、风扇和车轮。

舵机根据控制指令旋转角度，通过连接杆带动底盘沿着舵机轴心转动设定的倾角，该倾角与机器人运行经过的壁面的倾角一致，从而使机器人顺利登上壁面，如图3所示。另外，为了确保舵机控制底盘紧密贴合新的工作壁面，需要实时闭环控制舵机转角。

离心风扇在负压吸附腔内旋转，通过通孔将底盘下方的空气抽出，通过负压吸附腔外壁顶部的排气孔排除，从而使底盘的上方和下方形成负压，进而使底盘牢牢地贴在壁面。离心风扇根据控制指令设定的转速进行旋转，从而可以控制底盘吸附到壁面的吸附力。比如，当机器人在地面运动时，离心风扇几乎不需要旋转，机器人通过自身重力作用即可吸附在地面。当机器人在某个呈倾斜角度的平面运动时，离心风扇按照一定的转速进行旋转，以保证机器人能够吸附在壁面上。当机器人运行到天花板时，离心风扇可能需要最大转速进行旋转，以使得吸附力克服机器人自身的重力，进而使机器人吸附在天花板上。当机器人从一个工作壁面过渡到新工作壁面时，MUC可以根据机器人自身姿态，实时调整控制离心风扇转速的控制指令，从而调整负压吸附腔产生的吸附力。而当机器人整体完全处在新工作壁面时，MUC控制器可以根据机器人自身姿态，输出控制离心风扇降低转速的控制指令，以调整吸附力，进而降低能耗。

车轮用于控制机器人的前进和后退。MUC控制器可以输出控制车轮转速和转向的控制指令，控制车轮向前或者向后的转速，从而控制机器人前进和后退。

在电路设计中，需要为MCU控制器提供5V电源，为舵机提供5～6V可调电压，为风扇和车轮驱动电路部分提供5V电压。另外，还需要为红外传感器、和姿态传感器提供工作电源。因此，本实用新型采用双电源供电，利用LM1117设计出电源电路。分别为MCU提供5V电源，为舵机提供5～6V电源，为驱动部分提供5V稳压电源，并均设置一红色LED用来指示电机驱动部分通电与否。

本实用新型提供的机器人还包括无线通信模块13，无线通信模块13安装在底盘1上且与供电模块8和控制器6（本实施例即为MCU）连接。无线通信模块用于实现对机器人的远程遥控。无线通信模块可以采用蓝牙模块，如采用型号为HC-06的蓝牙串口模块与MCU的RXD和TXD相连，在与电脑或者手机蓝牙配对并连接成功之后，会产生一个虚拟串口，通过该串口即可在电脑和手机界面与蓝牙模块进行通信，进而控制机器人动作。实际运行中，上位机（电脑或者手机）通过蓝牙模块给机器人上的蓝牙串口模块发送指令，MCU从蓝牙串口模块得到指令码，并通过解码函数进行解码得到指令的具体含义，进而根据其含义执行相应动作，经过这样一系列步骤实现操作者在电脑端或者手机端控制机器人的运动。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人，其特征是所述机器人包括：底盘、红外传感器、姿态传感器、舵机、负压吸附腔、控制器、车轮和供电模块；

所述底盘上设有通孔，底盘的两侧安装车轮；

所述负压吸附腔安装在底盘的通孔上方，且负压吸附腔内设有离心风扇，负压吸附腔外壁顶部设有排气孔；

所述舵机通过连接杆与底盘相连，连接杆的一端与底盘固定连接，连接杆的另一端与舵机固定连接；

所述红外传感器、姿态传感器、控制器和供电模块分别安装在底盘上；

所述红外传感器和姿态传感器分别与控制器连接；

所述供电模块分别与红外传感器、姿态传感器、舵机、离心风扇、控制器和车轮连接。

2.根据权利要求1所述的基于多传感器融合技术的智能自主换壁机器人，其特征是所述机器人包括无线通信模块，所述无线通信模块安装在底盘上且与供电模块和控制器连接。

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