CN206123667U - 一种应用于机器人的超声3d扫描装置 - Google Patents
一种应用于机器人的超声3d扫描装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN206123667U CN206123667U CN201621142073.5U CN201621142073U CN206123667U CN 206123667 U CN206123667 U CN 206123667U CN 201621142073 U CN201621142073 U CN 201621142073U CN 206123667 U CN206123667 U CN 206123667U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- turntable
- control electronic
- ultrasonic
- electronic unit
- ultrasonic probe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Abstract
本实用新型涉及一种应用于机器人的超声3D扫描装置，该装置包括转台、超声探头组、超声控制电子部件(B1)和转台控制电子部件(B2)，所述的超声探头组包括多个均匀分布在转台外表面的超声探头(A3)，所述的超声探头(A3)均连接至超声控制电子部件(B1)，所述的转台连接转台控制电子部件(B2)，所述的超声控制电子部件(B1)连接所述的转台控制电子部件(B2)。与现有技术相比，本实用新型可实现机器人周围一定距离范围内动态360°无死角探测障碍物，具有结构简单、成本低、工作可靠等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种障碍物扫描装置，尤其是涉及一种应用于机器人的超声3D扫描装置。
背景技术
智能移动机器人是机器人的一个重要研究领域，避障是智能移动机器人最基本的功能。现有技术通常采用一组多个超声波传感器分布在机器人机身前半部分或四周，但是由于其发散角度一定，存在多个盲区，对于动态障碍物可能会出现探测不到的情况而导致机器人发生碰撞损坏。也有采用超声波传感器与其他传感器如红外传感器、视觉传感器等结合来使用，但存在成本较高、硬件及控制系统较复杂等缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种应用于机器人的超声3D扫描装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种应用于机器人的超声3D扫描装置，该装置包括转台、超声探头组、超声控制电子部件和转台控制电子部件，所述的超声探头组包括多个均匀分布在转台外表面的超声探头，所述的超声探头均连接至超声控制电子部件，所述的转台连接转台控制电子部件，所述的超声控制电子部件连接转台控制电子部件。
所述的转台为球状转台，所述的球状转台包括圆形底板、推力球轴承、球状壳体和壳体驱动组件，所述的推力球轴承安装在圆形底板上方，所述的球状壳体底部固定安装在推力球轴承的轴圈上，所述的壳体驱动组件设置在球状壳体内，所述的壳体驱动组件连接所述的推力球轴承。
所述的球状壳体包括两个半球形壳体，两个半球形壳体扣合安装在推力球轴承的轴圈上，两个半球形壳体顶部通过扣环固定，两个半球形壳体外侧周围通过固定皮条固定。
所述的球状转台外表面设有安装超声探头的圆形卡槽，圆形卡槽的分布方式具体为：
以球状转台球心所在水平面为基准面，在该基准面上沿球状转台的四周均匀分布N个圆形卡槽，所述的N个圆形卡槽组成横向圆形卡槽组，将所述的N个圆形卡槽拓展到球状转台的不同高度，构成了M组纵向设置的圆形卡槽组，进而共有M×N个圆形卡槽分布在球状转台外表面；
每个圆形卡槽中安装一个超声探头，进而共有M×N个超声探头分布在球状转台外表面。
所述的壳体驱动组件包括电机、电机齿轮和定位齿轮，所述的球状壳体底部内侧边缘为锯齿形，所述的电机齿轮和定位齿轮均安装在圆形底板上并与球状壳体底部内侧边缘齿合，且所述的定位齿轮的安装位置和电机齿轮的安装位置相对圆形底板的圆心对称，所述的电机连接所述的电机齿轮，所述的转台控制电子部件连接所述的电机。
所述的设定转速范围具体为：
其中，ω为设定转速，vp为机器人行进速度，v为声波在空气中的传播速度，△d为机器人从检测到障碍物到做出反应这段时间内的前进距离，θ为相邻超声探头夹角的一半值，smax为超声探头的最大探测距离。
所述的超声控制电子部件通过安装组件安装在转台内部，所述的安装组件包括中心轴、滑环定子、供电滑环和固定隔板，所述的中心轴垂直穿过转台中轴线设置，所述的滑环定子固定在转台内部的中心轴上，所述的滑环设置在滑环定子外侧，所述的固定隔板设置在转台内部空腔中，所述的超声控制电子部件安装在固定隔板上，所述的超声控制电子部件连接所述的供电滑环。
所述的转台内表面设有用于汇总超声探头导线的探头接线管，超声探头导线汇总后通过导线腔连接至超声控制电子部件。
所述的转台控制电子部件安装在转台内部的底板上，所述的转台内部的底板上还设有用于转台控制电子部件与机器人进行导线连接的通孔。
超声控制电子部件通过蓝牙模块通信连接转台控制电子部件。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
(1)本实用新型用于机器人的扫描装置仅采用一种传感器即超声传感器，实现障碍物探测，成本低、硬件及控制系统较简单；
(2)本实用新型采用球状转台，球状转台结构简单，成本低，同时通球状转台的转动带动超声探头旋转，实现障碍物的有效探测，减少检测盲区；
(3)本实用新型球状转台采用两个半球形壳体扣合安装而成，便于拆卸，当安装在内部的部件发生故障时能够快速更换；
(4)本实用新型球状转台外表面设置的安装超声探头的圆形卡槽的分布方式实现了一定高度空间的横向360°无死角探测障碍物，在探头数量最少的情况下保证盲区最小，有效实现机器人所处环境中的障碍物信息的探测；
(5)本实用新型壳体驱动组件通过电机齿轮驱动球状壳体转动，同时通过定位齿轮来保证转动的可靠性，提高了该装置的可靠运行；
(6)本实用新型转台转得越快，横向探头数目可以越少，但转台的最大转速受超声探测速度限制，因此本实用新型转台的设定转速范围能够保证在横向探头数目较少的情况下实现全方位的检测；
(7)本实用新型超声控制电子部件通过安装组件进行安装固定，其中通过供电滑环来实现可靠供电，保证超声控制电子部件的持续稳定工作；
(8)本实用新型设置的探头接线管和导线腔能够实现超声探头导线的汇合，防止发生混乱，提高装置的可靠运行性能。
附图说明
图1为本实用新型超声3D扫描装置的整机示意图；
图2为本实用新型超声3D扫描装置的半机示意图；
图3为本实用新型球状转台的圆形底板及相关部件示意图；
图4为本实用新型超声探头及探头接线管连接示意图；
图5为本实用新型超声探头排列示意俯视图；
图6为本实用新型超声探头排列示意侧视图；
图7为本实用新型纵向超声探头探测示意图；
图8为本实用新型纵向探测盲区示意图；
图9为本实用新型横向超声探头探测示意图；
图10为本实用新型超声3D扫描装置的探测范围示意图。
图中，A1为圆形底板，A2为推力球轴承，A3为超声探头，A4为球状壳体，A5为中心轴，A6为固定皮条，A7为扣环，A8为滑环定子，A9为供电滑环，A10为探头接线管，A11为导线腔，B1为超声控制电子部件，B2为转台控制电子部件，B3为电机，B4为通孔，C1为定位齿轮，C2为电机齿轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例
如图1～4所示，一种应用于机器人的超声3D扫描装置，该装置包括转台、超声探头组、超声控制电子部件B1和转台控制电子部件B2，超声探头组包括多个均匀分布在转台外表面的超声探头A3，超声探头A3均连接至超声控制电子部件B1，转台连接转台控制电子部件B2，超声控制电子部件B1通过蓝牙模块通信连接转台控制电子部件B2；转台控制电子部件B2控制转台旋转，超声控制电子部件B1控制超声探头A3采集障碍物信息并将采集的障碍物信息发送至转台控制电子部件B2。
本实施例，转台为球状转台，球状转台包括圆形底板A1、推力球轴承A2、球状壳体A4和壳体驱动组件，推力球轴承A2安装在圆形底板A1上方，球状壳体A4底部固定安装在推力球轴承A2的轴圈上，壳体驱动组件设置在球状壳体A4内，壳体驱动组件连接推力球轴承A2。球状壳体A4包括两个半球形壳体，两个半球形壳体扣合安装在推力球轴承A2的轴圈上，两个半球形壳体顶部通过扣环A7固定，两个半球形壳体外侧周围通过固定皮条A6固定。
球状转台外表面设有安装超声探头A3的圆形卡槽，圆形卡槽的分布方式具体为：
以球状转台球心所在水平面为基准面，在该基准面上沿球状转台的四周均匀分布N个圆形卡槽，N个圆形卡槽组成横向圆形卡槽组，将N个圆形卡槽拓展到球状转台的不同高度，构成了M组纵向设置的圆形卡槽组，进而共有M×N个圆形卡槽分布在球状转台外表面；每个圆形卡槽中安装一个超声探头A3，进而共有M×N个超声探头A3分布在球状转台外表面，本实施例中设置3组纵向设置的圆形卡槽组。
壳体驱动组件包括电机B3、电机齿轮C2和定位齿轮C1，球状壳体A4底部内侧边缘为锯齿形，电机齿轮C2和定位齿轮C1均安装在圆形底板A1上并与球状壳体A4底部内侧边缘齿合，且所述的定位齿轮C1的安装位置和电机齿轮C2的安装位置相对圆形底板A1的圆心对称，电机B3连接电机齿轮C2，转台控制电子部件B2连接电机B3，转台控制电子部件B2安装在转台内部的底板上，转台内部的底板上还设有用于转台控制电子部件B2与机器人进行导线连接的通孔B4。转台控制电子部件B2控制电机B3工作，电机齿轮C2驱动推力球轴承A2转动，进而带动球状壳体A4按设定转速范围转动，其中设定转速范围具体为：
其中，ω为设定转速，vp为机器人行进速度，v为声波在空气中的传播速度，△d为机器人从检测到障碍物到做出反应这段时间内的前进距离，θ为相邻超声探头A3夹角的一半值，smax为超声探头A3的最大探测距离。机器人周围一定范围内动态360°无死角探测是通过转台旋转及超声探头A3分布来实现的，因此转台需要进行水平360°旋转，转台控制电子部件B2将接收到编码器的指令进行解码，转换为电机B3运行的控制信号，电机B3驱动器根据控制信号驱动电机B3进行相应动作，电机齿轮C2带动转台的球状壳体A4旋转，推力球轴承A2和定位齿轮C1保证旋转的稳定性。
超声控制电子部件B1通过安装组件安装在转台内部，安装组件包括中心轴A5、滑环定子A8、供电滑环A9和固定隔板，中心轴A5垂直穿过转台中轴线设置，本实施例中球状壳体A4顶部设有圆孔，该圆孔直径略大于中心轴A5直径，中心轴A5垂直于圆形底板A1并固定在底板中心位置，其底部通过螺纹连接固定在圆形底板A1中心圆孔处，中心轴A5顶部从状壳体顶部圆孔穿出。滑环定子A8固定在转台内部的中心轴A5上，滑环设置在滑环定子A8外侧，固定隔板设置在转台内部空腔中，超声控制电子部件B1安装在固定隔板上，超声控制电子部件B1连接供电滑环A9，滑环定子A8上套有多个供电滑环A9，供电滑环A9连接机器人主控模块并进行供电。
转台内表面设有用于汇总超声探头A3导线的探头接线管A10，超声探头A3导线汇总后通过导线腔A11连接至超声控制电子部件B1。本实施例中设置了3组纵向设置的超声探头A3，因此在转台内表面设置3个纵向排列的探头接线管A10，探头导线管为圆形并贴合转台球状壳体A4内表面设置，所有超声探头A3的导线通过探头接线管A10汇总到一起，在导线腔A11内捆绑成一束连接到超声控制电子部件B1。
图5所示为超声探头A3排列示意俯视图，图中画出了基准面上的N个超声探头A3，N个超声探头A3形成半径为RH的圆周，N个超声探头A3记作超声探头11、超声探头12、超声探头13……、超声探头1N，同理第M组纵向设置的纵向超声探头组记作超声探头M1、超声探头M2、超声探头M3……、超声探头MN。本实施例中设置了3组纵向设置的纵向超声探头组，即上述M＝3，因此图6为本实用新型超声探头A3排列示意侧视图。
机器人纵向区域的扫描结构依靠纵向探头间形成一定夹角实现，附图7是以纵向三个探头分布为例的纵向超声探测情况示意图，超声发散角为α，纵向探头基座是半径为RV的球体一部分，超声探测距离半径为smax，根据图中几何关系可得：
而探测高度H＝2Rsin(Mγ)，其中R＝smax×cosβ+RV×cosγ，M为纵向探头个数，即：
H＝2R＝2(smax×cosβ+RV×cosγ)sin(Mγ) (2)
根据式(1)和式(2)，若已知探测距离smax和机器人高度H，则可以通过Matlab仿真计算得到RV和M的关系。
附图8中的阴影部分表示了以三个探头为例的纵向探测盲区，为多个三角形区域，探头之间的M－1个盲区为底边长为2RVsinγ、高为smaxcosβ的等腰三角形，上下两端的四个盲区为两边长为smaxcos(π/2－Mγ)和smaxsin(π/2－Mγ)的直角三角形。由于纵向探头不扫描，所以纵向盲区在机器人初始位置时存在。依靠此结构，机器人在行走过程中可以360°无死角静态避障，但若遇到动态障碍物，障碍物也可能进入该盲区，检测不出来。可利用Matlab进行仿真计算找到最优的RV和M取值，使得探头数目最少的情况下同时纵向盲区最小。
横向通过转台水平旋转及探头分布可实现机器人周围smax距离范围内动态360°无死角探测，能实现对动态障碍的有效避让。转台转速与探头分布情况受最小避障距离影响，最小避障距离△d定义为机器人从检测到障碍物且做出反应这段时间内的前进距离。为了实现动态避障，要求探头必须在Δt1＝Δd/vp时间范围内扫描到障碍物并做出反应，其中vp为机器人行进速度，假设转台最小转速为ωmin，最大周期为Tmax，则探头11旋转到相邻探头22位置的时间应不大于Δt1，因此有：
其中，θ与超声发散角、探测基座尺寸和探测距离有关。即：
可得转台最小转速为：
转台转得越快，横向探头数目可以越少，但转台的最大转速受超声探测速度限制。要求超声波信号发射到接收这段时间内，转台旋转角度不得超过2θ，如附图9所示。
假设转台最大转速为ωmax，最小周期为Tmin，最大探测距离为smax，则超声波信号发射到接收最大时间为Δt2＝2smax/v，其中v为声波在空气中的传播速度，则有：
即：
可得转台最大转速为：
因此转台转速需满足条件
综上所述，本实用新型超声避障系统的障碍物探测范围如附图10所示，图10(a)为水平探测范围，图10(b)为垂直探测范围，阴影部分为有效探测范围，图10(b)中H为超声探头纵向区域的探测高度。
Claims (10)
1.一种应用于机器人的超声3D扫描装置，其特征在于，该装置包括转台、超声探头组、超声控制电子部件(B1)和转台控制电子部件(B2)，所述的超声探头组包括多个均匀分布在转台外表面的超声探头(A3)，所述的超声探头(A3)均连接至超声控制电子部件(B1)，所述的转台连接转台控制电子部件(B2)，所述的超声控制电子部件(B1)连接转台控制电子部件。
2.根据权利要求1所述的一种应用于机器人的超声3D扫描装置，其特征在于，所述的转台为球状转台，所述的球状转台包括圆形底板(A1)、推力球轴承(A2)、球状壳体(A4)和壳体驱动组件，所述的推力球轴承(A2)安装在圆形底板(A1)上方，所述的球状壳体(A4)底部固定安装在推力球轴承(A2)的轴圈上，所述的壳体驱动组件设置在球状壳体(A4)内，所述的壳体驱动组件连接所述的推力球轴承(A2)。
3.根据权利要求2所述的一种应用于机器人的超声3D扫描装置，其特征在于，所述的球状壳体(A4)包括两个半球形壳体，两个半球形壳体扣合安装在推力球轴承(A2)的轴圈上，两个半球形壳体顶部通过扣环(A7)固定，两个半球形壳体外侧周围通过固定皮条(A6)固定。
4.根据权利要求2所述的一种应用于机器人的超声3D扫描装置，其特征在于，所述的球状转台外表面设有安装超声探头(A3)的圆形卡槽，圆形卡槽的分布方式具体为：
以球状转台球心所在水平面为基准面，在该基准面上沿球状转台的四周均匀分布N个圆形卡槽，所述的N个圆形卡槽组成横向圆形卡槽组，将所述的N个圆形卡槽拓展到球状转台的不同高度，构成了M组纵向设置的圆形卡槽组，进而共有M×N个圆形卡槽分布在球状转台外表面；
每个圆形卡槽中安装一个超声探头(A3)，进而共有M×N个超声探头(A3)分布在球状转台外表面。
5.根据权利要求2所述的一种应用于机器人的超声3D扫描装置，其特征在于，所述的壳体驱动组件包括电机(B3)、电机齿轮(C2)和定位齿轮(C1)，所述的球状壳体(A4)底部内侧边缘为锯齿形，所述的电机齿轮(C2)和定位齿轮 (C1)均安装在圆形底板(A1)上并与球状壳体(A4)底部内侧边缘齿合，且所述的定位齿轮(C1)的安装位置和电机齿轮(C2)的安装位置相对圆形底板(A1)的圆心对称，所述的电机(B3)连接所述的电机齿轮(C2)，所述的转台控制电子部件(B2)连接所述的电机(B3)。
6.根据权利要求5所述的一种应用于机器人的超声3D扫描装置，其特征在于，设定转速范围具体为：
其中，ω为设定转速，vp为机器人行进速度，v为声波在空气中的传播速度，△d为机器人从检测到障碍物到做出反应这段时间内的前进距离，θ为相邻超声探头(A3)夹角的一半值，smax为超声探头(A3)的最大探测距离。
7.根据权利要求1所述的一种应用于机器人的超声3D扫描装置，其特征在于，所述的超声控制电子部件(B1)通过安装组件安装在转台内部，所述的安装组件包括中心轴(A5)、滑环定子(A8)、供电滑环(A9)和固定隔板，所述的中心轴(A5)垂直穿过转台中轴线设置，所述的滑环定子(A8)固定在转台内部的中心轴(A5)上，所述的滑环设置在滑环定子(A8)外侧，所述的固定隔板设置在转台内部空腔中，所述的超声控制电子部件(B1)安装在固定隔板上，所述的超声控制电子部件(B1)连接所述的供电滑环(A9)。
8.根据权利要求1所述的一种应用于机器人的超声3D扫描装置，其特征在于，所述的转台内表面设有用于汇总超声探头(A3)导线的探头接线管(A10)，超声探头(A3)导线汇总后通过导线腔(A11)连接至超声控制电子部件(B1)。
9.根据权利要求1所述的一种应用于机器人的超声3D扫描装置，其特征在于，所述的转台控制电子部件(B2)安装在转台内部的底板上，所述的转台内部的底板上还设有用于转台控制电子部件(B2)与机器人进行导线连接的通孔(B4)。
10.根据权利要求1所述的一种应用于机器人的超声3D扫描装置，其特征在于，超声控制电子部件(B1)通过蓝牙模块通信连接转台控制电子部件(B2)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621142073.5U CN206123667U (zh) | 2016-10-20 | 2016-10-20 | 一种应用于机器人的超声3d扫描装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621142073.5U CN206123667U (zh) | 2016-10-20 | 2016-10-20 | 一种应用于机器人的超声3d扫描装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN206123667U true CN206123667U (zh) | 2017-04-26 |
Family
ID=58574124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201621142073.5U Expired - Fee Related CN206123667U (zh) | 2016-10-20 | 2016-10-20 | 一种应用于机器人的超声3d扫描装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN206123667U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106272440A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-01-04 | 上海电力学院 | 一种应用于机器人的超声3d扫描装置 |
-
2016
- 2016-10-20 CN CN201621142073.5U patent/CN206123667U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106272440A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-01-04 | 上海电力学院 | 一种应用于机器人的超声3d扫描装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN205971770U (zh) | 一种水下仿生机器鱼 | |
| CN207127871U (zh) | 一种可避障碍的机器人 | |
| CN107336245A (zh) | 头部主动跟随机器人 | |
| CN108326839A (zh) | 七自由度机器人 | |
| CN111284730A (zh) | 一种旋翼飞行器综合测试实验模拟平台及测试方法 | |
| CN206123667U (zh) | 一种应用于机器人的超声3d扫描装置 | |
| CN100566663C (zh) | 一种脑血流检测探头架 | |
| CN106125908A (zh) | 一种动作捕捉校准系统 | |
| CN106125909A (zh) | 一种用于训练的动作捕捉系统 | |
| CN107490349A (zh) | 一种圆形孔径的同轴度测量方法及装置 | |
| CN106826867A (zh) | 一种机器人及控制机器人头部转动的方法 | |
| CN103674031B (zh) | 利用脉冲星辐射矢量和线偏振信息的航天器姿态测量方法 | |
| CN109199428A (zh) | 一种ct | |
| CN210831185U (zh) | 一种新型地基测绘用红外线测距仪 | |
| CN106272440B (zh) | 一种应用于机器人的超声3d扫描装置 | |
| CN103008217A (zh) | 一种方位可调的高频变低频声波发射装置 | |
| TWI475243B (zh) | Ball-type wheel-type self-propelled pointing device | |
| CN108180347B (zh) | 一种地下管线测量设备及其使用方法 | |
| CN104634241B (zh) | 一种用于火箭弹角度测量装置的模拟测试台 | |
| EP1955013B1 (en) | Shape-acceleration measurement device and method | |
| CN206876775U (zh) | 天线测量系统 | |
| CN107015231A (zh) | 一种信息处理方法及电子设备 | |
| CN105361905B (zh) | 一种基于模式识别的超声探头动态温控系统 | |
| CN207273234U (zh) | 一种导向机器人 | |
| CN206610169U (zh) | 采用声音定位导航的自动导引运输装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170426 Termination date: 20181020 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |