CN206170098U - 一种可室内跟随目标的自动取物机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可室内跟随目标的自动取物机器人，机器人本体包括车身底盘、机身、机头和安装在机器人前端的单机械臂，机头的内部和机械臂的上方均安装有摄像头，车身底盘下方安装有电机驱动装置，车身底盘中水平固定有六轴运动传感器，机身内部包裹有控制系统，机器人本体的微控制器的内存中保存有目标物体的特征模型，且机器人本体通过蓝牙收发模块连接用户下达指令的手机APP，并机器人本体和用户身上的定位标签均信号连接定位监测站。本实用新型自身搭建定位系统并且融合六轴运动传感器数据，可获取机器人空间坐标并可校准偏航，使机器人可以实时确定自己“前”和“后”的方位，为用户抓取目标物体后可跟随用户移动。

Description

一种可室内跟随目标的自动取物机器人

技术领域

本实用新型属于移动机器人设计领域，具体为一种可室内跟随目标的自动取物机器人。

背景技术

随着计算机技术和人工技术的飞速发展，智能机器人的功能和层次有了恒大的提高，取物机器人更是对人类活动有极大帮助的一类机器人，国内外也对取物机器人制定了不少研究计划，如Fanuc公司的超快双臂工业机器人系统。该系统装配有两个M-430iA机器人手臂和可视跟踪功能的食品、药品操作系统。波士顿动力公司研制的Petman更是一种可以像真人一样四处活动的机器人，可以抱起箱子等物体。韩国科学技术研究院（KIST）发布的一款家用服务机器人Mahru-Z,具有根手指，并且具有三维视觉功能，可以帮助用户做一些简单的家务劳动。

现有的取物机器人要么只能进行点对点的物体取拿操作，要么像波士顿公司的Petman一样浑身装满传感器，并且造价极其高昂，都丧失了其灵活性，造成这样的原因主要是室内GPS精度极低，电子罗盘受到室内磁场的干扰。

实用新型内容

针对上述中的问题，本实用新型的目的是提供一种能够在室内使用，为人类生活、办公提供帮助的可室内跟随目标的自动取物机器人。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

本实用新型一种可室内跟随目标的自动取物机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括车身底盘、机身、机头和安装在机器人前端的单机械臂，所述机头的内部和单机械臂的上方均安装有摄像头，所述车身底盘下方安装有电机驱动装置，所述车身底盘中水平固定有六轴运动传感器，所述机身内部包裹有控制系统，所述控制系统包括定位标签、微控制器、舵机驱动装置、通信装置以及蓝牙收发模块，所述定位标签、六轴运动传感器、电机驱动装置、舵机驱动装置、通信装置、电源模块以及蓝牙收发模块均与微控制器通信连接，所述微控制器的内存中保存有目标物体的特征模型，且机器人本体通过蓝牙收发模块连接用户下达指令的手机APP，并机器人本体和用户身上的定位标签均信号连接安装在室内环境当中的定位监测站。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述单机械臂包括手臂、手肘、手腕和机器爪四个自由度，并由微控制器控制相应舵机进行活动，所述微控制器为STM32F4系列单片机。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述电源模块采用可充电的锂电池组为机器人本体供电；电机驱动装置使用直流减速电机控制车轮运动。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述机器人本体上进行图像采集的摄像头使用CMOS图像传感器OV7620读取图像的灰度信息。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述定位监测站与定位标签为芯片DWM1000和STM32F103C8T6单片机。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述六轴运动传感器使用MPU6050整合性六轴运动处理组件。

本实用新型所达到的有益效果是：本实用新型自身搭建定位系统并且融合六轴运动传感器数据，可获取机器人空间坐标并可校准偏航，使机器人可以实时确定自己“前”和“后”的方位，为用户抓取目标物体后可跟随用户移动。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的运行结构示意图；

图2是本实用新型的运行流程图；

图3是本实用新型的控制模块图；

图中：1、机器人本体；2、车身底盘；3、机身；4、机头；5、单机械臂；6、摄像头；7、电机驱动装置；8、六轴运动传感器；9、控制系统；901、定位标签；902、微控制器；903、舵机驱动装置；904、通信装置；905、蓝牙收发模块；10、电源模块；11、目标物体；12、定位监测站。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

如图1-3所示，一种可室内跟随目标的自动取物机器人，包括机器人本体1，机器人本体1包括车身底盘2、机身3、机头4和安装在机器人前端的单机械臂5，机头4的内部和单机械臂5的上方均安装有摄像头6，车身底盘2下方安装有电机驱动装置7，车身底盘2中水平固定有六轴运动传感器8，机身4内部包裹有控制系统9，控制系统9包括定位标签901、微控制器902、舵机驱动装置903、通信装置904以及蓝牙收发模块905，定位标签901、六轴运动传感器8、电机驱动装置7、舵机驱动装置903、通信装置904、电源模块10以及蓝牙收发模块905均与微控制器902电性连接，微控制器902的内存中保存有目标物体11的特征模型。

覆盖室内的定位系统包括定位监测站13与定位标签901，定位监测站13与定位标签901均由UWB定位芯片及单片机组成，定位监测站12安装在室内环境当中，定位标签901分别安装在机器人本体1和用户身上，用于用户下达指令的手机APP，使用蓝牙与机器人本体1通信。

机器人本体1中的电源模块10可采用可充电的锂电池组为机器人机身本体1供电；电机驱动车轮中使用直流减速电机控制车轮运动，可以较好控制速度；机器人本体1上进行图像采集的摄像头6可使用CMOS图像传感器OV7620，可以直接读取图像的灰度信息；机器人本体1上所用微控制器902可选择意法半导体生产的STM32F4系列单片机，该单片机的数据处理速度和配备的外设可完全符合本实用新型的要求。

单机械臂5可选用常用的包括手臂、手肘、手腕、机器爪四个自由度的机械臂，每个自由度由舵机控制转动；目标物体原理上来说是任意的，只需其对应的目标物体特征模型提前保存到微控制器的内存当中。

六轴运动传感器8可使用MPU6050整合性六轴运动处理组件，水平固定在车身底盘2中，通过解算六种运动传感器的数据获得机器人的方位角，并通过定位系统校准实现目标跟随。

蓝牙收发模块905可以为现有常用的蓝牙类通信装置。例如可以为采用 SPP-C 蓝牙模块，遵循 V2.1+EDR 蓝牙规范，采用串口协议。例如使用国内众灵公司的众灵智控APP，APP中可进行蓝牙配对，用户也可自己编码配置控制命令。

微控制器902内预装有用于车轮及舵机运动的电机驱动程序，用于读取摄像头数据的驱动程序，进行图像处理的算法程序，用于通信数据处理的程序，进行六轴运动传感器数据处理程序以及跟随目标物体的算法程序；

用于车轮及舵机运动的电机驱动程序：使用微控制器内部的定时器产生PWM波控制电机驱动模块，通过改变PWM的脉宽占比来控制电机的正转反转及转速；

图像处理的算法程序：取摄像机拍摄的一帧图像保存为二进制文件进行灰度变换，使用SIFT/SURF特征识别算法进行对灰度图对图像形状进行特征提取，当提取到的特征符合指定物体的模型时，便可实现物体识别的匹配，其中摄像头1用来确定目标物体在平面中的位置，摄像头2用来确定目标物体的距离；

用于通信数据处理的程序：对蓝牙收到的用户命令解码及应答信号的编码和发送；

跟随目标的算法程序:包括卡尔曼滤波算法，处理定位标签的测距数据，利用信号源到各个监测站的距离，作出以监测站为焦点，距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号的空间坐标位置。同理可得到用户的位置。同时对六种运动传感器的数据进行解算，获得机器人姿态的欧拉角，由此可得到机器人的实时偏航，机器人运动一段距离，比较运动前后的坐标值，可对机器人的偏航进行校准，清零积分对误差的累积。

工作过程：用户利用手机中的APP下达指令，并通过手机蓝牙与机器人本体中的控制系统连接实现人机交互，由蓝牙收发模块接受用户的指令，通过微控制器控制车轮及舵机运动，并用机头上的摄像头来确定目标物体在平面中的位置，单机械臂上的摄像头来确定目标物体的距离，机器人本体用单机械臂拿到物体后，通过定位监测站检测到用户的位置信息，实现目标跟随。

本实用新型中的定位监测站与定位标签均可使用、DecaWave公司的室内定位芯片DWM1000和意法半导体的STM32F103C8T6单片机，单片机作为驱动芯片，对DWM1000进行模式配置及读取数据，格外的定位标签上的单片机还将数据发给主机。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可室内跟随目标的自动取物机器人，包括机器人本体（1），其特征在于，所述机器人本体（1）包括车身底盘（2）、机身（3）、机头（4）和安装在机器人前端的单机械臂（5），所述机头（4）的内部和单机械臂（5）的上方均安装有摄像头（6），所述车身底盘（2）下方安装有电机驱动装置（7），所述车身底盘（2）中水平固定有六轴运动传感器（8），所述机身（3）内部包裹有控制系统（9），所述控制系统（9）包括定位标签（901）、微控制器（902）、舵机驱动装置（903）、通信装置（904）以及蓝牙收发模块（905），所述定位标签（901）、六轴运动传感器（8）、电机驱动装置（7）、舵机驱动装置（903）、通信装置（904）、电源模块（10）以及蓝牙收发模块（905）均与微控制器（902）电性连接，所述微控制器（902）的内存中保存有目标物体（11）的特征模型，且机器人本体（1）通过蓝牙收发模块（905）连接用户下达指令的手机APP，机器人本体（1）和用户身上的定位标签（190）均信号连接安装在室内环境当中的定位监测站（12）。

2.根据权利要求1所述的一种可室内跟随目标的自动取物机器人，其特征在于，所述单机械臂（5）包括手臂、手肘、手腕和机器爪四个自由度，并由微控制器（902）控制相应舵机进行活动，所述微控制器（902）为STM32F4系列单片机。

3.根据权利要求1所述的一种可室内跟随目标的自动取物机器人，其特征在于，所述电源模块（10）采用可充电的锂电池组为机器人本体（1）供电；电机驱动装置（7）使用直流减速电机控制车轮运动。

4.根据权利要求1所述的一种可室内跟随目标的自动取物机器人，其特征在于，所述机器人本体（1）上进行图像采集的摄像头（6）使用CMOS图像传感器OV7620读取图像的灰度信息。

5.根据权利要求1所述的一种可室内跟随目标的自动取物机器人，其特征在于，所述定位监测站（13）与定位标签（901）分别为芯片DWM1000和STM32F103C8T6单片机。

6.根据权利要求1所述的一种可室内跟随目标的自动取物机器人，其特征在于，所述六轴运动传感器（8）使用MPU6050整合性六轴运动处理组件。