CN209240074U - 一种场景感知信息融合机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种场景感知信息融合机器人，包括深度相机、激光雷达传感器、微型工控机、电源模块、6自由度机械臂、控制器模块、无线通讯模块、电机驱动模块、左右轮、化学传感器模块。所述的深度相机、激光雷达传感器、电源模块与微型工控机相连，所述的控制器分别于6自由度机械臂、电机驱动模块、化学传感器模块相连，所述的电机驱动模块与左右轮、电源模块相连，控制器通过无线通讯模块与微型工控机相连。通过激光雷达传感器和深度相机对周围场景的感知，以及化学传感器对有害气体的检测数据，得到实时输出三维数据结构地图，从而控制移动机械臂对危险源进行拆除、填补或销毁等决策，降低危险系数和减少人员伤亡。

Description

一种场景感知信息融合机器人

技术领域

本实用新型涉及场景感知信息融合技术领域，特别涉及一种场景感知信息融合机器人。

背景技术

近年来，暴力恐怖事件在新疆地区多发、频发，已成为影响新疆社会稳定、民族团结、人民安定生活的严重威胁。在这些暴恐事件中，爆炸式恐怖袭击是恐怖分子常用的手段之一。因其隐蔽突发，爆炸破坏力强，易造成重大的人员伤亡,是最残酷、最血腥和最难防范的恐怖手段之一。

由于生产或运输的有害化学气体泄露给人类带来了巨大的危害，移动机器人羽流寻踪效果和羽流源定位精度仍不十分理想。主要在于没有充分感知到场景信息，难以获得最优决策能力，如环境中道路走向、行人车辆、建筑障碍等场景知识的感知能力直接决定自主移动机器人在城市化道路中行为决策智能化程度。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型提供的一种场景感知信息融合机器人能够在反恐防暴任务下的三维环境数据信息感知，结合应用环境，通过机器人在线感知环境知识的方法，开展智能化自主决策的方法研究，这将使包括防暴机器人在内的多种移动机器人的智能化程度得到大幅提升。项目研究成果将为移动机器人环境感知、定位导航以及自主决策控制等提供理论与方法支持，具有重要的科学意义。

为实现上述目的，本实用新型采用是技术方案为：一种场景感知信息融合机器人，包括深度相机、激光雷达传感器、微型工控机、电源模块、6自由度机械臂、控制器模块、无线通讯模块、电机驱动模块、左右轮、化学传感器模块。所述的深度相机、激光雷达传感器、电源模块与微型工控机相连，所述的控制器分别于6自由度机械臂、电机驱动模块、化学传感器模块相连，所述的电机驱动模块与左右轮、电源模块相连，控制器通过无线通讯模块与微型工控机相连，进行双向传输数据。通过激光雷达传感器和深度相机对周围场景的感知，以及化学传感器对有害气体的检测数据，得到实时输出三维数据结构地图，根据已知的地图和化学浓度信息，从而控制移动机械臂接近危险源，对危险源进行拆除、填补或销毁等决策，降低危险系数和减少人员伤亡，节省人力，财力，物力，更加快速、高效、精准的决策，保障了人们的生命和财产安全。

更进一步地，所述控制器模块采用的芯片型号为Arduino UNO控制器。

更进一步地，所述电机驱动模块的芯片型号为L298N双H桥直流电机驱动芯片。

更进一步地，所述无线通讯模块采用的芯片型号为ESP8266。

更进一步地，所述化学传感器模块采用的芯片型号为MQ-3。

更进一步地，所述激光雷达传感器采用的型号为HOKUYO-UST-20LX。

更进一步地，所述深度相机型号为Astra。

更进一步地，所述微型工控机型号为GB-BKi7HA-7500。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过移动机器人左右两侧的化学传感器对环境中的危害气体信息进行实时采集，并将采集到的危害气体羽流浓度信息传送到移动机器人系统中的控制器模块中。通过激光雷达传感器实时扫描周围物体相对自己的位置，然后生成三维地图点云，即可得到实时的三维地图，深度相机可以得到彩色图和深度图，我们在同一个图像位置，读取到色彩信息和距离信息，传输给微型工控机，从而实时输出三维数据地图，所述的三维数据地图包括：场景点云地图、实时有害羽流浓度数据、实时视频传输。控制器模块根据从三维数据地图接收的信息产生PWM信号，并发送到电机驱动模块，使电机驱动模驱动电机左右轮，从而让移动机器人向浓度差较大的一侧运动。根据已存储三维数据地图羽流浓度信息多次改变移动机器人的运动方向，使移动机器人能够更快、更准确的寻找到有害气体羽流源位置，通过6自由度机械臂对有害气体进行销毁、填补等决策。保障了人们的生命和财产安全，设计合理，实现方便，控制可靠性高，工作稳定性高，使用寿命长，实用性强，使用效果好，便于用于实际应用中。

附图说明

图1所示为本实用新型的硬件结构框图。

图2所示为本实用新型的控制电路原理图。

图3所示为本实用新型的三维结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施，而不是全部的实施例。下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互结合从而达到更好的技术效果。

本实施例提供一种场景感知信息融合机器人，如图1所示，包括深度相机1、激光雷达传感器2、微型工控机3、电源模块4、6自由度机械臂5、控制器模块6、无线通讯模块7、电机驱动模块8、化学传感器模块9、左右轮10。所述的深度相机1、激光雷达传感器2、电源模块4与微型工控机3相连，所述的控制器6分别于6自由度机械臂5、电机驱动模块8、化学传感器模块9相连，所述的电机驱动模块8与左右轮10、电源模块4相连，控制器模块6通过无线通讯模块7与微型工控机3相连，进行双向传输数据。通过激光雷达传感器2和深度相机1对周围场景的感知，以及化学传感器9对有害气体的检测数据，得到实时输出三维数据结构地图，根据已知的地图和化学浓度信息，从而控制移动机械臂接近危险源，对危险源进行拆除、填补或销毁等决策，降低危险系数和减少人员伤亡，节省人力，财力，物力，更加快速、高效、精准的决策，保障了人们的生命和财产安全。

所述的深度相机1采用的型号为Astra，Astra设备中3D深度感应模块所使用的技术称为光编码技术，这是一种 光学式技术。其本质就是产生一张红外激光编码图，透过红外线投影机打到空间中，也就是用红外线发出发射前经过编码后，肉眼不可见的红外线斑，打到空间中，使得空间中被加上标记，由于散斑具有高度的随机性，因此空间中任何两处的散斑都会是不同的图案。接收器在截取空间中的红外线影像后，把影像交给orbbec芯片进行计算，算出深度图。 把这个技术放到客厅这样的场景中，简单来说就是Astra设备通过红外激光源（IR Light Source）发出有编码的红外激光，这串激光打到中的场景内的物体上之后，也就是所说的场景被这种不可见的已编码的红外激光给标记过了，而后接收器（一个标准的CMOS感应器）接收到返回来的红外激光，并把接收到的信息交给Orbbec芯片进行处理，最后把结果返回给应用程序前台，也就形成了我们所看到的场景深度图像。

所述的激光雷达传感器2采用的型号为HOKUYO-UST-20LX（16线），对于测量成像激光雷达，其主要工作原理是通过高频测距和扫描测角实现对目标轮廓三维扫描测量（成像）。按照激光束（线）分为1线、4线、8线、16 线、32线或64线激光雷达传感器，多个激光束在竖直方向沿不同角度发出，经水平方向扫描实现对目标区域三维轮廓探测。多个测量通道（线）相当于多个倾角的扫描平面，因此垂直视场内激光线越多其竖直方向的角分辨率就越高，激光点云密度就越大。

所述的6自由度机械臂5，机械臂的后三个自由度在同一条轴心线上。这可实现严格意义上的6个自由度，空间中的一个点只要有3个自由度就可以让机械手到达目标位置，前3个自由度进行定位，后3个自由度进行定姿，对于空间中任意摆放的物体都可以进行全方位的抓取和销毁。6自由度机械臂5不仅可以绕三个坐标轴移动，亦可以绕3个坐标轴旋转，从而可以从各个角度或者最有效的姿态去抓取疑似危险品，使得工作效率更高。

所述的控制器模块6采用的是Arduino UNO控制器，其主要功能是发出PWM信号，控制电机驱动模块8驱动左右轮10，从而调整移动机器人运动状态。

所述的无线通讯模块7采用的芯片型号为ESP8266具有强大的片上处理和存储能力，使其可通过GPIO口集成传感器及其他应用的特定设备，在运行中最少地占用系统资源，同时体积小。这款Wi-Fi模块性对于蓝牙通信更加稳定，传输距离长，可以一对多地传输信息，方便多个客户端同时运行。

如图2所示，所述电机驱动模块8采用L298N芯片，其5、6、7、10、11、12脚分别与控制器模块6的3、10、4、6、11、7脚相连，其5、7、10、12脚分别控制2个直流电机的正、反转，其6、11分别控制2个电机的转速。其2、3、13、14脚与直流电机相连并接了8个快恢复肖特基二极管，二极管常采用1N5819，大电流可采用1N5822，接二极管主要起到为电感性负载续流通路的作用，能有效的保护芯片。

所述的化学传感器9采用的型号是MQ-3，MQ-3气体传感器对有机溶剂或其他挥发性气体以及酒精等各种可燃性气体有很高的灵敏度，且成本低，其检测原理:传感器需要两个电压输入，加热器电压V_H和电路电压V_C。传感器的工作温度用加热器电压V_H来维持,与传感器串联的负载电阻（R_L）上的电压（V_RL）用V_C来测定。常见的电源电路可满足V_C和V_H传感器的电力要求，为更好利用传感器的性能，需要选择恰当的R_L值,保持半导体能源消耗(P_S) 低于15兆瓦的限制。当暴露的气体R_S=R_L时，功耗(P_S)的值将达到最高值。在使用MQ-3之前需要先对MQ-3进行调零测试：第一，传感器预热20秒左右。第二、将传感器放在无被测气体的地方，顺时针调节电位器，调节到指示灯亮，然后逆时针转半圈，调到指示灯不亮，然后接近被测气体，指示灯亮，离开被测气体，指示灯熄灭，就证明传感器可以正常工作。

如图3所示，所述深度相机1、激光雷达传感器2、6自由度机械臂3、控制器模块4分别安装在机器人的正前方，上方前侧、上方中部、上方后部。

综上所述是本实用新型的优选实施方式，并不限于本实用新型，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种场景感知信息融合机器人，其特征在于：该系统包括深度相机、激光雷达传感器、微型工控机、电源模块、6自由度机械臂、控制器模块、无线通讯模块、电机驱动模块、左右轮、化学传感器模块，所述的深度相机、激光雷达传感器、电源模块与微型工控机相连，所述的控制器分别于6自由度机械臂、电机驱动模块、化学传感器模块相连，所述的电机驱动模块与左右轮、电源模块相连，控制器通过无线通讯模块与微型工控机相连。