CN212009388U - 一种智能速递机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能速递机器人，包括控制器、摄像头、雷达、机械底盘、电机驱动模块、IMU传感器模块、按铃装置、电源模块，所述电源模块为整个机器人提供工作电源，所述控制器分别与摄像头、雷达、电机驱动模块、IMU传感器模块、按铃装置相连，电机驱动模块与机械底盘相连，用于驱动机器人运动。本实用新型通过深度摄像头采集电梯信息，实现自动乘坐电梯、送货上门的功能，解决了人等人、物品长期占用空间资源等问题，同时也为不方便人士提供了更为便捷的方法。

Description

一种智能速递机器人

技术领域

本实用新型涉及一种智能速递机器人。

背景技术

近几年来电子商务的突飞猛进，使得各行各业的发展产生了巨大的变化，网上销售成了一大热门的经营方式，无论是企业或者是商业小户，都开始经营着网店。与此同时，快递物流业跟随电子商务一并快速发展，据国家邮政局统计数据，国内快递业务量连续5年保持50%左右的高速增长，短时期内完成从小到大的历史性跨越。由此可见，电子商务的发展和快递物流业的发展，给我国经济发展带来巨大的动力。

电子商务和快递物流业在推动经济发展的同时，也给带来了一些困扰。每天成千上万的快件和快餐给物流带来巨大压力，而物流链末端的配送方式一直以来都是人力配送。目前快递员的工作压力随着快递量的增多也在增大，而问题不仅只是配送量过多，还会存在诸多非定性因素，即在物流链末端配送时，快递员难以完成配送任务，存在地点难找（如小区住户）、大门难进、配送慢，收件难等导致一系列效率低的因素。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、智能化程度高的智能速递机器人。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种智能速递机器人，包括控制器、摄像头、雷达、机械底盘、电机驱动模块、IMU传感器模块、超声波模块、按铃装置、显示模块、通信模块、电源模块，所述电源模块为整个机器人提供工作电源，所述控制器分别与摄像头、雷达、电机驱动模块、IMU传感器模块、超声波模块、按铃装置、显示模块、通信模块相连，电机驱动模块经电机与机械底盘相连，用于驱动机器人运动。

上述智能速递机器人，所述控制器包括第一处理器和第二处理器，摄像头、雷达与第一处理器相连，第一处理器与第二处理器通过串口进行通信，电机驱动模块、IMU传感器模块、按铃装置与第二处理器相连。

上述智能速递机器人，所述显示模块采用7寸电容式触摸屏，显示模块与第一处理器相连。

上述智能速递机器人，所述通信模块采用SIM800A模块，通信模块与第二处理器相连。

上述智能速递机器人，还包括智能门控开关，所述智能门控开关包括继电器模块、智能箱柜电控锁，继电器模块与第二处理器相连。

上述智能速递机器人，所述第一处理器的主芯片采用英伟达Jetson TX2，第二处理器的主芯片采用STM32F407ZGT6。

上述智能速递机器人，所述机械底盘包括4个麦克纳姆轮组成的机器人底盘、4个直流电机，直流电机采用JGB37-520模块。

上述智能速递机器人，所述电机驱动模块，采用TB6612FNG芯片。

上述智能速递机器人，所述IMU传感器模块采用GY-85九轴自由度IMU传感器，其包括陀螺仪、加速度计和磁力计，用于获取机器人的姿态、速度、方向。

上述智能速递机器人，所述摄像头采用Astra pro深度摄像头，所述按铃装置为采用三路舵机组装而成的传动装置，协同控制x,y,z轴的运动方向。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型通过深度摄像头采集电梯信息，实现自动乘坐电梯；通过雷达实时建图，实现规路径划、送货上门的功能，解决了物流链末端配送不便的问题，大大提高了工作效率。同时也为不方便人士提供了更为便捷的取快递方法。除此之外，用户（住户或投递员）可以通过显示屏进行人机交互，增加了便捷性。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构框图。

图2为本实用新型电源模块的电路图。

图3为本实用新型第一处理器的电路图。

图4为本实用新型第二处理器的电路图。

图5为本实用新型电机驱动模块的电路图。

图6为本实用新型Jetson TX2_USB3.0拓展电路图。

图7为本实用新型STM32_USB的电路图。

图8为本实用新型智能门控开关的电路图。

图9为本实用新型IMU传感器模块的电路图。

图10为本实用新型显示模块的电路图。

图11为本实用新型通信模块的电路图。

图12为本实用新型电机的电路图。

图13为本实用新型舵机的电路图。

图14为本实用新型超声波模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种智能速递机器人，包括控制器、摄像头、雷达、机械底盘、电机驱动模块、IMU传感器模块、按铃装置、电源模块、显示模块、通信模块、智能门控开关，所述控制器分别与摄像头、雷达、电机驱动模块、IMU传感器模块、按铃装置、显示模块、通信模块、智能门控开关相连，电机驱动模块经电机与机械底盘相连，用于驱动机器人运动。

所述电源模块为整个机器人提供工作电源。如图2所示，电源模块由两块可调输出型的LM1596S芯片组成，该芯片具有降压性能，是为提供全部有源功能的单片集成的电路开关调节器，最大允许通过电流可达3A。本实用新型的电源输入由12.6V大容量聚合物动力锂电池组成，经过该模块后，输出电压降低至5V，同时可以进行其他电压值的输出控制，宽度为3.25V 至7.4V。本申请中需要调至5V直流电源，该芯片将12.6V直流电源转化为5V稳定的直流电源，再分别给控制芯片和各个功能模块供电。

所述控制器包括第一处理器和第二处理器，摄像头、雷达与第一处理器相连，第一处理器与第二处理器通过串口进行通信，电机驱动模块、IMU传感器模块、按铃装置与第二处理器相连。所述第一处理器的主芯片采用英伟达Jetson TX2，第二处理器的主芯片采用STM32F407ZGT6。

如图3所示，Jetson TX2性能强大，接口多，适合机器人、无人机、智能摄像机和便携医疗设备等智能终端设备，可以铸就更大型、更复杂的深度神经网络。本申请中主要用Jetson TX2芯片实现如下几个功能：Astra pro深度摄像头传递图像信息给Jetson TX2芯片处理，实现目标检测；128G固态硬盘连接Jetson TX2的SATA接口，可进行大容量的图像数据存储；Rplidar-a1激光雷达通过USB2.0接口连接至Jetson TX2，实现实时地图构建和智能避障与导航。

如图3所示，Jetson TX2载板提供了一组USB3.0接口和一组USB2.0接口，其中USB2.0接口与7寸电容式触摸屏连接。若要连接Astra pro深度摄像头、Rplidar-a1雷达和STM32F407ZGT6单片机等，不能满足接口数量，因此需要对USB3.0接口进行拓展，从而达到项目要求，如图6所示。为了使STM32F407ZGT6单片机和Jetson TX2载板之间通信的连接方式更为方便，本申请对STM32F407ZGT6单片机的串口通信接口进行电路设计，通过FT232芯片从而设计为USB的micro接口，可拥一般数据线直接连接，如图7所示。

如图10所示，显示模块采用的是7寸电容式触摸屏，分辨率为1024*600，清晰度高，能单点触控，满足用户体验要求，实现人机交互。由于视频接口为HDMI接口，因此需要外接HDMI接口电路，如图3所示。智能速递机器人机器人达到指定楼层后，通过通信模块给用户发送取货短信，通信模块的电路图如图11所示；触摸屏显示用户的订单信息，用户通过输入相应验证码进行取货，方便简洁。

如图8所示，所述智能门控开关包括12V两路继电器模块、智能箱柜电控锁，继电器模块与第二处理器相连。继电器模块采用贴片光耦隔离，驱动能力较强，触发电流为5mA，其次，该模块的常开接口负载能力较强，最大可负载交流电250V/10A，直流电30V/10A。12V智能箱柜电控锁，该电控锁适用于快递箱、超市寄存柜、无人售货机等设备，直流供电，工作电流在1.5A至2A之间。当用户提交的密码正确，STM32F407ZGT6控制通电即可打开开关。

机械底盘包括4个麦克纳姆轮组成的机器人底盘、4个直流电机。电机采用的是带编码器的大力矩直流电机，型号为JGB37-520，可载重至少10kg。如图12所示。四个麦克纳姆轮组成的底盘，使得机器人行动更加灵活，可进行全方位移动，即可实现直行，横行，斜行等功能。带动四个电机旋转的电机驱动模块采用TB6612FNG芯片，如图5所示。该驱动采用有大电流MOSFET-H 桥结构，双通道电路输出，可同时驱动2个直流电机，相比L298N，无需外加散热片，外围电路简单，只需外接电源滤波电容就可以直接驱动电机，TB6612FNG每通道输出最高1 A的连续驱动电流，启动峰值电流达2A／3A(连续脉冲／单脉冲)，控制逻辑中可实现正转、反转、制动和停止，对于PWM信号输入频率范围，高达100KHz。

如图9所示，所述IMU传感器模块采用GY-85九轴自由度IMU传感器，是一个很常用的惯性测量模组，适用于多种设备，例如平衡车和无人机等。该模块上布置了三个芯片，分别是陀螺仪、加速度计和磁力计，各三轴。STM32F407ZGT6通过读取其参数，可以获取机器人的姿态、速度、方向等。

所述摄像头采用Astra pro深度摄像头。该摄像头的传感器由MT9M001和AR0330组成，同时配有两路舵机组合而成的云台装置。其中RGB像素为1080P，静态拍照分辨率可达1280*720，视频录像分辨率也为1280*720，深度分辨率为640*480，且最大帧频可达30FPS，深度测量范围为0.6M-4M。智能速递机器人通过摄像头获取外部信息，其摄像头接至JetsonTX2_USB3.0拓展的USB接口。

Rplidar-a1激光雷达是本申请主要传感器，用于智能避障和地图构建等。该模块接至Jetson TX2_USB3.0拓展的USB接口。Rplidar-a1激光雷达测距核心顺时针旋转，可实现对周围环境的360度全方位扫描测距检测，实现cartographer建图。避障功能由三部分组成，第一部分由Rplidar-a1激光雷达实现，实现地图构建，第二部分通过摄像头对周边信息进行识别，选择目标物，进行路线规划，第三部分利用超声波模块采集前方向和左右方向的道路信息，通过控制电机差速实现辅助避障，超声波模块的电路图如图14所示。

所述按铃装置为采用三路舵机组装而成的传动装置，协同控制x,y,z轴的运动方向。按铃装置的三路舵机和摄像头的两路舵机电路图如图13所示，其中舵机型号为mg996，该舵机重量轻，仅为55g，并且力矩较大，能达到6.4kg/cm。当摄像头识别到电梯，智能速递机器人会朝目标靠近。按铃装置根据摄像头反馈的坐标数据，实现准确按铃。

本实用新型的工作流程如下：智能速递机器人未使用时处于待机状态，停留在指定地点。当快递员送货至小区时，通过终端发送快递信息（包括用户联系方式，地址信息等）给智能速递机器人。当智能速递机器人接收到快递信息后，打开智能箱柜电控锁等待快递员将所需运送快递放置在其内部。提取货物后智能速递机器人设置随机四位数密码并发送给用户，关闭智能箱柜电控锁。随后智能速递机器人通过摄像头和雷达开始识别外部环境并进行路径规划，机器人自动循迹至住户单元，当行进过程遇到障碍时，自动避障，例如：当遇到人群或障碍物时，停下等待，随后重新规划路线进行避障；当到达用户单元时，自动识别电梯位置，进行电梯乘坐。智能速递机器人到达指定目的地，即用户具体住址时，发送信息给用户，并等待用户提取快递。用户根据接收的信息输入四位密码，正确即可获取快递，随后智能速递机器人返程。当用户十分钟内未及时提取快递，智能速递机器人发送离开信息给用户并自动返程。

需要说明的是，本发明中通过摄像头和雷达识别外部环境、进行路径规划、避障均为本领域的成熟技术，在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种智能速递机器人，其特征在于：包括控制器、摄像头、雷达、机械底盘、电机驱动模块、IMU传感器模块、超声波模块、按铃装置、显示模块、通信模块、电源模块，所述电源模块为整个机器人提供工作电源，所述控制器分别与摄像头、雷达、电机驱动模块、IMU传感器模块、超声波模块、按铃装置、显示模块、通信模块相连，电机驱动模块经电机与机械底盘相连，用于驱动机器人运动。

2.根据权利要求1所述的智能速递机器人，其特征在于：所述控制器包括第一处理器和第二处理器，摄像头、雷达与第一处理器相连，第一处理器与第二处理器通过串口进行通信，电机驱动模块、IMU传感器模块、按铃装置与第二处理器相连。

3.根据权利要求1所述的智能速递机器人，其特征在于：所述显示模块采用7寸电容式触摸屏，显示模块与第一处理器相连。

4.根据权利要求1所述的智能速递机器人，其特征在于：所述通信模块采用SIM800A模块，通信模块与第二处理器相连。

5.根据权利要求1所述的智能速递机器人，其特征在于：还包括智能门控开关，所述智能门控开关包括继电器模块、智能箱柜电控锁，继电器模块与第二处理器相连。

6.根据权利要求2所述的智能速递机器人，其特征在于：所述第一处理器的主芯片采用英伟达Jetson TX2，第二处理器的主芯片采用STM32F407ZGT6。

7.根据权利要求1所述的智能速递机器人，其特征在于：所述机械底盘包括4个麦克纳姆轮组成的机器人底盘、4个直流电机，直流电机采用JGB37-520模块。

8.根据权利要求1所述的智能速递机器人，其特征在于：所述电机驱动模块采用TB6612FNG芯片。

9.根据权利要求1所述的智能速递机器人，其特征在于：所述IMU传感器模块采用GY-85九轴自由度IMU传感器，其包括陀螺仪、加速度计和磁力计，用于获取机器人的姿态、速度、方向。

10.根据权利要求1所述的智能速递机器人，其特征在于：所述摄像头采用Astra pro深度摄像头；所述按铃装置为采用三路舵机组装而成的传动装置，协同控制x,y,z轴的运动方向。

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