CN212623093U

CN212623093U - Ros激光雷达智能小车

Info

Publication number: CN212623093U
Application number: CN202020952044.5U
Authority: CN
Inventors: 蒲茂; 朱林
Original assignee: Hunan Zhiyu Science And Education Equipment Co ltd
Current assignee: Hunan Zhiyu Science And Education Equipment Co ltd
Priority date: 2020-05-30
Filing date: 2020-05-30
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2030-05-30

Abstract

本实用新型提供的一种ROS激光雷达智能小车，包括：底盘、嵌入式主板、ROS电机驱动板、电机、激光雷达、触摸屏、亚克力大底板、电池、陀螺仪和无线网卡天线，本实用新型提供的ROS激光雷达智能小车，具备构建地图，室内定位，室内导航，动态避障，车载显示，视觉巡线，手机控制和行驶里程反馈等诸多功能于一体，价格实惠，方便人们进行ROS系统的学习和使用，有利于相关爱好人士的学习。

Description

ROS激光雷达智能小车

技术领域

本实用新型涉及小车控制技术领域，特别涉及ROS激光雷达智能小车。

背景技术

随着智能技术的飞速发展与教育理念的不断更新，机器人技术综合信息技术、电子工程、机械工程、控制理论、传感技术以及人工智能等前沿科技在为教育改革贡献力量。机器人操作系统（Robot Operating System，ROS）是一种开源机器人操作系统，2010年由Willow Garage公司发布，主要能够提供类似操作系统的功能，为机器人应用系统提供硬件抽象、底层驱动、消息传递、包管理及用于辅助开发的工具，例如建立、编写和运行多机通信系统整合的程序，ROS设计目标是为提高代码的复用性，采用一种分布式的进程架构，使得程序具有高度的独立性和低耦合性。

目前国内ROS开发平台种类非常有限，并且成本较高，不利于人们进行ROS系统的学习和使用。特别是对于经费不足的高校，学生只能从书本上学习理论或者在电脑上进行仿真，自主创造设计难度非常大，导致学生不知其所以然，非常不利于学生完善地学习。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出ROS激光雷达智能小车，具备构建地图，室内定位，室内导航，动态避障，车载显示，视觉巡线，手机控制和行驶里程反馈等诸多功能于一体，价格实惠，方便人们进行ROS系统的学习和使用，有利于相关爱好人士的学习。

本实用新型所采用的技术方案如下：

ROS激光雷达智能小车，包括：底盘、嵌入式主板、ROS电机驱动板、电机、激光雷达、触摸屏、亚克力大底板、电池、陀螺仪和无线网卡天线，

所述底盘包括底盘支架和位于底盘支架两侧的履带轮以及套装在履带轮上的履带，

所述嵌入式主板、ROS电机驱动板和无线网卡天线设置在所述底盘支架的上平面，所述电机和电池设置在所述底盘支架的内部，所述电机驱动所述履带轮旋转，所述陀螺仪设置在所述ROS电机驱动板上，所述亚克力大底板设置在所述陀螺仪的上方，所述激光雷达和触摸屏设置在所述亚克力大底板的上平面，

所述嵌入式主板、ROS电机驱动板、激光雷达和触摸屏之间电性连接，

所述ROS电机驱动板上设置有电源处理芯片、电机驱动芯片、STM主控器、USB驱动芯片、通讯端口、姿态传感器接口、电机接口、电压表电压检测端口、DC电源接口、电源开关和USB接口，

所述陀螺仪插接在所述姿态传感器接口上，所述电池与所述DC电源接口电性连接，所述电机与所述电机接口电性连接，所述无线网卡天线与所述通讯端口电性连接。

在其中一个实施例中，还包括电压表、散热风扇和DC DC稳压模块，所述DC DC稳压模块设置在所述底盘支架的上平面，所述电压表设置在所述亚克力大底板的上平面，所述散热风扇设置在所述亚克力大底板的下平面，且所述散热风扇位于所述嵌入式主板的上方，所述电压表与所述电压表电压检测端口电性连接，所述散热风扇和DC DC稳压模块与所述ROS电机驱动板电性连接。

在其中一个实施例中，所述底盘支架包括前侧板，后侧板，左侧板，右侧板和顶板，所述前侧板，后侧板，左侧板、右侧板和顶板组合形成一个下方开口的方形的底盘支架，所述左侧板和右侧板的形状和大小相同，所述前侧板包括第一前侧板和第二前侧板，所述第一前侧板位于所述第二前侧板的上方，且所述第一前侧板的上边沿与所述顶板之间以及所述第一前侧板的下边沿与所述第二前侧板之间分别设置有间隙，

所述履带轮包括驱动履带轮和从动履带轮，所述驱动履带轮和从动履带轮分别通过轮轴对称的设置在所述左侧板和右侧板的外侧面上，所述电机分别设置在所述左侧板和右侧板的内侧面上，所述电机的主轴相对应的分别与所述左侧板和右侧板上的驱动履带轮的轮轴连接以驱动所述驱动履带轮旋转，

所述嵌入式主板、ROS电机驱动板、无线网卡天线、电压表和DC DC稳压模块设置在所述顶板的上平面，所述电池设置在所述顶板的下平面。

在其中一个实施例中，所述电机通过螺钉分别设置在所述左侧板和右侧板的内侧面上，所述无线网卡天线和DC DC稳压模块分别通过螺钉设置在所述顶板的上平面，所述电池通过螺钉设置在所述顶板的下平面，所述嵌入式主板、ROS电机驱动板和亚克力大底板分别通过螺柱和螺钉设置在所述顶板的上平面，所述激光雷达、电压表和触摸屏分别通过螺柱和螺钉设置在所述亚克力大底板的上平面，所述散热风扇通过螺钉设置在所述亚克力大底板的下平面。

在其中一个实施例中，还包括摄像头和亚克力小底板，所述亚克力小底板通过螺柱和螺钉设置在所述亚克力大底板上方，所述摄像头设置在所述亚克力小底板的上平面，所述摄像头与所述嵌入式主板、ROS电机驱动板、激光雷达和触摸屏之间电性连接。

在其中一个实施例中，所述亚克力小底板的后端以及所述亚克力大底板的中间位置分别设置有方形的过线孔，连接所述摄像头与ROS电机驱动板的电线依次穿过所述亚克力小底板和亚克力大底板上的过线孔。

在其中一个实施例中，所述电机和驱动履带轮分别设置在所述左侧板和右侧板的后端，所述ROS电机驱动板和DC DC稳压模块设置在所述顶板的前端，所述无线网卡天线设置在所述顶板的后端，所述嵌入式主板设置在所述ROS电机驱动板与无线网卡天线之间的位置，所述电压表设置在所述亚克力大底板的前端，所述触摸屏设置在所述亚克力大底板的后端，所述激光雷达设置在所述电压表与触摸屏之间的位置，所述摄像头位于所述亚克力小底板的前端，且所述摄像头位于所述激光雷达的上方。

在其中一个实施例中，每个所述电机上均安装有光电编码器。

与现有技术相比，本实用新型提供的ROS激光雷达智能小车具有以下优点：

1.本实用新型提供的ROS激光雷达智能小车，所包含的激光雷达为具备360度全方位激光扫描测距的雷达，360度全方位扫描测距检测获取周围环境轮廓，结合光磁融合技术，使用时稳定性更强；

2.本实用新型提供的ROS激光雷达智能小车，通过SLAM激光雷达构建地图，支持gmapping 、hector、Harto算法构建地图，支持键盘、鼠标及选择区域构建地图；

3.本实用新型提供的ROS激光雷达智能小车，具备室内自动避障导航及AMCL包室内定位功能；

4.本实用新型提供的ROS激光雷达智能小车，具备ROS里程反馈功能，差分驱动，动态PID参数调整，IMU角速度功能，可实现线速度与角速度的校正，并修改参数及IMU校正；

5.本实用新型提供的ROS激光雷达智能小车，具备摄像头巡线功能和人体追踪功能，基于OpenCV摄像头巡线功能的实现；

6、本实用新型提供的ROS激光雷达智能小车，提供安卓手机APP软件，完成WIFI视频监控及控制功能，完成APP建地图和自主导航功能，通过APP就能玩转ROS机器人；

7、本实用新型提供的ROS激光雷达智能小车，包含触摸屏，方便将主控板连接WIFI，及时了解主控板的IP地址，监控主控板的实时运行情况；

8、本实用新型提供的ROS激光雷达智能小车，通过设置电压表，电压实时数显，方便操作人员实时了解机器人的电能情况，便于操作人员及时充电。

附图说明

图1为本实用新型的三维结构示意图；

图2为本实用新型中的ROS电机驱动板的结构示意图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1-2所示，为了便于描述，本实用新型中的“上”“下”“左”“右”“前”“后”方位基准以附图1所示的方位为准；

本实用新型提供的ROS激光雷达智能小车，包括：底盘5、嵌入式主板8、ROS电机驱动板4、电机、激光雷达2、触摸屏10、亚克力大底板7、电池、陀螺仪和无线网卡天线9，

底盘5包括底盘支架51和位于底盘支架两侧的履带轮52以及套装在履带轮52上的履带53，

嵌入式主板8、ROS电机驱动板4和无线网卡天线9设置在底盘支架51的上平面，电机和电池设置在底盘支架51的内部，电机驱动履带轮52旋转，陀螺仪设置在ROS电机驱动板4上，亚克力大底板7设置在陀螺仪的上方，激光雷达2和触摸屏10设置在亚克力大底板7的上平面，

嵌入式主板8、ROS电机驱动板4、激光雷达2和触摸屏10之间电性连接，

ROS电机驱动板4上设置有电源处理芯片410、电机驱动芯片409、STM32主控器408、USB驱动芯片407、通讯端口406、姿态传感器接口405、电机接口404、电压表电压检测端口403、DC电源接口402、电源开关401和USB接口411，

陀螺仪插接在姿态传感器接口405上，电池与DC电源接口402电性连接，电机与电机接口404电性连接，无线网卡天线9与通讯端口406电性连接。

优选的，还包括电压表3、散热风扇和DC DC稳压模块6，DC DC稳压模块6设置在底盘支架51的上平面，电压表3设置在亚克力大底板7的上平面，散热风扇设置在亚克力大底板7的下平面，且散热风扇位于嵌入式主板8的上方，电压表3与电压表电压检测端口403电性连接，散热风扇和DC DC稳压模块6与ROS电机驱动板4电性连接。

具体的，底盘支架51包括前侧板，后侧板，左侧板，右侧板和顶板，前侧板，后侧板，左侧板、右侧板和顶板组合形成一个下方开口的方形的底盘支架51，左侧板和右侧板的形状和大小相同，前侧板包括第一前侧板和第二前侧板，第一前侧板位于第二前侧板的上方，且第一前侧板的上边沿与顶板之间以及第一前侧板的下边沿与第二前侧板之间分别设置有间隙，

履带轮52包括驱动履带轮521和从动履带轮522，驱动履带轮521和从动履带轮522分别通过轮轴523对称的设置在底盘支架51的左侧板和右侧板的外侧面上，电机分别设置在底盘支架51的左侧板和右侧板的内侧面上，电机的主轴相对应的分别与底盘支架51的左侧板和右侧板上的驱动履带轮521的轮轴523连接以驱动驱动履带轮521旋转并带动从动履带轮522以及履带53运动，

嵌入式主板8、ROS电机驱动板4、无线网卡天线9、电压表和DC DC稳压模块6设置在底盘支架51的顶板的上平面，电池设置在底盘支架51的顶板的下平面。

优选的，电机通过螺钉分别设置在底盘支架51的左侧板和右侧板的内侧面上，无线网卡天线9和DC DC稳压模块6分别通过螺钉设置在底盘支架51的顶板的上平面，电池通过螺钉设置在底盘支架51的顶板的下平面，嵌入式主板8、ROS电机驱动板4和亚克力大底板7分别通过螺柱11和螺钉设置在底盘支架51的顶板的上平面，激光雷达2、电压表3和触摸屏10分别通过螺柱11和螺钉设置在7亚克力大底板的上平面，散热风扇通过螺钉设置在亚克力大底板7的下平面。

优选的，还包括摄像头1和亚克力小底板12，亚克力小底板12通过螺柱11和螺钉设置在亚克力大底板7的上方，摄像头1设置在亚克力小底板12的上平面，摄像头1与嵌入式主板8、ROS电机驱动板4、激光雷达2和触摸屏10之间电性连接。

优选的，亚克力小底板12的后端以及亚克力大底板7的中间位置分别设置有方形的过线孔13，用于连接摄像头1与ROS电机驱动板4的电线依次穿过亚克力小底板12和亚克力大底板7上的过线孔13。

在本实施例中，电机和驱动履带轮521分别设置在底盘支架51的左侧板和右侧板的后端，ROS电机驱动板4和DC DC稳压模块6并排的设置在底盘支架51的顶板的前端，无线网卡天线9设置在底盘支架51的顶板的后端，嵌入式主板8设置在ROS电机驱动板4与无线网卡天线9之间的位置，电压表3设置在亚克力大底板7的前端，触摸屏10设置在亚克力大底板7的后端，激光雷达2设置在电压表3与触摸屏10之间的位置，摄像头1位于亚克力小底板12的前端，且摄像头1位于激光雷达2的上方。

优选的，每个用于驱动驱动履带轮521的电机上均安装有光电编码器。

在本实施例中，激光雷达2的测量范围的半径为12米，扫描角度为360度，测量频率是8000次每秒；

在本实施例中，用于驱动驱动履带轮521的电机具备大扭力、大容量锂电池且带有编码器的优质电机，具备全金属减速箱，没有任何塑料件，精度以及可靠性高，高品质碳刷，代替了传统的铜刷，具备过电量大，寿命长等优点。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.ROS激光雷达智能小车，其特征在于，包括：底盘、嵌入式主板、ROS电机驱动板、电机、激光雷达、触摸屏、亚克力大底板、电池、陀螺仪和无线网卡天线，

2.根据权利要求1所述的ROS激光雷达智能小车，其特征在于，还包括电压表、散热风扇和DC DC稳压模块，所述DC DC稳压模块设置在所述底盘支架的上平面，所述电压表设置在所述亚克力大底板的上平面，所述散热风扇设置在所述亚克力大底板的下平面，且所述散热风扇位于所述嵌入式主板的上方，所述电压表与所述电压表电压检测端口电性连接，所述散热风扇和DC DC稳压模块与所述ROS电机驱动板电性连接。

3.根据权利要求2所述的ROS激光雷达智能小车，其特征在于，所述底盘支架包括前侧板，后侧板，左侧板，右侧板和顶板，所述前侧板，后侧板，左侧板、右侧板和顶板组合形成一个下方开口的方形的底盘支架，所述左侧板和右侧板的形状和大小相同，所述前侧板包括第一前侧板和第二前侧板，所述第一前侧板位于所述第二前侧板的上方，且所述第一前侧板的上边沿与所述顶板之间以及所述第一前侧板的下边沿与所述第二前侧板之间分别设置有间隙，

4.根据权利要求3所述的ROS激光雷达智能小车，其特征在于，所述电机通过螺钉分别设置在所述左侧板和右侧板的内侧面上，所述无线网卡天线和DC DC稳压模块分别通过螺钉设置在所述顶板的上平面，所述电池通过螺钉设置在所述顶板的下平面，所述嵌入式主板、ROS电机驱动板和亚克力大底板分别通过螺柱和螺钉设置在所述顶板的上平面，所述激光雷达、电压表和触摸屏分别通过螺柱和螺钉设置在所述亚克力大底板的上平面，所述散热风扇通过螺钉设置在所述亚克力大底板的下平面。

5.根据权利要求4所述的ROS激光雷达智能小车，其特征在于，还包括摄像头和亚克力小底板，所述亚克力小底板通过螺柱和螺钉设置在所述亚克力大底板上方，所述摄像头设置在所述亚克力小底板的上平面，所述摄像头与所述嵌入式主板、ROS电机驱动板、激光雷达和触摸屏之间电性连接。

6.根据权利要求5所述的ROS激光雷达智能小车，其特征在于，所述亚克力小底板的后端以及所述亚克力大底板的中间位置分别设置有方形的过线孔，连接所述摄像头与ROS电机驱动板的电线依次穿过所述亚克力小底板和亚克力大底板上的过线孔。

7.根据权利要求6所述的ROS激光雷达智能小车，其特征在于，所述电机和驱动履带轮分别设置在所述左侧板和右侧板的后端，所述ROS电机驱动板和DC DC稳压模块设置在所述顶板的前端，所述无线网卡天线设置在所述顶板的后端，所述嵌入式主板设置在所述ROS电机驱动板与无线网卡天线之间的位置，所述电压表设置在所述亚克力大底板的前端，所述触摸屏设置在所述亚克力大底板的后端，所述激光雷达设置在所述电压表与触摸屏之间的位置，所述摄像头位于所述亚克力小底板的前端，且所述摄像头位于所述激光雷达的上方。

8.根据权利要求7所述的ROS激光雷达智能小车，其特征在于，每个所述电机上均安装有光电编码器。