CN213338438U - 基于激光slam技术的智能物流机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于激光slam技术的智能物流机器人，包括机械抓取装置，全向底盘和激光雷达，所述全向底盘顶部中心设有餐盘轴承，所述机械抓取装置与全向底盘顶部通过餐盘轴承连接，所述全向底盘连接有围绕餐盘轴承周向均匀设置的四个连接柱，所述激光雷达通过连接柱与全向底盘连接，所述激光雷达为搭载slam技术的激光雷达。本实用新型能够实现未知环境下的地图构建与路径规划，实现自主避障和适应复杂地形的仓储物流搬运作业。

Description

基于激光slam技术的智能物流机器人

技术领域

本实用新型属于工业搬运物流技术领域，具体涉及一种基于激光slam技术的智能物流机器人。

背景技术

仓储物流机器人行业发展迅速，尤其在食品、烟草和医药行业，大多数的生产线以实现高度自动化，包装、运输、码垛作业基本都实现了机器人化作业，可见仓储物流机器人的发展不容小觑。物流机器人的高度普及将大量减少人力的投入，提高生产作业效率，降低工作风险，大大扩展了应用场景，然而在颠簸路面、上下坡等复杂地形的货物运输仍是智能机器人发展中需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种基于激光slam技术的智能物流机器人，能够实现未知环境下的地图构建与路径规划，实现自主避障和适应复杂地形的仓储物流搬运作业。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：基于激光slam技术的智能物流机器人，包括机械抓取装置，全向底盘和激光雷达，所述全向底盘顶部中心设有餐盘轴承，所述机械抓取装置与全向底盘顶部通过餐盘轴承连接，所述全向底盘连接有围绕餐盘轴承周向均匀设置的四个连接柱，所述激光雷达通过连接柱与全向底盘连接，所述激光雷达为搭载slam技术的激光雷达。

进一步地，所述机械抓取装置包括基座、大臂、小臂、末端架、大臂舵机、小臂舵机、小臂舵机架、三角连架、机械爪舵机、机械爪和相机；所述大臂舵机与基座连接驱动大臂运动，所述大臂的一端与基座中部连接，所述大臂的另一端与三角连架的第一端连接，所述三角连架的第二端通过第一连接杆与末端架的一端连接，所述末端架底部与机械爪连接，所述机械爪与机械爪舵机连接，所述机械爪顶部连接有与机械爪设置方向相同的相机，所述三角连架的第三端通过第二连接杆与基座连接，所述基座顶部与小臂舵机的一端连接，所述小臂舵机的另一端通过小臂舵机架与小臂连接，所述小臂的另一端与末端架的另一端连接。

更进一步地，所述相机为双目相机。

进一步地，所述全向底盘包括悬架支撑板、控制模块、底盘上板、至少一个收储仓、至少三个底盘底板和至少三个行走装置；所述悬架支撑板顶部与底盘上板可拆卸连接，所述悬架支撑板与底盘上板盖合形成密封空间，所述密封空间内设置有主控模块，所述悬架支撑板侧壁周向等距连接有行走装置，相邻所述行走装置之间设有底盘底板，所述收储仓与底盘底板连接。

更进一步地，所述控制模块包括主控板、扩展板、第一电机、电源、稳压模块和开发板；所述主控板与开发板电连接，所述扩展板与主控板电连接，所述第一电机与扩展板电连接，所述第一电机驱动机械抓取装置YAW轴运动，所述电源通过稳压模块稳压后为主控板供电。

更进一步地，所述行走装置包括全向轮、第二电机、悬架上板、悬架下板和悬架电机固定板；所述全向轮末端与第二电机连接，所述第二电机输出轴端面与悬架电机固定板连接，所述悬架电机固定板顶部连接悬架上板，所述悬架电机固定板底部连接悬架下板，所述悬架上板与悬架支撑板可拆卸连接，所述悬架下板与悬架支撑板可拆卸连接；所述第二电机与编码器电连接，所述第二电机驱动全向轮运动。

更进一步地，所述行走装置还包括避震器，所述避震器的两端分别与悬架下板和底盘上板连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型主要由全向底盘、激光雷达和机械抓取装置三部分组成，主控板控制底层电路驱动，激光雷达获取环境信息，开发板接收数据并进行计算，完成地图构建和轨迹规划，以及通信层传输控制指令回主控板实现自主避障功能，同时双目相机标定，获取拾取物空间坐标传回主控进行运动学逆解，实现定点抓取功能，完成物流运输作业。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中机械抓取装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中全向底盘的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中全向底盘的俯视图；

图中，1-机械抓取装置；101-大臂舵机；102-小臂舵机；103-基座；104-机械爪舵机；105-大臂；106-小臂；107-末端架；108-小臂舵机架；109-三角连架；110-双目相机，111-机械爪；2-全向底盘；201-底盘上板；202-全向纳姆轮；203-悬架上板；204-电机板；205-悬架支撑板；206-悬架下板；207-英伟达NVIDIA Jetson开发板tx2；208-stm32f4主控板；209-12v锂电池；210-第二电机；211-收储仓；212-全金属负压避震器；213-底盘底板；3-激光雷达。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和应用本实用新型，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细叙述，应当理解，此处所描述的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。

本实用新型实施例的技术方案为：基于激光slam技术的智能物流机器人，包括机械抓取装置1，全向底盘2和激光雷达3，所述全向底盘2顶部中心设有餐盘轴承，所述机械抓取装置1与全向底盘2顶部通过餐盘轴承连接，所述全向底盘2连接有围绕餐盘轴承周向均匀设置的四个连接柱，所述激光雷达3通过连接柱与全向底盘2连接，所述激光雷达3为搭载slam技术的激光雷达3。

进一步地，所述机械抓取装置1包括基座103、大臂105、小臂106、末端架107、大臂舵机101、小臂舵机102、小臂舵机架108、三角连架109、机械爪舵机104、机械爪111和相机；所述大臂舵机101与基座103连接驱动大臂105运动，所述大臂105的一端与基座103中部连接，所述大臂105的另一端与三角连架109的第一端连接，所述三角连架109的第二端通过第一连接杆与末端架107的一端连接，所述末端架107底部与机械爪111连接，所述机械爪111与机械爪舵机104连接，所述机械爪111顶部连接有与机械爪111设置方向相同的相机，所述三角连架109的第三端通过第二连接杆与基座103连接，所述基座103顶部与小臂舵机102的一端连接，所述小臂舵机102的另一端通过小臂舵机架108与小臂106连接，所述小臂106的另一端与末端架107的另一端连接。

更进一步地，所述相机为双目相机110。

进一步地，所述全向底盘2包括悬架支撑板205、控制模块、底盘上板201、至少一个收储仓211、至少三个底盘底板213和至少三个行走装置；所述悬架支撑板205顶部与底盘上板201可拆卸连接，所述悬架支撑板205与底盘上板201盖合形成密封空间，所述密封空间内设置有控制模块，所述悬架支撑板205侧壁周向等距连接有行走装置，相邻所述行走装置之间设有底盘底板213，所述收储仓211与底盘底板213连接，其中收储仓211也可从底盘底板213拆卸，所述底盘底板213与悬架支撑板205连接。

更进一步地，所述控制模块包括主控板、扩展板、第一电机、电源、稳压模块和开发板；所述主控板与开发板电连接，所述扩展板与主控板电连接，所述第一电机与扩展板电连接，所述第一电机驱动机械抓取装置YAW轴运动，所述电源通过稳压模块稳压后为主控板供电。

更进一步地，所述行走装置包括全向轮、第二电机210、悬架上板203和悬架下板206；所述全向轮末端与第二电机210连接，所述第二电机210输出轴端面与悬架电机固定板204连接，所述悬架电机固定板204顶部连接悬架上板203，所述悬架电机固定板204底部连接悬架下板206，所述悬架上板203与悬架支撑板205可拆卸连接，所述悬架下板206与悬架支撑板205可拆卸连接；所述第二电机210与编码器电连接，所述第二电机210驱动全向轮运动。

更进一步地，所述行走装置还包括避震器，所述避震器的两端分别与悬架下板206和底盘上板201连接。

本实用新型基于激光slam技术的智能物流机器人，主体结构包含全向底盘2、机械抓取装置1和激光雷达3三部分。其中底盘上板201用四根铜柱连接餐盘轴承的外圈，内圈连接基座103，以实现机械臂的yaw轴运动，铜柱中间是激光雷达传感器，固定于底盘上板201，此举保证了该平台高度上基本无阻挡物，以实现地图构建的工作。

如图1所示，该机械抓取装置1主体由连杆机械臂和双目相机210组成。机械臂采用3R结构，使用烤漆1.5mm钢制材料定制，主要包含基座103、大臂105、小臂106、末端架107、大臂舵机101、小臂舵机102、小臂舵机架105、三角连架109、机械爪舵机104和机械爪111。各连架两端通过止推轴承和塞打螺丝栓接。三角连架104两侧构成平行四边形连杆机构以保证末端架始终水平。双目相机110固定于机械爪111顶部，3.6mm焦距，水平视角71°、垂直视角55°、对角线83°范围高帧率捕捉画面，实时对目标物体进行位置标定。

如图2和图3所示，该全向底盘2主体包含麦弗逊悬架、控制电路、收储仓211和底盘上下板框架结构。该麦弗逊悬架设计由电机座、悬架上板203、悬架下板206和悬架支撑板205两两栓接而成，第二电机210固连电机板，输出轴连接全向纳姆轮202，6根全金属负压避震器212连接底盘上板201和悬架下板206，缓冲路面颠簸震荡，以适应各种复杂地形。控制电路由stm32f4主控板208、24v升压稳压器、12v锂电池209、tx2和激光雷达传感器组成，底部执行层由stm32主控板通过AB相霍尔编码器和串行总线舵机驱动板控制编码减速电机及驱动机械臂各关节执行舵机。中层通信层为激光雷达3与tx2和stm32主控板的控制指令传输。上层为tx2微机ros环境下的环境信息接收运算，完成地图构建和路径规划。

所述收储仓为圆环状位于底盘底板，可插拔，在物流运输作业中，便于放置和回收物料，大大提高了运输效率。

根据上述内容及附图展示，本实用新型的使用过程如下：将该机器人放至一室内工作环境下，开启电源开关，机器人将开始运动，同时激光雷达3开始运作，即时定位和地图环境构建拓扑展开，小车将缓慢运行一周，接收上位机传输的控制指令到达指定地点，通过双目进一步标定物料空间坐标，传输层到达执行层，逆解运动学控制机械臂完成抓取作业，随后放置于周身的收储仓211，进行下一个地点的传送运输作业。期间通过路径规划自主避障安全完成物流运输作业。

机械臂的大臂105由大臂舵机101直驱，小臂106通过小臂舵机架108，平行四边形连杆运动完成传送小臂106转角。在长度允许范围内，机械爪111理应可抓取的空间范围在空心球体内，实现物料的正常抓取。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型的范围进行限定，故在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型所述的构造、特征及原理所做的等效变化或装饰，均应落入本实用新型申请专利的保护范围内。

Claims (7)

1.基于激光slam技术的智能物流机器人，其特征在于，包括机械抓取装置，全向底盘和激光雷达，所述全向底盘顶部中心设有餐盘轴承，所述机械抓取装置与全向底盘顶部通过餐盘轴承连接，所述全向底盘连接有围绕餐盘轴承周向均匀设置的四个连接柱，所述激光雷达通过连接柱与全向底盘连接，所述激光雷达为搭载slam技术的激光雷达。

2.根据权利要求1所述的智能物流机器人，其特征在于，所述机械抓取装置包括基座、大臂、小臂、末端架、大臂舵机、小臂舵机、小臂舵机架、三角连架、机械爪舵机、机械爪和相机；所述大臂舵机与基座连接驱动大臂运动，所述大臂的一端与基座中部连接，所述大臂的另一端与三角连架的第一端连接，所述三角连架的第二端通过第一连接杆与末端架的一端连接，所述末端架底部与机械爪连接，所述机械爪与机械爪舵机连接，所述机械爪顶部连接有与机械爪设置方向相同的相机，所述三角连架的第三端通过第二连接杆与基座连接，所述基座顶部与小臂舵机的一端连接，所述小臂舵机的另一端通过小臂舵机架与小臂连接，所述小臂的另一端与末端架的另一端连接。

3.根据权利要求2所述的智能物流机器人，其特征在于，所述相机为双目相机。

4.根据权利要求1所述的智能物流机器人，其特征在于，所述全向底盘包括悬架支撑板、控制模块、底盘上板、至少一个收储仓、至少三个底盘底板和至少三个行走装置；所述悬架支撑板顶部与底盘上板可拆卸连接，所述悬架支撑板与底盘上板盖合形成密封空间，所述密封空间内设置有主控模块，所述悬架支撑板侧壁周向等距连接有行走装置，相邻所述行走装置之间设有底盘底板，所述收储仓与底盘底板连接。

5.根据权利要求4所述的智能物流机器人，其特征在于，所述控制模块包括主控板、扩展板、第一电机、电源、稳压模块和开发板；所述主控板与开发板电连接，所述扩展板与主控板电连接，所述第一电机与扩展板电连接，所述第一电机驱动机械抓取装置YAW轴运动，所述电源通过稳压模块稳压后为主控板供电。

6.根据权利要求4所述的智能物流机器人，其特征在于，所述行走装置包括全向轮、第二电机、悬架上板、悬架下板和悬架电机固定板；所述全向轮末端与第二电机连接，所述第二电机输出轴端面与悬架电机固定板连接，所述悬架电机固定板顶部连接悬架上板，所述悬架电机固定板底部连接悬架下板，所述悬架上板与悬架支撑板可拆卸连接，所述悬架下板与悬架支撑板可拆卸连接；所述第二电机与编码器电连接，所述第二电机驱动全向轮运动。

7.根据权利要求6所述的智能物流机器人，其特征在于，所述行走装置还包括避震器，所述避震器的两端分别与悬架下板和底盘上板连接。

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