CN214202154U - 一种机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种机器人系统，特点是包括机器人、数据采集模块、4G路由器、计算控制模块和锂电池供电模块；机器人包括驱动模块和内部供电模块，驱动模块用于驱动机器人运动；数据采集模块用于采集机器人的里程计数据、准确位姿信息、实时点云信息和图像信息；计算控制模块用于对获取的准确位姿信息、实时点云信息和图像信息进行融合，并控制驱动模块；锂电池供电模块用于提供电力；优点是利用3D激光雷达获取机器人周围环境的三维信息；利用RGBD深度相机获取周围环境的图像信息并实时传输到计算控制模块；且在图像和点云信息获取到的特征点不明显时，融合惯导模块获取机器人实时三维坐标和朝向可对机器人进行更加精确的定位和导航。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人领域，尤其是一种机器人系统。
背景技术
随着机器人特别是四轮机器人技术的发展，针对非结构化场景导航避障，成为越来越迫切的核心需求，是达成四轮机器人高层次作业任务的基础支撑。为了降低研发的成本，一般的做法是采用深度相机来进行机器人的定位、导航和避障，但由于光线的变化及深度相机视角狭窄等因素导致在运动过程中对机器人的定位、导航和避障的稳定性较差，从而降低了对机器人的定位、导航和避障的准确性。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种机器人系统，不但能提高定位、导航、避障的稳定性，而且能提高定位、导航、避障的准确性。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种机器人系统，包括机器人、数据采集模块、4G路由器、计算控制模块和锂电池供电模块，所述的机器人为阿克曼车式模型；所述的机器人主要包括驱动模块和内部供电模块；
所述的驱动模块由在所述的机器人的后轮部位设置的两个左右对称的直流电机以及在所述的机器人的前轮部位设置的一个直流电机组成；所述的后轮部位的直流电机用于驱动机器人，所述的前轮部位的直流电机用于控制机器人的转向；
所述的数据采集模块由与每个直流电机对应的光电增量编码器、连接两根天线的惯导模块、3D激光雷达和面朝机器人前进方向的RGBD深度相机组成；所述的数据采集模块用于采集机器人的里程计数据、机器人的准确位姿信息、实时点云信息和图像信息；
所述的计算控制模块用于对获取的准确位姿信息、实时点云信息和图像信息进行计算融合，并通过USB转CAN转换器控制所述的驱动模块；
所述的内部供电模块为所述的驱动模块及所述的光电增量编码器提供电力；
所述的锂电池供电模块用于向所述的惯导模块、所述的3D激光雷达、所述的RGBD深度相机、所述的计算控制模块和所述的4G路由器提供电力。
所述的光电增量编码器用于获取机器人的里程计数据并通过USB转CAN转换器与所述的计算控制模块进行通信，所述的里程计数据包括机器人的速度和转弯角度。
所述的惯导模块的一端通过千兆网口连接插有SIM卡的4G路由器并获取差分信息，所述的差分信息为GPS定位误差，所述的差分信息由大气层折射、卫星星历偏差和多路径效应引起；所述的惯导模块的另一端通过USB3.0接口与所述的计算控制模块进行通信；所述的惯导模块通过两根馈线分别与两根天线连接获取两个单点定位信息；所述的惯导模块用于将两个单点定位信息通过差分信息进行补偿获得机器人的准确位姿信息，所述的准确位姿信息包括机器人的实时位置信息和朝向；所述的惯导模块与机器人固定连接，其安装底面平行于机器人的基准面且其铭牌上标示的Y轴指向与机器人的前进方向中心轴线平行。
所述的两根天线顶点所确定的直线与机器人的前进方向中心轴线垂直且两根天线之间的距离大于等于0.5m；两个天线顶点与地面的垂直距离为110cm，且之间的距离为50cm，定位精度为5cm且两个天线顶点确定的直线与机器人的前进方向中心轴线垂直，可准确获得机器人的位置信息和朝向。
所述的3D激光雷达用于获取实时点云信息并通过所述的4G路由器与所述的计算控制模块进行通信；3D激光雷达与后方支架的垂直距离为15cm，雷达下平面与天线顶点的垂直距离为5cm，确保雷达竖直扫描和水平扫描不受到两个天线的干扰。
所述的RGBD深度相机用于获取图像信息并通过USB3.0接口与所述的计算控制模块进行通信。深度相机固定在激光雷达的正下方5cm处，与地面的垂直距离为105cm，可准确获取机器人正前方2m内的图像信息且不会对雷达竖直扫描和水平扫描形成干扰。
所述的机器人上方设置有用于放置所述的惯导模块、所述的4G路由器、所述的计算控制模块和所述的锂电池供电模块的箱体，所述的箱体靠近前轮部位的上方固定连接第一垂直支架的一端和第二垂直支架的一端，所述的第一垂直支架的另一端、所述的第二垂直支架的另一端与第三水平支架固定连接，所述的第三水平支架的两端分别固定安装两根所述的天线，所述的第三水平支架的中点与第四水平支架的一个端点固定连接，所述的第四水平支架的中点与第五垂直支架的下端固定连接，所述的第五垂直支架的中点固定安装所述的RGBD深度相机，所述的第五垂直支架的上端固定安装所述的3D激光雷达。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于利用3D激光雷达获取机器人周围环境的三维信息并传输到计算控制模块，可用于建图、定位、避障；利用RGBD深度相机获取周围环境的图像信息并实时传输到计算控制模块，可辅助3D激光雷达减少定位累积误差；但在室外空旷的区域，由于获取到的特征点不明显，不能直接利用3D激光雷达与RGBD深度相机进行定位，此时在计算控制模块中融合惯导模块获取机器人实时三维坐标和朝向可对机器人进行更加精确的定位和导航。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
一种机器人系统，包括机器人、数据采集模块、4G路由器、计算控制模块和锂电池供电模块，机器人为阿克曼车式模型；机器人主要包括驱动模块和内部供电模块；
驱动模块由在机器人的后轮部位设置的两个左右对称的直流电机以及在机器人的前轮部位设置的一个直流电机组成；后轮部位的直流电机用于驱动机器人，前轮部位的直流电机用于控制机器人的转向；
数据采集模块由与每个直流电机对应的光电增量编码器、连接两根天线的惯导模块、3D激光雷达和面朝机器人前进方向的RGBD深度相机组成；数据采集模块用于采集机器人的里程计数据、机器人的准确位姿信息、实时点云信息和图像信息；
计算控制模块用于对获取的准确位姿信息、实时点云信息和图像信息进行计算融合，并通过USB转CAN转换器控制驱动模块；
内部供电模块为驱动模块及光电增量编码器提供电力；
锂电池供电模块用于向惯导模块、3D激光雷达、RGBD深度相机、计算控制模块和4G路由器提供电力。
光电增量编码器用于获取机器人的里程计数据并通过USB转CAN转换器与计算控制模块进行通信，里程计数据包括机器人的速度和转弯角度。
惯导模块的一端通过千兆网口连接插有SIM卡的4G路由器并获取差分信息，差分信息为GPS定位误差，差分信息由大气层折射、卫星星历偏差和多路径效应引起；惯导模块的另一端通过USB3.0接口与计算控制模块进行通信；惯导模块通过两根馈线分别与两根天线连接获取两个单点定位信息；惯导模块用于将两个单点定位信息通过差分信息进行补偿获得机器人的准确位姿信息，准确位姿信息包括机器人的实时位置信息和朝向；两根天线顶点所确定的直线与机器人的前进方向中心轴线垂直且两根天线之间的距离大于等于0.5m；惯导模块与机器人固定连接，其安装底面平行于机器人的基准面且其铭牌上标示的Y轴指向与机器人的前进方向中心轴线平行；两个天线顶点与地面的垂直距离为110cm，且之间的距离为50cm，定位精度为5cm且两个天线顶点确定的直线与机器人的前进方向中心轴线垂直，可准确获得机器人的位置信息和朝向。
3D激光雷达用于获取实时点云信息并通过4G路由器与计算控制模块进行通信；3D激光雷达与后方支架的垂直距离为15cm，雷达下平面与天线顶点的垂直距离为5cm，确保雷达竖直扫描和水平扫描不受到两个天线的干扰。
RGBD深度相机用于获取图像信息并通过USB3.0接口与计算控制模块进行通信。深度相机固定在激光雷达的正下方5cm处，与地面的垂直距离为105cm，可准确获取机器人正前方2m内的图像信息且不会对雷达竖直扫描和水平扫描形成干扰。
如图1所示，机器人1上方设置有用于放置惯导模块、4G路由器、计算控制模块和锂电池供电模块的箱体2，箱体2靠近前轮部位的上方固定连接第一垂直支架3的一端和第二垂直支架4的一端，第一垂直支架3的另一端、第二垂直支架4的另一端与第三水平支架5固定连接，第三水平支架5的两端分别固定安装两根天线6，第三水平支架5的中点与第四水平支架7的一个端点固定连接，第四水平支架7的中点与第五垂直支架8的下端固定连接，第五垂直支架8的中点固定安装RGBD深度相机9，第五垂直支架8的上端固定安装3D激光雷达10。
Claims (7)
1.一种机器人系统，其特征在于包括机器人、数据采集模块、4G路由器、计算控制模块和锂电池供电模块，所述的机器人为阿克曼车式模型；所述的机器人包括驱动模块和内部供电模块；
所述的驱动模块由在所述的机器人的后轮部位设置的两个左右对称的直流电机以及在所述的机器人的前轮部位设置的一个直流电机组成；所述的后轮部位的直流电机用于驱动机器人，所述的前轮部位的直流电机用于控制机器人的转向；
所述的数据采集模块由与每个直流电机对应的光电增量编码器、连接两根天线的惯导模块、3D激光雷达和面朝机器人前进方向的RGBD深度相机组成；所述的数据采集模块用于采集机器人的里程计数据、机器人的准确位姿信息、实时点云信息和图像信息；
所述的计算控制模块用于对获取的准确位姿信息、实时点云信息和图像信息进行计算融合，并通过USB转CAN转换器控制所述的驱动模块；
所述的内部供电模块为所述的驱动模块及所述的光电增量编码器提供电力；
所述的锂电池供电模块用于向所述的惯导模块、所述的3D激光雷达、所述的RGBD深度相机、所述的计算控制模块和所述的4G路由器提供电力。
2.根据权利要求1所述的一种机器人系统，其特征在于所述的光电增量编码器用于获取机器人的里程计数据并通过USB转CAN转换器与所述的计算控制模块进行通信，所述的里程计数据包括机器人的速度和转弯角度。
3.根据权利要求1所述的一种机器人系统，其特征在于所述的惯导模块的一端通过千兆网口连接插有SIM卡的4G路由器并获取差分信息，所述的差分信息为GPS定位误差；所述的惯导模块的另一端通过USB3.0接口与所述的计算控制模块进行通信；所述的惯导模块通过两根馈线分别与两根天线连接获取两个单点定位信息；所述的惯导模块用于将两个单点定位信息通过差分信息进行补偿获得机器人的准确位姿信息，所述的准确位姿信息包括机器人的实时位置信息和朝向。
4.根据权利要求3所述的一种机器人系统，其特征在于所述的两根天线顶点所确定的直线与机器人的前进方向中心轴线垂直且两根天线之间的距离大于等于0.5m。
5.根据权利要求1所述的一种机器人系统，其特征在于所述的3D激光雷达用于获取实时点云信息并通过所述的4G路由器与所述的计算控制模块进行通信。
6.根据权利要求1所述的一种机器人系统，其特征在于所述的RGBD深度相机用于获取图像信息并通过USB3.0接口与所述的计算控制模块进行通信。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的一种机器人系统，其特征在于所述的机器人上方设置有用于放置所述的惯导模块、所述的4G路由器、所述的计算控制模块和所述的锂电池供电模块的箱体，所述的箱体靠近前轮部位的上方固定连接第一垂直支架的一端和第二垂直支架的一端，所述的第一垂直支架的另一端、所述的第二垂直支架的另一端与第三水平支架固定连接，所述的第三水平支架的两端分别固定安装两根所述的天线，所述的第三水平支架的中点与第四水平支架的一个端点固定连接，所述的第四水平支架的中点与第五垂直支架的下端固定连接，所述的第五垂直支架的中点固定安装所述的RGBD深度相机，所述的第五垂直支架的上端固定安装所述的3D激光雷达。
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| CN112859860A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-05-28 | 宁波工业互联网研究院有限公司 | 一种机器人系统及其路径规划方法 |
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2021
- 2021-01-13 CN CN202120089386.3U patent/CN214202154U/zh active Active
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