CN216859712U - 一种四驱建图导航搬运机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种四驱建图导航搬运机器人，包括四驱行进系统、设置在四驱行进系统上的车架、激光雷达、深度摄像头、机械臂和主控系统，所述激光雷达设置于车架的前部，所述主控系统设置于所述车架上，所述深度摄像头设置于所述主控系统的上方，所述车架的后部设有天线。本实用新型的有益效果在于：提供了一种智能化程度高的四驱建图导航搬运机器人，该机器人通过避障系统能够进行地图的搭建，并根据地图定义运动路线，并能自动规避路径上的障碍物，通过机械臂进行货物的搬运工作，该机器人配备的摆式悬挂组件具有成本低、灵活度高的特点，能够轻松翻越避障系统不能检测到的障碍物，从而实现对货物的准确、高效搬运。

Description

一种四驱建图导航搬运机器人

技术领域

本实用新型涉及智能搬运机器人技术领域，尤其是指一种四驱建图导航搬运机器人。

背景技术

智能机器人是面向工业领域、教育领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能通过各种传感器、自身动力和控制能力实现各种功能。应用于工厂的无人化工业机器人更是有着极大的需求，我国机器人市场空间巨大，全向移动机器人可以适应各种狭窄的场地办公。

现有的搬运机器人大多考虑室内场景办公，激光雷达、深度摄像头以及传感器不足造成智能化不足，无法识别场景以及机器人自身在场景中的位置，导致无法自主导航移动；遇到地面矮小障碍物无法通过激光雷达进行避让，通过性不够好会导致货物倾斜或跌落，严重时会造成机体损伤造成事故等。

随着经济和科学技术快速发展，如何高效率、低成本、自动化、智能化的完成搬运工作是人们一直所需要探索和研究的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有技术中一项或多项不足，提供一种能够搭建场景地图，并能根据场景地图进行自主导航移动的四驱建图导航搬运机器人。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种四驱建图导航搬运机器人，包括四驱行进系统、设置在四驱行进系统上的车架、激光雷达、深度摄像头、机械臂和主控系统，所述激光雷达设置于车架的前部，所述主控系统设置于所述车架上，所述深度摄像头设置于所述主控系统的上方，所述车架的后部设有天线，所述激光雷达、深度摄像头、机械臂和天线分别与所述主控系统设有电信号连接，所述激光雷达用于实时监测路径和地图搭建，所述深度摄像头用于查看机器人行驶状态和扫描物体轮廓建立模型，所述机械臂用于搬运物品。

进一步的，所述深度摄像头通过升高支架设置于所述主控系统的上方。

进一步的，所述深度摄像头通过摄像头阻尼转轴与所述升高支架连接。

进一步的，还包括触控屏，所述触控屏通过阻尼转轴与所述升高支架连接。

进一步的，所述车架设有载物架，所述机械臂、深度摄像头和天线设置于所述载物架上。

进一步的，所述主控系统设有姿态传感器，所述姿态传感器用于获取姿态信息。

进一步的，所述车架后端设有LED灯光系统。

进一步的，所述四驱行进系统包括第一轮组、第二轮组和摆式悬挂组件，所述第一轮组通过所述摆式悬挂组件与所述车架连接，所述第二轮组与所述车架连接，所述第一轮组相对所述车架可进行摇摆运动。

进一步的，所述第一轮组包括第一底盘、第一驱动轮、第一驱动电机、第二驱动轮和第二驱动电机，所述第一底盘与所述摆式悬挂组件连接，所述第一驱动电机和第二驱动电机分别设置于所述第一底盘的两侧，所述第一驱动轮与所述第一驱动电机的转轴连接，所述第二驱动轮与所述第二驱动电机的转轴连接；

所述第二轮组包括第二底盘、第三驱动轮、第三驱动电机、第四驱动轮和第四驱动电机，所述第二底盘通过底盘支架设置于所述车架的下方，所述第三驱动电机和第四驱动电机分别设置于所述第二底盘的两侧，所述第三驱动轮与所述第三驱动电机的转轴连接，所述第四驱动轮与所述第四驱动电机的转轴连接。

进一步的，所述机械臂包括旋转云台、第一轴臂、第一轴臂座、第二轴臂、第二轴臂座、第三轴臂和机械爪，所述旋转云台设有轴臂座，所述第一轴臂的一端与所述轴臂座转动连接，所述第一轴臂的另一端通过所述第一轴臂座与所述第二轴臂的一端转动连接，所述第二轴臂的另一端通过所述第二轴臂座与所述第三轴臂的一端转动连接，所述第三轴臂的另一端与所述机械爪转动连接，所述第三轴臂设有摄像头。

本实用新型的有益效果在于：提供了一种智能化程度高的四驱建图导航搬运机器人，该机器人通过避障系统能够进行地图的搭建，并根据地图定义运动路线，并能自动规避路径上的障碍物，通过机械臂进行货物的搬运工作，该机器人配备的摆式悬挂组件具有成本低、灵活度高的特点，能够轻松翻越避障系统不能检测到的障碍物，从而实现对货物的准确、高效搬运。

附图说明

下面结合附图详述本实用新型的具体结构：

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的爆炸结构示意图；

图3为本实用新型的机械臂的整体结构示意图；

图4为本实用新型的第一轮组与摆式悬挂组件的连接结构示意图；

图5为本实用新型的第一轮组与摆式悬挂组件的爆炸结构示意图；

图6为本实用新型的触摸屏的结构示意图；

100-车架；101-防撞梁；102-旋转云台座；103-载物架；104-天线；105-OLED显示屏；

110-摆式悬挂组件；111-摆式悬挂固定架；112-摆式悬挂固定板；113-摆式固定轴；114-法兰轴承；115-平面轴承；116-限位柱；

120-第一轮组；121-第一底盘；130-第二轮组；131-第二底盘；140-LED灯光系统；

200-避障系统；210-深度摄像头；211-支架；220-激光雷达；

300-机械臂；310-旋转云台；311-轴臂座；320-第一轴臂；321-第一轴臂座；330-第二轴臂；331-第二轴臂座；340-第三轴臂；350-机械爪；360-摄像头；

400-触控屏；401-阻尼转轴；

500-主控系统板；510-ROS机器人扩展板；

600-电池。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，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应理解为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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，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进行接合和组合。

实施例

请参阅图1至图6，一种四驱建图导航搬运机器人，包括四驱行进系统、设置在四驱行进系统上的车架100、深度摄像头210、激光雷达220、机械臂300和主控系统，所述激光雷达220设置于车架100的前部，所述主控系统设置于所述车架100上，所述深度摄像头210设置于所述主控系统的上方，所述车架100的后部设有天线104，所述深度摄像头210、激光雷达220、机械臂300和天线104分别与所述主控系统设有电信号连接，所述激光雷达210用于实时监测路径和地图搭建，所述深度摄像头210用于查看机器人行驶状态和扫描物体轮廓建立模型，所述机械臂300用于搬运物品。

所述深度摄像头210通过升高支架211设置于所述主控系统的上方，可以避免机械臂300对深度摄像头210的遮挡，影响三维视觉建图、室内导航、多点导航与避障、视觉巡线等功能的实现。

为了方便调整深度摄像头的视角，所述深度摄像头通过摄像头阻尼转轴与所述升高支架连接，通过摄像头阻尼转轴，可实现深度摄像头沿竖直方向上下100°的视角转动。

为了方便用户查看机器人状态以及控制机器人，机器人还包括触控屏400，所述触控屏400通过阻尼转轴401与所述升高支架211连接，阻尼转轴401可使触控屏400在任意角度悬停，方便用户调整触控屏400的最佳显示角度。

所述触控屏400在所述升高支架211上的高度可调，可以方便用户调整触控屏400的最佳操作高度。

为了方便装载配件，避免配件之间相互影响，所述车架100设有载物架103，载物架103通过连接柱设置于车架100的上方，所述机械臂300、深度摄像头210和天线104设置于所述载物架103上，为了方便机械臂300抓取物品，机械臂300设置于载物架103的前部，深度摄像头210通过升高支架211设置于载物架103的后部，天线104也设置在载物架103的后部，便于机器人进行无线数据传输以及无线通讯。

所述主控系统具体包括主控系统板500、ROS机器人扩展板510和USB扩展板，其中主控系统板500设置于车架100，ROS机器人扩展板510和USB扩展板设置于载物架103，主控系统板500优选为树莓派4B或Jetson nano或Jetson Xavier NX或其他主控系统板，主控系统板500支持深度学习和机器学习，多台机器人之间可以实现多机联动、多机编队、多机导航等智能功能。主控系统板500还可获取机械臂300的姿态信息，并将机械臂300的姿态以模型方式显示在触控屏400中，用户可通过操作触控屏400中显示的机械臂模型控制实际的机械臂300实施对应的动作。

ROS机器人扩展板510用于控制移动机器人前进、后退和转向，ROS机器人扩展板510还设有姿态传感器，所述姿态传感器用于获取姿态信息，可实时返回机器人当前的位置姿态，并且在触控屏400上显示机器人的模型，改变实际机器人位置姿态，机器人的模型会随当前机器人的位置姿态实时变化，姿态传感器具体包括陀螺仪和磁力计。

USB扩展板可让用户通过USB端口对机器人进行功能扩展。

为了方便用户了解机器人的一些基本状态，载物架103上设有OLED显示屏105，OLED显示屏105可以显示机器人当前的关键状态信息。

为了方便机器人组队行进，车架100后端还设有LED灯光系统140，LED灯光系统140包括灯条固定板、LED灯条及半透明“U”型胶条，LED灯条通过灯条固定板固定于车架100的后端，半透明“U”型胶条罩设于LED灯条，半透明“U”型胶条可以让LED灯条发出的光线更为柔和。

所述四驱行进系统包括第一轮组120、第二轮组130和摆式悬挂组件110，所述第一轮组120通过所述摆式悬挂组件100与所述车架100连接，所述第二轮组130与所述车架100连接，所述第一轮组120相对所述车架100可进行摇摆运动，当机器人遇到激光雷达和深度摄像头无法探测到的小型障碍物时，能够轻松翻越障碍物，保证了机器人的通过性。

所述摆式悬挂组件110具体包括摆式悬挂固定架111、摆式悬挂固定板112和摆式固定轴113，所述摆式悬挂固定架111与所述车架100连接，所述摆式悬挂固定板112通过所述摆式固定轴113与所述摆式悬挂固定架111转动连接，这样与摆式悬挂固定板112固定的第一轮组120即可相对于车架100的前进或后退方向的左右摆动。

为了降低摆式固定轴113与摆式悬挂固定板112之间的摩擦系数，摆式悬挂固定板112设有固定轴轴孔，固定轴轴孔中设置有法兰轴承114，摆式固定轴113通过法兰轴承114与摆式悬挂固定板112转动连接。

所述摆式悬挂固定架111和摆式悬挂固定板112之间设有平面轴承115，可以保证摆式悬挂固定架111和摆式悬挂固定板112之间活动的灵活度。

为了防止摆式悬挂固定板112因为摆动过度，导致第一轮组120与车架100发生磕碰发生故障，所述摆式悬挂固定架112设有限位柱116，所述限位柱116分别通过螺丝固定于所述摆式悬挂固定架111的两侧，可以有效限制摆式悬挂固定板112左右摆动的幅度。

车架100对应第一轮组120的前端还设有防撞梁101，可以对第一轮组120进行有效保护。

所述第一轮组120包括第一底盘121、第一驱动轮、第一驱动电机、第二驱动轮和第二驱动电机，所述第一底盘121与所述摆式悬挂固定板112连接，所述第一驱动电机和第二驱动电机分别设置于所述第一底盘121的两侧，所述第一驱动轮与所述第一驱动电机的转轴连接，所述第二驱动轮与所述第二驱动电机的转轴连接，优选的，所述第一底盘121与所述摆式悬挂固定板112为一体设计，可以保证第一轮组120的结构强度；

所述第二轮组130包括第二底盘131、第三驱动轮、第三驱动电机、第四驱动轮和第四驱动电机，所述第二底盘131通过底盘支架设置于所述车架100的下方，所述第三驱动电机和第四驱动电机分别设置于所述第二底盘131的两侧，所述第三驱动轮与所述第三驱动电机的转轴连接，所述第四驱动轮与所述第四驱动电机的转轴连接。

每个驱动轮均由独立的驱动电机驱动，保证了机器人的四驱行进能力。

为了能够获取驱动电机的角速度，以便精准控制机器人的移动，所述第一驱动电机设有第一编码器；所述第二驱动电机设有第二编码器；所述第三驱动电机设有第三编码器；所述第四驱动电机设有第四编码器。

优选的，所述第一驱动轮、第二驱动轮、第三驱动轮和第四驱动轮均为麦克纳姆轮，采用独立驱动电机控制的麦克纳姆轮可以让机器人实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式行进，大大增加了机器人在有限空间内行动的灵活性。

为了保证机器人能够灵活地抓取物品，所述机械臂300包括旋转云台310、第一轴臂320、第一轴臂座321、第二轴臂330、第二轴臂座331、第三轴臂340和机械爪350，所述旋转云台310设有轴臂座311，所述第一轴臂320的一端与所述轴臂座311转动连接，所述第一轴臂320的另一端通过所述第一轴臂座321与所述第二轴臂330的一端转动连接，所述第二轴臂330的另一端通过所述第二轴臂座331与所述第三轴臂340的一端转动连接，所述第三轴臂340的另一端与所述机械爪350转动连接。

车架100设有旋转云台座102，旋转云台座102中设有云台舵机，云台舵机的驱动轴与旋转云台310连接，第一轴臂320中设有第一轴臂舵机，第二轴臂330中设有第二轴臂舵机，第三轴臂340中设有第三轴臂舵机。其中，第一轴臂舵机设有第一轴臂第一输出轴和第一轴臂第二输出轴，第二轴臂舵机设有第二轴臂第一输出轴和第二轴臂第二输出轴，第三轴臂舵机设有第三轴臂第一输出轴和第三轴臂第二输出轴。

旋转云台310在云台舵机的驱动下，带动轴臂座311可做水平向的旋转运动。

第一轴臂320通过第一轴臂舵机的第一轴臂第一输出轴与轴臂座311转动连接，第一轴臂第二输出轴与第一轴臂座321的一端转动连接，第一轴臂相对轴臂座可沿第一轴臂的宽度方向做旋转运动，第一轴臂座相对第一轴臂可沿第一轴臂的长度方向做旋转运动；

第二轴臂330通过第二轴臂舵机的第二轴臂第一输出轴与第一轴臂座321的另一端转动连接，第二轴臂第二输出轴与第二轴臂座331的一端转动连接，第二轴臂相对第一轴臂座可沿第二轴臂的宽度方向做旋转运动，第二轴臂座相对第二轴臂可沿第二轴臂的长度方向做旋转运动；

第三轴臂340通过第三轴臂舵机的第三轴臂第一输出轴与第二轴臂座331的另一端转动连接，第三轴臂第二输出轴与机械爪350转动连接，第三轴臂相对第二轴臂座可沿第三轴臂的宽度方向做旋转运动，机械爪相对第三轴臂可沿第三轴臂的长度方向做旋转运动。

机械臂300具备六个自由度，可实现灵活地夹取物体。

为了能够方便用户查看搬运物体的状态，所述第三轴臂300设有摄像头360，通过摄像头360可以获取机械爪350抓取物体的实时影像并在用户端显示，用户端可以为车载的显示屏，也可以通过无线传输至服务器，通过与服务器连接的客户端电脑进行远程监控。

由于机器人需要独立行进并完成搬运工作，机器人还设有能为主控系统板500、ROS机器人扩展板系统510、驱动电机以及机械臂300供电的电池600，电池600可拆卸地设置于第二底盘131，可以保证机器人的低重心，行驶更为稳定可靠。

主控系统中的主控系统板500通过激光雷达220搭建场景地图，结合ROS机器人扩展板510的姿态传感器校准机器人所在的场景位置，确定机器人在场景中的位置后，可通过深度摄像头210实现三维导航，ROS机器人扩展板510通过控制带有编码器的独立驱动电机驱动各麦克纳姆轮旋转，实现机器人的前进、后退以及转向等运动，ROS机器人扩展板510还可通过摄像头360和机械臂300实现视觉监控抓取搬运工作。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：提供了一种智能化程度高的四驱建图导航搬运机器人，该机器人通过避障系统能够进行地图的搭建，并根据地图定义运动路线，并能自动规避路径上的障碍物，通过机械臂进行货物的搬运工作，该机器人配备的摆式悬挂组件具有成本低、灵活度高的特点，能够轻松翻越避障系统不能检测到的障碍物，从而实现对货物的准确、高效搬运。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种四驱建图导航搬运机器人，其特征在于：包括四驱行进系统、设置在四驱行进系统上的车架、激光雷达、深度摄像头、机械臂和主控系统，所述激光雷达设置于车架的前部，所述主控系统设置于所述车架上，所述深度摄像头设置于所述主控系统的上方，所述车架的后部设有天线，所述激光雷达、深度摄像头、机械臂和天线分别与所述主控系统设有电信号连接，所述激光雷达用于实时监测路径和地图搭建，所述深度摄像头用于查看机器人行驶状态和扫描物体轮廓建立模型，所述机械臂用于搬运物品。

2.如权利要求1所述的四驱建图导航搬运机器人，其特征在于：所述深度摄像头通过升高支架设置于所述主控系统的上方。

3.如权利要求2所述的四驱建图导航搬运机器人，其特征在于：所述深度摄像头通过摄像头阻尼转轴与所述升高支架连接。

4.如权利要求3所述的四驱建图导航搬运机器人，其特征在于：还包括触控屏，所述触控屏通过阻尼转轴与所述升高支架连接。

5.如权利要求4所述的四驱建图导航搬运机器人，其特征在于：所述车架设有载物架，所述机械臂、深度摄像头和天线设置于所述载物架上。

6.如权利要求5所述的四驱建图导航搬运机器人，其特征在于：所述主控系统设有姿态传感器，所述姿态传感器用于获取姿态信息。

7.如权利要求6所述的四驱建图导航搬运机器人，其特征在于：所述车架后端设有LED灯光系统。

8.如权利要求7所述的四驱建图导航搬运机器人，其特征在于：所述四驱行进系统包括第一轮组、第二轮组和摆式悬挂组件，所述第一轮组通过所述摆式悬挂组件与所述车架连接，所述第二轮组与所述车架连接，所述第一轮组相对所述车架可进行摇摆运动。

9.如权利要求8所述的四驱建图导航搬运机器人，其特征在于：所述第一轮组包括第一底盘、第一驱动轮、第一驱动电机、第二驱动轮和第二驱动电机，所述第一底盘与所述摆式悬挂组件连接，所述第一驱动电机和第二驱动电机分别设置于所述第一底盘的两侧，所述第一驱动轮与所述第一驱动电机的转轴连接，所述第二驱动轮与所述第二驱动电机的转轴连接；

所述第二轮组包括第二底盘、第三驱动轮、第三驱动电机、第四驱动轮和第四驱动电机，所述第二底盘通过底盘支架设置于所述车架的下方，所述第三驱动电机和第四驱动电机分别设置于所述第二底盘的两侧，所述第三驱动轮与所述第三驱动电机的转轴连接，所述第四驱动轮与所述第四驱动电机的转轴连接。

10.如权利要求9所述的四驱建图导航搬运机器人，其特征在于：所述机械臂包括旋转云台、第一轴臂、第一轴臂座、第二轴臂、第二轴臂座、第三轴臂和机械爪，所述旋转云台设有轴臂座，所述第一轴臂的一端与所述轴臂座转动连接，所述第一轴臂的另一端通过所述第一轴臂座与所述第二轴臂的一端转动连接，所述第二轴臂的另一端通过所述第二轴臂座与所述第三轴臂的一端转动连接，所述第三轴臂的另一端与所述机械爪转动连接，所述第三轴臂设有摄像头。

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