CN216883950U - 一种模块化四驱移动机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种模块化四驱移动机器人，包括小车模块、传感器模块和外接电源模块，所述小车模块用于实现四驱移动机器人运动，所述小车模块上固定有传感器模块，传感器模块用于测距并将距离信息传送至小车模块，传感器模块上固定有外接电源模块，外接电源模块用于向小车模块和传感器模块供电；传感器模块内设有激光雷达、惯性传感器和嵌入式控制板，用于实现四驱移动机器人的精确定位。本实用新型采用模块化设计，在传感器模块内设有激光雷达、惯性传感器和嵌入式控制板，用于实现四驱移动机器人的精确定位，并实现目标环境的图形创建，易于拆装和使用，满足不同场景的使用需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种模块化四驱移动机器人。
背景技术
移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能与一体的综合系统。作为机电一体化的最高成就，它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果。随着科学技术的发展，移动机器人应用领域愈发扩大，现如今不仅在工业、农业与医疗等传统行业有着广泛的运用，而且在城市安全、国防、空间领域探测等危险环境与场合下也得到了很好的应用，因为相比于一般机器人，移动机器人在代替人从事危险、恶劣与人所不及的环境作业方面有着更强的灵活性、机动性。
然而，目前的发展情况下，移动机器人的开模成本较高，在具有较高针对性的同时也相应减少了适应性，造成的结果是针对不同的应用场景或环境需要开发不同功能的移动机器人并对其进行调优，从而大大增加了移动机器人的开发成本，这样开发完成的移动机器人一般仅适用于特定的单一场景而无法满足多种场景切换适应的需求。
实用新型内容
技术目的：针对现有技术中移动机器人开发成本高/拆装复杂的缺陷，本实用新型采用模块化设计，在传感器模块内设有激光雷达、惯性传感器和嵌入式控制板，用于实现四驱移动机器人的精确定位，并实现目标环境的图形创建，易于拆装和使用，成本低。
技术方案：为实现上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案。
一种模块化四驱移动机器人，包括小车模块、传感器模块和外接电源模块，所述小车模块用于实现四驱移动机器人运动，所述小车模块上固定有传感器模块，传感器模块用于测距并将距离信息传送至小车模块，传感器模块上固定有外接电源模块，外接电源模块用于向小车模块和传感器模块供电；
传感器模块内设有激光雷达、惯性传感器和嵌入式控制板，用于实现四驱移动机器人的精确定位。
优选地，所述传感器模块还包括上板、工型隔板、下板，下板固定在小车模块的盖板上，下板上依次固定工型隔板和上板，工型隔板设有上下两排四个方位的圆孔，实现工型隔板与下板、上板的固定，工型隔板内预留相应槽位用于实现激光雷达以及惯性传感器的固定，激光雷达与惯性传感器都固定在工型隔板上方，嵌入式控制板通过加高孔固定在工型隔板的下方，嵌入式控制板的预留接口从下板内露出。
优选地，所述激光雷达包括扫描仪、马达和转接板，扫描仪从上板上端露出，用于全方位的扫描测距，获得周围环境的轮廓图，马达和转接板固定设置在上板内部，马达用于驱动扫描仪转动，转接板用于将扫描的数据转换为串口形式输出。
优选地，所述小车模块包括车身、驱动件和电气控制件，车身、驱动件和电气控制件实现小车的运动；所述车身包括车头、车尾、盖板、侧板、底部车壳，底部车壳两端分别固定车头和车尾，车头和车尾上端通过盖板连接，车头和车尾侧端通过侧板连接，车头、车尾、盖板、侧板、底部车壳构成中空的车身框架。
优选地，所述车身内设有控制板、蓄电池、远程控制模块，控制板用于控制驱动件，控制板固定与底部车壳，控制板正下方相应位置预留一定的空间来放置蓄电池，蓄电池用于给控制板供电；远程控制模块用于为小车提供遥控功能，用户通过遥控器控制小车跑动。
优选地，所述驱动件包括第一驱动轮、第二驱动轮、第三驱动轮、第四驱动轮、第一电机模块、第二电机模块、第三电机模块、第四电机模块，第一驱动轮、第二驱动轮、第三驱动轮、第四驱动轮均匀设置在底部车壳两侧，用于实现小车的运动，第一电机模块、第二电机模块、第三电机模块、第四电机模块设置在车身内，控制板107设有4个接线端口与第一电机模块、第二电机模块、第三电机模块、第四电机模块相连，进而控制第一驱动轮、第二驱动轮、第三驱动轮、第四驱动轮运动，实现对小车的差速运动控制。
优选地，所述车头与车尾设计为倾斜于地面，盖板呈梯形形状，车尾中间镂空，方便使用者对小车的抬放。
优选地，所述外接电源模块包括充电宝和充电宝外壳，充电宝外壳与传感器模块的固定，充电宝从上方槽口放入充电宝外壳，充电宝外壳前部槽口采用加高设计，充电宝为嵌入式控制板供电。
有益效果：本实用新型采用模块化设计，在传感器模块内设有激光雷达、惯性传感器和嵌入式控制板，用于实现四驱移动机器人的精确定位，并实现目标环境的图形创建，易于拆装和使用，成本低，满足不同场景的使用需求。
附图说明
图1是本实用新型的总结构示意图；
图2是本实用新型的小车模块的外部三维结构图；
图3是本实用新型的小车模块的内部三维结构图；
图4是本实用新型的传感器模块的外部三维结构图；
图5是本实用新型的传感器模块的内部三维结构图；
图6是本实用新型的工型隔板的三维结构图；
图7是本实用新型的外接电源模块的三维结构图；
其中，1为小车模块，101为电源开关按钮，102为CAN总线接口，103为小车充电口，104为电量显示表，105为侧板，106为盖板，107为控制板，108为蓄电池，109为远程控制模块，110为车头，111为车尾，112为第一电机模块，113为第二电机模块，114为第三电机模块，115为第四电机模块，116为第一驱动轮，117为第二驱动轮，118为第三驱动轮，119为第四驱动轮，120为底部车壳；
2为传感器模块，201为上板，202为工型隔板，203为下板，204为激光雷达，20401为马达，20402为转接板，205为惯性传感器，206为嵌入式控制板；
3为外接电源模块，301为充电宝，302为充电宝外壳。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的一种模块化四驱移动机器人做进一步的说明和解释。
实施例：
如附图1所示，一种模块化四驱移动机器人，包括小车模块1、传感器模块2和外接电源模块3，所述小车模块1用于实现四驱移动机器人运动，所述小车模块1上固定有传感器模块2，传感器模块2用于测距并将距离信息传送至小车模块1，传感器模块2上固定有外接电源模块3，外接电源模块3用于向小车模块1和传感器模块2供电；本实施例中的固定方式采用螺丝固定，但对固定方式不做限制，其他固定方式均可使用，视实际使用情况而定。此外传感器模块2和外接电源模块3重量适中，能在四驱移动机器人运动时稳定固定在小车模块上，且无晃动和异响。
如附图2和附图3所示，小车模块1包括车身、驱动件和电气控制件，车身、驱动件和电气控制件实现小车的运动。所述车身包括车头110、车尾111、盖板106、侧板105、底部车壳120，底部车壳120两端分别固定车头110和车尾111，车头110和车尾111上端通过盖板106连接，车头110和车尾111侧端通过侧板105连接，车头110、车尾111、盖板106、侧板105、底部车壳120构成中空的车身框架，盖板106、侧板105、底部车壳120采用铝合金材质，在确保小车具有足够硬度的同时，对小车做轻量化设计。侧板105在增加美观度的同时对小车侧面进行了加固保护，确保小车的平稳运行。
车身内设有控制板107、蓄电池108、远程控制模块109，控制板107是基于STM32的主体模块，用于控制驱动件，控制板107用4根铜柱实现其与底部车壳120的固定，并在控制板107正下方相应位置预留一定的空间来放置蓄电池108，由蓄电池108给控制板107供电；
远程控制模块109用双面胶固定在底部车壳120上，并与控制板107相连接，具体地，远程控制模块109与控制板107通过导线连接，为小车提供了遥控功能，用户通过遥控器控制小车跑动。
车头110与车尾111设计为倾斜于地面，盖板106呈现一个略微的梯形形状，车尾111中间镂空，并在里侧用塑料包裹，起到提手的作用，方便使用者对小车的抬放。
盖板106除开4个与车头110、车尾111连接的固定孔外，以50mm*50mm规格进行了打孔，用于其他设备的放置与安装。
驱动件包括第一驱动轮116、第二驱动轮117、第三驱动轮118、第四驱动轮119、第一电机模块112、第二电机模块113、第三电机模块114、第四电机模块115，第一驱动轮116、第二驱动轮117、第三驱动轮118、第四驱动轮119均匀设置在底部车壳120两侧，用于实现小车的运动，第一电机模块112、第二电机模块113、第三电机模块114、第四电机模块115设置在车身内，第一电机模块112用于控制第一驱动轮116转动，第二电机模块113用于控制第二驱动轮117转动，第三电机模块114用于控制第三驱动轮118转动，第四电机模块115用于控制第四驱动轮119转动。控制板107设有4个接线端口与第一电机模块112、第二电机模块113、第三电机模块114、第四电机模块115相连，进而控制第一驱动轮116、第二驱动轮117、第三驱动轮118、第四驱动轮119运动，实现对小车的差速运动控制。
车尾111外侧固定电量显示表104，用于显示控制板107的电量；电量显示表104上还设有控制板107的电源开关按钮101、CAN总线接口102和控制板的充电口103；CAN总线接口102用于实现小车模块1与传感器模块2的数据交互，电源开关按钮101用做控制板107的电源开关。
如附图4、附图5和附图6所示，传感器模块2包括上板201、工型隔板202、下板203，下板203固定在小车模块1的盖板106上，下板203上依次固定工型隔板202和上板201，工型隔板202设有上下两排四个方位的圆孔，实现工型隔板202与下板203、上板201的固定，并提升整体的美观性和紧凑性。
工型隔板202内预留相应槽位用于实现激光雷达204以及惯性传感器205的固定，圆孔与激光雷达204的转接板之间用铜柱作连接固定，起到一个架高的作用，激光雷达204与惯性传感器205都固定在工型隔板上方，而将嵌入式控制板206通过加高孔固定在工型隔板202的下方，这样设计的好处一方面是在惯性传感器205与嵌入式控制板206之间保持一定距离，可以防止嵌入式控制板206工作时的硬件温度影响IMU（激光雷达）的精确定位功能，从而产生不必要的误差，另一方面，在确保设备能正常运行的同时尽可能减少占用面积，使整体传感器模块2更加小巧，紧凑，便于安装与拆卸。在工型隔板202的正后方还挖空一小部分作为上板201与下板203的通线口，将线埋于模块内部，增加美观性的同时减少了排线的复杂度。
激光雷达204包括扫描仪、马达20401和转接板20402，扫描仪从上板201上端露出，用于全方位的扫描测距，获得周围环境的轮廓图，马达20401和转接板20402固定设置在上板201内部，马达20401用于驱动扫描仪转动，转接板20402用于将扫描的数据转换为串口形式输出。激光雷达204采用激光三角测距技术，配合自主研发的高速的视觉采集处理机构，可进行每秒8000次以上的测距动作，由马达20401驱动扫描仪转动，转接板20402则是将扫描到的数据转换成串口形式输出至嵌入式控制板206。
惯性传感器205具有三维加速度、三维陀螺仪、三维角度以及三维磁场检测功能，确保了小车精确的定位数据的输出。
嵌入式控制板206的预留接口从下板203内露出，便于用户在外部实现嵌入式控制板206与其他可用设备的两件，简化操作的同时增加传感器模块2的可扩展性。嵌入式控制板206通过预留接口与小车模块1中的CAN总线接口102连接，用于数据交互。
嵌入式控制板206连接着激光雷达204与惯性传感器205，将两者所得出的数据进行整合、处理，从而实现了移动机器人的建图与导航功能。传感器模块内设有激光雷达、惯性传感器和嵌入式控制板，用于实现四驱移动机器人的精确定位，并实现目标环境的图形创建，易于拆装和使用，成本低，满足不同场景的使用需求。
传感器模块包括了1个激光雷达204、1个IMU（惯性传感器）以及1个嵌入式控制板206，激光雷达204是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是向目标发射探测信号然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对目标进行探测、跟踪与识别。IMU又称为惯性测量单元，一般的，其中会包含三个轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计与陀螺分别检测物体在载体中独立三轴的加速度信号与载体相对于导航坐标系的角速度信号，由此来计算出物体在三维空间中的加速度与角速度，根据这些数据便能推出物体在空间中所呈现出的姿态。IMU、激光雷达与GPS三种技术于一体的应用系统使得获取的数据具有高度的精确性，从而建立的模型精度也大大提高，该种应用系统最大的应用特点是精确、迅速，可靠；其实际作用是能够确定目标物体的位置、体积、外形和部分相关材质。对于嵌入式微处理器，该设备实现的功能则是建图与导航，通过处理IMU与激光雷达收集的数据即可实现目标环境的图形创建，将CAN总线接口与小车相连，根据生成的图形信息对小车输入行动指令，由此便可实现嵌入式控制板206对小车的导航功能。考虑到三个装置作用之间相互联系，相互影响，本实用新型在一种装配结构中使得该三种装置能在较大限度地减少占用面积的情况下合为一体，从而便于使用者的安装与拆卸。该装配结构为盒式，分为上板、下板与中间层的工型隔板。将激光雷达与IMU固定在工型隔板的上方，而将嵌入式控制板固定在工型隔板的下方，这样便可将3个设备固定在同一个板上，便于之后的安装与拆卸功能。其中，将激光雷达的底板四角打孔，分别用四根黄铜柱与工型隔板相连接，起到固定并垫高的作用。之后，将IMU放置在激光雷达的正下方并在工型隔板对应IMU上下两侧耳朵的位置打孔，从而实现对IMU的固定。针对固定于隔板下方的嵌入式控制板，由于固定激光雷达与IMU导致的隔板下方的螺母的存在，使得嵌入式控制板无法轻易实现与隔板的贴合固定，因此采用加高孔的方式对其进行固定，类似于天花板与吊灯的结构设计。同时，隔板上还开了一个排线口，用于从内部进行隔板上下两边的接线。上板用于盖住除激光雷达扫描仪以外的部分，起到了对激光雷达与IMU的保护作用，下板分别在前侧与右侧开了两个口子，使得嵌入式控制板的预留接口露出，用于其他设备对其进行连接。
如附图7所示，外接电源模块3包括充电宝301和充电宝外壳302，在充电宝外壳302上相应位置进行打孔，以此来实现与传感器模块2的固定，充电宝301从上方槽口放入充电宝外壳302，充电宝外壳302前部槽口采用加高设计，由此保证在驱动小车行动时，充电宝不会因惯性问题滑出壳外。嵌入式控制板206无自带电源，因此加入了外接电源模块3供电。外接电源模块3固定在传感器模块2 的左侧，在实际的小车运动中，两个模块共同移动，通过接线即可实现外接电源对嵌入式控制板的供电作用。
本实用新型公开了一种模块化四驱移动机器人，在小车远程控制功能基础上，加入了激光雷达、惯性传感器（IMU）、嵌入式控制板三个设备，并通过结构优化，设计出“三合一”传感器模块固定在小车上，并由外接电源对其进行供电，该模块结构分为上板、工型隔板以及下板，激光雷达与IMU放置在工型隔板的上方并分别进行固定，其中，惯性传感器安装于约为激光雷达正下方的位置，二者呈堆叠状，嵌入式控制板放置与工型隔板下方并通过加高孔与隔板进行固定。上板与下板分别对激光雷达的扫描仪与嵌入式控制板的预留接口部分进行开槽，在保证设备功能完整性的同时，对整体设备起到保护作用。本实用新型的一种模块化四驱移动机器人易于安装与拆卸、兼容性强、可扩展性高、性价比高。
本实用新型将激光雷达、IMU、嵌入式控制板固定在一起，采用模块化设计，便于整体移动拆卸，易于移植到其他移动机器人上，具有较好地适应性。预留的控制板接线口可以由用户自定义连接不同设备，由此增强了该模块化机器人的可扩展性。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种模块化四驱移动机器人，其特征在于，包括小车模块（1）、传感器模块（2）和外接电源模块（3），所述小车模块（1）用于实现四驱移动机器人运动，所述小车模块（1）上固定有传感器模块（2），传感器模块（2）用于测距并将距离信息传送至小车模块（1），传感器模块（2）上固定有外接电源模块（3），外接电源模块（3）用于向小车模块（1）和传感器模块（2）供电；
传感器模块（2）内设有激光雷达（204）、惯性传感器（205）和嵌入式控制板（206），用于实现四驱移动机器人的精确定位。
2.根据权利要求1所述的一种模块化四驱移动机器人，其特征在于：所述传感器模块（2）还包括上板（201）、工型隔板（202）、下板（203），下板（203）固定在小车模块（1）的盖板（106）上，下板（203）上依次固定工型隔板（202）和上板（201），工型隔板（202）设有上下两排四个方位的圆孔，实现工型隔板（202）与下板（203）、上板（201）的固定，工型隔板（202）内预留相应槽位用于实现激光雷达（204）以及惯性传感器（205）的固定，激光雷达（204）与惯性传感器（205）都固定在工型隔板（202）上方，嵌入式控制板（206）通过加高孔固定在工型隔板（202）的下方，嵌入式控制板（206）的预留接口从下板（203）内露出。
3.根据权利要求2所述的一种模块化四驱移动机器人，其特征在于：所述激光雷达（204）包括扫描仪、马达（20401）和转接板（20402），扫描仪从上板（201）上端露出，用于全方位的扫描测距，获得周围环境的轮廓图，马达（20401）和转接板（20402）固定设置在上板（201）内部，马达（20401）用于驱动扫描仪转动，转接板（20402）用于将扫描的数据转换为串口形式输出。
4.根据权利要求1所述的一种模块化四驱移动机器人，其特征在于：所述小车模块（1）包括车身、驱动件和电气控制件，车身、驱动件和电气控制件实现小车的运动；所述车身包括车头（110）、车尾（111）、盖板（106）、侧板（105）、底部车壳（120），底部车壳（120）两端分别固定车头（110）和车尾（111），车头（110）和车尾（111）上端通过盖板（106）连接，车头（110）和车尾（111）侧端通过侧板（105）连接，车头（110）、车尾（111）、盖板（106）、侧板（105）、底部车壳（120）构成中空的车身框架。
5.根据权利要求4所述的一种模块化四驱移动机器人，其特征在于：所述车身内设有控制板（107）、蓄电池（108）、远程控制模块（109），控制板（107）用于控制驱动件，控制板（107）固定与底部车壳（120），控制板（107）正下方相应位置预留一定的空间来放置蓄电池（108），蓄电池（108）用于给控制板（107）供电；远程控制模块（109）用于为小车提供遥控功能，用户通过遥控器控制小车跑动。
6.根据权利要求5所述的一种模块化四驱移动机器人，其特征在于：所述驱动件包括第一驱动轮（116）、第二驱动轮（117）、第三驱动轮（118）、第四驱动轮（119）、第一电机模块（112）、第二电机模块（113）、第三电机模块（114）、第四电机模块（115），第一驱动轮（116）、第二驱动轮（117）、第三驱动轮（118）、第四驱动轮（119）均匀设置在底部车壳（120）两侧，用于实现小车的运动，第一电机模块（112）、第二电机模块（113）、第三电机模块（114）、第四电机模块（115）设置在车身内，控制板107设有4个接线端口与第一电机模块（112）、第二电机模块（113）、第三电机模块（114）、第四电机模块（115）相连，进而控制第一驱动轮（116）、第二驱动轮（117）、第三驱动轮（118）、第四驱动轮（119）运动，实现对小车的差速运动控制。
7.根据权利要求4所述的一种模块化四驱移动机器人，其特征在于：所述车头（110）与车尾（111）设计为倾斜于地面，盖板（106）呈梯形形状，车尾（111）中间镂空，方便使用者对小车的抬放。
8.根据权利要求1所述的一种模块化四驱移动机器人，其特征在于：所述外接电源模块（3）包括充电宝（301）和充电宝外壳（302），充电宝外壳（302）与传感器模块（2）的固定，充电宝（301）从上方槽口放入充电宝外壳（302），充电宝外壳（302）前部槽口采用加高设计，充电宝（301）为嵌入式控制板（206）供电。
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| CN202220356499.XU CN216883950U (zh) | 2022-02-22 | 2022-02-22 | 一种模块化四驱移动机器人 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN216883950U true CN216883950U (zh) | 2022-07-05 |
Family
ID=82185134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202220356499.XU Active CN216883950U (zh) | 2022-02-22 | 2022-02-22 | 一种模块化四驱移动机器人 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN216883950U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115457841A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-12-09 | 南京清湛人工智能研究院有限公司 | 一种实验教具 |
-
2022
- 2022-02-22 CN CN202220356499.XU patent/CN216883950U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115457841A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-12-09 | 南京清湛人工智能研究院有限公司 | 一种实验教具 |
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