CN219295559U - 一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及移动机器人技术领域，为了解决现有移动机器人检测不全面导致避障防护不足的技术问题，本实用新型公开了一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构，包括车架，车架的周侧设置有围壳，车架的顶部设置有用于放置货物的承载板，车架分为下架体和上架体，下架体设置有驱动小车运动的驱动机构，围壳对应下架体的四周分别设置有用于多维度识别低矮障碍物的低矮识别装置，围壳的对应上架体的前方设置有用于检测行进过程中的障碍物高度和深度的三维深度识别装置，上架体的对角设置有用于在水平方向上360度扫描的水平雷达装置。彼此之间优势互补，通过合理地组合及调整，从而全方位立体式做到安全防护。

Description

一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构

技术领域

本实用新型涉及移动机器人技术领域，尤其涉及一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构。

背景技术

近年来，仓储物流行业发展迅猛，技术装备迭代升级速度不断加快，工厂及仓储物流行业的自动化程度不断提高。产线、库位、接驳、运输等各种场景中的设备都不同程度地进行了自动化改造，自动传送线、立体仓库、自动升降机、物料平台、无人叉车、AGV、AMR等设备在生产场景中所占的比重越来越大，同时随之对设备的安全性能的要求也越来越高。用于自动化搬运设备的安全防护措施主要有安全触边、急停报警、安全PLC、雷达扫描、摄像头检测等。基于激光雷达及深度相机的自主导航及自动行驶技术是当前的主流，SLAM技术、立体避障、自动构图、自主导航等主流技术、算法等也是以激光雷达和深度相机等设备检测的数据为基础。

当前用于自动搬运的设备，往往采用较为单一的避障方式，较为先进的AGV或者AMR，会使用激光雷达结合深度相机的方式，在常规场景也能起到很好的避障和安全防护作用。但一旦所在场景有更高的要求，更复杂的环境，更隐藏的障碍物，诸如悬空物体、低矮障碍、小体积问题、透明问题等，往往很难进行准确的检测，从而容易触发各种安全事故。

例如，公开号为CN108594832A的发明专利申请文献公开了背负机器人式AGV小车，参阅其图2至图3及第[0014]和[0019]段，在车架1的前后两端上皆安装有激光扫描器20和安全触边7，激光扫描器20实时检测前方是否有障碍物，起防撞功能。小车采用多重安全保护，当激光扫描器20失效时，障碍物接触到安全触边7时，本发明立即停止。仅有激光扫描器20检测障碍物，起防撞功能。再如公开号为CN305896818S的外观设计专利文献公开了移动机器人底盘，也仅增加了侧边的雷达。

可见，上述专利文献提供的移动机器人应用场景受限，对于自动化物流场景中，障碍物检测，尤其是小体积障碍物、低矮障碍物、悬空障碍物几乎是目前所有场景的共同难点，现有移动机器人很难达到全面的检测及防护。另外，现有移动机器人往往适合于在较为平整度的路面行驶，阶梯状及有立体高度落差的场景容易导致设备跌落磕碰等严重损坏，现有自动机器人也没有很好地解决这个问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构，以解决现有移动机器人检测不全面导致避障防护不足的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型的一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构的具体技术方案如下：

一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构，包括车架，车架的周侧设置有围壳，车架的顶部设置有用于放置货物的承载板，车架分为下架体和上架体，下架体设置有驱动小车运动的驱动机构，围壳对应下架体的四周分别设置有用于多维度识别低矮障碍物的低矮识别装置，围壳的对应上架体的前方设置有用于检测行进过程中的障碍物高度和深度的三维深度识别装置，上架体的对角设置有用于在水平方向上360度扫描的水平雷达装置。

三维深度识别装置和低矮识别装置组合，能从各个角度对同一物体进行扫描，从而识别大多数扫描设备不易识别的小体积物体、狭窄型物体、透明物体等。水平雷达装置一般使用穿透力较强的探测波束比如激光雷达，低矮识别装置使用角度较为发散的波束比如超声波雷达，在较为复杂的工厂及仓储物流搬运场景下，低矮识别装置能弥补水平雷达装置检测角度范围及立体检测能力不足的缺陷，对相对于移动机器人低矮、侧面、转弯时候等场景时遇到的障碍物做准确的检测；而水平雷达装置则能弥补低矮识别装置比如超声波穿透力不够，对于小体积物体检测不灵敏的缺陷。三维深度识别装置则可识别立体障碍物，若配合低矮识别装置，将低矮识别装置的波束角调整朝上，则可对悬空障碍物至少两个角度的识别，对于悬空透明且小体积这种极难检测的物体也能更有效的识别，从而对移动机器人搬运较高货物时提供有力保障。几者有机组合和合理搭配及灵活调整，可实现自主移动设备特别是自主移动机器人全方位的避障比安全防护，大大提升自动化移动设备在仓储物流等典型场景的使用可靠性。

进一步地，还包括斜向下扫描识别落差阶梯面的防跌落识别装置，防跌落识别装置位于低矮识别装置上方，防跌落识别装置安装于上架体对应的围壳。防跌落识别装置斜向下扫描，在移动机器人正常的时候，防跌落识别装置斜向下扫描到地面为一个相对固定的距离值，当移动机器人移动到一个台阶的边缘附近的时候，移动机器人四面的8个防跌落识别装置，必有1至2个会扫描到有落差的阶梯面，从而将异常的距离值反馈给移动机器人的相关控制系统，对移动机器人的运行进行相应的控制，如进行刹车、急停、报警等操作，从而避免了移动机器人的跌落、磕碰等损坏。

进一步地，驱动机构包括设置在下架体的驱动轮和万向轮。

进一步地，上架体中安装有控制箱，控制箱内设置有OPS主机，OPS主机分别与水平雷达装置、三维深度识别装置、低矮识别装置和防跌落识别装置连接。

进一步地，水平雷达装置为激光雷达或毫米波雷达。

进一步地，三维深度识别装置为视觉相机、TOF测距传感器或结构光测量仪。

进一步地，低矮识别装置为超声波传感器或TOF测距传感器。

进一步地，防跌落识别装置为单点雷达或距离传感器。

本实用新型提供的一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构具有以下优点：

通过低矮识别装置用于多维度识别低矮障碍物，三维深度识别装置用于检测行进过程中的障碍物高度和深度，通过水平雷达装置用于在水平方向上360度扫描，彼此之间优势互补，通过合理地组合及调整，可应对极为复杂的场景，每个子模块的选择也具有一定的灵活性，特别适合于自动化仓储物流场景中的自主搬运设备使用。

在自动化物流场景中，障碍物检测，尤其是小体积障碍物、低矮障碍物、和悬空障碍物时，可达到对障碍物全面的检测。另外，通过斜向下扫描识别落差阶梯面的防跌落识别装置，在遇到阶梯状及有立体高度落差的场景，具有防止自动化设备跌落及立体式安全防护的作用，从而全方位立体式做到安全防护。

附图说明

图1为本实用新型提供的自主移动机器人第一视向结构图；

图2为本实用新型提供的自主移动机器人第二视向结构图；

图3为本实用新型提供的自主移动机器人分解结构图一；

图4为本实用新型提供的自主移动机器人分解结构图二。

图中：10、车架；11、下架体；111、驱动轮；112、万向轮；12、上架体；121、控制箱；21、水平雷达装置；22、三维深度识别装置；23、低矮识别装置；24、防跌落识别装置；30、围壳；31、承载板；33、左围壳；34、右围壳；35；前围壳；36、后围壳。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参阅图1至图4，本实用新型提供了一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构，包括车架10，车架10的周侧设置有围壳30，车架10的顶部设置有用于放置货物的承载板31，车架10分为下架体11和上架体12，下架体11设置有驱动小车运动的驱动机构，围壳30对应下架体11的四周分别设置有用于多维度识别低矮障碍物的低矮识别装置23，围壳30的对应上架体12的前方设置有用于检测行进过程中的障碍物高度和深度的三维深度识别装置22，上架体12的对角设置有用于在水平方向上360度扫描的水平雷达装置21。

其中，围壳30中部向内凹陷形成上下两部，围壳30包括左围壳33、右围壳34、前围壳35和后围壳36，形成对车架10的包裹保护。驱动机构包括设置在下架体11的驱动轮111和万向轮112。上架体12中安装有控制箱121，控制箱121内设置有OPS主机，OPS主机分别与水平雷达装置21、三维深度识别装置22、低矮识别装置23和防跌落识别装置24连接。

水平雷达装置21安装在移动机器人的前后对角位置，可360度扫描雷达所在平面的物体，在仓储物流自动搬运的场景中，对绝大多数靠近移动机器人的常规物体都能识别。三维深度识别装置22面对向前行进过程中的障碍物，可判断障碍物的高度、距离(深度)，从而为移动机器人的下一步运转提供根据(如进行刹车、转向、报警等操作)。低矮识别装置23包括前后左右各8组，分布于移动机器人前后左右四个面偏下侧，主要用于识别低矮障碍物、从各个角度对障碍物进行扫描，以及和深度识别装置配合互补，从不同角度和维度进行扫描，从而能更准确地扫描和识别一般情况下很难发现的小体积的物体。

三维深度识别装置22和低矮识别装置23组合，能从各个角度对同一物体进行扫描，从而识别大多数扫描设备不易识别的小体积物体、狭窄型物体、透明物体等。水平雷达装置21一般使用穿透力较强的探测波束比如激光雷达，低矮识别装置23使用角度较为发散的波束比如超声波雷达，在较为复杂的工厂及仓储物流搬运场景下，低矮识别装置23能弥补水平雷达装置21检测角度范围及立体检测能力不足的缺陷，对相对于移动机器人低矮、侧面、转弯时候等场景时遇到的障碍物做准确的检测；而水平雷达装置21则能弥补低矮识别装置23比如超声波穿透力不够，对于小体积物体检测不灵敏的缺陷。三维深度识别装置22则可识别立体障碍物，若配合低矮识别装置23，将低矮识别装置23的波束角调整朝上，则可对悬空障碍物至少两个角度的识别，对于悬空透明且小体积这种极难检测的物体也能更有效的识别，从而对移动机器人搬运较高货物时提供有力保障。几者有机组合和合理搭配及灵活调整，可实现自主移动设备特别是自主移动机器人全方位的避障及安全防护，大大提升自动化移动设备在仓储物流等典型场景的使用可靠性。

进一步地，还包括斜向下扫描识别落差阶梯面的防跌落识别装置24，防跌落识别装置24位于低矮识别装置23上方，防跌落识别装置24安装于上架体12对应的围壳30。

防跌落识别装置24斜向下扫描，在移动机器人正常的时候，防跌落识别装置24斜向下扫描到地面为一个相对固定的距离值，当移动机器人移动到一个台阶的边缘附近的时候，移动机器人四面的8个防跌落识别装置24，必有1至2个会扫描到有落差的阶梯面，从而将异常的距离值反馈给移动机器人的相关控制系统，对移动机器人的运行进行相应的控制，如进行刹车、急停、报警等操作，从而避免了移动机器人的跌落、磕碰等损坏。

在具体实施方式中，水平雷达装置21为激光雷达或毫米波雷达；三维深度识别装置22为视觉相机、TOF测距传感器或结构光测量仪；低矮识别装置23为超声波传感器或TOF测距传感器，还可以是接近开关；防跌落识别装置24为单点雷达或距离传感器。

综上所述，本实用新型提供的一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构，通过低矮识别装置用于多维度识别低矮障碍物，三维深度识别装置用于检测行进过程中的障碍物高度和深度，通过水平雷达装置用于在水平方向上360度扫描，彼此之间优势互补，通过合理地组合及调整，可应对极为复杂的场景，每个子模块的选择也具有一定的灵活性，特别适合于自动化仓储物流场景中的自主搬运设备使用。

在自动化物流场景中，障碍物检测，尤其是小体积障碍物、低矮障碍物、和悬空障碍物时，可达到对障碍物全面的检测。另外，通过斜向下扫描识别落差阶梯面的防跌落识别装置，在遇到阶梯状及有立体高度落差的场景，具有防止自动化设备跌落及立体式安全防护的作用，从而全方位立体式做到安全防护。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构，包括车架(10)，所述车架(10)的周侧设置有围壳(30)，所述车架(10)的顶部设置有用于放置货物的承载板(31)，其特征在于，所述车架(10)分为下架体(11)和上架体(12)，所述下架体(11)设置有驱动小车运动的驱动机构，所述围壳(30)对应下架体(11)的四周分别设置有用于多维度识别低矮障碍物的低矮识别装置(23)，所述围壳(30)的对应上架体(12)的前方设置有用于检测行进过程中的障碍物高度和深度的三维深度识别装置(22)，所述上架体(12)的对角设置有用于在水平方向上360度扫描的水平雷达装置(21)。

2.根据权利要求1所述的一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构，其特征在于，还包括斜向下扫描识别落差阶梯面的防跌落识别装置(24)，所述防跌落识别装置(24)位于低矮识别装置(23)上方，所述防跌落识别装置(24)安装于上架体(12)对应的围壳(30)。

3.根据权利要求2所述的一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构，其特征在于，所述驱动机构包括设置在下架体(11)的驱动轮(111)和万向轮(112)。

4.根据权利要求3所述的一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构，其特征在于，所述上架体(12)中安装有控制箱(121)，所述控制箱(121)内设置有OPS主机，所述OPS主机分别与水平雷达装置(21)、三维深度识别装置(22)、低矮识别装置(23)和防跌落识别装置(24)连接。

5.根据权利要求4所述的一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构，其特征在于，所述水平雷达装置(21)为激光雷达或毫米波雷达。

6.根据权利要求4所述的一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构，其特征在于，所述三维深度识别装置(22)为视觉相机、TOF测距传感器或结构光测量仪。

7.根据权利要求4所述的一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构，其特征在于，所述低矮识别装置(23)为超声波传感器或TOF测距传感器。

8.根据权利要求4所述的一种全方位避障及立体式安全防护的自主移动机器人结构，其特征在于，所述防跌落识别装置(24)为单点雷达或距离传感器。

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