CN219445105U - 一种复合机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种复合机器人，涉及机器人领域。该复合机器人包括移动机器本体、机械手和定位导航模块，定位导航模块包括三维激光雷达和辅助传感器组件；移动机器本体内设有控制主板，机械手、辅助传感器组件和三维激光雷达分别设置于移动机器本体上，并分别与控制主板电连接；辅助传感器组件用于采集移动机器本体的本体数据，三维激光雷达用于采集复合机器人所处环境的三维点云数据；控制主板用于根据本体数据和三维点云数据实现定位导航，并发送控制指令至机械手。本申请不仅可以使复合机器人的应用场景更加丰富，还可以提高感知障碍物的精度。

Description

一种复合机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，具体而言，涉及一种复合机器人。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对复合机器人的需求量越来越大，目前复合机器人通常采用的定位方案是视觉定位或者2D激光雷达定位，其定位精度差，影响复合机器人的功能的执行效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种复合机器人。

本实用新型提供一种技术方案：

第一方面，本实用新型提供一种复合机器人，包括：移动机器本体、机械手和定位导航模块，所述定位导航模块包括三维激光雷达和辅助传感器组件；

所述移动机器本体内设有控制主板，所述机械手、所述辅助传感器组件和所述三维激光雷达分别设置于所述移动机器本体上，并分别与所述控制主板电连接；

所述辅助传感器组件用于采集所述移动机器本体的本体数据，所述三维激光雷达用于采集所述复合机器人所处环境的三维点云数据；所述控制主板用于根据所述本体数据和所述三维点云数据实现定位导航，并发送控制指令至所述机械手，所述机械手用于根据所述控制指令与外界进行交互。

在可选的实施方式中，所述辅助传感器组件包括里程计和惯性测量单元，所述里程计单元、所述惯性测量单元分别设置于所述移动机器本体上，并分别与所述控制主板电连接。

在可选的实施方式中，所述辅助传感器组件还包括组合惯导装置，所述组合惯导装置用于采集所述复合机器人的定位数据，并将所述定位数据发送至所述控制主板。

在可选的实施方式中，所述移动机器本体上还设置有视觉相机，所述视觉相机与所述控制主板电连接，所述视觉相机用于采集所述移动机器本体周围的环境图像，并将所述环境图像发送至所述控制主板。

在可选的实施方式中，所述复合机器人还包括避障雷达，所述移动机器本体上开设有容纳槽，所述避障雷达设置于所述容纳槽内。

在可选的实施方式中，沿所述移动机器本体的周向设置有防撞条。

在可选的实施方式中，所述复合机器人为清洁机器人，所述清洁机器人还包括底部清洁装置，所述底部清洁装置与所述控制主板电连接，所述底部清洁装置用于根据所述控制主板的清洁命令进行清洁作业。

在可选的实施方式中，所述底部清洁装置包括滚刷组件，所述移动机器本体上开设有吸尘孔，所述滚刷组件设置于所述吸尘孔处，所述滚刷组件与所述控制主板电连接。

在可选的实施方式中，所述底部清洁装置还包括拖布组件，所述拖布组件与所述滚刷组件设置于所述移动机器本体的同一侧。

在可选的实施方式中，所述拖布组件与所述移动机器本体之间连接有升降机构，所述升降机构与所述控制主板电连接。

本实用新型的有益效果是：

该复合机器人包括移动机器本体、机械手和定位导航模块，定位导航模块包括三维激光雷达和辅助传感器组件；移动机器本体内设有控制主板，机械手、辅助传感器组件和三维激光雷达分别设置于移动机器本体上，并分别与控制主板电连接；辅助传感器组件用于采集移动机器本体的本体数据，三维激光雷达用于采集复合机器人所处环境的三维点云数据；控制主板用于根据本体数据和三维点云数据实现定位导航，并发送控制指令至机械手，机械手用于根据控制主板发送的控制指令与外界进行交互。本申请不仅可以使复合机器人的应用场景更加丰富，还可以提高感知障碍物的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的复合机器人的第一结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的复合机器人的第二结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的复合机器人的第三结构示意图。

图标：

110-移动机器本体；121-三维激光雷达；130-机械手；1221-里程计；1222-惯性测量单元；111-控制主板；1223-组合惯导装置；140-视觉相机；150-防撞条；112-容纳槽；113-避障雷达；160-底部清洁装置；161-滚刷组件；162-拖布组件；163-升降机构。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

请参阅图1，本实施例提供了一种复合机器人，该复合机器人包括移动机器本体110、机械手130和定位导航模块、定位导航模块包括三维激光雷达121和辅助传感器组件；移动机器本体110内设有控制主板111，机械手130、辅助传感器组件和三维激光雷达121分别设置于移动机器本体110上，并分别与控制主板111电连接。其中，如图1所示，虚线表示机械手130，但是图中未示出。

在本申请中，辅助传感器组件用于采集移动机器本体的本体数据，并将该本体数据发送至控制主板111，三维激光雷达121用于采集复合机器人所处环境的三维点云数据，从而获得周围环境的轮廓图，并发送至控制主板111，控制主板111将根据三维点云数据和本体数据对自身进行定位，并发送相应的控制指令至机械手130，机械手130将根据控制指令与外界进行交互。

复合机器人包括至少一个三维激光雷达121，三维激光雷达121为多线激光雷达，例如：16线激光雷达、32线激光雷达、64线激光雷达、128线激光雷达等。三维激光雷达121可设置于移动机器本体110的上侧且靠近该移动机器本体110的侧面位置，也可根据实际需求设置于其他位置。

其中，机械手130为多自由度的机械手130，与移动机器本体110之间为可拆卸连接，机械手130上可根据相应的需求对相应的配置部件进行设置，例如，当机械手130为清洁机械手130时，清洁机械手130上可以配置吸尘口、拖布、毛刷等清洁部件，当机械手130为搬运机械手130时，搬运机械手130上可以配相应的托盘，以用于放置待搬运的物品。

本申请中通过机械手130、辅助传感器组件和三维激光雷达121相结合，不仅可以提高复合机器人的感知精度，还可以提高复合机器人定位导航的精确度和机械手130的精准度，从而可以使该复合机器人应用于更多的场景。

在一种实施方式中，如图2所示，辅助传感器组件包括里程计1221和惯性测量单元1222(IMU，Inertial Measurement Unit)，里程计1221和惯性测量单元1222分别设置于移动机器本体110上，并且分别与控制主板111电连接。

需要说明的是，控制主板111上集成有数据采集及处理单元，本体数据包括但不限于里程数据和惯性数据，本申请中将通过里程计1221采集复合机器人的里程数据，里程数据包括移动距离和方向角等；通过惯性测量单元1222采集复合机器人的惯性数据，惯性数据包括角速率和加速度等，将里程数据和惯性数据发送至控制主板111，其中，惯性测量单可以设置于移动机器本体110的重心位置。

在本申请中，控制主板111通过数据采集及处理单元接收上述里程数据、惯性数据和三维点云数据，并采用3D激光slam融合定位算法对里程数据、惯性数据和三维点云数据进行融合，从而构建相应的场景地图并即时对移动机器本体110匹配定位，以确定移动机器本体110的位置和航向，使得控制主板111控制移动机器本体110进行定位导航。

其中，SLAM(simultaneous localization and mapping)即同步定位与建图，指在未知的环境中，机器人通过自身所携带的内部传感器和外部传感器来对自身进行定位，并在定位的基础上利用外部传感器获取的环境信息增量式地构建环境地图。

本申请中的三维slam技术无需在环境中部署辅助设施，仅需要以三维激光雷达121为主传感器，通过对IMU、里程计1221等各类传感器进行数据融合处理，通过高性能处理器，即控制主板111实现对复合机器人周围环境的建图、自主定位及导航控制。当在仓库或室外等工作场景时，只需要根据采集得到的导航数据就可以增量式构建和配置周围环境地图，从而可以在室内各种复杂场景下实现移动机器本体110高精度的定位导航，此外，该复合机器人还可以适用于室外场景。

在本申请中，控制主板111还集成有WMS(Warehouse Management System，仓库管理系统)系统及WCS(Warehouse Control System，仓库控制系统)系统，将通过控制主板111的WMS及WCS系统下发任务，通过预先设置的相应调度算法确定复合机器人的当前路径点与下一路径点之间的最优运动路线，即确定相应的移动路径。其中，根据融合确定的复合机器人周围环境的场景地图和当前位姿，将确定该复合机器人的当前路径点和下一路径点。通过确定复合机器人确定的两个路径点间最优运动路线，可以使该复合机器人运行更高效。

在一种实施方式中，如图2所示，辅助传感器组件还包括组合惯导装置1223，组合惯导装置1223用于采集移动机器本体110的定位数据，并将定位数据发送至控制主板111。

可以理解的是，组合惯导装置1223为包括卫星定位系统和惯性定向定位导航系统(INS，Inertial positioning system)的定向定位导航系统，其中，卫星定位系统可以为GPS(Global Positioning System，全球定位系统)、北斗卫星导航系统或GNSS(GlobalNavigation Satellite System，全球导航卫星系统)。GNSS包括GNSS天线和GNSS板卡，GNSS天线设置于移动机器本体110上，GNSS天线与GNSS板卡连接，接收卫星信号并与GNSS网络基站进行差分得到相应的经度、纬度。换言之，通过该组合惯导装置1223将获取定位数据，该定位数据包括但不限于复合机器人的经度、纬度等，将定位数据发送至控制主板111，不仅可以进一步提高复合机器人定位的准确度，还可以使复合机器人更适应于室外场景，从而可以提高用户的满意度。

在一种实施方式中，如图2所示，移动机器本体110上设置有视觉相机140，视觉相机140与控制主板111电连接，该视觉相机140可以一个或多个，且设置于移动机器本体110上侧，以用于采集移动机器本体110周围的环境图像，并将环境图像发送至控制主板111。控制主板111可以根据该环境图像和上述三维点云数据进行融合，以使复合机器人的机械手130的精准度更高，也可以与三维点云数据、惯性数据、里程数据进行融合，以使复合机器人的导航精度更高、稳定性更好。

在一种实施方式中，该复合机器人还包括车轮组件，该车轮组件为复合机器人的运动介质，当控制主板111将要控制移动机器本体110进行定位导航时，将发送相应的移动命令至该车轮组件，以使该复合机器人根据移动命令按照相应的路径移动。

在一种实施方式中，如图1所示，沿移动机器本体110的周向设置有防撞条150，该防撞条150可以在复合机器人的周围突然出障碍物时，避免复合机器人的移动机器本体110与障碍物硬性碰撞，从而提高复合机器人的使用寿命。

可选地，防撞条150的材质可以是泡棉或胶体材料，胶体材料可以是硅胶或橡胶，泡棉和胶体材料质地柔软，可以有效避免移动机器本体110碰撞损伤。

在一种实施方式中，如图1所示，复合机器人还包括避障雷达113，移动机器本体110上开设有容纳槽112，容纳槽112可以沿移动机器本体110的周向设置，容纳槽112内容纳有与控制主板111电连接的避障雷达113。可以理解的是，避障雷达113容纳在容纳槽112中，位置较为隐蔽，这样在复合机器人行驶的过程中，可以降低行驶路径上的障碍物与避障雷达113发生撞击的风险，也即，在移动机器本体110上开设容纳槽112，起到对避障雷达113的保护作用，避免避障雷达113的结构或功能受损，提高了避障雷达113的使用寿命。

进一步地，避障雷达113可以通过卡接、螺纹连接等可拆卸方式连接于容纳槽112的槽壁上，以便于避障雷达113的装配和更换。

通常，将能够实现清扫、吸尘、擦地功能的机器人，皆可统一称为扫地机器人。商用清洁机器人是家用扫地机机器人和传统手推式、驾驶式清洁机器的融合升级，但由于其工作面积远大于家庭场景下的面积且无人工持续操作指引，且应用场景的人员密度大、移动速度较高，对定位的精准度和范围、路线规划、性能的稳定性、避障能力都提出了更高的要求。

目前的清洁机器人普遍用于地面清洁，即清洁机器人通过刷扫将地面垃圾灰尘聚拢，然后通过真空方式将垃圾灰尘等吸入垃圾灰尘存储箱中，从而实现地面清洁的功能，目前清洁机器人的应用场景非常有限且定位精度较差。本申请提出的复合机器人可以为清洁机器人，不仅可以使清洁机器人应用于更多的室外场景，还可以应用于玻璃清扫、马桶清扫等场景。

在一种实施方式中，如图3所示，当复合机器人为清洁机器人时，清洁机器人还包括底部清洁装置160，底部清洁装置160与控制主板111电连接，该底部清洁装置160可设置于移动机器本体110的下侧，也就是设置在移动机器本体110上靠近待清洁平面的一侧。

当复合机器人按照相应的移动路径行驶，且需要对待清洁表面进行清洁时，控制主板111将发送相应的清洁命令，底部清洁装置160将根据该清洁命令进行清洁作业。此外，控制主板111将通过三维激光雷达121、惯性测量单元1222等传感器的实时数据融合实现对清扫区域的感知，通过发送相应的清洁命令控制复合机器人的底部清洁装置160完成清扫工作。

在一种实施方式中，如图3所示，底部清洁装置160包括滚刷组件161，移动机器本体110上开设有吸尘孔，滚刷组件161设置于吸尘孔处，且滚刷组件161与控制主板111电连接。控制主板111发送的清洁指令可包括清扫指令，该滚刷组件161将根据控制主板111发送的清扫指令将待清洁表面的灰尘聚拢或扬起，与此同时，吸尘孔将垃圾、灰尘等杂物通过真空吸附方式吸入移动机器本体110内的垃圾存储仓中，从而实现对待清洁表面的清洁。

在一种实施方式中，如图3所示，底部清洁装置160还包括拖布组件162，拖布组件162与滚刷组件161设置于移动机器本体110的同一侧。控制主板111发送的清洁指令可包括拖地指令，当控制主板111根据接收到的数据感知确定移动路径中相应的区域需要进行拖地操作时，可发送相应的拖地命令至该拖布组件162，拖布组件162将根据拖地命令对待清洁的表面进行拖地操作。

需要说明的是，拖布组件162、滚刷组件161和吸尘孔配合使用，可以对待清洁平面进行有效地清洁，提高了底部清洁装置160对待清洁平面的清洁效率和清洁效果。

在一种实施方式中，如图3所示，拖布组件162与移动机器本体110之间连接有升降机构163，升降机构163与控制主板111电连接，常态下，升降机构163处于抬升状态，也即，拖布与待清洁平面不发生接触。控制主板111发送控制指令还可包括上升指令和下将指令，当该复合机器人行驶至需要拖地的区域时，控制主板111将发送下降指令，以通过升降机构163控制拖布组件162下降，使拖布组件162与待清洁表面接触，这样在复合机器人行驶的过程中，拖布组件162能够与待清洁表面产生相对运动，从而达到拖地效果。当该复合机器人行驶至不需要拖地的区域，且拖布组件162处于下降状态时，控制主板111发送上升指令至该升降机构163。通过该升降机构163可以在不需要拖地时将拖布组件162抬升收回，从而可以避免拖布组件162与待清洁表面持续接触而导致二次污染，还可以提高拖布组件162的使用寿命。

在一种实施方式中，当复合机器人为清洁机器人时，机械手130为清洁机械手130，清洁机械手130设置于移动机器本体110上远离底部清洁装置160的一侧。本实施例中，清洁机械手130上可以配置吸尘口、拖布、毛刷等清洁部件，具体可根据清洁需求进行设置。控制主板111将对视觉相机140采集的环境图像、辅助传感器组件采集本体数据和三维激光雷达121对应的三维点云数据进行融合，通过多传感器融合实现对清洁机械手130对应清扫区域的感知，并根据融合后的数据发送相应的清洁指令至该清洁机械手130，清洁机械手130将根据清洁指令模拟人的手臂以进行相应的清洁操作。

本申请中通过清洁机械手130可以进一步丰富复合机器人清扫功能，可以对镜子、洗手台、马桶、玻璃以及路边灌木丛中垃圾等进行清理，从而可以使该复合机器人的应用场景更加丰富。

应当理解的是，在本申请中，该复合机器人不仅限于进行清洁作业，也可以应用于工厂上下料、货物搬运等环境，不仅可以提高复合机器人的感知障碍物的精度，使复合机器人的应用场景更加丰富，还可以提高复合机器人的导航精度和稳定性，从而可以提高用户的满意度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合机器人，其特征在于，包括：移动机器本体、机械手和定位导航模块，所述定位导航模块包括三维激光雷达和辅助传感器组件；

所述移动机器本体内设有控制主板，所述机械手、所述辅助传感器组件和所述三维激光雷达分别设置于所述移动机器本体上，并分别与所述控制主板电连接；

所述辅助传感器组件用于采集所述移动机器本体的本体数据，所述三维激光雷达用于采集所述复合机器人所处环境的三维点云数据；所述控制主板用于根据所述本体数据和所述三维点云数据实现定位导航，并发送控制指令至所述机械手，所述机械手用于根据所述控制指令与外界进行交互。

2.根据权利要求1所述的复合机器人，其特征在于，所述辅助传感器组件包括里程计和惯性测量单元，所述里程计单元、所述惯性测量单元分别设置于所述移动机器本体上，并分别与所述控制主板电连接。

3.根据权利要求2所述的复合机器人，其特征在于，所述辅助传感器组件还包括组合惯导装置，所述组合惯导装置用于采集所述复合机器人的定位数据，并将所述定位数据发送至所述控制主板。

4.根据权利要求2所述的复合机器人，其特征在于，所述移动机器本体上还设置有视觉相机，所述视觉相机与所述控制主板电连接，所述视觉相机用于采集所述移动机器本体周围的环境图像，并将所述环境图像发送至所述控制主板。

5.根据权利要求1所述的复合机器人，其特征在于，所述复合机器人还包括避障雷达，所述移动机器本体上开设有容纳槽，所述避障雷达设置于所述容纳槽内。

6.根据权利要求1所述的复合机器人，其特征在于，沿所述移动机器本体的周向设置有防撞条。

7.根据权利要求1所述的复合机器人，其特征在于，所述复合机器人为清洁机器人，所述清洁机器人还包括底部清洁装置，所述底部清洁装置与所述控制主板电连接，所述底部清洁装置用于根据所述控制主板的清洁命令进行清洁作业。

8.根据权利要求7所述的复合机器人，其特征在于，所述底部清洁装置包括滚刷组件，所述移动机器本体上开设有吸尘孔，所述滚刷组件设置于所述吸尘孔处，所述滚刷组件与所述控制主板电连接。

9.根据权利要求8所述的复合机器人，其特征在于，所述底部清洁装置还包括拖布组件，所述拖布组件与所述滚刷组件设置于所述移动机器本体的同一侧。

10.根据权利要求9所述的复合机器人，其特征在于，所述拖布组件与所述移动机器本体之间连接有升降机构，所述升降机构与所述控制主板电连接。