一种基于球形轮的自主导航机器人制造技术

本发明专利技术提供一种基于球形轮的自主导航机器人，基于球形轮的自主导航机器人包括距离探测器、主控制器、可充电锂电池、微型计算机、控制平台、驱动电机、全向轮、球形轮胎、轮胎支架、缓冲机构、牛眼轮。球形轮胎、机器人支架、轮胎驱动机构、主控制器和距离探测器，机器人支架包括轮胎支架和控制平台，轮胎支架套装在球形轮胎外侧，控制平台设置在轮胎支架上方，轮胎驱动机构包括至少三组驱动轮和驱动电机，驱动轮分别与对应的驱动电机连接，驱动电机与主控制器连接，距离探测器与主控制器连接，主控制器和距离探测器设置在控制平台上，至少三组驱动轮设置在球形轮胎表面与球形轮胎表面转动连接。

Autonomous Navigation Robot Based on spherical wheel

The invention provides a spherical wheel robot based on autonomous navigation, autonomous navigation of robot spherical wheel comprises a distance detector, a main controller, rechargeable lithium battery, a microcomputer, control platform, driving motor, omni-directional wheel, tire, tire bracket, spherical buffer mechanism, based on the bull wheel. Spherical robot, tire bracket, tire driving mechanism, a main controller and a distance detector, a robot bracket comprises a tire support and control platform, the tire bracket is sheathed on the spherical control platform is arranged on the outside of the tyre, tire tire above the bracket, the driving mechanism comprises at least three sets of driving wheels and a driving motor, driving wheel and driving motor connected respectively corresponding. The driving motor is connected with the main controller, the distance detector is connected with the main controller, the main controller and the distance detector is arranged on the control platform, at least three sets of driving wheel is arranged on the spherical surface and the spherical surface of the tire tire rotating connection.

【技术实现步骤摘要】
一种基于球形轮的自主导航机器人
本专利技术涉及机器人制造
，特别是指一种基于球形轮的自主导航机器人。
技术介绍
近年来，随着21世纪电子技术及自动控制技术的发展，机器人技术进展迅猛，已经成为现代社会、工业、农业、国防、医疗等领域内关键技术之一。但传统机器人的移动方式主要基于轮式差速，轮式机器人虽然应用广泛，但也有十分严重的缺点。例如：机器人身躯庞大，运动区域有很大限制，在自主导航情况下的转弯及避障的算法十分复杂且运行效率非常低下。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于球形轮的自主导航机器人，能够适应狭小空间环境，移动更为灵活。为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供一种基于球形轮的自主导航机器人，所述基于球形轮的自主导航机器人包括球形轮胎、机器人支架、轮胎驱动机构、主控制器和距离探测器，所述机器人支架包括轮胎支架和控制平台，所述轮胎支架套装在所述球形轮胎外侧，所述控制平台设置在所述轮胎支架上方，所述轮胎驱动机构包括至少三组驱动轮和驱动电机，所述驱动轮分别与对应的驱动电机连接，所述驱动电机与所述主控制器连接，所述距离探测器与所述主控制器连接，所述主控制器和距离探测器设置在所述控制平台上，所述至少三组驱动轮设置在所述球形轮胎表面与所述球形轮胎表面转动连接；所述距离探测器，用于采用激光三角测距技术进行距离检测、2D扫描、模型构建和障碍物检测；所述主控制器，用于采用PID闭环调速算法控制驱动电机调节驱动轮转动控制球形轮胎转动，控制驱动控制器进行移动控制，获取距离探测器的检测信息，采用二维激光雷达的SLAM算法进行实时地图构建与定位。优选的，所述主控制器为单片机，所述单片机设置有6个可以输出PWM的定时器，用于带动各驱动轮以不同方向转动其中2个定时器输各出7路PWM，另外4个定时器各输出4路PWM，所述单片机具有输入捕获的功能，用于捕捉驱动电机的信号实现PID调速。优选的，所述单片机设置有5个通用同步异步收发器，用于同时与远端遥控器、激光雷达通信和远端计算机进行。优选的，所述单片机为单片机STM32F103。优选的，所述距离探测器每次测距过程中，激光雷达将发射经过调制的红外激光信号，该激光信号在照射到目标物体后产生的反光将被视觉采集系统接收，经过距离探测器内部的DSP处理器实时解算，被照射到的目标物体与激光雷达的距离值以及当前的夹角信息将从通讯接口中输出。优选的，所述距离探测器为激光雷达扫描测距仪。优选的，所述驱动电机为带编码器的减速电机。优选的，所述机器人支架底部设置有牛眼轮安装环，所述牛眼轮安装环底部均匀的设置有牛眼轮和缓冲机构，所述牛眼轮通过所述缓冲机构与所述牛眼轮安装环底部连接。优选的，所述机器人支架有为铝型材机器人支架或碳纤维机器人支架。优选的，所述控制平台上还设置有微型计算机，所述微型计算机与所述主控制器连接，所述微型计算机采用基于LINUX的ROS操作系统。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：上述方案中，设置球形轮胎、机器人支架、轮胎驱动机构、主控制器和距离探测器，能够保证基于球形轮的平稳移动，并对周围环境进行距离探测，提高了机器人的移动灵活性，采用PID闭环调速算法，能够更加精确控制机器人的移动方向与移动速度，在进入不同路面，如上坡下坡等情况都能很好的排除干扰因素，使速度快速达到理想稳定的状态。采用二维激光雷达的SLAM算法可在无GPS信号的情况下在密闭空间内进行实时地图构建，自主定位与导航。附图说明图1为本专利技术的基于球形轮的自主导航机器人结构示意图；图2为本专利技术的基于球形轮的自主导航机器人顶部结构示意图。[主要元件符号说明]球形轮胎1；机器人支架2；轮胎驱动机构3；主控制器4；距离探测器5；轮胎支架6；控制平台7；驱动轮8；驱动电机9；驱动电机10；牛眼轮安装环11；牛眼轮12；缓冲机构13；微型计算机14；充电电池15。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。如图1和2所示，本专利技术实施例的一种基于球形轮的自主导航机器人，所述基于球形轮的自主导航机器人包括球形轮胎1、机器人支架2、轮胎驱动机构3、主控制器4和距离探测器5，所述机器人支架2包括轮胎支架6和控制平台7，所述轮胎支架6套装在所述球形轮胎1外侧，所述控制平台7设置在所述轮胎支架6上方，所述轮胎驱动机构3包括至少三组驱动轮8和驱动电机9，所述驱动轮8分别与对应的驱动电机10连接，所述驱动电机10与所述主控制器4连接，所述距离探测器5与所述主控制器4连接，所述主控制器4和距离探测器5设置在所述控制平台7上，所述至少三组驱动轮8设置在所述球形轮胎1表面与所述球形轮胎1表面转动连接；所述距离探测器5，用于采用激光三角测距技术进行距离检测、2D扫描、模型构建和障碍物检测；所述主控制器4，用于采用PID闭环调速算法控制驱动电机调节驱动轮转动控制球形轮胎转动，控制驱动控制器进行移动控制，获取距离探测器的检测信息，采用二维激光雷达的SLAM算法进行实时地图构建与定位。其中，球形轮胎驱动轮作为本机器人机械部分的核心，其作用为驱动球形轮胎，它们是确保机器人能够流畅运行的保障。全向轮的尺寸要根据球形轮胎的大小而确定，装配时全向轮和球形轮胎的角度要调节好，确保处于最佳角度。本专利技术实施例的基于球形轮的自主导航机器人，设置球形轮胎、机器人支架、轮胎驱动机构、主控制器和距离探测器，能够保证基于球形轮的平稳移动，并对周围环境进行距离探测，提高了机器人的移动灵活性，采用PID闭环调速算法，能够更加精确控制机器人的移动方向与移动速度，在进入不同路面，如上坡下坡等情况都能很好的排除干扰因素，使速度快速达到理想稳定的状态。采用二维激光雷达的SLAM算法可在无GPS信号的情况下在密闭空间内进行实时地图构建，自主定位与导航。实现方式采用功耗低，效率高，成本低的激光雷达。优选的，所述主控制器4为单片机，所述单片机设置有6个可以输出PWM的定时器，用于带动各驱动轮以不同方向转动其中2个定时器输各出7路PWM，另外4个定时器各输出4路PWM，所述单片机具有输入捕获的功能，用于捕捉驱动电机的信号实现PID调速。其中，为降低程序编写难度，机器人各个部件之间采用CAN总线技术进行通信。本实施例中，由于采用了闭环调速，整个下位机程序在同一块单片机中需要使用到多个定时器，会使多个程序中断服务进行嵌套，出现错误时非常难排查。所以本项目采用多台单片机组成下位机，之间通过CAN总线进行通信。这样每台单片机只需完成特定任务，每台单片机程序的漏洞也极易排查，而且这样设计使各个程序员编写的程序之间不会发生任何冲突。优选的，所述单片机设置有5个通用同步异步收发器，用于同时与远端遥控器、激光雷达通信和远端计算机进行。优选的，所述单片机为单片机STM32F103。优选的，所述距离探测器5每次测距过程中，激光雷达将发射经过调制的红外激光信号，该激光信号在照射到目标物体后产生的反光将被视觉采集系统接收，经过距离探测器内部的DSP处理器实时解算，被照射到的目标物体与激光雷达的距离值以及当前的夹角信息将从通讯接口中输出。优选的，所述距离探测器5为激光雷达扫描测距仪。优选的，所述驱动电机10为带编码器的减速电机。其中，该球形机器人采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于球形轮的自主导航机器人，其特征在于，所述基于球形轮的自主导航机器人包括球形轮胎、机器人支架、轮胎驱动机构、主控制器和距离探测器，所述机器人支架包括轮胎支架和控制平台，所述轮胎支架套装在所述球形轮胎外侧，所述控制平台设置在所述轮胎支架上方，所述轮胎驱动机构包括至少三组驱动轮和驱动电机，所述驱动轮分别与对应的驱动电机连接，所述驱动电机与所述主控制器连接，所述距离探测器与所述主控制器连接，所述主控制器和距离探测器设置在所述控制平台上，所述至少三组驱动轮设置在所述球形轮胎表面与所述球形轮胎表面转动连接；所述距离探测器，用于采用激光三角测距技术进行距离检测、2D扫描、模型构建和障碍物检测；所述主控制器，用于采用PID闭环调速算法控制驱动电机调节驱动轮转动控制球形轮胎转动，控制驱动控制器进行移动控制，获取距离探测器的检测信息，采用二维激光雷达的SLAM算法进行实时地图构建与定位。

【技术特征摘要】
1.一种基于球形轮的自主导航机器人，其特征在于，所述基于球形轮的自主导航机器人包括球形轮胎、机器人支架、轮胎驱动机构、主控制器和距离探测器，所述机器人支架包括轮胎支架和控制平台，所述轮胎支架套装在所述球形轮胎外侧，所述控制平台设置在所述轮胎支架上方，所述轮胎驱动机构包括至少三组驱动轮和驱动电机，所述驱动轮分别与对应的驱动电机连接，所述驱动电机与所述主控制器连接，所述距离探测器与所述主控制器连接，所述主控制器和距离探测器设置在所述控制平台上，所述至少三组驱动轮设置在所述球形轮胎表面与所述球形轮胎表面转动连接；所述距离探测器，用于采用激光三角测距技术进行距离检测、2D扫描、模型构建和障碍物检测；所述主控制器，用于采用PID闭环调速算法控制驱动电机调节驱动轮转动控制球形轮胎转动，控制驱动控制器进行移动控制，获取距离探测器的检测信息，采用二维激光雷达的SLAM算法进行实时地图构建与定位。2.根据权利要求1所述的基于球形轮的自主导航机器人，其特征在于，所述主控制器为单片机，所述单片机设置有6个可以输出PWM的定时器，用于带动各驱动轮以不同方向转动其中2个定时器输各出7路PWM，另外4个定时器各输出4路PWM，所述单片机具有输入捕获的功能，用于捕捉驱动电机的信号实现PID调速。3.根据权利要求2所述的基于球形轮的自主导航机器人，其特征在于，所述单片机设置有5个通用同步异...

【专利技术属性】
技术研发人员：田源，赵健壮，曹朝阳，李磊，李代栋，李俊奥，汪紫鹃，李子飚，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41