一种用于环境感知的模块化全方位移动机器人制造技术

本发明专利技术提供一种用于环境感知的模块化全方位移动机器人，包括机器人本体、Mecanum轮式运动模块、传感模块、可交互模块和控制器。所述Mecanum轮式运动模块支撑机器人本体。所述传感模块包含位姿估算子模块、立体环境感知子模块、电源管理模块。所述控制器用于接收所述传感模块信号，经数据处理后向Mecanum轮式运动模块发送运动控制指令实现所述机器人本体的运动。所述可交互模块包含无线路由器和手机终端，用于实现手机终端对于所述机器人本体的运动控制和状态监控。本发明专利技术解决了安装麦克纳姆轮的移动机器人在越障时存在的单侧车轮悬空问题，避免进而引起的车轮加速磨损问题。

A modular omnidirectional mobile robot for environmental perception

The invention provides a modularized omnidirectional mobile robot for environment perception, comprising a robot body, a Mecanum wheeled movement module, a sensing module, an interactive module and a controller. The Mecanum wheeled motion module supports the robot body. The sensing module comprises a position and orientation estimation sub module, a stereo environment perception sub module and a power management module. The controller is used for receiving the signal of the sensing module, and then transmits motion control instructions to the Mecanum wheeled movement module after data processing to realize the motion of the robot body. The interactive module comprises a wireless router and a mobile phone terminal, which is used for realizing the motion control and the state monitoring of the mobile robot terminal for the robot body. The invention solves the unilateral wheel mobile robot Mecanum wheel exists in the vacant obstacle problem, avoid causing the wheel to accelerate the wear problem.

【技术实现步骤摘要】
一种用于环境感知的模块化全方位移动机器人
本专利技术属于机器人
，特别涉及一种用于环境感知的模块化全方位移动机器人。
技术介绍
工作在空间狭窄拥挤和障碍较多环境中的移动机器人，要求有较好的灵活性，目前多数移动机器人采用两轮差速的方式来实现零转弯半径来保证机器人的灵活性。但是，这种方式也只能实现旋转和前后移动两个自由度，无法实现真正意义上的三自由度全方位移动。基于麦克纳姆轮的移动机器人平台可以实现全方位移动的功能，但是由于麦克纳姆轮采用硬质橡胶材料，不容易发生形变，采用多个麦克纳姆轮底盘结构时，如果遇到不平路况会出现单个车轮悬空现象，这样会导致机器人的运动跑偏，并且会引起单侧轮受压严重，加速磨损，进而影响到车轮的寿命。伴随着技术的发展和进步，移动机器人会逐渐走进大众家庭，因此要求机器人对环境有足够的理解能力，现有的单一传感器对环境理解获取数据量少、精度较差，并且要求便捷高效的可交互性能，正常情况下通常采用电脑终端对机器人进行管理和操控，这种方法操作较为繁琐，操作的灵活性和便捷性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种用于环境感知的模块化全方位移动机器人，采用模块化的设计思想，解决了安装麦克纳姆轮的移动机器人在越障时存在的单侧车轮悬空问题，避免进而引起的车轮加速磨损问题，同时也解决了目前通过电脑和机器人交互所存在的操作繁琐、便捷性差的问题。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种用于环境感知的模块化全方位移动机器人，包括机器人本体、Mecanum轮式运动模块、传感模块、可交互模块和控制器5；所述Mecanum轮式运动模块支撑机器人本体，所述控制器5分别与传感模块、可交互模块和Mecanum轮式运动模块相连接；所述控制器5用于接收所述传感模块信号，经过数据处理以后对所述Mecanum轮式运动模块发送运动控制指令实现所述机器人本体的运动；所述可交互模块用于向控制器5发送控制指令，所述控制器5向可交互模块反馈所述机器人本体当前的状态。进一步地，所述机器人本体包括车身总成、车架1、两个独立悬架模块2、四个轮系模块3，所述四个轮系模块3包括两个前轮系模块和两个后轮系模块，其中两个前轮系模块直接固定到车架1上，两个后轮系模块通过独立悬架模块2固定到车架1，车身总成固连到车架1上。进一步地，所述独立悬架模块2包括连接支架2-3、角板2-4、升降螺板2-2、升降调节杆2-1、导向杆2-7、自润滑轴承2-8、弹簧轴2-10、减震弹簧2-9、导向套筒2-6和限位组件2-5；其中连接支架2-3用于连接所述车架1和所述独立悬架模块2，并且所述连接支架2-3用于固定升降螺板2-2，同时所述连接支架2-3通过U形槽连接角板2-4；所述升降调节杆2-1连接升降螺板2-2和角板2-4；所述弹簧轴2-10上部连接限位组件2-5和锁紧螺母，底部平面用于连接独立悬架模块2和轮系模块3；所述导向套筒2-6固定在角板2-4上；所述减震弹簧2-9放置在角板2-4和弹簧轴2-10之间；所述导向杆2-7固连到弹簧轴2-10底部的平面上；所述自润滑轴承2-8固连到角板2-4上。进一步地，所述Mecanum轮式运动模块包括USB-CAN单元13和4套伺服驱动模块，所述Mecanum轮式运动模块总体采用CAN总线串接模式，4套伺服驱动模块挂载到CAN总线上，USB-CAN单元13连接CAN总线和控制器5，控制器5发送执行指令到CAN总线，伺服驱动模块执行总线控制指令做出响应；所述伺服驱动模块向控制器5发送状态数据，控制器5对所述状态数据进行处理。进一步地，所述伺服驱动模块包括伺服驱动器、电机、码盘、减速器和Mecanum轮，所述Mecanum轮、减速器、电机和码盘依次串联连接，伺服驱动器集成到机械结构上，构成机电一体化模块，伺服驱动器接收CAN总线上发布的速度控制指令，通过控制电机实现指定的速度控制，并且结合码盘数据构成稳定的速度闭环控制。进一步地，所述传感模块包括电源管理模块4、立体环境感知子模块和位姿估算子模块；所述电源管理模块4用于监控所述机器人本体的电池工作状况，将电池的信息通过转换器发送到所述控制器5；所述位姿估算子模块由惯性测量单元14和里程计组成，共同完成所述机器人在工作环境中的位姿推算；所述立体环境感知子模块由视觉传感器10、激光传感器9及传感器支撑11共同组成；所述视觉传感器10和激光传感器9安装于传感器支撑11，激光传感器9数据通过以太网发送到控制器5，视觉传感器10数据通过USB发送到控制器5；所述立体环境感知子模块提供统一的对外通信接口和机械安装接口。进一步地，所述位姿估算子模块由惯性测量单元14和里程计组成，共同完成所述机器人在工作环境中的位姿推算，具体为：里程计数据由伺服驱动模块的码盘数据解算得到，由里程计数据推算得到所述机器人本体纵向和横向的直线位移，利用惯性测量单元14的旋转角位移作为所述机器人本体转动方向角位移，将惯性测量单元14和里程计数据融合得到所述机器人本体的位姿数据，里程计数据通过CAN总线发送到控制器5，惯性测量单元14通过USB发送到控制器5。进一步地，所述电池的信息包括电池的电压、放电电流和所剩电量百分比信息，将电池的信息隔1分钟通过RS485-USB转换器发送到所述控制器5，实现对电池的工作状况进行实时监控。进一步地，所述可交互模块包括手机终端和无线路由器6，无线路由器6构建局域网，手机终端和控制器5均连接到局域网；手机终端集成可视化操作界面APP，用于显示当前机器人本体工作状态，并且向控制器5发送控制指令，使得所述机器人本体执行规划任务；控制器5向手机终端反馈所述机器人本体当前的状态，并接收手机终端的控制指令。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1.本专利技术所述机器人具备纵向移动、横向移动和旋转运动三个自由度，可以实现在狭窄环境中的全方位运动，具备良好的环境自适应能力，可以应用到狭窄或者复杂环境的任务执行。2.本专利技术采取模块化的设计思想，其中独立悬架模块、立体环境感知子模块、Mecanum轮式运动模块、伺服驱动模块、位姿估算子模块、电源管理模块都提供简单便捷的对外接口，可互换性程度高，并且方便进行维护。3.本专利技术采取前独立悬架和后非独立悬架的组合悬架形式，一方面可以解决路面不平导致的车轮悬空问题，避免车轮的磨损不均匀现象；另一方面保证所述机器人的轮距和轴距不发生变化，增加其控制精度，避免出现跑偏现象；还可以提高所述机器人的平台垂直定位精度，方便搭载机械臂或传感器保证定位精度。4.本专利技术的独立悬架结构属于高度可调节悬架结构，通过旋转升降调节杆可以调节角板高度，进而调节独立悬架的高度，以此来适应不同的负载条件。5.本专利技术采用轻量化的设计思路，车架采用骨架结构可以有效减轻整机质量，节约空间，增加整机的强度和负载能力，而且骨架结构方便搭载其他设备。6.本专利技术的传感模块采用多传感器融合的设计思路，融合里程计数据和惯性测量单元的数据可以提高机器人的位姿和定位精度，融合激光传感器和视觉传感器可以增强所述机器人对外界环境的感知能力，对于导航或任务执行可以提供充足的数据参数。7.本专利技术的电源管理模块可以实时对电池的工作状况做出判断，可以在电池电量不足20％、电池放电不均匀、电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于环境感知的模块化全方位移动机器人，其特征在于：包括机器人本体、Mecanum轮式运动模块、传感模块、可交互模块和控制器(5)；所述Mecanum轮式运动模块支撑机器人本体，所述控制器(5)分别与传感模块、可交互模块和Mecanum轮式运动模块相连接；所述控制器(5)用于接收所述传感模块信号，经过数据处理以后对所述Mecanum轮式运动模块发送运动控制指令实现所述机器人本体的运动；所述可交互模块用于向控制器(5)发送控制指令，所述控制器(5)向可交互模块反馈所述机器人本体当前的状态。

【技术特征摘要】
1.一种用于环境感知的模块化全方位移动机器人，其特征在于：包括机器人本体、Mecanum轮式运动模块、传感模块、可交互模块和控制器(5)；所述Mecanum轮式运动模块支撑机器人本体，所述控制器(5)分别与传感模块、可交互模块和Mecanum轮式运动模块相连接；所述控制器(5)用于接收所述传感模块信号，经过数据处理以后对所述Mecanum轮式运动模块发送运动控制指令实现所述机器人本体的运动；所述可交互模块用于向控制器(5)发送控制指令，所述控制器(5)向可交互模块反馈所述机器人本体当前的状态。2.根据权利要求书1所述的机器人，其特征在于，所述机器人本体包括车身总成、车架(1)、两个独立悬架模块(2)、四个轮系模块(3)，所述四个轮系模块(3)包括两个前轮系模块和两个后轮系模块，其中两个前轮系模块直接固定到车架(1)上，两个后轮系模块通过独立悬架模块(2)固定到车架(1)，车身总成固连到车架(1)上。3.根据权利要求书2所述的机器人，其特征在于，所述独立悬架模块(2)包括连接支架(2-3)、角板(2-4)、升降螺板(2-2)、升降调节杆(2-1)、导向杆(2-7)、自润滑轴承(2-8)、弹簧轴(2-10)、减震弹簧(2-9)、导向套筒(2-6)和限位组件(2-5)；其中连接支架(2-3)用于连接所述车架(1)和所述独立悬架模块(2)，并且所述连接支架(2-3)用于固定升降螺板(2-2)，同时所述连接支架(2-3)通过U形槽连接角板(2-4)；所述升降调节杆(2-1)连接升降螺板(2-2)和角板(2-4)；所述弹簧轴(2-10)上部连接限位组件(2-5)和锁紧螺母，底部平面用于连接独立悬架模块(2)和轮系模块(3)；所述导向套筒(2-6)固定在角板(2-4)上；所述减震弹簧(2-9)放置在角板(2-4)和弹簧轴(2-10)之间；所述导向杆(2-7)固连到弹簧轴(2-10)底部的平面上；所述自润滑轴承(2-8)固连到角板(2-4)上。4.根据权利要求书1所述的机器人，其特征在于，所述Mecanum轮式运动模块包括USB-CAN单元(13)和4套伺服驱动模块，所述Mecanum轮式运动模块总体采用CAN总线串接模式，4套伺服驱动模块挂载到CAN总线上，USB-CAN单元(13)连接CAN总线和控制器(5)，控制器(5)发送执行指令到CAN总线，伺服驱动模块执行总线控制指令做出响应；所述伺服驱动模块向控制器(5)发送状态数据，控制器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立军，王超，王珂，李瑞峰，王力，王淑英，孙振业，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23