一种牵引导航自主移动机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种牵引导航自主移动机器人，包括机器视觉模块、机器人主体、信息处理与控制模块、机械臂、行走模块、储物机构和语音模块；机器人通过机器视觉模块获取三维环境地图，实现机器人在导航过程中路径规划、避障、坐标标定等功能；机器人可通过改变机械手臂的形态实现物品抓取以及针对特殊人群(老人或盲人)的牵引功能；储物机构的储物盒可以伸出或者复位，能够存放或搬运物品；通过语音模块，机器人可接收命令，并通过信息处理与控制模块控制以上模块实现相应功能；本发明专利技术机器人具有功能全面、使用方便、定位精度高、避障能力强等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种牵引导航自主移动机器人
本专利技术属于自动控制机器人领域，具体涉及一种牵引导航自主移动机器人。
技术介绍
进入二十一世纪，各个国家老龄化越来越严重，占人口比重越来越高，多数老人存在双腿无力、行走不便问题，同时老龄化使得年轻子女的生活压力增大。其次，世界卫生组织估计全世界有盲人4000万到4500万，低视力是盲人的3倍，约1.4亿人。对于以上两种人群而言，生活当中有许多不便之处。比如他们单独在家时，一些简单的取放物品的过程，甚至是行走都会变成很困难的问题。因此，室内牵引导航移动式自主机器人能最大程度的帮助他们。随着机器人的不断发展，人们已经愈来愈亲身地感受到机器人深入生产、生活和社会的各个部分。各种传感器在机器人上的应用不仅能够提高机器人工作的准确性，还能够增加其功能多样性。机器人能够识别语音指令，自主完成工作，而且能够与人共同协作完成任务。机械臂在机器人上的应用也愈发成熟。但是目前用于室内牵引导航的移动式机器人还具有功能简单、精度不高、机械手臂调节不便、夹取范围窄、空间利用率低等一系列问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种功能多样，操作简单，适合家用，通过摄像头以及传感器实现导航与避障功能，通过改变机械臂形态实现抓取以及牵引功能，通过行走模块实现全方位移动，通过储物机构可存放或搬运物品的室内牵引导航移动式自主机器人。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种牵引导航自主移动机器人，包括机器视觉模块、机器人主体、信息处理与控制模块、机械臂、行走模块、储物机构和语音模块；所述机器人主体包括从上至下依次连接的机器人头部、机器人身体和机器人底座，两只机械臂分别安装于机器人身体两侧，储物机构与信息处理与控制模块安装于机器人身体内部；机器视觉模块和语音模块安装于机器人头部；行走模块安装于机器人底座底部；所述机器人身体顶部固定有机器人头部基座，机器人头部旋转电机一端与机器人头部基座固定，另一端通过联轴器与机器人头部连接；所述机器视觉模块包括双目摄像机、光线传感器和照明设备；双目摄像机角度调整电机一端与机器人头部内部固定，另一端通过联轴器与双目摄像机连接；双目摄像机用于拍摄局部三维环境照片，实现机器人行走过程的导航定位与实物抓取过程的物体识别、定位功能；光线传感器安装在双目摄像机周围，用于检测周围环境光线亮度，能够识别障碍物信息，以及判定障碍物的物理状态，进而控制照明设备的工作；所述照明设备安装于双目摄像机周围，当周围环境光线低至影响双目摄像机成像时开始工作；所述机器视觉模块可接收信息处理与控制模块输入的目的地信息，进而通过双目摄像机拍摄局部三维环境照片，获取当前的位置并自动规划路线，导航过程中能够自动规避障碍物并重新制定路线；此外，机器视觉模块可接收信息处理与控制模块的实物抓取信息，进而拍摄局部三维环境图像，识别被抓取物品，控制机械臂抓取物品；所述语音模块包括扬声器和麦克风；所述扬声器和麦克风安装在机器人头部内部；麦克风用于接收目的地信号、储物盒伸出与复位信号、实物抓取信号等；机器人在接收到信息处理与控制模块的信号后，通过扬声器发出相应语音提醒；所述行走模块包括由超声波传感器和加速度传感器构成的传感器单元，以及由电机固定底板、麦克纳姆轮驱动电机和麦克纳姆轮构成的行走机构；四个麦克纳姆轮与其对应的麦克纳姆轮驱动电机通过各自联轴器连接，麦克纳姆轮驱动电机固定在电机固定底板上，电机固定底板固定在机器人底座上；超声波传感器和加速度传感器均安装在机器人底座内部，配合光线传感器，可以准确实时对周围环境进行感知；所述储物机构包括储物盒、辅助滑轨、直线电机和固定基座；所述储物机构安装在机器人身体内部，辅助滑轨水平固定于机器人身体内部，储物盒置于辅助滑轨上，能够沿辅助滑轨前后滑动；固定基座固定在机器人身体内部凹槽中，直线电机的输出轴一端固定在固定基座上，另外一端固定在机器人身体上，直线电机主体部分与储物盒固定；直线电机在接收信息处理与控制模块发送的存储或者取用物品的信号时工作，能够使储物盒在水平方向伸出或者复位；所述机械臂包括机械臂基座、肩臂旋转伺服电机、旋转肩臂、大臂扩张伺服电机、大臂1段、大臂直线电机、大臂2段、小臂旋转伺服电机、小臂1段、小臂2段旋转伺服电机、小臂2段、牵引扶手、机械爪旋转伺服电机和机械爪；所述机械臂通过机械臂基座与机器人身体连接，肩臂旋转伺服电机一端与机械臂基座固定，另一端通过联轴器与旋转肩臂连接，旋转肩臂尾端安装有大臂扩张伺服电机，大臂扩张伺服电机通过联轴器与大臂1段连接，大臂1段内部镂空，大臂1段通过大臂直线电机与大臂2段连接，大臂2段尾端安装有小臂旋转伺服电机，小臂旋转伺服电机通过联轴器与小臂1段连接，小臂1段尾端有一电机槽，小臂2段旋转伺服电机固定于电机槽内，另一端通过联轴器与小臂2段连接，牵引扶手固定在小臂2段，小臂2段内部有一长凹槽，机械爪与机械爪旋转伺服电机通过联轴器连接安装于长凹槽末端，通过尺寸上的配合，机械爪可旋转隐藏于长凹槽内；所述信息处理与控制模块置于储物盒上方，用来处理双目摄像机采集的三维环境图像，并结合传感器单元感知的实时信息，进行规划路径或者完成障碍规避；所述信息处理与控制模块可接收语音模块指令，控制机器视觉模块、行走模块、机械臂、储物机构和语音模块。进一步地，所述机器人头部旋转电机采用可水平方向360°旋转的伺服电机，实现机器人头部在水平方向的360°旋转，并通过机器视觉模块采集360°全方位图像。进一步地，四个麦克纳姆轮配有独立的麦克纳姆轮驱动电机，可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式，能够更加方便的实现避障，提高了机器人的通过性。进一步地，所述机械爪为二爪式机械手爪，安装于小臂末端，用于夹持物品。进一步地，所述大臂直线电机包括直线圆导轨固定法兰、步进电机、直线圆导轨、辅助支撑杆固定法兰和辅助支撑杆；所述直线圆导轨通过直线圆导轨固定法兰与大臂1段固定，步进电机穿过直线圆导轨，初始状态下置于靠近直线圆导轨固定法兰处，两个辅助支撑杆一端和步进电机固定，另一端通过各自的辅助支撑杆固定法兰与大臂2段连接。一种牵引导航自主移动机器人的导航牵引方法，该方法包括以下步骤：当语音模块接收到目的地信号后，将其传送到信息处理与控制模块，控制机器视觉模块、行走模块工作，通过双目摄像机拍摄局部三维环境照片，获取当前的位置并自动规划路线，导航过程中通过光线传感器、超声波传感器、加速度传感器和双目摄像机实时感知周围环境，可自动规避障碍物并重新制定路线；机器人到达目的地后：语音模块接受夹取物品信息，并将信号传送至信息处理与控制模块，控制双目摄像机拍摄局部三维环境照片，通过信息处理与控制模块识别被抓取目标，将其坐标信息发送到信息处理与控制模块，控制机械臂各旋转电机工作，也可控制大臂直线电机工作，使得大臂伸长，增大夹取物品的范围，机械臂就位后，控制机械爪抓取目标物品；信息处理与控制模块根据物品的外观尺寸的判断，控制储物机构的伸出与否，如果尺寸合适，可控制储物机构底部的直线电机工作，使储物盒与辅助滑轨轻松伸出与复位，将物品暂时存放在储物盒内，也可通过语音模块输入相关指令，进而控制储物盒的伸出与复位，便于存放或者搬运物品；语音模块接受牵引信息后，将信号传送至信息处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种牵引导航自主移动机器人，其特征在于，包括机器视觉模块、机器人主体、信息处理与控制模块、机械臂、行走模块、储物机构和语音模块；所述机器人主体包括从上至下依次连接的机器人头部、机器人身体和机器人底座，两只机械臂分别安装于机器人身体两侧，储物机构与信息处理与控制模块安装于机器人身体内部；机器视觉模块和语音模块安装于机器人头部；行走模块安装于机器人底座底部；所述机器人身体顶部固定有机器人头部基座，机器人头部旋转电机一端与机器人头部基座固定，另一端通过联轴器与机器人头部连接；所述机器视觉模块包括双目摄像机、光线传感器和照明设备；双目摄像机角度调整电机一端与机器人头部内部固定，另一端通过联轴器与双目摄像机连接；双目摄像机用于拍摄局部三维环境照片，实现机器人行走过程的导航定位与实物抓取过程的物体识别、定位功能；光线传感器安装在双目摄像机周围，用于检测周围环境光线亮度，能够识别障碍物信息，以及判定障碍物的物理状态，进而控制照明设备的工作；所述照明设备安装于双目摄像机周围，当周围环境光线低至影响双目摄像机成像时开始工作；所述机器视觉模块可接收信息处理与控制模块输入的目的地信息，进而通过双目摄像机拍摄局部三维环境照片，获取当前的位置并自动规划路线，导航过程中能够自动规避障碍物并重新制定路线；此外，机器视觉模块可接收信息处理与控制模块的实物抓取信息，进而拍摄局部三维环境图像，识别被抓取物品，控制机械臂抓取物品；所述语音模块包括扬声器和麦克风；所述扬声器和麦克风安装在机器人头部内部；麦克风用于接收目的地信号、储物盒伸出与复位信号、实物抓取信号等；机器人在接收到信息处理与控制模块的信号后，通过扬声器发出相应语音提醒；所述行走模块包括由超声波传感器和加速度传感器构成的传感器单元，以及由电机固定底板、麦克纳姆轮驱动电机和麦克纳姆轮构成的行走机构；四个麦克纳姆轮与其对应的麦克纳姆轮驱动电机通过各自联轴器连接，麦克纳姆轮驱动电机固定在电机固定底板上，电机固定底板固定在机器人底座上；超声波传感器和加速度传感器均安装在机器人底座内部，配合光线传感器，可以准确实时对周围环境进行感知；所述储物机构包括储物盒、辅助滑轨、直线电机和固定基座；所述储物机构安装在机器人身体内部，辅助滑轨水平固定于机器人身体内部，储物盒置于辅助滑轨上，能够沿辅助滑轨前后滑动；固定基座固定在机器人身体内部凹槽中，直线电机的输出轴一端固定在固定基座上，另外一端固定在机器人身体上，直线电机主体部分与储物盒固定；直线电机在接收信息处理与控制模块发送的存储或者取用物品的信号时工作，能够使储物盒在水平方向伸出或者复位；所述机械臂包括机械臂基座、肩臂旋转伺服电机、旋转肩臂、大臂扩张伺服电机、大臂1段、大臂直线电机、大臂2段、小臂旋转伺服电机、小臂1段、小臂2段旋转伺服电机、小臂2段、牵引扶手、机械爪旋转伺服电机和机械爪；所述机械臂通过机械臂基座与机器人身体连接，肩臂旋转伺服电机一端与机械臂基座固定，另一端通过联轴器与旋转肩臂连接，旋转肩臂尾端安装有大臂扩张伺服电机，大臂扩张伺服电机通过联轴器与大臂1段连接，大臂1段内部镂空，大臂1段通过大臂直线电机与大臂2段连接，大臂2段尾端安装有小臂旋转伺服电机，小臂旋转伺服电机通过联轴器与小臂1段连接，小臂1段尾端有一电机槽，小臂2段旋转伺服电机固定于电机槽内，另一端通过联轴器与小臂2段连接，牵引扶手固定在小臂2段，小臂2段内部有一长凹槽，机械爪与机械爪旋转伺服电机通过联轴器连接安装于长凹槽末端，通过尺寸上的配合，机械爪可旋转隐藏于长凹槽内；所述信息处理与控制模块置于储物盒上方，用来处理双目摄像机采集的三维环境图像，并结合传感器单元感知的实时信息，进行规划路径或者完成障碍规避；所述信息处理与控制模块可接收语音模块指令，控制机器视觉模块、行走模块、机械臂、储物机构和语音模块。...

【技术特征摘要】
1.一种牵引导航自主移动机器人，其特征在于，包括机器视觉模块、机器人主体、信息处理与控制模块、机械臂、行走模块、储物机构和语音模块；所述机器人主体包括从上至下依次连接的机器人头部、机器人身体和机器人底座，两只机械臂分别安装于机器人身体两侧，储物机构与信息处理与控制模块安装于机器人身体内部；机器视觉模块和语音模块安装于机器人头部；行走模块安装于机器人底座底部；所述机器人身体顶部固定有机器人头部基座，机器人头部旋转电机一端与机器人头部基座固定，另一端通过联轴器与机器人头部连接；所述机器视觉模块包括双目摄像机、光线传感器和照明设备；双目摄像机角度调整电机一端与机器人头部内部固定，另一端通过联轴器与双目摄像机连接；双目摄像机用于拍摄局部三维环境照片，实现机器人行走过程的导航定位与实物抓取过程的物体识别、定位功能；光线传感器安装在双目摄像机周围，用于检测周围环境光线亮度，能够识别障碍物信息，以及判定障碍物的物理状态，进而控制照明设备的工作；所述照明设备安装于双目摄像机周围，当周围环境光线低至影响双目摄像机成像时开始工作；所述机器视觉模块可接收信息处理与控制模块输入的目的地信息，进而通过双目摄像机拍摄局部三维环境照片，获取当前的位置并自动规划路线，导航过程中能够自动规避障碍物并重新制定路线；此外，机器视觉模块可接收信息处理与控制模块的实物抓取信息，进而拍摄局部三维环境图像，识别被抓取物品，控制机械臂抓取物品；所述语音模块包括扬声器和麦克风；所述扬声器和麦克风安装在机器人头部内部；麦克风用于接收目的地信号、储物盒伸出与复位信号、实物抓取信号等；机器人在接收到信息处理与控制模块的信号后，通过扬声器发出相应语音提醒；所述行走模块包括由超声波传感器和加速度传感器构成的传感器单元，以及由电机固定底板、麦克纳姆轮驱动电机和麦克纳姆轮构成的行走机构；四个麦克纳姆轮与其对应的麦克纳姆轮驱动电机通过各自联轴器连接，麦克纳姆轮驱动电机固定在电机固定底板上，电机固定底板固定在机器人底座上；超声波传感器和加速度传感器均安装在机器人底座内部，配合光线传感器，可以准确实时对周围环境进行感知；所述储物机构包括储物盒、辅助滑轨、直线电机和固定基座；所述储物机构安装在机器人身体内部，辅助滑轨水平固定于机器人身体内部，储物盒置于辅助滑轨上，能够沿辅助滑轨前后滑动；固定基座固定在机器人身体内部凹槽中，直线电机的输出轴一端固定在固定基座上，另外一端固定在机器人身体上，直线电机主体部分与储物盒固定；直线电机在接收信息处理与控制模块发送的存储或者取用物品的信号时工作，能够使储物盒在水平方向伸出或者复位；所述机械臂包括机械臂基座、肩臂旋转伺服电机、旋转肩臂、大臂扩张伺服电机、大臂1段、大臂直线电机、大臂2段、小臂旋转伺服电机、小臂1段、小臂2段旋转伺服电机、小臂2段、牵引扶手、机械爪旋转伺服电机和机械爪；所述机械臂通过机械臂基座与机器人身体连接，肩臂旋转伺服电机一端与机械臂基座固定，另一端通过联轴器与旋转肩臂连接，旋转肩臂尾端安装有大臂扩张伺服电机，大臂扩张伺服电机通过联轴器与大臂1段连接，大臂1段内部镂空，大臂1段通过大臂直线电机与大臂2段连接，大臂2段尾端安装有小臂旋转伺服电机，小臂旋转伺服电机通过联轴器与小臂1段连接，小...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁丹，王智波，梁冬泰，陈兴，李平，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33