轮式智能自主移动服务机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种轮式智能自主移动服务机器人，分为上部和设置于底盘上的下部，包括：控制系统、运动机构、嵌入式单板计算机、云台摄像机和传感器；运动机构，通过电机驱动和／或控制器进行控制；工控机，通过串口连接电机驱动和／或控制器；云台摄像机，通过串口控制云台摄像机的方位和角度，提供机器人周围的环境信息，并将其采集的信息通过图像采集卡连接到嵌入式计算机；传感器设置在机器人的上部与下部，通过信息处理后连接到嵌入式计算机；机器人上部和下部通过上连接板和下连接板进行折叠连接，在上下连接板之间设有横向折叠轴和／或抽插；本机器人能够根据超声传感器实现自主避障，提高了在一些非人造环境中的定位导航以及地图构建的能力。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机电一体化和计算机技术的智能移动服务机器人平台，特别涉及 一种具有自主性的智能移动机器人。
技术介绍
美国、德国、英国等欧美发达国家在服务机器人产品研制开发方面起步于20世纪 70年代中期，他们开发的工作站式机器人和搭载式机器人是当时进入市场比较成功的服务 机器人之一。20世纪90年代初，欧盟提出了 TIDE计划，旨在促进帮助技术研发以满足社会 和工业要求，改进残疾人和老年人的生活质量，提高欧洲工业和服务业市场的发展水平。进 入21世纪，法国科学院和德国联邦研究会分别提出Bobea、GURP计划，积极推动服务机器人 的研究.美国政府对于服务机器人的支持集中在作战机器人、反恐机器人方面，推出的“护 士助手”机器人，在医院广泛应用。在我国，机器人技术研究本身起步较晚，智能服务机器人的研究与世界先进水平 有很大的差距。近年来，随着人工智能技术研究的广泛深入，我国对服务机器人技术的理论 研究正逐渐深入，随着经济的发展和老龄化人口的剧增，对于服务机器人的需求也越来越 大。为此，2005年6月，国家科技部高新技术与产业化司就国家863计划先进制造和自动化
邀请有关企业、业内专家在北京召开了“服务机器人”发展战略研讨会。专家组针 对国内需求进行分析，考虑到我国现实的技术基础，提出了“十一五”期间服务机器人的发 展目标，国内不少科研机构开始着手于这一方面的研究。2007年4月，哈尔滨工业大学继研 制出智能服务机器人“青青”后，又研制出一种新型智能服务机器人，这种机器人可以自主 避障，自由行走，而且可以与人简单对话，在国内属于领先水平。但它的活动范围十分有限， 离高智能化的目标相距甚远。但是，随着计算机技术和人工智能技术的进一步发展，智能移动服务机器人的研 究不可否认的成为机器人研究的一个重要领域，成为研究领域的热点，研究方向主要包括 机器视觉、多传感器融合技术，机器人的导航与定位技术、自主人-机协作、人-机交互等， 而这些研究内容都需要一个开放性和可靠性较高的实验平台，来对这些方法和理论加以实 践证明，所以开发以家庭服务和高校实用的具有高可靠性、开放性的机器人实验平台具有 很大市场潜力和研究意义。轮式智能自主移动机器人的关键技术主要包括，基于机器视觉的导航定位和运动 物体跟踪、基于机器人平台的语音交互技术、移动机器人的控制技术、机器人运动机构的控 制技术，传感器技术等等。机器视觉是一门相当前沿的科技，也是人工智能研究的热点，也是机器人获得大 量周围环境信息的传感器，机器视觉运算过程中数据量较大，实时性较差，影响了机器视觉 的实际应用，且好多基于路标的机器视觉导航系统采用人工路标的方法，实用性也较差。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种利用机器视觉实时定位导航的方法，利用该方法实 时的得到机器人所在周围环境的拓扑地图，主要通过机器人在环境中漫游时利用机器视觉 对周围环境的自然显著性路标进行识别，构建拓扑节点，形成环境的拓扑地图。本技术是采用以下技术手段实现的一种轮式智能自主移动服务机器人，分为上部和设置于底盘上的下部，包括控制 系统、运动机构、嵌入式单板计算机、云台摄像机和传感器；运动机构，通过电机驱动和/或 控制器进行控制；工控机，通过串口连接电机驱动和/或控制器；云台摄像机，通过串口控 制云台摄像机的方位和角度，提供机器人周围的环境信息，并将其采集的信息通过图像采 集卡连接到嵌入式单板计算机；传感器设置在机器人的上部与下部，通过信息处理后连接 到嵌入式计算机；机器人上部和下部通过上连接板和下连接板进行折叠连接，在上下连接 板之间设有横向折叠轴和/或抽插；前述的传感器分布为下部五个构成半圆，上面两个并排。前述的传感器分布在平分180°的五个棱柱上，各自占据36°的范围。前述的底盘左右两侧安装有继承编码器、减速器的直流有刷伺服电机，在驱动轮 轴线的中垂线上各安装一个万向的随动轮。本技术与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果本技术机器人能够根据超声传感器实现自主避障，在环境中漫游，同时通过 云台摄像头记录周围环境信息，构建环境的拓扑地图，也可以实现特定目标的识别和跟踪， 此外，本机器人具有良好的人机交互性功能，可以通过机器人自身携带的麦克进行语音控 制，以及进行简短对话和自我介绍等。提高了在一些非人造环境中的定位导航以及地图构 建的能力，使得机器人的活动范围有室内走向更为宽广的室外，这也为机器人更好的服务 于人类提供了理论基础和一些方法。附图说明图1是本技术轮式智能自主移动服务机器人整体外观图；图2是本技术轮式智能自主移动服务机器人的折叠机构；图3是本技术轮式智能自主移动服务机器人的控制系统示意框图。具体实施方式如图1所示，轮式智能自主移动服务机器人ROBUT-I属于通用服务型机器人实验 平台，主要机器人超声传感器由上下两部分构成，下部由5个超声传感器构成半圆环(图中 部件7)，可以实现前方180°范围内的障碍物探测，由于家庭服务机器人本身较高，所以有 可能遇到空中障碍物，所以在机器人上部也安装了两个并列的超声传感器(图中部件6)， 已实现对高空障碍物的判断和躲避。该机器人的另一个特点是机器人采用折叠机构，如图2所示，这样这机器人搬运和储藏过程中可以方便的折叠，有利于搬运和储藏；该机器人的运动机构由两个驱动轮和 两个万向从动轮构成，驱动轮由集成了减速器和编码器的电机驱动，为了保证机器人在通 过坑洼地面时仍然能够保持较好的抓地力，设计了悬挂系统，这样可以始终保持驱动轮的抓地性，机器人的驱动方式采用两轮的差分驱动，驱动轮为图1中的部件2，可以随意的前进后退，迅速的改变方向，也可以围绕自身质心以零半径自转，这样就可以在狭窄的地方出 入自如，机器人的外形如图1所示，主要是服务机器人，底盘的结构很适合服务机器人，重 心较低，运行起来较平稳，手部抓持东西不会对整个机器人的重心产生太大影响，更有利于 机器人的稳定性。此外，机器人的控制系统采用分布式结构，机器人的传感器数据处理，伺 服运动控制都由各自独立的DSP并行处理，这样有利于增强机器人的实时性，以便对周围 环境的复杂情况做出快速的反应，增强机器人的安全性。机器人的下半部分采用轮式移动平台，上半部分采用类人形，这样可以充分发挥 轮式结构的易控制性和人形结构操作能力强的特点，也符合服务机器人为人服务的目的， 为了解决机器人有可能被半高的障碍物阻挡(比如说很大的四腿桌子)，可能下部的超声 传感器探测不到桌子腿，这样机器人有可能从桌子下面过去，这样，就会发生危险，为了避 免这种情况发生，我们对机器人传感器的布置进行了特殊的设计，近乎形成了一个空间的 网，上部布置的两个传感器可以用来解决上述的情况，下部的传感器分布在五个独立的铁 板上，这五个铁板将180°的角分成五部分每个角度为36°，如图1部件7所示。如图2所示，图示为轮式智能自主移动服务机器人ROBUT-I的折叠机构，其中下连 接板8用来和底盘连接，而上连接板11用来和机器人上半身进行连接，折叠原理是主要通 过折叠轴的抽插(图2中的部件9)实现活动部件(图2部件10)的活动和固定，本设计将 旋转轴和固定销结合在一起实现了旋转轴，是旋转轴具有旋转轴和固定销的功能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轮式智能自主移动服务机器人，分为上部和设置于底盘上的下部，包括：控制系统、运动机构、工控机、云台摄像机和传感器；其特征在于：所述的运动机构，通过电机驱动和／或控制器进行控制；所述的嵌入式单板计算机，通过串口连接电机驱动和／或控制器；所述的云台摄像机，通过串口控制云台摄像机的方位和角度，提供机器人周围的环境信息，并将其采集的信息通过图像采集卡连接到嵌入式计算机；所述的传感器设置在机器人的上部与下部，通过信息处理后连接到嵌入式计算机；所述的机器人上部和下部通过上连接板和下连接板进行折叠连接，在上下连接板之间设有横向折叠轴和／或抽插。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙德华，苏丽颖，余跃庆，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]