【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人对接的一种多传感器目标对接系统，尤其涉及一种商品车转运机器人多传感器目标对接系统，属于机器人运动驱动与控制。
技术介绍
1、智慧绿色已成为推动港口发展变革的重要标志。在整车物流链中，汽车码头是整车物流链中重要的节点，对港口物流至关重要。然而，传统的汽车码头操作方式主要依赖人工，导致效率低下、资源浪费、高碳排放、堵塞和安全问题频发。商品车转运机器人是一种应用于自动化转运商品车的智能化装备，通过商品车转运机器人自主完成商品车运输和转运任务，降低人工成本，提高了运输效率、安全性和操作准确性，有助于减少碳排放，促进环境可持续性，为整个港口物流体系带来显著改进，目前尚未存在利用移动机器人对接商品车的案例。
技术实现思路
1、针对于汽车码头商品车转运依赖大量人力、安全性差、碳排放量巨大的问题，本专利技术的主要目的是提供一种商品车转运机器人多传感器目标对接系统，该系统安装在一种商品车转运机器人上，实现商品车转运机器人对目标商品车定位定向、对接纠偏、抱夹取车、障碍物检测等功能，实现商品车转运机器人自主搬运商品车，解决汽车码头人力资源浪费严重、工作效率低下、碳排放量巨大等问题，提高了汽车码头的工作效率。
2、本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：
3、一种商品车转运机器人多传感器目标对接系统，由商品车转运机器人车架、商品车定位定向模块、机身内部纠偏模块、四周障碍物检测模块、装夹模块、控制与通信模块、组合导航模块七大部分组成。
4、商品车转运
5、商品车定位定向模块由多线激光雷达、可见光摄像机、红外摄像机和三维伺服转台组成。多线激光雷达、可见光摄像机、红外摄像机均安装在三维伺服转台上，其中，多线激光雷达安装在三维伺服转台顶部中间位置，可见光摄像机和红外摄像机安装在多线激光雷达两侧，当三维伺服转台运动时，多线激光雷达、红外摄像机和可见光摄像机会随着三维伺服转台的运动进行运动，从而实现商品车转运机器人大范围的环境感知，将多线激光雷达检测的深度信息与红外摄像机和可见光摄像机检测的视觉信息相结合，实现对目标商品车车身定位定向。
6、机身内部纠偏模块由安装在商品车转运机器人四个装夹模块的夹爪中间位置的四个单线激光雷达组成，用于扫描商品车轮胎。单线激光雷达安装朝下，当装夹模块运动时，单线激光雷达会随着装夹模块运动，通过范围滤波，只保留单线激光雷达采集的商品车转运机器人空腔内部环境点云信息。商品车转运机器人与目标商品车对接时，当目标商品车已处于商品车转运机器人空腔内部时，单线激光雷达近距离扫描商品车轮胎，获取商品车转运机器人内部两侧与目标商品车两边的间距，并传递给机器人控制与通信模块，将所述间距转化为纠偏控制量，实现对商品车转运机器人的纠偏控制；当商品车转运机器人对接目标商品车时，机身内部纠偏模块的前部两个单线激光雷达检测是否对齐商品车轮胎，从而控制商品车转运机器人停止运动；当商品车转运机器人停止运动后，后部装夹模块在进行轴距调整过程中，机身内部纠偏模块的后部单线激光雷达检测后部装夹模块的夹爪中心是否分别与商品车后部轮胎中央位置对齐，从而实现机器人控制与通信模块控制装夹模块下降并抱夹商品车，当后部单线激光雷达检测后部装夹模块中心与商品车轮胎中央位置没有对齐时，机器人控制与通信模块控制机器人后部的装夹模块运动，实现与商品车轮胎中央对齐，之后机器人控制与通信模块控制装夹模块下降，并抱夹商品车轮胎。
7、四周障碍物检测模块由安装在三维伺服转台上的毫米波雷达和安装在商品车转运机器人四周的四个多线激光雷达组成，毫米波雷达随着三维伺服转台的运动而运动，检测商品车转运机器人前方远距离的障碍物信息，商品车转运机器人四周的四个多线激光雷达检测机器人四周无死角环境障碍物信息，将障碍物点云信息传输给控制与通信模块，控制与通信模块对障碍物点云进行处理，获取障碍物距离机器人中央位置的距离，根据避障策略，控制与通信模块控制机器人停止运动或者绕路，从而躲避障碍物。
8、装夹模块安装在商品车转运机器人车架空腔内部左前、右前、左后、右后四个位置，包括升降机构、轴距调整机构、夹爪摆动机构三部分，升降机构由伺服电机、蜗轮蜗杆减速机、滚装丝杠、导轨模块组成，实现升降动作；轴距调整机构由伺服电机、行星减速机、滚珠丝杠、导轨滑块组成，实现轴距调整动作；夹爪摆动机构由伺服电机、行星减速机、正反旋梯形丝杠、滑块摇杆机构组成，实现夹爪摆动动作，并且，每个夹爪的一边安装了红外传感器，控制与通信模块通过检测红外传感器是否触发，可以检测夹爪是否夹紧商品车轮胎。
9、控制与通信模块安装在商品车转运机器人内部，包含机器人控制箱、网关、交换机，用于接受商品车转运机器人商品车定位定向模块、机身内部纠偏模块、四周障碍物检测模块、装夹模块的传感器感知信息，根据内部算法与逻辑，提供控制策略，从而控制商品车转运机器人运动，同时实现与商品车转运机器人远程服务器的通讯，包含云端调度系统和汽车码头操作系统。
10、组合导航模块包括gps定位系统和姿态传感器，其中，gps定位系统的定位天线安装在商品车转运机器人顶部中间位置，定向天线安装在商品车转运机器人顶部靠前位置，姿态传感器安装在商品车定位定向模块的三维伺服转台上，实现商品车转运机器人定位定向和自主导航。
11、商品车自主转运机器人接收云端调度系统下发的商品车转运任务之后，利用商品车定位定向模块对商品车远距离定位定向，动态规划对接路径，控制与通信模块控制商品车转运机器人运动；当商品车位于商品车转运机器人空腔内部时，利用机身内部纠偏模块的单线激光雷达对商品车轮胎进行定位定向，实现近距离纠偏，同时根据机身内部纠偏模块的前部单线激光雷达检测信息，控制商品车转运机器人停止运动；机器人控制与通信模块控制装夹模块调整轴距，直到机身内部纠偏模块的后部单线激光雷达对准商品车后部轮胎，进而控制与通信模块控制装夹模块抱夹商品车轮胎，抬起商品车，完成商品车转运机器人取车动作；之后，商品车转运机器人利用自主导航技术，将商品车转运到指定位置；控制与通信模块控制装夹模块的装夹模块同时下降，控制夹爪松开商品车轮胎，完成商品车转运机器人放车动作。
12、有益效果：
13、1、本专利技术公开的一种商品车转运机器人多传感器目标对接系统，集检测、识别、定位、导航、控制于一体，通过商品车定位定向模块远距离识别商品车车身，对商品车定位定向，确定最终取车路径；机身内部对接模块近距离扫描商品车轮胎，获取机器人空腔内部距商品车两边的距离，传递给机器人控制与通信模块，转化为纠偏控制量，实现对机器人运动纠偏；当对接之后，机器人控制与通信模块控制装夹模块抱夹商品车轮胎，该方法实现商品车转运机器人主动搜索商品车并完成自主取车、自主搬运，提高商品车转运机器人的转运效率。
14、3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种商品车转运机器人多传感器目标对接系统，其特征在于：主要由商品车转运机器人车架、商品车定位定向模块、机身内部纠偏模块、四周障碍物检测模块、装夹模块、控制与通信模块、组合导航模块七大部分组成，
2.如权利要求1所述的一种商品车转运机器人多传感器目标对接系统，其特征在于：商品车定位定向模块用于扫描目标商品车车身，对目标商品车进行定位定向，其中三维伺服转台能够实现俯仰方向和方位方向的运动，以此增大安装在三维伺服转台上的传感器的探测范围，当商品车定位定向模块扫描商品车时，初始阶段三维伺服转台朝机器人正前方，此时三维伺服转台为零位，之后三维伺服转台做向下摆头动作，直到三维伺服转台向下旋转60度，在三维伺服转台运动过程中，安装在三维伺服转台上的多线激光雷达、可见光摄像机、红外摄像机时刻检测前方商品信息，并将多线激光雷达的多帧点云融合，获取多角度商品车车身点云数据。
3.如权利要求1所述的一种商品车转运机器人多传感器目标对接系统，其特征在于：商品车转运机器人在与目标商品车对接时，机身内部纠偏模块通过扫描商品车轮胎，获取商品车转运机器人内部两侧分别与目标商品车两边的
4.如权利要求1所述的一种商品车转运机器人多传感器目标对接系统，其特征在于：四周障碍物检测模块用于检测周围环境的障碍物信息，将周围环境的障碍物信息传输给控制与通信模块，获得障碍物距离商品车转运机器人中心位置的距离，通过避障策略，机器人控制与通信模块控制机器人停止运动或躲避障碍物。
5.如权利要求1所述的一种商品车转运机器人多传感器目标对接系统，其特征在于：装夹模块由升降机构、轴距调整机构和夹爪摆动机构组成，其中，升降机构由伺服电机、蜗轮蜗杆减速机、滚装丝杠、导轨模块组成，实现升降工作；轴距调整机构由伺服电机、行星减速机、滚珠丝杠、导轨滑块组成，实现轴距调整动作；夹爪摆动机构由伺服电机、行星减速机、正反旋梯形丝杠、滑块摇杆机构、夹爪组成，实现夹爪摆动动作，夹爪摆动机构的夹爪的一边安装了红外传感器，通过检测红外传感器是否触发可以检测商品车转运机器人装夹模块的夹爪是否夹紧商品车轮胎，通过装夹模块实现商品车转运机器人通过抱夹商品车轮胎的方式，稳定抬起、放下商品车。
6.如权利要求1所述的一种商品车转运机器人多传感器目标对接系统，其特征在于：商品车定位定向模块中的三维伺服转台的伺服电机由ROS操作系统控制，通过CAN通信的方式和控制与通信模块中的控制箱通讯；商品车定位定向模块中的32线激光雷达、可见光摄像机和红外摄像机由ROS操作系统控制，通过UDP通信的方式和控制与通信模块中的控制箱通讯；四周障碍物检测模块中机器人四周多线激光雷达群和安装在伺服转台上的毫米波雷达由ROS操作系统控制，通过UDP通信的方式和控制与通信模块中的控制箱通讯；机身内部纠偏模块的单线激光雷达群由ROS操作系统控制，通过UDP通信的方式和控制与通信模块中的控制箱通讯；组合导航模块的GPS和IMU是由ROS操作系统控制，通过串口通信的方式和控制与通信模块中的控制箱通讯。
...【技术特征摘要】
1.一种商品车转运机器人多传感器目标对接系统，其特征在于：主要由商品车转运机器人车架、商品车定位定向模块、机身内部纠偏模块、四周障碍物检测模块、装夹模块、控制与通信模块、组合导航模块七大部分组成，
2.如权利要求1所述的一种商品车转运机器人多传感器目标对接系统，其特征在于：商品车定位定向模块用于扫描目标商品车车身，对目标商品车进行定位定向，其中三维伺服转台能够实现俯仰方向和方位方向的运动，以此增大安装在三维伺服转台上的传感器的探测范围，当商品车定位定向模块扫描商品车时，初始阶段三维伺服转台朝机器人正前方，此时三维伺服转台为零位，之后三维伺服转台做向下摆头动作，直到三维伺服转台向下旋转60度，在三维伺服转台运动过程中，安装在三维伺服转台上的多线激光雷达、可见光摄像机、红外摄像机时刻检测前方商品信息，并将多线激光雷达的多帧点云融合，获取多角度商品车车身点云数据。
3.如权利要求1所述的一种商品车转运机器人多传感器目标对接系统，其特征在于：商品车转运机器人在与目标商品车对接时，机身内部纠偏模块通过扫描商品车轮胎，获取商品车转运机器人内部两侧分别与目标商品车两边的间距，并传递给机器人控制与通信系统，机器人控制与通信系统将所述间距转化为纠偏控制量，从而实现对商品车转运机器人进行纠偏，同时，当商品车转运机器人停止运动，机器人控制与通信系统控制装夹模块移动时，机身内部纠偏模块的四个单线激光雷达检测商品车转运机器人的四个装夹模块的夹爪中央与目标商品车的四个轮胎是否对齐，实现机器人装夹模块对准商品车轮胎，从而抱夹商品车轮胎，稳定地抬起商品车。
4.如权利要求1所述的一种商品车转运机器人多传感器目标对接系统，其特征在于：四周障碍物检测模块用于...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪首坤，刘志，许永康，张琳，安奕辰，王军政，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
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