一种基于机器人行走的定位导航装置的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于机器人行走的定位导航装置。

背景技术：

移动机器人的坐标定位是实现机器人的自主行走、姿态控制、轨迹跟踪等各种任务的前提，机器人必须准确地知道自己的坐标位置及姿态参数才能准确的执行指令。

但现有的移动机机器人在移动的过程中不能根据路况进行路线选择，且移动过程中的稳定性较差，且其移动的方向角度存在一定的限制。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种基于机器人行走的定位导航装置，通过利用gps定位器对行走中的机器人进行导航定位，并利用摄像头来采集机器人行走过程中的路况信息，利用红外探测器来探测机器人行走过程中前方的障碍物，以确保机器人循着既定路线稳定前行，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于机器人行走的定位导航装置，包括基板，所述基板底部两端均固定设有侧板，所述侧板底部固定设有万向轮，所述基板顶部设置有嵌合槽，所述嵌合槽包括有第一嵌合槽和第二嵌合槽，所述第一嵌合槽以及第二嵌合槽内部分别设有第一齿轮以及第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮的轴心位置均贯穿设有第一通孔，所述第一齿轮上的第一通孔内部固定套设有套环，所述套环两端均设置有第二通孔，所述第一齿轮顶部设置有驱动电机，所述驱动电机的输出轴套设于套环顶端的第二通孔内部，且远离驱动电机一侧的第二通孔深度为套环厚度的二分之一，所述套环底端的第二通孔内部贯穿套设有转轴，所述驱动电机的输出轴以及转轴均通过轴承套环活动连接，所述转轴两端均固定连接有驱动轮，所述驱动电机的输出轴以及转轴上分别固定套设有主动轮以及从动轮，所述主动轮与从动轮周向侧均绕设有传动带，且二者之间通过传动带传动连接，所述第二嵌合槽对应位置的基板顶部固定设有台架，所述台架顶部中心位置贯穿设有第三通孔，所述台架顶部固定设有伺服电机，所述伺服电机的输出轴一端依次贯穿第三通孔和第二齿轮上的第一通孔，且伺服电机的输出轴通过轴承与台架活动连接，并与第二齿轮之间固定套接，所述基板顶部四角位置均垂直设有立柱，所述立柱顶部固定设有控制箱，所述控制箱顶部固定设有gps定位器，所述控制箱表面设置有控制面板，所述控制面板上设置有控制按钮，所述控制面板一侧设置有显示屏，所述控制箱一侧顶部设置有红外探测器，所述红外探测器底部设置有摄像头。

在一个优选地实施方式中，所述第一嵌合槽水平向轴截面形状为圆形，所述第二嵌合槽水平向轴截面形状为u字形，且第一嵌合槽一侧与第二嵌合槽的扩口端相连通，所述第一齿轮与第二齿轮啮合。

在一个优选地实施方式中，所述第一嵌合槽内腔底部中心位置贯穿设有通槽，所述套环底端活动套设于通槽内部，所述第二嵌合槽内腔底部中心位置设置有凹槽，所述伺服电机的输出轴底端通过轴承与凹槽活动连接。

在一个优选地实施方式中，所述主动轮与从动轮竖直共线设置，所述主动轮与从动轮的周向侧外壁中部均设置有环形槽，所述传动带的外侧壁与环形槽的内侧壁活动贴合。

在一个优选地实施方式中，所述驱动电机底部设置有电机安装板，所述电机安装板与第一齿轮的连接处贯穿设有安装螺孔，所述驱动电机通过锁紧螺钉固定安装在第一齿轮顶部。

在一个优选地实施方式中，所述套环顶端以及底端两侧均贯穿设有槽口，两个所述槽口中心点之间的连线与套环顶端两个第二通孔中心点之间的连线呈十字形交叉设置。

在一个优选地实施方式中，两个所述侧板均与基板底端面所在水平面之间呈45°角向外倾斜设置，且侧板底端的万向轮数量设置有多个，多个所述万向轮均匀分布在侧板的底端面上。

在一个优选地实施方式中，还包括有一种基于机器人行走的定位导航装置的控制系统，该系统包括有dsp芯片，所述dsp芯片设置在控制箱内部，所述dsp芯片上设置有数据处理单元，所述数据处理单元连接端连接有图像采集单元、信号收发单元、障碍物探测单元以及移动调节单元，所述图形采集单元连接端连接有摄像头，用于采集机器人行走过程中的路况信息，所述信号收发单元连接端连接有gps定位器，用于传送机器人的行走路线，所述障碍物探测单元连接端连接有红外探测器，用于探测机器人行走过程中前方的障碍物，所述移动调节单元的连接端连接有驱动电机和伺服电机，用于控制机器人转向或前进。

在一个优选地实施方式中，所述dsp芯片设置为ti公司的tms320lf2407a型芯片，其内核为tns320c2xx，具有位中央逻辑运算单元，内含32位累加器和位16*16位并行乘法器，所述驱动电机、伺服电机、gps定位器、控制按钮、显示屏、红外探测器以及摄像头均与dsp芯片电性连接。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过利用gps定位器对行走中的机器人进行导航定位，并利用摄像头来采集机器人行走过程中的路况信息，利用红外探测器来探测机器人行走过程中前方的障碍物，以确保机器人循着既定路线稳定前行，一旦红外探测器检测到前方有障碍物，会直接将信号传输给dsp芯片，dsp芯片控制驱动电机停止工作，并控制伺服电机带动第二齿轮转动，从而带动第一齿轮转动，进而带动套环转动，以实现对装置的行进方向进行360°调节，方向调节完成后，伺服电机停止工作，由驱动电机继续带动定位导航装置前行，而在前行的过程中，摄像头始终采集前进道路上的路况，以便及时控制装置更换行进方向，避免对装置造成损伤，同时，基板底部向外呈45°角倾斜设置，且底端面均匀分布有多个万向轮的侧板，能够大大提高装置的承压性以及转向过程中的稳定性；

2、本发明通过利用两个平行设置的限位杆对传动过程中的传动带进行限位，避免传动带在高速转动的过程中脱离主动轮或从动轮，从而确保传动过程的稳定性，并且，可通过带有滚珠的弧形槽来托住第一齿轮以及第二齿轮，以避免第一齿轮以及第二齿轮的底端面直接与第一嵌合槽以及第二嵌合槽的内腔底端面接触，从而降低二者之间的接触面积，减小第一齿轮以及第二齿轮在转动过程中所受到的摩擦力，并且滚珠于弧形槽之间活动连接，可进一步降低第一齿轮以及第二齿轮在转动过程中所受到的摩擦力，减少驱动电机以及伺服电机的输出能耗。

附图说明

图1为本发明实施例1中的整体结构示意图。

图2为本发明实施例1中的基板俯视图。

图3为本发明实施例1中的台架结构示意图。

图4为本发明实施例1中的套环结构示意图。

图5为本发明实施例2中的套环剖视图。

图6为本发明实施例2中的基板局部剖视图。

图7为本发明的系统结构图。

图8为本发明的控制电路图。

附图标记为：1基板、2侧板、3万向轮、4嵌合槽、41第一嵌合槽、42第而嵌合槽、5第一齿轮、6第二齿轮、7第一通孔、8套环、9第二通孔、10驱动电机、11转轴、12驱动轮、13主动轮、14从动轮、15传动带、16台架、17第三通孔、18伺服电机、19安装螺孔、20槽口、21立柱、22控制箱、23gps定位器、24控制面板、25显示屏、26红外探测器、27摄像头、28限位杆、29凹槽、30通槽、31弧形槽、32滚珠。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供了如图1-8所示的一种基于机器人行走的定位导航装置，包括基板1，所述基板1底部两端均固定设有侧板2，所述侧板2底部固定设有万向轮3，所述基板1顶部设置有嵌合槽4，所述嵌合槽4包括有第一嵌合槽41和第二嵌合槽42，所述第一嵌合槽41以及第二嵌合槽42内部分别设有第一齿轮5以及第二齿轮6，所述第一齿轮5和第二齿轮6的轴心位置均贯穿设有第一通孔7，所述第一齿轮5上的第一通孔7内部固定套设有套环8，所述套环8两端均设置有第二通孔9，所述第一齿轮5顶部设置有驱动电机10，所述驱动电机10的输出轴套设于套环8顶端的第二通孔9内部，且远离驱动电机10一侧的第二通孔9深度为套环8厚度的二分之一，所述套环8底端的第二通孔9内部贯穿套设有转轴11，所述驱动电机10的输出轴以及转轴11均通过轴承套环8活动连接，所述转轴11两端均固定连接有驱动轮12，所述驱动电机10的输出轴以及转轴11上分别固定套设有主动轮13以及从动轮14，所述主动轮13与从动轮14周向侧均绕设有传动带15，且二者之间通过传动带15传动连接，所述第二嵌合槽42对应位置的基板1顶部固定设有台架16，所述台架16顶部中心位置贯穿设有第三通孔17，所述台架16顶部固定设有伺服电机18，所述伺服电机18的输出轴一端依次贯穿第三通孔17和第二齿轮6上的第一通孔7，且伺服电机18的输出轴通过轴承与台架16活动连接，并与第二齿轮6之间固定套接，有利于通过第三通孔17对伺服电机18的输出轴进行限位，从而确保第二齿轮6的稳定转动，所述基板1顶部四角位置均垂直设有立柱21，所述立柱1顶部固定设有控制箱22，所述控制箱22顶部固定设有gps定位器23，所述控制箱22表面设置有控制面板24，所述控制面板24上设置有控制按钮，所述控制面板24一侧设置有显示屏25，所述控制箱22一侧顶部设置有红外探测器26，所述红外探测器26底部设置有摄像头27。

进一步的，所述第一嵌合槽41水平向轴截面形状为圆形，所述第二嵌合槽42水平向轴截面形状为u字形，且第一嵌合槽41一侧与第二嵌合槽42的扩口端相连通，所述第一齿轮5与第二齿轮6啮合，有利于通过伺服电机18带动第二齿轮6转动，从而带动第一齿轮5转动，进而带动套环8转动，以实现对装置的行进方向进行360°调节。

进一步的，所述第一嵌合槽5内腔底部中心位置贯穿设有通槽30，所述套环8底端活动套设于通槽30内部，所述第二嵌合槽6内腔底部中心位置设置有凹槽29，所述伺服电机18的输出轴底端通过轴承与凹槽29活动连接，可大大提高装置在工作过程中的稳定性。

进一步的，所述主动轮13与从动轮14竖直共线设置，所述主动轮13与从动轮14的周向侧外壁中部均设置有环形槽，所述传动带15的外侧壁与环形槽的内侧壁活动贴合，有利于通过驱动电机10带动主动轮13转动，从而带动驱动轮12转动，以实现装置的前行运动。

进一步的，所述驱动电机10底部设置有电机安装板，所述电机安装板与第一齿轮5的连接处贯穿设有安装螺孔19，所述驱动电机10通过锁紧螺钉固定安装在第一齿轮5顶部，有利于实现驱动电机10随第一齿轮5转动，以确保装置在转向行进过程中的稳定性。

进一步的，所述套环8顶端以及底端两侧均贯穿设有槽口20，两个所述槽口20中心点之间的连线与套环8顶端两个第二通孔9中心点之间的连线呈十字形交叉设置，有利于更好的观察主动轮13与从动轮14的工作状态，同时，也便于对其进行维护管理。

进一步的，两个所述侧板2均与基板1底端面所在水平面之间呈45°角向外倾斜设置，且侧板2底端的万向轮3数量设置有多个，多个所述万向轮3均匀分布在侧板2的底端面上，可大大提高装置的承压性以及转向过程中的稳定性。

进一步的，还包括有一种基于机器人行走的定位导航装置的控制系统，该系统包括有dsp芯片，所述dsp芯片设置在控制箱22内部，所述dsp芯片上设置有数据处理单元，所述数据处理单元连接端连接有图像采集单元、信号收发单元、障碍物探测单元以及移动调节单元，所述图形采集单元连接端连接有摄像头27，用于采集机器人行走过程中的路况信息，所述信号收发单元连接端连接有gps定位器23，用于传送机器人的行走路线，所述障碍物探测单元连接端连接有红外探测器26，用于探测机器人行走过程中前方的障碍物，所述移动调节单元的连接端连接有驱动电机10和伺服电机18，用于控制机器人转向或前进。

进一步的，所述dsp芯片设置为ti公司的tms320lf2407a型芯片，其内核为tns320c2xx，具有32位中央逻辑运算单元，内含32位累加器和16位*16位并行乘法器，所述驱动电机10、伺服电机18、gps定位器23、控制按钮、显示屏25、红外探测器26以及摄像头27均与dsp芯片电性连接，有利于提高定位导航装置上的各电气元件工作的稳定性和自动性，降低人工干预。

由上述实施例可知：本发明通过利用gps定位器23对行走中的机器人进行导航定位，并利用摄像头27来采集机器人行走过程中的路况信息，利用红外探测器26来探测机器人行走过程中前方的障碍物，以确保机器人循着既定路线稳定前行，一旦红外探测器26检测到前方有障碍物，会直接将信号传输给dsp芯片，dsp芯片控制驱动电机10停止工作，并控制伺服电机18带动第二齿轮6转动，从而带动第一齿轮5转动，进而带动套环8转动，以实现对装置的行进方向进行360°调节，方向调节完成后，伺服电机18停止工作，由驱动电机10继续带动定位导航装置前行，而在前行的过程中，摄像头27始终采集前进道路上的路况，以便及时控制装置更换行进方向，避免对装置造成损伤，同时，基板1底部向外呈45°角倾斜设置，且底端面均匀分布有多个万向轮3的侧板2，能够大大提高装置的承压性以及转向过程中的稳定性。

实施例2

与实施例1不同的是，所述套环8的内侧壁固定设有两组限位杆28，每组设有两个，且每组两个限位杆28均关于对应位置槽口20的竖直向中心轴线呈轴对称设置，两个平行设置的限位杆28之间的距离与传动带15的直径相等，有利于通过两组限位杆28对传动过程中的传动带25进行限位，避免传动带15在高速转动的过程中脱离主动轮13或从动轮14，从而确保传动过程的稳定性，所述凹槽29以及通槽30的顶端外部呈环形均匀分布有多个弧形槽31，所述弧形槽31内部设置有滚珠32，所述滚珠32的直径大于弧形槽31的槽口径，且大于弧形槽32的纵深高度，可避免第一齿轮5以及第二齿轮6的底端面直接与第一嵌合槽41以及第二嵌合槽42的内腔底端面接触，从而降低二者之间的接触面积，减小第一齿轮5以及第二齿轮6在转动过程中所受到的摩擦力，并且滚珠32于弧形槽31之间活动连接，可进一步降低第一齿轮5以及第二齿轮6在转动过程中所受到的摩擦力，减少驱动电机10以及伺服电机18的输出能耗。

本发明工作原理：

参照说明书附图1-4和图7-8，在使用过程中，先预设好机器人的行走路线，然后通过利用gps定位器23对行走中的机器人进行导航定位，并利用摄像头27来采集机器人行走过程中的路况信息，利用红外探测器26来探测机器人行走过程中前方的障碍物，以确保机器人循着既定路线稳定前行，一旦红外探测器26检测到前方有障碍物，会直接将信号传输给dsp芯片，dsp芯片接收到信号后发出控制指令，以控制驱动电机10停止工作，同时控制伺服电机18带动第二齿轮6转动，从而带动第一齿轮5转动，进而带动套环8转动，以实现对装置的行进方向进行360°调节，在红外探测器26检测到避开前方障碍物，即方向调节完成后，dsp芯片发出控制指令伺服电机18停止工作，并由驱动电机10继续带动定位导航装置前行，而在前行的过程中，摄像头27始终采集前进道路上的路况，并将信息实时传输至dsp芯片上的数据处理单元，以便及时控制装置更换行进方向，避免对装置造成损伤，同时，基板1底部向外呈45°角倾斜设置，且底端面均匀分布有多个万向轮3的侧板2，能够大大提高装置的承压性以及转向过程中的稳定性；

参照说明书附图5-6，在使用过程中，可利用两个平行设置的限位杆28对传动过程中的传动带25进行限位，避免传动带15在高速转动的过程中脱离主动轮13或从动轮14，从而确保传动过程的稳定性，并且，可通过带有滚珠32的弧形槽31来托住第一齿轮5以及第二齿轮6，以避免第一齿轮5以及第二齿轮6的底端面直接与第一嵌合槽41以及第二嵌合槽42的内腔底端面接触，从而降低二者之间的接触面积，减小第一齿轮5以及第二齿轮6在转动过程中所受到的摩擦力，并且滚珠32于弧形槽31之间活动连接，可进一步降低第一齿轮5以及第二齿轮6在转动过程中所受到的摩擦力，减少驱动电机10以及伺服电机18的输出能耗。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。