一种室内自主移动机器人

1.本实用新型涉及机器人领域，具体涉及一种室内自主移动机器人。


背景技术：

2.移动机器人是通过传感器感知环境和自身的物理状态，能够在具有障碍物的室内环境中自主运动，合理规划移动路径，完成规定的任务，整个过程除了安排任务，几乎不需要人为控制，拥有较高的智能水平。
3.根据实际中的任务需要、成本高低上的考量，移动机器人从智能程度由低到高划分为外部控制机器人、半自主控制机器人、全自主控制机器人这三类。没有智能化控制单元的外部被动控制移动机器人，主要应用在场景简单、对机器人功能要求不高的场合；半自主控制移动机器人的应用场景较外部被动控制更复杂，需要智能化处理传感器数据以及部分预测环境改变的能力，实现移动机器人轨迹规划、动态物体判断、运行过程中避障绕行功能。全自主控制移动机器人的智能化程度要求最高，机器人不仅需要能够知晓自身的位置，还需要具备类似生物一样对外部环境能够抽象理解的能力以完成环境中独立运行的任务。机器人这种能力需要多传感器数据融合、深度神经网络下数据处理的技术支撑。
4.移动机器人的移动机构有很多种，就平面移动来说，移动机构有轮式、履带式、腿式等。各种移动机构都有其独有的特点，可以适应不同的环境中的要求。但综合比较，轮式的移动机构的应用最广泛，与其他移动机构相比较，轮式机器人具有很多优点：控制方便、机构简单、能够高速稳定地移动。虽然轮式的移动机构对路况要求较高，但完全适用于室内环境。
5.但现有的室内自主移动机器人主要存在以下问题：
6.(1)采用超声或红外技术进行定位导航，定位精度低，检测距离有限且受环境影响较大；
7.(2)硬件布局凌乱，功能模块分布不合理，导致后期维护不便。


技术实现要素：

8.根据现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种室内自主移动机器人，通过深度相机和激光雷达进行定位导航，且采用抽屉式结构，结构紧凑，布局合理，便于安装和拆卸，各个功能模块相对独立。
9.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
10.一种室内自主移动机器人，包括机器人本体，所述机器人本体前侧设有激光雷达，所述机器人本体为抽屉柜体结构，所述机器人本体包括多个隔间，多个所述隔间包括自下而上设置的底板层、电池层板、微型计算机层和屏幕层，所述底板层底部设有驱动轮和带动所述驱动轮转动的驱动电机，所述底板层内设有驱动所述驱动电机运动的驱动装置，所述电池层内设有用于供电的供电模块，所述微型计算机层内设有微型计算机，所述微型计算机与所述驱动装置相连，所述屏幕层内设有麦克风和显示屏，所述麦克风和所述显示屏均
与微型计算机相连，通过所述麦克风接收语音指令并将语音指令发送给所述微型计算机，所述显示屏用于显示所述微型计算机的相关信息，所述屏幕层顶部设有深度相机安装板，所述深度相机安装板上安装有深度相机和惯性测量模块，所述供电模块为所述微型计算机、所述显示屏、所述麦克风、所述深度相机和所述惯性测量模块供电。
11.进一步地，所述驱动装置包括开发板、电机驱动器和第一电源，所述开发板通过所述电机驱动器控制所述驱动电机运动，所述开发板与所述微型计算机相连，所述第一电源用于为所述驱动装置和所述驱动电机供电。
12.进一步地，所述开发板为arduino开发板。
13.进一步地，所述第一电源和所述开发板间设有急停开关。
14.进一步地，所述惯性测量模块包括陀螺仪及加速度计。
15.进一步地，所述底板层底部设有两个相对的驱动轮，通过两个所述驱动轮的差分运动，实现室内自主移动机器人的前进、后退和转向。
16.进一步地，所述底板层底部还有万向轮。
17.进一步地，相邻所述隔间通过隔板隔开，所述隔板通过l型角码固定在所述机器人本体内部。
18.进一步地，所述微型计算机上还连接有扩展usb接口。
19.进一步地，所述供电模块包括第二电源和第三电源，所述第二电源为微型计算机供电，所述第三电源为所述深度相机供电。
20.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：
21.1.本实用新型所述的一种室内自主移动机器人，通过激光雷达和深度相机在室内环境中实现自主运动，激光雷达采集环境信息，检测范围广，精度高，具有强大的环境适应性，本实用新型融合激光和视觉技术，多传感器技术的融合可以很大程度上提高建图和定位导航的精度，可以适应复杂场景，使机器人能够长期稳定运行，对障碍物进行识别和标定，通过多传感器融合技术构建精确的室内环境地图，并且可以在室内环境中自主定位导航和实时避障。
22.2.本实用新型所述的一种室内自主移动机器人，采用轮式移动机构，通过两个驱动轮差速的方式进行转向，控制便捷，反应迅速，转向半径小，可以适应各种狭窄的室内环境。
23.3.本实用新型所述的一种室内自主移动机器人，拥有独立的中央处理器，即微型计算机，可以快速处理获取的信息，使机器人在建图和导航运动中具有较高的实时性。
24.4.本实用新型所述的一种室内自主移动机器人，空间布局采用抽屉式结构，底板层、电池层、微型计算机层和屏幕层分层布置，布局规范，便于后期保养维护。
25.5.本实用新型所述的一种室内自主移动机器人，驱动电机与驱动轮之间通过联轴器连接，驱动电机与底盘之间通过电机安装架连接，极大地削弱了驱动电机的直接受力，还在一定程度上缓冲减震，使驱动电机能够持续稳定地运转，具有较长的使用寿命。
附图说明
26.图1是本实用新型室内自主移动机器人本体结构整体外观图；
27.图2是本实用新型室内自主移动机器人本体结构内部结构视图；
28.图3是本实用新型室内自主移动机器人本体结构驱动机构视图；
29.图4是本实用新型室内自主移动机器人本体结构整体框架示意图；
30.图5是本实用新型室内自主移动机器人本体结构左侧板视图；
31.图6是本实用新型室内自主移动机器人本体结构右侧板视图；
32.图7是本实用新型室内自主移动机器人本体结构屏幕层板视图；
33.图8是本实用新型室内自主移动机器人本体结构底层板视图；
34.图9是本实用新型室内自主移动机器人本体结构前板视图；
35.图10是本实用新型室内自主移动机器人本体结构电池层板视图；
36.图11是本实用新型室内自主移动机器人本体结构微型计算机层板视图。
37.其中：1-深度相机；2-前挡板；3-惯性测量模块；4-前板；5-降压模块；6-激光雷达；7-急停开关；8-麦克风；9-深度相机安装板；10-左侧板；11-屏幕层板；12-微型计算机；13-微型计算机层板；14-第二电源；15-电池层板；16-第一电源；17-底层板；18-第三电源；19-扩展usb接口；20-显示屏；21-右侧板；22-万向轮安装板；23-驱动轮；24-联轴器；25-驱动电机；26-万向轮；27-机器人本体。
具体实施方式
38.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
39.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
40.一种室内自主移动机器人，参照图1-图4所示，包括机器人本体27，机器人本体27前侧设有激光雷达6，机器人本体27为抽屉柜体结构，机器人本体27包括多个隔间，多个隔间包括自下而上设置的底板层、电池层、微型计算机层和屏幕层，底板层底部设有驱动轮22和带动驱动轮22转动的驱动电机25，底板层内设有驱动驱动电机25运动的驱动装置，电池层内设有用于供电的供电模块，微型计算机层内设有微型计算机12，微型计算机12与驱动装置相连，屏幕层内设有麦克风8和显示屏20，麦克风8和显示屏20均与微型计算机12相连，通过麦克风8接收语音指令并将语音指令发送给微型计算机12，显示屏20用于显示微型计算机12的相关信息，屏幕层顶部设有深度相机安装板9，深度相机安装板9上安装有深度相机1和惯性测量模块3，供电模块为微型计算机12、显示屏20、麦克风8、深度相机1和惯性测量模块3供电。
41.通过设置激光雷达6，可以实现前方180
°
范围内的环境信息检测，深度相机1作为视觉传感器，可以与激光雷达6配合，对障碍物进行识别和标定，构建精确的室内环境地图，并且可以在室内环境中自主定位导航和实时避障，满足机器人在建立环境地图和自主定位
导航过程的高精度要求。本实用新型中，将机器人本体27设置成抽屉柜体结构，机器人本体27包括多个隔间，使机器人本体27结构紧凑，便于安装和拆卸，并使室内自主移动机器人各个功能模块相对独立，使室内自主移动机器人能够通过使用不同的隔间实现不同需要的功能，提高室内自主移动机器人的通用性。
42.本实用新型中，激光雷达6采用sick公司的lms111系列的一款高精度激光扫描器，监控范围广为270
°
，同时也可以根据需求进行角度调整，该激光雷达6拥有ip67防护等级，具有防撞、测量及安防的功能。lms111上采用成熟的tof原理，激光雷达6首先连续的发射大量的激光脉冲，物体会将部分激光反射回来，激光雷达6上的传感器会接收反射的光，通过光在此之间运行的时间来计算障碍物的距离。
43.深度相机1采用微软的kinect v2，其包含一个红外摄像头、一个rgb摄像头和一个可红外光源。红外摄像头用来测量深度信息，rgb摄像头用来采集颜色信息，红外光源用于发射红外散斑。kinect v2在测量时通过将物体上的红外光斑图像与标定库中的结果匹配，以此来计算物体的深度信息。通过事先标定好两个摄像机的位置关系，kinect v2测量得到图像中的每个像素点同时具有颜色(rgb)和深度(depth，d)信息。机身转动范围为
±
27
°
，水平视角为57
°
，垂直视角为43
°
，传感深度范围为1.2m-3.5m。kinect v2可以采集丰富的图像信息，对这些信息进行处理，能够得到环境的平面地图，也可以构建环境的3d地图。kinect v2一次采集可以获得307200个点的深度和颜色信息，其理论采集频率达到30fps，室内自主移动机器人通过kinect v2可以获得大量的环境信息，可以使地图构建更加精准。
44.深度相机1通过转轴与深度相机安装板9相连，深度相机安装板9水平设置，保证深度相机1的水平度，使得深度相机仰角可调，使其拥有较大的检测范围，通过稳固的结构设计，保证深度相机1的安装要求，使深度相机1获得准确的环境信息，从而实现精确的建图和定位导航的功能。
45.本实用新型通过麦克风8接收语音指令并将语音指令发送给微型计算机12，例如可以设置“前进”、“后退”、“左转”和“右转”等语音指令，当麦克风8接收到语音指令后，将语音指令发送给微型计算机12，通过微型计算机12控制驱动装置，进而通过驱动装置控制驱动轮22的运动，使室内自主移动机器人实现前进运动、后退运动或转向运动，实现简单的人机交互共功能。
46.底板层中，驱动装置包括开发板、电机驱动器和第一电源16，开发板通过电机驱动器控制驱动电机25运动，开发板与微型计算机12相连，第一电源16用于为驱动装置和驱动电机25供电。
47.开发板为arduino开发板。具体地，微型计算机12通过串口发送运动指令给arduino开发板，arduino开发板对命令信号进行处理，通过电机驱动器来控制电机的转动速度和方向。从而使驱动轮22实现各种动作，保证机器人能够完成任务。
48.本实用新型中，底板层底部设有两个相对的驱动轮22，通过两个驱动轮22的差分运动，实现室内自主移动机器人的前进运动、后退运动和转向运动。
49.在驱动轮22和驱动电机25间，还设有减速器，驱动电机25为具有光电编码器的步进电机，室内自主移动机器人的驱动方式采用两轮的差分驱动，可以自由前进后退，转向迅速灵敏，并且可以围绕整机质心以零半径旋转，使室内自主移动机器人能够在狭窄环境中自由移动。步进电机和驱动轮22之间通过联轴器24连接，步进电机与底盘之间通过电机安
装架连接，削弱了驱动电机25的直接受力，还在一定程度上缓冲减震，使驱动电机25能够处于正常稳定运行状态，减少驱动电机25的损耗。由于室内机器人整体重心较低，所以运行较为平稳。
50.底板层底部还有万向轮26，万向轮26通过万向轮安装板22安装在底板层底部，可使室内自主移动机器人全向运动。
51.本实用新型中，设有两个万向轮26，两个万向轮26相对设置，两个驱动轮22相对于两个万向轮26对称分布，底盘上安装有四个轮子，使室内自主移动机器人处于稳定状态，防止室内自主移动机器人在运动过程种发生翻覆的情况，使室内自主移动机器人能够长期稳定运行。
52.第一电源16和开发板间设有急停开关7。当室内自主移动机器人失控时，按下急停开关7，可以使室内自主移动机器人紧急制动。
53.第一电源16中包括两组电池，每组电池包括8个串联成一组的3.7v电池，两组电池为电机和激光雷达6供电，由于每组电池的输出电压高于电机和激光雷达6的工作电压，因此对电机和激光雷达6供电时需要对两组电池组输出电压进行降压稳压。
54.电池层中，供电模块包括第二电源14和第三电源18，第二电源14为微型计算机12供电，第三电源18为深度相机1供电。
55.具体地，第二电源14和第三电源18均为锂电池，由于微型计算机12和深度相机1的工作电压低于锂电池的输出电压，且要求输入电压稳定，因此需要通过降压模块5对锂电池的输出电压进行降压稳压处理。
56.惯性测量模块3包括陀螺仪及加速度计。
57.微型计算机12上还连接有扩展usb接口19。
58.机器人本体27中，参照图5-图11所示，相邻隔间通过隔板隔开，隔板通过l型角码固定在机器人本体27内部，各个零部件固定在隔板上，当需要更换零部件时，可以拆卸隔板，对零部件进行更换，从而使室内自主移动机器人各个功能模块相对独立，使室内自主移动机器人能够通过使用不同的隔间实现不同需要的功能，提高室内自主移动机器人的通用性。
59.具体地，隔板为底层板17、电池层板15、微型计算机层板13、屏幕层板11和深度相机安装板9。机器人本体27为多个隔板、前板4、左侧板10和右侧板组成。激光雷达6通过前挡板2安装在前板4上。
60.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。