一种复杂环境下工作的机器人底盘的制作方法

本发明涉及智能机器人领域，特别是一种复杂环境下工作的机器人底盘底盘。

背景技术：

目前市场使用的机器人底盘设备，都是固定底座，处理固定的一部分区间，可操作范围小，操作不灵活等缺点；或者直接在机器人底盘加上轮胎，这样也只是方便了搬移机器人时方便移动；又或者是使用简单的控制系统和结构，使用移动命令手柄来控制机器人的移动。

这样出现的效果是机器人移动线路不流畅，移动笨拙，人为操控不方便，占用多余的人力等等。

在这一操作过程中有许多数据是不被机器人记录的，而这些数据可以为以后的机器人底盘研究起到帮助。

针对以上机器人底盘的缺陷，本发明采用的可移动方式，给机器人底盘加上轮胎、操控系统，实现机器人自主移动，来节约成本提高效率，以上的改进，为机器人底盘增加新一种的运作方式。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种复杂环境下工作的机器人底盘，其能够通过算法自主移动，实现机器人自主作业，对运动轨迹实时记录，对错误数据进行纠正。

本发明的实施例是这样实现的：

一种复杂环境下工作的机器人底盘，包括:控制机构、机械机构、底盘系统、机器人车体，其中：

控制机构电性连接机械机构，底盘系统数据连接控制机构，控制机构、机械机构、底盘系统都装载于机器人车体上。

所述控制机构用于操控机器人底盘的移动作业接收各部件的数据发出控制命令。

控制机构包括：工控机、下位机、can总线、控制器、slam算法模块、路由器、多传感器组、激光雷达、语音识别模块、陀螺仪、电源系统、上位机、姿位传感器，其中：

工控机电性连接控制器，控制器数据连接下位机，slam算法模块数据连接控制器，上位机通过can总线数据连接控制器，路由器数据连接控制器，多传感器组数据连接控制器，激光雷达数据连接控制器，语音识别模块数据连接控制器，陀螺仪数据连接控制器，电源系统电性连接控制器，姿位传感器数据连接下位机。

所述下位机用于接收资位传感器的数据。

所述资位传感器用于控制机器人底盘走位、行进方向，纠正错误数据。

所述陀螺仪用于控制机器人底盘稳定感和方向。

所述电源系统用于给机器人底盘提供运作能力。

所述激光雷达用于探测路面情况，数据提供给控制器，控制器做出判断，控制机器人底盘的行进和方向。

上位机接收到的指令通过can总线传给控制板，控制板在通过rs485通讯接口传递给伺服电机信号，电机接收到信号后控制驱动轮前进。

所述语音识别模块用于语音控制，加入语音识别算法，语音识别模块连接控制器，人通过语音命令控制底盘机器人的行为方式。

所述路由器连接到机器人底盘控制工控机，通过对上位机控制发出前进、后退、转弯等指令。

slam算法模块内置姿态调控算法，确保机器人在复杂环境下作业过程中保持平稳姿态行走。

姿态传感器接口写入“低通滤波器”，过滤掉幅度较高的阶跃扰动，

其中向姿态传感器输入信号i1、i2、i3…in，低通滤波器阈值φ，判断：in＞φ，过滤掉该信号的高幅部分，以较小的幅值传送给工控机模块；否则，直接传输信号给工控机，输出滤波后的姿态信号i1^*、i2^*、i3^*…in^*。

资位传感器阈值φ姿态信号，其中以车身质心为车体坐标系原点，四个车轮以及传感器经过李群与李代数

so(3)＝{r∈r^3×3|rr^t＝i,det(r)＝1}

进行坐标变换，融合多传感器以及测量方位的姿态值，通过非线性最小二乘法：

去掉运动畸变产生的误差。

多传感器组包括：天线、深度学习摄像头、红外探测器、超声波探测仪器。

电源系统包括：电源模块、充电器接口、电池模组、电源控制箱、急停开关，其中：

充电器接口电性连接电源模块，电池模组电性连接电源模块，电源控制箱电性连接电源模块，急停开关电性连接电源模块。

底盘系统包括：控制系统、物体运动信息采集装置、报警装置、碰撞信息采集装置、安全防护装置、物体图像体积信息采集装置、智能识别系统，其中：

物体运动信息采集装置数据连接控制系统，报警装置数据连接控制系统，碰撞信息采集装置数据连接控制系统，安全防护装置电性连接控制系统，物体图像体积信息采集装置数据连接控制系统，智能识别系统数据连接控制系统。

其中：报警装置用于机器人底盘在行进过程中出现翻车、碰撞、不能转弯、不能前进、不能后退的情况，报警装置会发出声音做出响应，提醒用户或者管理员做出适应的反应。

安全防护装置用于机器人行进时速度快，撞击到障碍物，安全防护装置可以做出适当的反应，保护机器人底盘的安全，尽可能的减少损失。

物体图像体积信息采集装置用于采集机器人周边物体体积信息，在控制系统中生成地图，机器人在下次移动或执行命令时候，调用这张地图，可以在工作区域移动。

智能识别系统主要是用于机器人采集周边的影像资料，智能识别系统根据采集达到的影像资料识别其中的物体，其中复杂的物体不能系统依靠数据库自己识别的后期管理员可以对不能识别的物体进行人为的标注，标注的信息加入数据库，可供智能识别系统下次识别相似物体调取使用。

机械结构包括：rs485通讯接口、伺服电机、编码器、减速机、梅花联络轴、皮带轮、轴承、轮胎、轮胎罩板、车轮轴、防尘保护罩，其中：

rs485通讯接口电性连接伺服电机，伺服电机电性连接减速机，编码器电性连接伺服电机，伺服电机物理连接梅花联络轴，皮带轮物理连接梅花联络轴，轴承物理连接轮胎，车轮轴物理连接轴承，轮胎物理连接轮胎罩板。

本发明实施例至少具有如下优点或有益效果：

1、采用底盘系统，记录机器人运动轨迹，碰撞信息，加入图像信息采集装置和识别系统，使机器人底盘更智能，有更强的操控性；

2、采用轮胎式底盘，机器人底盘可以通过自身的控制系统来控制自身的行进和移动；

3、机器人底盘加入控制机构，机器人底盘可以实现机器自主控制，自主处理采集到的数据，机器人底盘系统功能覆盖全面；

4、采用移动算法，更正算法，在机械臂机器人行进过程中出现位移偏差可以记录并更正，达到不断的优化效果；

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是机器人底盘框架示意图。

图2是图1底盘框架示意图中的控制机构示意图。

图3是图2控制机构中的多传感器组示意图。

图4是图2控制机构中的电源系统示意图。

图5是图1底盘框架示意图中的机械机构示意图。

图6是图1底盘框架示意图中的底盘系统示意图。

图7是车体结构示意图。

图8是机器人底盘外观示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示为一种复杂环境下工作的机器人底盘的整体构架图，包括：控制机构、机械机构、底盘系统、机器人车体，其中：控制机构、机械机构、底盘系统装载在机器人车体也就是装载于机器人底盘上。

图2为图1控制机构的整体框架，其中包括：工控机、资位传感器、下位机、上位机、can总线、控制器、slam算法模块、路由器、多传感器组、激光雷达、语音识别模块、陀螺仪、电源系统。

连接关系为：工控机电性连接控制器，控制器数据连接下位机，slam算法模块数据连接控制器，上位机通过can总线数据连接控制器，路由器数据连接控制器，多传感器组数据连接控制器，激光雷达数据连接控制器，语音识别模块数据连接控制器，陀螺仪数据连接控制器，电源系统电性连接控制器，姿位传感器数据连接下位机。

控制机构主要是负责机器人底盘的运动方式和运动轨迹，其中的路由器是接收指令使用的设备，多传感器组和激光雷达用于机器人探测周边障碍物记录收集周边数据，生成三维地图，激光雷达直引机器人的移动方向、路径。语音识别模块用于管理员通过语音的方式，发出命令控制机器人的移动方式，工作行为等等。

也就是说语音识别模块在这里的作用就是提供多一种的人机交互方式。

陀螺仪在机器人运行中所起到的作用就是直引方向和定位，稳定机器人底盘。

图3是多传感器组，包括：天线、深度学习摄像头、红外探测器、超声波探测仪器。

深度学习摄像头在未投入使用之前会加入算法，机器人在使用时摄像头可以记录镜头所记录到的一切物体，对这些物体进行分析，跟踪设定的对象，比如跟踪一个小车，那么深度学习摄像头会在小车移动时追踪小车的轨迹，控制机构分析深度学习摄像头采集的数据，做出实时指令，机器人可以在小车移动的过程中移动自身，追踪小车的轨迹。

超声波探测仪器用来探测移动物体，工作原理是利用人耳听不到的超声波来作为探测源探测物体，发射超声波，通过物体的反射，回波接收后的时差来测量被测物体距离。利用测得的距离对机器人进行移动操控，从而避开障碍物移动。

红外探测器将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。

图4电源系统架构图，包括电源模块、充电器接口、电池模组、电源控制箱、急停开关，其中：急停开关用于机器人运作出现故障时的紧急开关，快速关闭机器人电源，使机器人丧失行动能力。

而电池模组、充电器接口、电源控制箱是机器人的充电插口和蓄电板块，电源模块可以检测电量和机器人电源系统是否有故障，更好的保障机器人的运作，维护系统良好运转起到重要的作用。

图5是机器人的机械结构，包括：rs485通讯接口、伺服电机、减速机、编码器、梅花联络轴、皮带轮、轴承、轮胎、轮胎罩板、防尘保护罩、车轮轴。

伺服电机在这里的作用是给机械结构提供动能，机器人的转向、前进、后退这些移动的控制方式由伺服电机提供能动势能。

减速机是帮助机器人在行动过程中减速使用的部件。

轮胎罩板给轮胎起到一定保护作用的部件。

防尘保护罩是防止灰尘进入到机器人内部机构，保护内部清洁的部件，灰尘对电子元件损害交大，灰尘防护罩可以有效的阻止灰尘的进入，延长机器人的使用寿命。

轴承是将伺服电机的动能传递至轮胎，使轮胎在获得动能时旋转，进而推动机器人的移动。

图6是机器人的底盘系统，包括：控制系统、物体运动信息采集装置、报警装置、碰撞信息采集装置、安全防护装置、物体图像体积信息采集装置、智能识别系统。

其中：物体运动信息采集装置连接于超声波探测仪器，采集机器人四周运动物体信息，报警装置用于提醒管理人员机器人出现故障，以便于管理人员能够有效及时发现，处理。报警装置有存档的功能，也就是机器人出现故障或者碰撞时，对这些数据进行存档，方便管理员后期的数据查阅，了解机器人运作状况。

碰撞信息采集装置用于记录机器人在移动过程中发生的碰撞数据，力度、速度、时间，控制系统当时执行的命令，这些数据可以帮助管理员或研究人员后期可以更有效的改进机器人。

安全防护装置在这里主要是保护机器人在碰撞时更有效的保护机器人内部零件和架构，减少机器人因移动碰撞而产生的损耗。

智能识别系统用于机器人对周边物体图像进行智能识别，这一点有点类似于现在大街上移动的机器人，它可以识别路上的行人、障碍物等等。

物体图像体积信息采集装置用于采集机器人周边物体信息，在机器人内部智能生三维地图，这个三维地图中的物体大小及物体位置信息根据机器人采集的数据可以随时改动，这个三维地图也方便机器人的移动。

图7是机器人底盘的构架图，包括：电源开关、电池组、充电器接口、急停开关、多传感器组、工控机、下位机、控制板、驱动器、减速机、编码器、伺服电机、主轴、副轴、梅花联络轴、轴承、皮带轮、轮胎、车体组成及电源驱动模块。

图8是机器人底盘外观图，其中轮胎10，机器人底盘20，深度学习摄像头30，探照灯40，轴承50。

轮胎10物理连接轴承50，轮胎10和轴承50物理装载于机器人底盘20下方，深度学习摄像头30和探照灯40外置于机器人底盘20上。

探照灯用于机器人夜间作业时，给机器人提供光线。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。