一种移动柔性扫描机器人系统

1.本发明属于机器人系统领域，尤其涉及一种移动柔性扫描机器人系统。


背景技术：

2.近年来，社会生产生活中对高精度三维模型的要求越来越高，三维模型一方面可由模型设计师使用三维模型设计软件制作而成；另一方面可使用三维扫描仪对实际物体进行三维扫描，进而利用计算机技术生成对应的三维模型。三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要借助三维扫描仪工具对物体空间外形和结构及色彩进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。三维扫描的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。三维扫描技术能实现非接触测量，且具有速度快、精度高的优点。三维扫描的输出结果能直接与多种三维软件对接，方便进一步设计和更改三维模型。在制造业中，三维扫描仪作为一种快速的立体测量设备，因其测量速度快、精度高，非接触，使用方便等优点而得到越来越多的应用。
3.三维扫描仪分为接触式与非接触式两种，非接触式又可分为主动扫描与被动扫描。接触式三维扫描仪透过实际触碰物体表面的方式计算深度，坐标测量机即典型的接触式三维扫描仪。此方法相当精确，常被用于工程制造产业，然而因其在扫描过程中必须接触物体，待测物有破损的可能。非接触主动式扫描仪将光或波投射到待扫描物体上，借由物体反射回的光或波来计算三维空间信息，常见光或波有一般的可见光、高能光束、超音波与x射线。非接触被动式扫描仪本身并不发射任何辐射线，而是测量由待扫描物体表面反射环境辐射线的方法，达到预期的效果。由于环境中的可见光辐射，是相当容易获取并利用的，大部分这类型的扫描仪以侦测环境的可见光为主。
4.现有三维扫描仪在使用过程中，要么固定扫描仪旋转待扫描物体完成整个物体扫描，要么手持扫描仪围着待扫描物体转动完成整个物体扫描，并没有一种能够自主移动的扫描仪完成整个扫描过程。另外，现有三维扫描仪不能同时兼顾对距离远，距离适中，距离近的待扫描物体的三维扫描。
5.因此，急需一种移动柔性扫描机器人系统。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明提供一种移动柔性扫描机器人系统，包括移动平台模块、柔性机械臂模块、多模态扫描仪模块，所述移动平台模块为整个系统提供平面移动能力，且所述移动平台模块可在平面内任意移动，所述柔性机械臂模块安装在移动平台模块上，且所述柔性机械臂模块有多个运动自由度，为多模态扫描仪提供三维空间移动能力，所述多模态扫描仪模块安装在柔性机械臂末端，可获取空间的多个模态信息。
7.优选的，所述移动平台模块具有的平面移动能力，包括但不限于轮式运动方式。
8.优选的，所述柔性机械臂模块能为其末端的多模态扫描仪模块提供三维空间移动能力，所述柔性机械臂模块的运动自由度的个数包括但不限于六个。
9.优选的，所述多模态扫描仪模块获取空间的多个模态信息包括但不限于三维空间的图片、深度、点云模态信息。
10.优选的，所述移动平台模块内包含供电单元、驱动单元、智能控制单元，所述供电单元用于为驱动单元供电，所述驱动单元能够实现移动平台模块移动；所述智能控制单元用于控制驱动单元，利用电脑通过网口连接智能控制单元，以实现移动平台的轨迹控制。
11.优选的，所述柔性机械臂模块内包含柔性机械臂本体单元和控制器单元，所述柔性机械臂本体单元用于控制柔性机械臂模块末端到达三维空间中的某点，所述控制器单元一方面能够控制为柔性机械臂本体单元供电，另一方面能够控制柔性机械臂模块末端的位置和姿态，用电脑通过网口连接控制器单元，以控制机械臂末端到达指定的位置和姿态。
12.优选的，所述多模态扫描仪模块包含以下传感器：相机传感器、雷达传感器、红外传感器、结构光传感器。
13.优选的，所述多模态扫描仪模块内的传感器的种类和个数不做限定。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
15.(1)本发明使用移动平台模块负载柔性机械臂模块和多模态扫描仪模块进行平面空间移动，使用柔性机械臂模块负载多模态扫描仪模块进行三维空间移动，能够实现多模态扫描仪模块的自主移动，使得扫描方式更加灵活。
16.(2)本发明使用雷达传感器对距离远的待扫描物体进行扫描，使用红外传感器对距离适中的待扫描物体进行扫描，使用相机传感器对距离近的待扫描物体进行扫描，因此，该系统能够同时兼顾距离远，距离适中，距离近的待扫描物体的三维扫描。
附图说明
17.图1是本发明的系统的结构与应用场景示意图。
具体实施方式
18.以下结合附图对本发明做进一步描述：
19.实施例1：
20.如附图1所示，本发明提供一种移动柔性扫描机器人系统，包括移动平台模块、柔性机械臂模块、多模态扫描仪模块，所示柔性机械臂模块安装在移动平台模块上，多模态扫描仪模块安装在柔性机械臂模块末端的法兰上，所示柔性机械臂模块和多模态扫描仪模块之间均是刚性连接，即当其中一个件产生位移或受力时，与之相连的另一个件不相对于第一个件产生位移或相对变形，也就是两个连接为一个整体，该移动柔性扫描机器人系统可对其工作的复杂场景或超大尺度对象进行基于自主运动规划的实时扫描与实景重建。
21.具体的，所述移动平台模块为整个系统提供平面移动能力，且所述移动平台模块可在平面内任意移动，所述移动平台模块具有的平面移动能力，包括但不限于轮式运动方式，所述柔性机械臂模块安装在移动平台模块上，且所述柔性机械臂模块有多个运动自由度，为多模态扫描仪提供三维空间移动能力，所述柔性机械臂模块能为其末端的多模态扫描仪模块提供三维空间移动能力，所述柔性机械臂模块的运动自由度的个数包括但不限于六个，所述多模态扫描仪模块安装在柔性机械臂末端，可获取空间的多个模态信息，所述多模态扫描仪模块获取空间的多个模态信息包括但不限于三维空间的图片、深度、点云模态
信息。
22.具体的，所述移动平台模块内包含供电单元、驱动单元、智能控制单元，所述供电单元用于为驱动单元供电，所述驱动单元能够实现移动平台模块移动；所述智能控制单元用于控制驱动单元，利用电脑通过网口连接智能控制单元，以实现移动平台的轨迹控制。
23.具体的，所述柔性机械臂模块内包含柔性机械臂本体单元和控制器单元，所述柔性机械臂本体单元用于控制柔性机械臂模块末端到达三维空间中的某点，所述控制器单元一方面能够控制为柔性机械臂本体单元供电，另一方面能够控制柔性机械臂模块末端的位置和姿态，用电脑通过网口连接控制器单元，以控制机械臂末端到达指定的位置和姿态。
24.具体的，所述多模态扫描仪模块包含以下传感器：相机传感器、雷达传感器、红外传感器、结构光传感器，所述多模态扫描仪模块内的传感器的种类和个数不做限定。
25.具体的，复杂场景或超大尺度对象均是移动柔性扫描机器人系统的待扫描对象，其中复杂场景是指待扫描空间区域信息环境杂乱、无章可循的场景，如街道、工厂，所述的超大尺度对象指待扫描对象是相对较大物体，如无人机、汽车。
26.具体的，自主运动规划是指通过网口连接移动平台模块中智能控制单元的电脑可根据待扫描对象进行运动轨迹的规划，进而控制移动平台模块的运动轨迹。
27.具体的，实时扫描与实景重建指移动柔性扫描机器人系统可以对待扫描对象进行扫描，在扫描的同时重建出待扫描对象的三维仿真模型。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”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。
29.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”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”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，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。
31.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及等同物限定。