一种室外机器人的制作方法

1.本实用新型涉及机器人智能控制技术领域，特别涉及一种室外机器人。


背景技术：

2.建立智能城市日渐成为社会共同的研究课题，货物的智能运送也成为了人们讨论的热点话题。目前，在很多行业已出现一些移动机器人用于配送货物，移动机器人分为室内机器人和室外机器人两种。有些室外机器人是采用激光雷达，通过激光雷达发射激光束来测量视场中物体轮廓边沿与设备间的相对距离，从而准确捕捉这些轮廓信息组成点云，并绘制出3d环境地图再传输到系统进行分析并下达行驶指令。有些室外机器人是采用摄像头，依靠摄像头拍摄的画面，传输到系统进行分析，从而计算出周围的车辆、道路等信息。但由于道路管理、机器人安全性、环境不确定性等因素，这两种室外机器人无法在配送环节中很好地避开路障或行人。
3.上述内容仅用于辅助理解本技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的是提供一种室外机器人，旨在增强室外机器人的室外运行性能。
5.为实现上述目的，本实用新型提出的室外机器人，包括：
6.本体，所述本体包括底盘和驱动机构，所述驱动机构安装于所述底盘上，所述驱动机构用于驱动所述室外机器人移动；
7.识别模块，所述识别模块安装在所述本体上，并包括激光雷达组件、路况摄像头组件及超声波传感器组件，所述激光雷达组件和所述超声波传感器组件均用于检测障碍物，所述路况摄像头组件用于监测周边路况，所述超声波传感器组件环绕一周设置于所述本体；
8.定位模块，所述定位模块安装在所述本体上，用于实时更新所述本体的位置信息；以及
9.控制器，所述控制器安装在所述本体中，所述识别模块、所述定位模块均与所述控制器电连接。
10.可选地，所述激光雷达组件包括前端激光雷达、后端激光雷达、顶部激光雷达；
11.所述前端激光雷达安装于所述本体的前端底部，用于对所述本体前方的障碍物进行探测；
12.所述后端激光雷达安装于所述本体的后端底部，用于对所述本体后方的障碍物进行探测；
13.所述顶部激光雷达安装于所述本体的顶部，用于对所述本体四周进行 360
°
全方位探测。
14.可选地，所述本体的顶部设有拱形结构，所述拱形结构的最高点处设有安装部，所述顶部激光雷达安装于所述安装部的顶部。
15.可选地，所述室外机器人包括行车记录仪，所述行车记录仪安装于所述安装部侧部，用于采集画面。
16.可选地，所述行车记录仪包括至少四个摄像头，四个所述摄像头位于同一水平面，四个所述摄像头分别朝向所述本体的前、后、左、右四个方位。
17.可选地，所述路况摄像头组件包括第一路况摄像头和第二路况摄像头，所述第一路况摄像头安装于所述拱形结构的左半弧，且朝向所述本体的前方设置，所述第二路况摄像头安装于所述拱形结构的右半弧，且朝向所述本体的前方设置，所述安装部位于所述第一路况摄像头和所述第二路况摄像头之间。
18.可选地，所述定位模块包括至少四个gps定位模块，四个所述gps定位模块分别设置于所述本体的前端的左右两侧和后端的左右两侧。
19.可选地，所述室外机器人包括交互灯组，所述交互灯组包括状态指示灯、转向灯和尾灯；
20.所述状态指示灯安装于支撑杆上，所述支撑杆设置于所述本体后端；
21.所述转向灯设置于所述本体的前端，所述转向灯包括设于左侧的左转向灯和设于右侧的右转向灯；
22.所述尾灯设置于所述本体的后端，所述尾灯包括设于左侧的左尾灯和设于右侧的右尾灯。
23.可选地，所述室外机器人还包括储物结构，所述储物结构设有开合机构，所述开合机构与控制器电性连接。
24.可选地，所述室外机器人还包括交互设备，所述交互设备供用户操作。
25.本实用新型技术方案采用激光雷达组件、路况摄像头组件和超声波传感器组件进行导航避障，对各种传感器的功能取长补短，且在某一种传感器出现故障时可提供一定的冗余度，增强室外运行性能。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
27.图1为本实用新型室外机器人一实施例的结构示意图；
28.图2为图1室外机器人另一视角的结构示意图；
29.图3为图1室外机器人去掉部分结构的结构示意图；
30.图4为图2室外机器人去掉部分结构的结构示意图。
31.附图标号说明：
[0032][0033]
具体实施方式
[0034]
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，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0035]
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0036]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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实用新型中的具体含义。
[0037]
另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b为例”，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0038]
本实用新型提出一种室外机器人，包括本体10、识别模块、定位模块30 和控制器40。本体10包括底盘和驱动机构11，驱动机构11安装于底盘上，驱动机构11用于驱动室外机
器人移动。识别模块安装在本体10上，并包括激光雷达组件21、路况摄像头组件22及超声波传感器组件23，激光雷达组件21和超声波传感器组件23均用于检测障碍物，路况摄像头组件22用于监测周边路况，超声波传感器组件23环绕一周设置于本体10。定位模块30安装在本体10 上，用于实时更新本体10的位置信息。控制器40安装在本体10中，识别模块 20、定位模块30均与控制器40电连接。
[0039]
本实用新型技术方案采用激光雷达组件21、路况摄像头组件22和超声波传感器组件23进行导航避障，对各种传感器的功能取长补短，且在某一种传感器出现故障时可提供一定的冗余度，增强室外运行性能。
[0040]
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对目标进行探测、跟踪和识别。
[0041]
激光雷达按线数分类可分为单线激光雷达和多线激光雷达，单线激光雷达是指激光源发出的线束是单线的雷达，获取的是2d平面扫描图。多线激光雷达是指同时发射及接收多束激光的激光旋转测距雷达，市场上目前有4线、 8线、16线、32线、64线和128线之分，多线激光雷达可以识别物体的高度信息并获取周围环境的3d扫描图。
[0042]
在本实施例中，激光雷达组件21采用的是单线激光雷达。在其他实施例中，激光雷达的选择根据实际需求而定，在此不作限定。
[0043]
当然，要实现机器人的自主行走，仅有激光雷达还是不够的。想要拥有强大的识别、感知能力，还需要实现多传感器融合技术，配备激光雷达、超声波等多种传感器，可帮助机器人更灵活面对复杂的应用需求。
[0044]
激光雷达在应用的过程中，会遇到光源干扰问题。不管是自然光源还是人造光源，都会在扫描建图的时候产生噪点，影响超声波等传感器的误触发，继而影响导航效率。同时，也可能导致雷达的有效测量距离变短或者完全无法进行距离测量。除了光源干扰之外，环境中的高反射材质也会对雷达造成一些影响，造成地图丢点严重。
[0045]
为此，本技术还增加了超声波传感器组件23，超声波传感器组件23由多个超声波传感器组成，多个超声波传感器环绕本体10一圈均匀分布设置。超声波传感器由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。超声波传感器工作时，可以准确地检测玻璃、镜子等高渗透材料的障碍物，以便在接近这些物体之前及时避开障碍物。
[0046]
由于激光雷达组件21存在盲区，超声波传感器组件23可以弥补激光雷达探测不到的区域，使得室外机器人在运行的过程中，检测前方障碍物，并在检测到障碍物时向控制器40发送避障传感信号，控制器40响应避障传感信号并控制本体10减速或停止运动。
[0047]
在实际应用中，传感器也并非越多越好，不合理的传感器组合不但增加使用的成本，还有可能导致传感器之间互相干扰的情况发生。因此，本技术在控制成本的前提下，选择三种传感器(激光雷达组件21、路况摄像头组件 22和超声波传感器组件23)，最大限度地提升室外机器人的导航避障性能，增强室外机器人的室外运行性能。
[0048]
可选地，激光雷达组件21包括前端激光雷达211、后端激光雷达212、顶部激光雷达213。前端激光雷达211安装于本体10的前端底部，用于对本体10前方的障碍物进行探测。后端激光雷达212安装于本体10的后端底部，用于对本体后方10的障碍物进行探测。当前端激
光雷达211检测到前方有障碍物时，室外机器人会停止运动，重新规划路线。同样的，室外机器人倒车时，后端激光雷达212检测到后方有障碍物，室外机器人也会停止运动，重新规划路线。顶部激光雷达213安装于本体10的顶部，用于对本体10四周进行360
°
全方位探测。顶部激光雷达213的测距核心顺时针旋转，可实现对周围环境的360度全方位扫描测距检测，从而获得周围环境的高精度轮廓信息。
[0049]
进一步地，本体10的顶部设有拱形结构12，拱形结构12的最高点处设有安装部，顶部激光雷达213安装于安装部的顶部。拱形结构12的设置确保顶部激光雷达213安装于本体10的顶部，不被室外机器人上的其他部件遮挡，影响激光扫描检测的效果。
[0050]
可选地，室外机器人包括行车记录仪50，行车记录仪50安装于安装部侧部，行车记录仪50用于采集画面。行车记录仪50具有隐蔽性好、安装方便、可拆卸更换、成本低、使用简单等特点。
[0051]
进一步地，行车记录仪50包括至少四个摄像头，四个摄像头位于同一水平面，四个摄像头分别朝向本体10的前、后、左、右四个方位。四个摄像头安装位置隐蔽，且安装朝向不同的四个方位，确保拍摄到本体10四周各角度的完整真实画面。
[0052]
在本实施例中，行车记录仪50的四个摄像头具有夜视功能。当机器人在夜晚被偷盗时，行车记录仪50可全方位地记录下盗窃者的作案过程，为偷盗调查提供证据，便于后续机器人的追回。当然，行车记录仪50还可以全方位地记录下交通事故的完整过程，为交通事故的调查提供证据。
[0053]
可选地，路况摄像头组件22包括第一路况摄像头221和第二路况摄像头 222，第一路况摄像头221安装于拱形结构的左半弧，且朝向本体10的前方设置，第二路况摄像头222安装于拱形结构的右半弧，且朝向本体10的前方设置，安装部位于第一路况摄像头221和第二路况摄像头222之间。第一路况摄像头221和第二路况摄像头222可形成双目立体视觉，观测到人眼可观察到的画面，提高视觉识别的精度。
[0054]
在本实施例中，第一路况摄像头221和第二路况摄像头222是模拟人眼的应用。由于本身测距的原理，会要求两个摄像头之间的距离误差越小越好。在其他实施例中，还可将其换成双目摄像头。双目摄像头也是利用仿生学原理，通过标定后的双摄像头得到同步曝光图像，然后计算获取的二维图像像素点的第三维深度信息。双目摄像头同时也存在摆放位置的问题。两个镜头之间的距离是10-20cm之间，这个距离需要非常精准，因为这会直接关系到测距的准确性。
[0055]
路况摄像头组件22借由镜头采集图像后，由摄像头内的感光组件电路及控制组件对图像进行处理并转化为电脑能处理的数字信号，通过图像匹配进行识别，如车辆、行人、车道线、交通标志等，利用物体的运动模式或双目定位，估算目标物体与本车的相对距离和相对速度，从而实现感知室外机器人周边的路况情况。
[0056]
当遇到红灯时，形成识别信号，并将识别信号传输至控制器40，以形成控制本体10停止的控制指令；当遇到绿灯时，形成识别信号，并将识别信号传输至控制器40，以形成控制本体10移动的控制指令，从而使得室外机器人可以适应有红绿灯道路的运行。
[0057]
对于摄像头和激光雷达的感知任务来说，都可用于进行车道线检测。除此之外，激光雷达还可用于路牙检测，对激光雷达而言，它对障碍物只能分一些大类，对物体运动状态的判断主要靠激光雷达完成。但是，对于车牌识别以及道路两边，比如限速牌和红绿灯的识
别，主要还是用摄像头来完成。如果对障碍物的识别，摄像头可以很容易通过深度学习把障碍物进行细致分类。
[0058]
激光雷达获取的数据是3-d点云距离信息(有可能带反射值的灰度值)，摄像头获取到的数据是rgb图像的像素阵列，因此这就需要将激光雷达和摄像头的数据或结果进行融合。如此，有利于克服各个传感器的局限性，优势互补。
[0059]
可选地，定位模块30包括至少四个gps定位模块，四个gps定位模块分别设置于本体10的前端的左右两侧和后端的左右两侧。通过设置四个方位的gps定位模块，可以提高定位精度。
[0060]
在本实施例中，这四个gps定位模块采用伪距差分动态定位法，用基准接收机和动态接收机共同观测4颗gps卫星，按照一定的算法即可求出某时某刻机器人的三维位置坐标。差分动态定位消除了星钟误差，对于在距离基准站1000km的用户，可以消除星钟误差和对流层引起的误差，因而可以显着提高动态定位精度。本实施例利用定位模块30实现室外机器人的精准定位，实时发送位置信息，配合识别模块实现路径行走。
[0061]
利用gps模块来实现20～50米范围内的粗略位置定位，再利用机器人搭载的短距离精确测距设备(超声波、激光雷达等等)来实现小范围的局部精确定位，这样就可以使户外机器人在任何大小尺度的地图范围内都可以准确定位了。
[0062]
还需要强调的是，在本实施例中，激光雷达组件21、路况摄像头组件22 都利用激光slam算法系统来实现自主定位、自动建图、路径规划等。在 slam技术实现过程中，主要包含预处理、匹配及地图融合三大步骤：
[0063]
1、预处理。预处理是对激光雷达的原始数据进行优化，剔除一些有问题的数据，或进行滤波。激光雷达可获取它所在位置的环境信息，也就是点云，但它只能反映机器人所在环境中的一个部分。
[0064]
2、匹配。匹配是一个非常关键的步骤，是指将当前一局部环境的点云数据在已建立的地图上寻找到对应的位置。
[0065]
3、地图融合。在匹配这一步骤完成后便可直接进入地图融合了，地图融合就是将来自激光雷达的新数据拼接到原始地图当中，并最终完成地图的更新。
[0066]
当然，在实际应用过程中，传感器所描绘的世界与实际情况会有所误差，机器人所在环境很容易出现变化，例如突然走进一个人或闯入一只小猫。面对复杂的应用环境，需要用到很多概率算法，并采用滤波的方式进行融合，将以上过程依次执行后，最终就产生了我们所看到的栅格地图。
[0067]
另外，根据对环境信息的掌握程度不同，路径规划又可分为全局路径规划及局部路径规划。全局路径规划是最上层的运动规划逻辑，它按照机器人预先记录的环境地图并结合机器人当前位姿以及任务目标点的位置，在地图上找到前往目标点最快捷的路径。局部路径规划是指当环境出现变化或者上层规划的路径不利于机器人实际行走的时候(比如机器人在行走的过程中遇到障碍物)，局部路径规划将做出微调。与全局路径规划有所区别的是，局部路径规划可能并不知道机器人最终要去哪，但是对于机器人怎么绕开眼前的障碍物特别在行。这两个层次的规划模块协同工作，机器人就可以很好的实现两点之间(起点到终点)的智能移动了。
[0068]
本技术的工作流程是：首先，将机器人置入所需要工作搬运货物的环境中。当装配
好物品后，工作人员选定运送终点，可以提前选定，输入到控制器中，也可以通过外部终端进行选定。然后，机器人启动识别模块，通过识别模块识别当前环境，将当前图像信息采集后，控制器40根据运送起点和运送终点进行全局规划，发出指令使机器人向运送终点前进。在行进过程中遇到障碍物时，通过识别模块和定位模块30，配合控制器40，重新规划路线，直至到达目的地。当到达目的地后，收货人取下物品。
[0069]
可选地，室外机器人包括交互灯组，交互灯组包括状态指示灯61、转向灯62和尾灯63。状态指示灯61安装于支撑杆上，支撑杆设置于本体10后端。转向灯62设置于本体10的前端，转向灯62包括设于左侧的左转向灯621和设于右侧的右转向灯622。尾灯63设置于本体10的后端，尾灯63包括设于左侧的左尾灯和设于右侧的右尾灯。交互灯组向周围车辆或行人展示机器人动态信息，确保安全行驶。
[0070]
为遵守交通规则和保障他人安全，室外机器人也和正常车辆行驶一样设置转向灯62和尾灯63。当室外机器人需要左右转弯时，自行打开左转向灯 621或右转向灯622，以提示周围车辆或行人。当室外机器人需要倒车或刹车时，自行打开尾灯63，以提示后面车辆或行人。
[0071]
在本实施例中，室外机器人行驶时，状态指示灯61为红色灯并闪烁，提示行驶过程中的路人注意避让。在其他实施例中，还可以通过状态指示灯61 的r、g、b三种颜色及常亮、闪烁或者呼吸等显示方式的组合来展示室外机器人在工作过程中的运动状态和工作状态，让室外机器人的状态视觉可见，提升室外机器人的交互性能。
[0072]
可选地，室外机器人还包括储物结构70，储物结构70设有开合机构71，开合机构71与控制器40电性连接。如此，使得储物结构70可自动开关，而不需用户手动开关。
[0073]
在本实施例中，用户(工作人员或收货人)可通过输入指令发送至控制器40，控制开合机构71打开或关闭储物结构70，便于取放储物结构70中的物品。储物结构70有四个储物格，具体储物空间可以根据实际情况进行调整。在储物结构70上设置有电子锁，电子锁可以是密码锁、扫描电子锁等。
[0074]
可选地，室外机器人还包括交互设备80，交互设备80供用户操作，方便用户对室外机器人下发具体的指令。
[0075]
在本实施例中，交互设备80包括显示屏，显示屏和控制器40电性连接。显示屏显示机器人的相关操作提示或状态信息等内容。为了实现为了实现更好人机交互体验，还配合设置有输入设备，该输入设备可以输入相关指令，包括但不限于，文字输入和语音输入。用户(工作人员或收货人)可通过输入指令进行一系列操作，打开或关闭储物结构70，或者选取运送终点，等等。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。