障碍检测装置及全向车的制作方法

本发明涉及车辆工程领域，具体而言，涉及一种障碍检测装置及全向车。

背景技术：

随着工业自动化的发展，全向移动车(AGV车)在智能仓储行业运用愈加普及，对全向移动车的稳定性、可靠性也提出了更高的要求。同时，全向移动车也被应用在影视剧、综艺等拍摄中。

为了防止车辆在工作时，撞到障碍物、其他车辆或者工作人员等，需要检测机器人在移动过程中，四周是否存在障碍物。现有技术中，往往采用单一检测装置进行障碍物检测，例如通过摄像头采集前方的图像，或者通过超声波传感器采集超声波数据进行障碍物检测。

但是，在纹理特别稀疏、纹理重复度高以及纯色表面，光照快速变化的场景以及运动速度超过量程等情况时，摄像头工作均会受到影响；而超声波无法检测到细栏杆、网格围栏等细小物体。在这些情况中，采用单一检测装置进行障碍物检测，不能准确的检测到四周是否存在障碍物，经常会出现检测失灵的情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种障碍检测装置，其能够有效地准确地检测障碍是否存在。

本发明的另一目的在于提供一种全向车，其能够有效地准确地避开障碍物，从而避免对自身和外部环境造成损坏，保证运行的稳定性和安全性。

本发明的实施例是这样实现的：

一种障碍检测装置，用于全向车，其包括外壳、视觉超声波感知模块以及视觉超声波处理模块，所述视觉超声波感知模块包括视觉传感器和超声波传感器，所述视觉传感器和超声波传感器均设置于外壳，所述视觉传感器用于采集障碍的图像信号，所述超声波传感器用于采集障碍的超声波信号，所述视觉超声波处理模块用于接收所述图像信号和所述超声波信号并进行处理，从而获得障碍的位置信息。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述外壳壳壁设置有视觉检测孔和超声波检测孔，所述视觉传感器和所述超声波传感器均安装于所述外壳内部，所述视觉传感器的感应部对应所述视觉检测孔，所述超声波传感器的感应部对应所述超声波检测孔。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述外壳设置有安装架，所述安装架设置有安装孔。

一种全向车，其包括车本体和上述的障碍检测装置，所述障碍检测装置安装于所述车本体。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述外壳有四个且分别设置于所述车本体的前端、后端、左侧以及右侧。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述车本体包括车桥臂、第一支撑板、四个麦克纳姆轮以及动力系统，所述车桥臂有两个且间隔设置，所述第一支撑板的两侧分别固定连接于两个所述车桥臂，四个所述麦克纳姆轮分别安装于两个所述车桥臂的两端，所述动力系统用于给四个所述麦克纳姆轮提供动力。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，全向车还包括第二支撑板，所述第二支撑板位于第一支撑板下方且两端分别连接于两个车桥臂。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述车本体还包括减震装置，所述减震装置包括避震臂和弹性伸缩件，所述避震臂转动连接于所述车桥臂，所述弹性伸缩件的两端分别转动连接于所述车桥臂和所述避震臂，所述麦克纳姆轮转动连接于所述避震臂。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述弹性伸缩件为减震弹簧。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述动力系统包括四个电机，四个所述电机分别固定安装于两个所述车桥臂的两端，四个所述电机的输出轴分别与四个所述麦克纳姆轮传动连接。

本发明实施例的有益效果是：

本障碍检测装置包括外壳、视觉超声波感知模块以及视觉超声波处理模块，视觉超声波感知模块包括视觉传感器和超声波传感器，视觉传感器和超声波传感器均设置于外壳，视觉传感器用于采集障碍的图像信号，超声波传感器用于采集障碍的超声波信号，视觉超声波处理模块用于接收图像信号和超声波信号并进行处理，从而获得障碍的位置信息，通过视觉传感器和超声波传感器的结合，可以有效检测各种类型的障碍，从而准确地检测到障碍是否存在，有效弥补了现有技术的缺陷。

本全向车包括车本体和上述的障碍检测装置，障碍检测装置安装于车本体，障碍检测装置可以准确地检测到障碍是否存在，从而使得全向车能够有效地准确地避开障碍物，从而避免对自身和外部环境造成损坏，保证运行的稳定性和安全性，有效弥补了现有技术的缺陷。

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为本发明实施例提供的全向车的第一视角的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的全向车的第二视角的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的全向车的第三视角的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的全向车的第四视角的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的减震装置和第一车桥臂的第一视角的连接示意图；

图6为本发明实施例提供的减震装置和第一车桥臂的第二视角的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的全向车拆除第一支撑板和动力系统后的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的视觉超声波感知模块的结构示意图。

图标：100－全向车；110－车架；120－第一支撑板；122－凸板；130－第二支撑板；140－第一车桥臂；142－支板；144－支条；146－第一安装槽；148－连接块；150－第二车桥臂；156－第二安装槽；160－减震装置；162－避震臂；164－弹性伸缩件；166－臂板；168－连接条；170－电机；172－轮轴；174－联轴器；180－麦克纳姆轮；190－障碍检测装置；191－视觉超声波感知模块；192－外壳；193－安装架；194－视觉传感器；196－超声波传感器；198－视觉超声波处理模块；199－支撑架。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，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，术语“水平”、“竖直”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。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1－4，本实施例提供了一种全向车100，其包括车架110、减震装置160、四个麦克纳姆轮180、动力系统、控制系统以及障碍检测装置190。

其中，参照图5－6，车架110包括第一车桥臂140、第二车桥臂150、第一支撑板120以及第二支撑板130。第一车桥臂140和第二车桥臂150平行间隔设置，第一车桥臂140和第二车桥臂150均包括两个支板142和多根支条144，两个支板142均采用环氧板制成且其上设置多个工艺孔，以便保证其强度的同时尽可能减轻自重。多根支条144均平行间隔设置于两个支板142之间，且每根支条144的两端分别与两个支板142相对的两个表面连接。这种结构可以在保证第一车桥臂140和第二车桥臂150承重性能的同时，尽可能减轻两者自身的重量和原料，以降低制造成本。

当然，需要说明的是，在其它实施例中，构成第一车桥臂140和第二车桥臂150的支板142也可以采用其它质量轻、强度高、易加工的材料，比如碳纤板等，具体根据实际情况确定。

第一车桥臂140的两个支板142中部均设置有两个长方形的第一凹槽，两个第一凹槽相互对应从而形成第一安装槽146。同时，第二车桥臂150的两个支板142中部均设置有两个长方形的第二凹槽，两个第二凹槽相互对应从而形成第二安装槽156。

第一车桥臂140的两根支板142中部之间以及第二车桥臂150的两根支板142之间均设置有连接块148，两个连接块148分别位于第一安装槽146和安装槽下方。设置两个连接块148的目的在于一方面增强第一车桥臂140和第二车桥臂150的结构强度，另一方面可以承受车辆由于侧向平移过程中，由于同一侧麦克纳姆轮180同时撞击对全向车100内部所产生的力，从而避免对相应侧的避震臂162造成损伤。

再次参照图5－6，第一支撑板120采用环氧板、碳纤板等质量轻、强度高、易加工的材料制成。第一支撑板120大致呈长方形且长度方向与第一车桥臂140或第二车桥臂150的长度方向相同。第一支撑板120设置有多个预留孔，以便可以搭载各类设备，比如小型码垛机械臂、货架固定机构、云台等。

第一支撑板120相对的两侧分别固定连接于第一车桥臂140和第二车桥臂150。为了提高第一支撑板120的安装稳定性，本实施例中，第一支撑板120对应第一车桥臂140和第二车桥臂150的两侧分别设置有凸板122，两个凸板122分别固定连接于第一安装槽146和第二安装槽156的底部。第一安装槽146和第二安装槽156可以分别对两个凸板122起到限位作用，从而有效提高第一支撑板120的稳定性和可靠性。

第二支撑板130也采用环氧板、碳纤板等质量轻、强度高、易加工的材料制成。第二支撑板130大致呈长方形且长度方向与第一车桥臂140或者第二车桥臂150的长度方向垂直。第二支撑板130长度方向上的两侧分别通过螺栓固定连接于第一车桥臂140和第二车桥臂150的中部。第二支撑板130位于第一支撑板120的下方。设置第二支撑板130的目的在于提高第一车桥臂140和第二车桥臂150的连接强度，辅助第一支撑板120承载设备等重物，缓解负重情况下重物对第一支撑板120所产生的压力。

避震装置设置有四个且分别设置于第一车桥架和第二车桥架的两端，每个避震装置均包括避震臂162和两个弹性伸缩件164。避震臂162可以采用各种结构和形式，本实施例中，四个避震臂162均包括两个臂板166和多根连接条168，两个臂板166均采用环氧板、碳纤板等质量轻、强度高、易加工的材料制成。两个臂板166平行间隔设置，多根连接条168设置于两个臂板166之间且每根连接条168的两端分别连接于两个臂板166相对的表面。这样设置避震臂162的结构的目的在于在保证避震臂162结构强度的情况下尽可能减轻其重量，以降低其制造成本。

四个避震臂162分别通过转轴转动连接于第一车桥臂140和第二车桥臂150的两端，四个避震臂162的转轴的长度方向分别垂直于第一车桥臂140或者第二车桥臂150的长度方向。

弹性伸缩件164可以采用各种结构和形式，本实施例中，弹性伸缩件164均采用减震弹簧。减震弹簧结构简单，工作稳定，具有优良的减震缓冲效果。每个减震装置160的两个弹性伸缩件164的一端分别转动连接于相应的避震臂162的两个臂板166，另一端分别转动连接于相应的车桥臂的两个支板142端部。

四个麦克纳姆轮180分别刚性连接有四个轮轴172，四个轮轴172分别转动连接于四个避震臂162的外侧臂板166。

设置四个减震装置160的目的在于从很大程度上减缓麦克纳姆轮180传递到车架110的震动，从而可以有效减缓整个全向车100在不平路面行驶时的震动，保证全向车100移动过程中的平稳性和水平性，进而使得全向车100可以准确地按照指定的路线行驶。

减震装置160具有四种工作状态，具体如下：

第一，当重物放置于第一支撑板120后，由于重力作用，第一支撑板120下压，同时第一车桥臂140、第二车桥臂150以及第二支撑板130下压，减震弹簧拉伸；重物从第一支撑板120移开后，由于重力作用消失，第一支撑板120上抬，同时第一车桥臂140、第二车桥臂150以及第二支撑板130上抬，减震弹簧恢复初始状态

第二，当一侧麦克纳姆轮180单轮上坡时，该麦克纳姆轮180相对初始位置抬高，带动相应的避震臂162相对抬高，为保证第一支撑板120所固定设备位置相对不变，即保证第一车桥臂140或者第二车桥臂150位置相对不变，则减震弹簧压缩；当车辆上坡完成后，相应的麦克纳姆轮180向初始位置恢复，带动避震臂162恢复，同时减震弹簧恢复初始状态。

第三，当同一端两个麦克纳姆轮180均上坡时(此处以前端为例)，前端两个麦克纳姆轮180均抬升，带动前端避震臂162相对抬高，第一支撑板120相对抬高重心后移，后端避震臂162相对降低，使得前端减震弹簧压缩，而后端减震弹簧拉伸；当车辆上坡完成后前端麦克纳姆轮180向初始位置恢复，带动避震臂162恢复，第一支撑板120重心恢复，后端避震臂162恢复，使得前端避震弹簧相对拉伸到初始状态，而后端避震弹簧相对压缩到初始状态。

第四，当前行过程中三轮需上坡时，伴随三个麦克纳姆轮180抬升，带动避震臂162相对抬高，上支撑板相对重心不变，车桥臂均相对抬高，而另外一个麦克纳姆轮180轴172承板相对变化幅度不大，使得该避震弹簧拉伸，而其他三轮避震弹簧压缩；当车辆上坡完成后车辆恢复初始状态。

动力系统包括四个电机170，四个所述电机170的机壳分别固定安装于四个避震臂162的内侧臂板166，四个所述电机170的输出轴分别通过四个联轴器174与四个轮轴172连接，从而分别与四个麦克纳姆轮180传动连接，轮轴172可以承受全向车100在正常行驶过程中麦克纳姆轮180由于单侧撞击情况所产生的力，避免对联轴器174造成损伤。这样设置动力系统的目的在于使得四个麦克纳姆轮180之间的动力可以相互独立，互不影响，这样即使某个麦克纳姆轮180失去动力，其余三个也可以正常运转。

控制系统为现有技术，用于控制全向车100的运动速度、方向等。

参照图7，所述障碍检测装置190包括外壳192、视觉超声波感知模块191以及视觉超声波处理模块198。

其中，参照图8，外壳192壳壁设置有视觉检测孔、超声波检测孔、两个L形的安装架193，安装架193远离外壳192的部位设置有多个安装孔，安装架193通过安装孔和螺栓安装于第一支撑板120。

所述视觉超声波感知模块191包括视觉传感器194和超声波传感器196，所述视觉传感器194和超声波传感器196均设置于外壳192内部，所述视觉传感器194的感应部对应所述视觉检测孔，所述超声波传感器196对应所述超声波检测孔。所述视觉传感器194能够通过摄像头采集障碍的图像信号，所述超声波传感器196能够通过发射超声波采集障碍的超声波信号。

视觉超声波感知模块191具有两种工作状态：

第一，在纹理特别稀疏、纹理重复度高以及纯色表面，光照快速变化的场景以及运动速度超过量程等视觉传感模块使用环境受限情况中，即只有超声波传感器196模块工作时，通过超声波传感器196模块采集超声波数据，视觉超声波处理模块198对超声波数据处理。

第二，在细栏杆、网格围栏等细小障碍情况中，超声波传感器196模块使用环境受限情况中，即只有视觉传感模块可有效工作时，通过视觉传感模块采集图像数据，视觉超声波处理模块198对图像数据处理。

再次参照图7，视觉超声波处理模块198通过支撑架199安装于第二支撑板130的上表面。所述视觉超声波处理模块198用于接收上述图像信号和超声波信号并进行处理，从而获得障碍的位置信息，并将位置信息发送到控制系统，以便控制系统控制全向车100进行规避。

障碍检测装置190将障碍物目标距离进行三级分类：安全距离、警告距离、危险距离。在安全距离情况下，全向车100将根据路径规划正常行驶；在警告距离下，全向车100将减速行驶，进行提前避障动作，避免突然减速产生惯性对工作平台工作产生影响；在危险距离下，全向车100立刻刹车并向障碍另一侧平移或者向后进行规避，在规避过程中，尽量减小所产生惯性对工作平台工作造成的影响。

为了能够实现全方位的障碍检测，本实施例中，视觉超声波感知模块191和外壳192均设置有四个，四个所述视觉超声波感知模块191分别设置于四个外壳192内，四个外壳192分别设置于第一支撑板120的前端、后端、左侧以及右侧。

当然，需要说明的是，在其它实施例中，上述四个视觉超声波感知模块191也可以设置于其他位置，比如第一车桥臂140和第二车桥臂150上。

综上，本全向车100设置有四个减震装置160，具有优良的减震性能，即使在不平整的路面上，也可以使得每个麦克纳姆轮180能够有效着地，从而保证移动过程的平稳性和水平性，继而可以准确地按照指定的路线行驶，有效弥补了现有技术的缺陷。

最后，需要强调的是，上述实施例中的减震装置160除了用于全向车100外，也可以用于其它特殊用途的车辆。

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，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。