一种运输机器人系统

本实用新型涉及运输机器人技术领域，尤其涉及一种基于视觉识别且能够进行无线通信的运输机器人。

背景技术：

目前，机器人已经在全世界范围内风靡起来，美国早在1948年就研究出了机械手臂，并且把它应用在工业生产之中，日本作为“机器人”王国，早已将机器人应用于工业、农业、生产业之中；德国则把机器人应用于最广泛的领域——汽车制造业，除此之外，在未来对于重复、危险的领域也将由机器人代替处理。中国作为机器人发展相对较晚的国家，也于70年代初期开始研究工业机器人，90年代开始我国便开始研究了应用于切割、搬运、包装等方面的机器人，对我国的经济发展有着很大的促进作用。

但是传统的运输机器人系统无法对路径轨迹进行检测且无法规避路径轨迹上的障碍。

技术实现要素：

本实用新型公开的一种运输机器人系统，解决了传统运输机器人系统无法对路径轨迹进行检测且无法规避路径轨迹上的障碍的问题，利用路径检测模块实现路径轨迹的判断，利用障碍检测建模实现对路径轨迹上的障碍判断，且能实现运输机器人与终端的通信。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案具体是这样实现的：

本实用新型公开一种运输机器人系统，包括控制模块、驱动模块、图像识别模块、路径检测模块、障碍检测模块和抓取检测模块，其中，控制模块用以控制图像识别模块、路径检测模块、障碍检测模块和抓取检测模块，以完成运输机器人的抓取及运输动作；驱动模块用以驱动运输机器人运动；所述图像识别模块由所述控制模块控制，用以识别需要搬运物体的形状和颜色以及求解搬运物体中心坐标，完成对物体的定位功能；所述路径检测模块由所述控制模块控制，用以检测运输机器人的路径轨迹；所述障碍检测模块由所述控制模块控制，用以判断运输机器人路径轨迹上的障碍；所述抓取检测模块由所述控制模块控制，用以完成抓取动作。

进一步地，运输机器人系统还包括蓝牙模块和通信控制模块，其中，蓝牙模块用以实现运输机器人与移动设备的通信；通信控制模块，用以将运输机器人的实时状态数据打包成数据包。

进一步地，运输机器人系统还包括显示模块，用以将运输机器人的实时状态数据显示出来。

进一步地，所述驱动模块中，芯片u1的第一引脚接地，同时，所述芯片u1的第一引脚依次经二极管d5、二极管d1和电容c2接地，电容c1与所述电容c2并联，同时，所述芯片u1的第一引脚依次经二极管d6、二极管d2和电容c2接地，同时，所述芯片u1的第一引脚依次经二极管d7、二极管d3和电容c2接地，同时，所述芯片u1的第一引脚依次经二极管d8、二极管d4和电容c2接地，且电容c1与所述电容c2并联，所述芯片u1的第二引脚和第三引脚连接分别连接第一电机的两端，所述芯片u1的第四引脚连接+12v端，所述芯片u1的第八引脚接地，所述芯片u1的第九引脚连接+5v端，同时，所述芯片u1的第九引脚经电容c4接地，且电容c3与所述电容c4并联，所述芯片u1的第十三引脚和第十四引脚分别连接第二电机的两端，所述芯片u1的第十五引脚接地。

进一步地，所述路径检测模块中，芯片u1的第一引脚次经电阻r1和电阻r6连接所述芯片u1的第三引脚，同时，所述芯片u1的第一引脚依次经电阻r5和第一光耦接地，所述芯片u1的第三引脚经第一光耦接地，所述芯片u1的第四引脚接地，所述芯片u1的第五引脚依次经电阻r4和第二光耦接地，所述芯片u1的第六引脚依次经电阻r2和电阻r3连接所述芯片u1的第七引脚，所述芯片u1的第八引脚经第二光耦接地，芯片u2的连接关于与所述芯片u1的连接关系一致。

进一步地，所述障碍检测模块中，芯片u1的第一引脚经电阻r1连接+5v端，所述芯片u1的第二引脚经电阻r2连接+5v端，所述芯片u1的第四引脚经电容c2接地，同时，所述芯片u1的第四引脚连接+5v端，所述芯片u1的第五引脚经电容c1接地，同时，所述芯片u1的第五引脚依次经晶体y1和电容c6接地，所述芯片u1的第十引脚经电阻r18连接pnp的基极，所述芯片u1的第十一引脚接地，所述芯片u1的第十二引脚经电阻r4连接芯片u3的第三引脚，所述芯片u1的第十三引脚经电阻r5连接所述芯片u3的第二引脚；芯片u2的第一引脚经电容c4连接所述芯片u2的第二引脚，所述芯片u2的第三引脚经电容c5连接所述芯片u2的第四引脚，所述芯片u2的第九引脚接地，所述芯片u2的第十引脚连接pnp的集电极，所述芯片u2的第十一引脚经电容c8接地，所述芯片u2的第十二引脚经电容c11接地，所述芯片u2的第十三引脚和第十四引脚连接发射端；芯片u3的第一引脚依次经电阻r8和电阻r9接地，所述芯片u3的第三引脚依次经电阻r4和电阻r3连接+5v端，所述芯片u3的第六引脚经电阻r13连接所述芯片u3的第七引脚，同时，所述芯片u3的第六引脚经电阻r12连接所述芯片u3的第三引脚，所述芯片u3的第七引脚依次经电容c9和电阻r14连接所述芯片u3的第十四引脚，所述芯片u3的第八引脚依次经电阻r15和电容c12连接所述芯片u3的第十四引脚，同时，所述芯片u3的第八引脚依次经电阻r16、电容c15和电阻r16连接接收端，所述芯片u3的第十一引脚接地，所述芯片u3的第十二引脚依次经电阻r16和电容c10连接所述芯片u3的第十三引脚，所述芯片u3的第十三引脚经电阻r17连接所述芯片u3的第十四引脚。

有益技术效果：

1、本实用新型公开一种运输机器人系统，包括控制模块、驱动模块、图像识别模块、路径检测模块、障碍检测模块和抓取检测模块，其中，控制模块，用以控制图像识别模块、路径检测模块、障碍检测模块和抓取检测模块，以完成运输机器人的抓取及运输动作；驱动模块用以驱动运输机器人运动；所述图像识别模块由所述控制模块控制，用以识别需要搬运物体的形状和颜色以及求解搬运物体中心坐标，完成对物体的定位功能；所述路径检测模块由所述控制模块控制，用以检测运输机器人的路径轨迹；所述障碍检测模块由所述控制模块控制，用以判断运输机器人路径轨迹上的障碍；所述抓取检测模块由所述控制模块控制，用以完成抓取动作，解决了传统运输机器人系统无法对路径轨迹进行检测且无法规避路径轨迹上的障碍的问题，利用路径检测模块实现路径轨迹的判断，利用障碍检测建模实现对路径轨迹上的障碍判断，且能实现运输机器人与终端的通信；

2、本实用新型中，运输机器人系统中设置有蓝牙模块，可将运输信息和路面状况传送到终端，完成对于远程搬运的实时监控；

3、本实用新型中，图像识别模块由所述控制模块控制，用以识别需要搬运物体的形状和颜色以及求解搬运物体中心坐标，完成对物体的定位功能，为运输机器人系统提供视觉基础。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型所述的一种运输机器人系统的结构示意图；

图2为本实用新型所述的一种运输机器人系统的总体设计流程图；

图3为本实用新型所述的一种运输机器人系统中驱动模块的电路结构示意图；

图4为本实用新型所述的一种运输机器人系统中路径检测模块的电路结构示意图；

图5为本实用新型所述的一种运输机器人系统中路径检测模块的工作流程图；

图6为本实用新型所述的一种运输机器人系统中障碍检测模块的电路结构示意图；

图7为本实用新型所述的一种运输机器人系统中障碍检测模块的工作流程图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细说明。

本实用新型公开一种运输机器人系统，参见图1和图2，运输机器人系统具体包控制模块、驱动模块、图像识别模块、路径检测模块、障碍检测模块和抓取检测模块，其中，控制模块用以控制图像识别模块、路径检测模块、障碍检测模块和抓取检测模块，以完成运输机器人的抓取及运输动作，具体地，控制模块包括stm32f103，用以控制相应模块完成路径检测，测距，图像识别和抓取，并产生pwm信号控制运输机器人系统的舵机和电机；驱动模块用以驱动运输机器人运动；图像识别模块由控制模块控制，用以识别需要搬运物体的形状和颜色以及求解搬运物体中心坐标，完成对物体的定位功能，具体地，由stm32单片机与openmv摄像头串口通信获取图像信息，由于openmv内部集成芯片且用python编写代码，代码优化度高且使用简单，处理图像的性能好，也可以方便的装在机械臂上；路径检测模块由控制模块控制，用以检测运输机器人的路径轨迹，具体地，由stm32单片机读取传感器的状态，采用红外探测法，利用不同颜色对光电管的发射红外线的吸收作用不同的原理，机器人在黑线地面上行走，黑色对于红外线的吸收能力较强，从而反射光的强度较低；白色对于红外线的吸收能力较弱，从而反射光的强度较强。机器人便据此可判别自己是否在黑线上行走；障碍检测模块由所述控制模块控制，用以判断运输机器人路径轨迹上的障碍，具体地，由stm32单片机周期性超声波模块进行gpio控制从而获取相对距离，超声波模块的测距精度较高，受环境影响比较小，在任意光线强度下均可使用；抓取检测模块由所述控制模块控制用以完成抓取动作，具体地，由stm32单片机给机械臂提供相应的pwm波，其关节处的舵机会根据pwm从而控制角度，控制简单并且精度很高，从而精准并且快速的控制机械臂。

作为本实用新型的一个实施例，运输机器人系统还包括蓝牙模块和通信控制模块，蓝牙模块用以实现运输机器人与移动设备的通信；通信控制模块用以将运输机器人的实时状态数据打包成数据包。

作为本实用新型的一个实施例，运输机器人系统还包括显示模块，用以将运输机器人的实时状态数据显示出来。

作为本实用新型的一个实施例，驱动模块参见图3，，芯片u1的第一引脚接地，同时，芯片u1的第一引脚依次经二极管d5、二极管d1和电容c2接地，电容c1与所述电容c2并联，同时，芯片u1的第一引脚依次经二极管d6、二极管d2和电容c2接地，同时，芯片u1的第一引脚依次经二极管d7、二极管d3和电容c2接地，同时，芯片u1的第一引脚依次经二极管d8、二极管d4和电容c2接地，且电容c1与所述电容c2并联，芯片u1的第二引脚和第三引脚连接分别连接第一电机的两端，芯片u1的第四引脚连接+12v端，芯片u1的第八引脚接地，芯片u1的第九引脚连接+5v端，同时，芯片u1的第九引脚经电容c4接地，且电容c3与电容c4并联，芯片u1的第十三引脚和第十四引脚分别连接第二电机的两端，芯片u1的第十五引脚接地，驱动模块12v电压输入，控制模块机通过控制in1、in2、in3、in4控制out1、out2、out3、out4输出，通道a和通道b是使能端，可以接入pwm波来控制电机转速，从而控制小车的直走，拐弯等状态。

作为本实用新型的一个实施例，路径检测模块参见图4,，芯片u1的第一引脚次经电阻r1和电阻r6连接芯片u1的第三引脚，同时，芯片u1的第一引脚依次经电阻r5和第一光耦接地，芯片u1的第三引脚经第一光耦接地，芯片u1的第四引脚接地，芯片u1的第五引脚依次经电阻r4和第二光耦接地，芯片u1的第六引脚依次经电阻r2和电阻r3连接所述芯片u1的第七引脚，芯片u1的第八引脚经第二光耦接地，芯片u2的连接关于与芯片u1的连接关系一致，lm393芯片内部有四组比较器，工作原理是比较器工作在非线性区域，从而使反相输入端in-与同相输入端in+的电压进行比较，当in+大于in-的时候，比较器的输出端out便会输出高电平；当in+小于in-的时候，比较器的输出端out便会输出低电平，tcrt5000红外对管工作时发射红外线，红外线经过地方反射回来之后被接收管接收(地面颜色不同反射光的强度也不同)，此时接收管是呈导通状态(阻值由反射光的强度决定)，接收管与一个电阻(如r6)串联之后构成一个的分压电路，根据分压电路的电压不同实现对反射光线强度的检测，从而实现对地面轨迹的探测。这个电压的大小直观反映到led的亮度上，当led灯发光的时候则地面是黑色的，反之地面是黑白色的，机器人在循迹的过程中，会不断地检测地面的颜色，进而实现循迹的功能，路径检测模块的工作过程参见图5。

作为本实用新型的一个实施例，障碍检测模块参见图6，，芯片u1的第一引脚经电阻r1连接+5v端，芯片u1的第二引脚经电阻r2连接+5v端，芯片u1的第四引脚经电容c2接地，同时，芯片u1的第四引脚连接+5v端，芯片u1的第五引脚经电容c1接地，同时，芯片u1的第五引脚依次经晶体y1和电容c6接地，芯片u1的第十引脚经电阻r18连接pnp的基极，芯片u1的第十一引脚接地，芯片u1的第十二引脚经电阻r4连接芯片u3的第三引脚，芯片u1的第十三引脚经电阻r5连接芯片u3的第二引脚；芯片u2的第一引脚经电容c4连接所述芯片u2的第二引脚，芯片u2的第三引脚经电容c5连接芯片u2的第四引脚，芯片u2的第九引脚接地，芯片u2的第十引脚连接pnp的集电极，芯片u2的第十一引脚经电容c8接地，芯片u2的第十二引脚经电容c11接地，芯片u2的第十三引脚和第十四引脚连接发射端；芯片u3的第一引脚依次经电阻r8和电阻r9接地，芯片u3的第三引脚依次经电阻r4和电阻r3连接+5v端，芯片u3的第六引脚经电阻r13连接芯片u3的第七引脚，同时，芯片u3的第六引脚经电阻r12连接芯片u3的第三引脚，芯片u3的第七引脚依次经电容c9和电阻r14连接芯片u3的第十四引脚，芯片u3的第八引脚依次经电阻r15和电容c12连接芯片u3的第十四引脚，同时，芯片u3的第八引脚依次经电阻r16、电容c15和电阻r16连接接收端，芯片u3的第十一引脚接地，芯片u3的第十二引脚依次经电阻r16和电容c10连接芯片u3的第十三引脚，芯片u3的第十三引脚经电阻r17连接芯片u3的第十四引脚，障碍检测模块是由接受模块和发射模块组成，当发射模块向外发射超声波后，经过接受模块接受之后便可以计算出前方障碍物体的距离(distance)，这与声波在空气中的传播速度有关(在15℃的情况之下，声波的传播速度是340m/s)，控制模块可以计算出反射与接受的时间，从而算出时间差t，进而算出距离。

障碍检测模块的工作过程参见图7，采用io口生成一个大于10us的高电平trig信号；之后需要等待接受信号即echo信号变成高电平，此时启动定时器，当echo信号变为低电平值之后关闭定时器，计算定时器的计数值便可以算出距离。为了精确的测出距离，需要多测几次取平均值，测距间隔不能过长。

本实用新型公开的运输机器人系统的工作过程为：

系统上电后控制模块首先控制各个模块初始化，判断自己是否在抓取区，再由图像识别模块发送数据和指令给控制模块，之后控制模块利用正运动学求解算出给个关节需要运动的角度，结合机械臂pid算法使得机械臂精准的落到指定的位置，判断抓取动作是否完成；路径检测模块实时检测运输机器人的运输路径，障碍检测模块实时检测运输机器人与障碍物之间的距离，蓝牙模块将运输机器人的实时信息传输至终端，以便实现远程监控。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。