一种基于人工智能的自动避障装置

1.本发明涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种基于人工智能的自动避障装置。


背景技术：

2.人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。
3.避障作为无人驾驶的关键技术,准确检测出前方障碍物与安全穿过障碍物到达目的地成为智能小车在复杂工作环境下行驶的前提。现有技术提供了“一种人工智能自动避障碍装置”，主要通过抬高整个底盘的高度，实现躲避障碍物。但是，当底盘负载过大时，使得底盘的举升难度增大，同时避障的耗能大，在举升过后底盘的整体重心上升，导致底盘的稳定性变差，安全性降低。


技术实现要素：

4.本发明提供一种基于人工智能的自动避障装置，解决了现有的避障装置的避障实现难度高、装置稳定性差、安全性低的技术问题。
5.为解决以上技术问题，本发明提供一种基于人工智能的自动避障装置，包括基座以及固定在所述基座上的主控模块、环境采集模块，以及多组一一对应的转向驱动模块和位移驱动模块；所述转向驱动模块包括第一动力组件和第二动力组件，所述第一动力组件与所述第二动力组件齿轮连接；所述位移驱动模块包括第三动力组件和行走轮；所述行走轮与所述第二动力组件轴接；
6.所述环境采集模块用于获取周围的环境信息并反馈到所述主控模块；
7.所述主控模块用于根据预设规划路径和所述环境信息生成路径移动的控制命令；
8.所述第三动力组件用于响应所述控制命令，驱动所述行走轮转动完成装置移动；
9.所述第一动力组件在所述控制命令控制下启动，并带动所述第二动力组件转动，进而带动所述行走轮水平转动，完成装置转向。
10.本基础方案通过增设环境采集模块，对装置周围的场景进行图像扫描并传至主控模块进行处理分析，进而在预设规划路径的基础上结合所述环境信息重新规划行进路径(并生成对应的控制命令)，此时，在控制命令的控制下，第一动力组件、第二动力组件、第三动力组件分别被驱动，其中，通过第一动力组件、第二动力组件的联合作用带动行走轮水平转动以完成装置转向，通过第三动力组件驱动行走轮转动以完成装置移动。通过持续的对装置周围的场景进行图像扫描，可有效避免装置在进行转向以及位移的过程中与障碍物碰撞，装置稳定性强，安全性能高。
11.在进一步的实施方案中，所述第一动力组件包括依次连接的电动推杆、滑板和伺服电机，以及与所述伺服电机轴接的第一齿轮；所述电动推杆的固定端固定在所述基座上，活动端通过推杆与固定端活动连接；所述滑板水平安装在所述活动端上部；所述伺服电机
安装在所述滑板顶部，其转轴穿过所述滑板延伸到所述滑板底部；所述第一齿轮安装在所述转轴上；
12.当所述控制命令包含转向指令时，所述电动推杆被启动，推动所述滑板在基座上滑动，带动所述伺服电机向外侧移动，直至所述第一齿轮与所述第二动力组件齿轮连接；随后在所述伺服电机驱动下，所述第一齿轮带动所述第二动力组件转动，以控制所述行走轮转向。
13.本方案设置以电动推杆和伺服电机为核心的第一动力组件，在电动推杆的作用下，装置直线移动时，第一动力组件与第二动力组件分离，保证行走轮维持特定方向移动；在装置进行转向操作时，推动第一动力组件与第二动力组件齿轮啮合，带动行走轮水平转向，完成装置的转向，结构紧凑、布局合理，转向效率高。
14.在进一步的实施方案中，所述第二动力组件包括支撑板和活动安装在所述支撑板上的第二齿轮、转杆，以及固定在所述转杆上的安装筒；所述安装筒的底部安装着所述行走轮，侧面安装有所述第三动力组件；所述第二齿轮与所述转杆轴接；
15.当所述控制命令包含转向指令时，所述第一齿轮带动所述第二齿轮转动，所述第二齿轮带动所述转杆水平转动，使得所述安装筒也同步转动，进而控制安装在所述安装筒底部的所述行走轮完成转向。
16.本方案将第二齿轮、转杆活动安装在支撑板，即可保证安装结构的稳定，在接收到转向指令时，被驱动的第二齿轮带动转杆水平旋转，从而将安装在安装筒的底部的行走轮同步转动预设角度，即可快速完成转向，配合环境采集模块完成自动避障。
17.在进一步的实施方案中，所述基座包括基盘、支撑杆、支撑框和防护垫板，所述支撑杆呈放射状分布安装在的所述基盘侧面；所述支撑框环绕式地安装在所述支撑杆外端；所述主控模块安装在所述基盘底部；所述防护垫板为贴合所述支撑框边缘的弧形包覆结构，其中部设有安装通孔用于安装所述环境采集模块；所述第一动力组件安装在所述支撑杆上；
18.所述基座还包括固定在所述基盘顶部的套筒，以及支撑柱、承重板和导向杆；所述支撑柱嵌入安装在所述套筒内；所述承重板固定在所述支撑柱顶面，其底部边缘处开设有导向槽；所述导向杆底部固定在所述防护垫板顶面，其顶部嵌入所述导向槽。
19.本方案以基盘为中心点，向外依次设置支撑杆、支撑框和防护垫板，形成稳定的底座支架结构，通过套筒、支撑柱在基盘上安装承重板，结合安装在边缘的导向杆与导向槽的嵌合安装，可进一步的提高承重板的稳定性，从而提高运输稳定；在支撑框的外侧套设防护垫板，可降低外接障碍物对装置的碰撞影响，提高装置的安全性能。
20.在进一步的实施方案中，所述承重板内设有内部空腔，所述承重板弧形侧面上设有环形槽，所述内部空腔与所述环形槽通过槽孔连通。
21.在进一步的实施方案中，本发明还包括安全防护组件，所述安全防护组件包括控制电脑、气体发生装置、安全气囊，所述控制电脑、气体发生装置安装所述内部空腔内；所述安全气囊环绕式的安装在所述环形槽内，所述安全气囊通过软管与所述气体发生装置连接；
22.当所述控制电脑检测到剧烈碰撞时，控制所述气体发生装置启动，向所述安全气囊充气，进行碰撞保护。
23.本方案以内嵌的形式将控制电脑、气体发生装置安装在承重板内，将安全气囊环绕式的嵌入安装在承重板侧面的环形槽内，当控制电脑检测到剧烈碰撞时，控制所述气体发生装置启动，向所述安全气囊充气，进行碰撞保护。
24.在进一步的实施方案中，还包括固定在所述防护垫板的中部底面的分割导流板，所述分割导流板的底面平行地面且高于所述行走轮的最低点；其内侧面为向外凹陷的弧形面，所述弧形面贴合所述防护垫板的外轮廓；其顶面为水平高度向外侧逐渐降低的斜面。
25.本方案在基座的最外侧，设置向外延伸的分割导流板，其平行地面且高于行走轮的最低点的底面可在不影响装置的正常运动的前提下，推开影响装置运动的较小障碍物(例如地面上的泥土或者碎石等杂质)，同时配合向外侧逐渐降低高度的斜面，将较小障碍物推开至装置两侧且不会残留在分割导流板上，结构简单，效果良好。
26.在进一步的实施方案中，所述环境采集模块为图像采集设备，所述图像采集设备包括扫描摄像头。
27.在进一步的实施方案中，本发明至少包括三组所述转向驱动模块和所述位移驱动模块，每一组所述转向驱动模块和所述位移驱动模块均与所述主控模块独立连接；
28.当所述控制命令仅包含移动指令时，控制三组所述转向驱动模块带动三组所述位移驱动模块水平移动，使得三组所述行走轮保持同向；此时控制所有所述第三动力组件驱动所述行走轮转动，完成装置移动；
29.当所述控制命令包含转向指令时，控制后方的一组所述转向驱动模块带动对应的所述位移驱动模块水平移动预定角度，并控制对应的所述第三动力组件驱动所述行走轮转动，控制其它两组所述转向驱动模块、所述位移驱动模块稳定不动，进而完成前进方向的转向控制，完成装置转向。
30.本方案设置三组转向驱动模块和位移驱动模块，当装置需要进行转向时，控制原先承担主动轮功能的一组保持不动，根据实际需求，启动另外两组中的任一电动推杆，驱动滑板、伺服电机发生位移，控制对应的行走轮水平移动预定角度，并且配合同组的第三动力组件以原先不动的行走轮为轴心点进行旋转，从而使得装置旋转，即可完成装置的转向操作。
31.在进一步的实施方案中，所述第三动力组件为动力马达。
附图说明
32.图1是本发明实施例提供的一种基于人工智能的自动避障装置的整体结构图；
33.图2是本发明实施例提供的图1的侧面视图；
34.图3是本发明实施例提供的图1的底部视图；
35.图4是本发明实施例提供图1的部分结构图；
36.图5是本发明实施例提供的图1中基座的部分结构；
37.图6是本发明实施例提供图1的部分结构图；
38.图7是本发明实施例提供的图1中第一动力组件的立体结构图；
39.图8是本发明实施例提供的图1中第二动力组件的立体结构图；
40.图9是本发明实施例提供的图1中安全防护组件的安装结构图；
41.图10是本发明实施例提供的图9中气体发生装置与安全气囊的连接示意图。
42.其中：基座1，基盘11、支撑杆12、支撑框13、防护垫板14、套筒15、支撑柱16、承重板17(上盖a、下盖b)、导向杆18；主控模块2；环境采集模块3；转向驱动模块4，第一动力组件41，电动推杆411、滑板412、伺服电机413、第一齿轮414；第二动力组件42，支撑板421、第二齿轮422、转杆423、安装筒424；位移驱动模块5，第三动力组件51，行走轮52；安全防护组件6，控制电脑61、气体发生装置62、安全气囊63；分割导流板7。
具体实施方式
43.下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
44.实施例1
45.本发明实施例提供的一种基于人工智能的自动避障装置，如图1～图7所示，在本实施例中，包括基座1以及固定在基座1上的主控模块2、环境采集模块3，以及多组一一对应的转向驱动模块4和位移驱动模块5；转向驱动模块4包括第一动力组件41和第二动力组件42，第一动力组件41与第二动力组件42齿轮连接；位移驱动模块5包括第三动力组件51和行走轮52；行走轮52与第二动力组件42轴接；
46.环境采集模块3用于获取周围的环境信息并反馈到主控模块2；
47.在本实施例中，环境采集模块3包括但不限于图像采集设备(也可根据需要，在其它实施例中设置为红外探测仪)，图像采集设备包括扫描摄像头。
48.主控模块2用于根据预设规划路径和环境信息生成路径移动的控制命令；
49.其中，预设规划路径为装置初始接收到的移动路径。
50.主控模块2为具备数据收发能力和数据处理能力的处理芯片，包括但不限于mcu。
51.第三动力组件51用于响应控制命令，驱动行走轮52转动完成装置移动；
52.第一动力组件41在控制命令控制下启动，并带动第二动力组件42转动，进而带动行走轮52水平转动，完成装置转向。
53.在本实施例中，参见图7，第一动力组件41包括依次连接的电动推杆411、滑板412和伺服电机413，以及与伺服电机413轴接的第一齿轮414；电动推杆411的固定端固定在基座1上，活动端通过推杆与固定端活动连接；滑板412水平安装在活动端上部、并滑动安装在支撑杆12上；伺服电机413安装在滑板412顶部，其转轴穿过滑板412延伸到滑板412底部；第一齿轮414安装在转轴上；
54.当控制命令包含转向指令时，电动推杆411被启动，推动滑板412在基座1上滑动，带动伺服电机413向外侧移动，直至第一齿轮414与第二动力组件42齿轮连接；随后在伺服电机413驱动下，第一齿轮414带动第二动力组件42转动，以控制行走轮52转向。
55.本实施例设置以电动推杆411和伺服电机413为核心的第一动力组件41，在电动推杆411的作用下，装置直线移动时，第一动力组件41与第二动力组件42分离，保证行走轮52维持特定方向移动；在装置进行转向操作时，推动第一动力组件41与第二动力组件42齿轮啮合，带动行走轮52水平转向，完成装置的转向，结构紧凑、布局合理，转向效率高。
56.在本实施例中，参见图8，第二动力组件42包括支撑板421和活动安装在支撑板421上的第二齿轮422、转杆423，以及固定在转杆423上的安装筒424；安装筒424的底部安装着
行走轮52，侧面安装有第三动力组件51；第二齿轮422与转杆423轴接；
57.当控制命令包含转向指令时，第一齿轮414带动第二齿轮422转动，第二齿轮422带动转杆423水平转动，使得安装筒424也同步转动，进而控制安装在安装筒424底部的行走轮52完成转向。
58.本实施例将第二齿轮422、转杆423活动安装在支撑板421，即可保证安装结构的稳定，在接收到转向指令时，被驱动的第二齿轮422带动转杆423水平旋转，从而将安装在安装筒424的底部的行走轮52同步转动预设角度，即可快速完成转向，配合环境采集模块3完成自动避障。
59.在本实施例中，基座1包括基盘11、支撑杆12、支撑框13和防护垫板14，支撑杆12呈放射状分布安装在的基盘11侧面；支撑框13环绕式地安装在支撑杆12外端；主控模块2安装在基盘11底部；防护垫板14为贴合支撑框13边缘的弧形包覆结构，其中部设有安装通孔用于安装环境采集模块3；第一动力组件41安装在支撑杆12上；
60.优选地，设置3组支撑杆12呈放射状分布安装在的基盘11侧面，每一组支撑杆12包括水平平行安装的两根条形杆，两根条形杆中间设有空隙用于安装第一动力组件41，且滑板412在电动推杆411的推动下沿着条形杆上表面滑动。对应地，设置等边三角形结构的支撑框13环绕式地安装在支撑杆12外端。
61.基座1还包括固定在基盘11顶部的套筒15，以及支撑柱16、承重板17和导向杆18；支撑柱16嵌入安装在套筒15内；承重板17固定在支撑柱16顶面，其底部边缘处开设有导向槽；导向杆18底部固定在防护垫板14顶面，其顶部嵌入导向槽。
62.优选地，承重板17包括但不限于圆盘状结构。
63.本实施例以基盘11为中心点，向外依次设置支撑杆12、支撑框13和防护垫板14，形成稳定的底座支架结构，通过套筒15、支撑柱16在基盘11上安装承重板17，结合安装在边缘的导向杆18与导向槽的嵌合安装，可进一步的提高承重板17的稳定性，从而提高运输稳定；在支撑框13的外侧套设防护垫板14，可降低外接障碍物对装置的碰撞影响，提高装置的安全性能。
64.在本实施例中，本发明还包括固定在防护垫板14的中部底面的分割导流板7，分割导流板7的底面平行地面且高于行走轮52的最低点；其内侧面为向外凹陷的弧形面，弧形面贴合防护垫板14的外轮廓；其顶面为水平高度向外侧逐渐降低的斜面。
65.优选地，设置三组分割导流板7，分别对应固定在行走轮52的外侧。
66.本实施例在基座1的最外侧，设置向外延伸的分割导流板7，其平行地面且高于行走轮52的最低点的底面可在不影响装置的正常运动的前提下，推开影响装置运动的较小障碍物(例如地面上的泥土或者碎石等杂质)，同时配合向外侧逐渐降低高度的斜面，将较小障碍物推开至装置两侧且不会残留在分割导流板7上，结构简单，效果良好。
67.在本实施例中，本发明至少包括三组转向驱动模块4和位移驱动模块5，每一组转向驱动模块4和位移驱动模块5均与主控模块2独立连接；
68.当控制命令仅包含移动指令时，控制三组转向驱动模块4带动三组位移驱动模块5水平移动，使得三组行走轮52保持同向；此时控制所有第三动力组件51驱动行走轮52转动，完成装置移动；
69.当控制命令包含转向指令时，控制后方的一组转向驱动模块4带动对应的位移驱
动模块5水平移动预定角度，并控制对应的第三动力组件51驱动行走轮52转动，控制其它两组转向驱动模块4、位移驱动模块5稳定不动，进而完成前进方向的转向控制，完成装置转向。
70.本实施例设置三组转向驱动模块4和位移驱动模块5，当装置需要进行转向时，控制原先承担主动轮功能的一组保持不动，根据实际需求，启动另外两组中的任一电动推杆411，驱动滑板412、伺服电机413发生位移，控制对应的行走轮52水平移动预定角度，并且配合同组的第三动力组件51以原先不动的行走轮52为轴心点进行旋转，从而使得装置旋转，即可完成装置的转向操作。
71.在本实施例中，第三动力组件51为动力马达。
72.在本实施例中，可根据需要设置转向驱动模块4和位移驱动模块5的组数，同步设置支撑杆12的组数和支撑框13(例如设置为对应的多边形)。本实施例不做限定，仅以三组为最佳实施例作为说明：
73.通过环境采集模块3对装置周围的场景进行图像扫描，并传递至主控模块2内进行图像数字化分析，同时仿真模拟装置所在位置，以及装置周围区域的障碍物，进一步地根据预设规划路径和环境信息重新规划移动路径，并生成对应的控制命令。
74.当装置前方无障碍物时，控制命令仅包含移动指令(直线移动)，控制三组转向驱动模块4带动三组位移驱动模块5水平移动，使得三组行走轮52保持同向；此时控制所有第三动力组件51驱动行走轮52转动，完成装置移动；
75.当装置前方出现障碍物时，控制命令包含转向指令，则控制装置原后方的一组转向驱动模块4带动对应的位移驱动模块5水平移动预定角度，具体为电动推杆411启动驱动滑板412在支撑杆12上滑动，并带动伺服电机413与第一齿轮414发生位移，使得第一齿轮414得以与第二齿轮422相接触，然后启动伺服电机413，驱动伺服电机413输出端的第一齿轮414旋转，而第一齿轮414旋转时会与第二齿轮422啮合，并驱动第二齿轮422旋转，从而使得第二齿轮422能够驱动转杆423旋转，进而使得安装筒424得以旋转，带动行走轮52进行转向调节；而当转杆423驱动安装筒424旋转之后，启动安装筒424底一侧设置的第三动力组件51(动力马达)启动，从而使得行走轮52的转轴得以旋转。同时，控制其它两组转向驱动模块4、位移驱动模块5稳定不动，以原先不动的行走轮52(即以原先装置前进方向为前方的前方行走轮52，或是原先承担主动轮功能的一组行走轮52)为轴心点进行旋转，进而完成前进方向的转向控制，完成装置转向。
76.本发明实施例通过增设环境采集模块3，对装置周围的场景进行图像扫描并传至主控模块2进行处理分析，进而在预设规划路径的基础上结合环境信息重新规划行进路径(并生成对应的控制命令)，此时，在控制命令的控制下，第一动力组件41、第二动力组件42、第三动力组件51分别被驱动，其中，通过第一动力组件41、第二动力组件42的联合作用带动行走轮52水平转动以完成装置转向，通过第三动力组件51驱动行走轮52转动以完成装置移动。通过持续的对装置周围的场景进行图像扫描，可有效避免装置在进行转向以及位移的过程中与障碍物碰撞，装置稳定性强，安全性能高。
77.实施例2
78.在本实施例中，参见图9、图10，本实施例与实施例1的不同之处在于，承重板17内设有内部空腔，承重板17的弧形侧面上设有环形槽，内部空腔与环形槽通过槽孔连通。
79.在本实施例中，本发明还包括安全防护组件6(图中未标示)，安全防护组件6包括控制电脑61、气体发生装置62、安全气囊63，控制电脑61、气体发生装置62安装承重板17的内部空腔内；安全气囊63环绕式的安装在环形槽内，安全气囊63通过软管与气体发生装置62连接；
80.当控制电脑61检测到剧烈碰撞时，控制气体发生装置62启动，向安全气囊63充气，进行碰撞保护。
81.本实施例以内嵌的形式将控制电脑61、气体发生装置62安装在承重板17内，将安全气囊63环绕式的嵌入安装在承重板17侧面的环形槽内，当控制电脑61检测到剧烈碰撞时，控制气体发生装置62启动，向安全气囊63充气，进行碰撞保护。
82.当装置在位移的过程中发生碰撞时，控制电脑61内的碰撞传感器感应到碰撞信号，反馈至控制电脑61进行分析，使得气体发生装置62启动，能够使得安全气囊63能够在极短的时间内充满气体，达到对装置进行防护的功能。
83.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。