一种基于重量感知的自调节跟随路锥搬运机器人的制作方法

1.本发明属于移动机器人技术领域，具体涉及一种基于重量感知的自调节跟随路锥搬运机器人。


背景技术：

2.高速公路运输是现代交通运输的重要组成部分，以其灵活性好、适应性强等优势，逐步成为促进经济高速发展的不可或缺的推动力。
3.高速公路是全封闭、全立交式的，意味着一旦在高速公路封闭区内发生交通事故等突发状况，高速公路清障救援主体责任方很难通过外界的帮助来处理遇到的问题。
4.根据江苏省地方标准db 32/t 3522.4—2高速公路服务规范第4部分：清障救援服务标准要求，高速公路清障救援服务应配备夜间照明设备、适量标志、标牌、锥形桶等安全设施设备。通过将安全设施设备放置在规定作业区域内，然后进行清障作业。
5.目前在清障作业中，需要搬运大量的安全设施设备，其中路锥搬运工作最为繁重。根据清障作业要求设置临时交通管制安全区150米起，需约30只锥形桶，当前国标锥形桶高度90cm，自重5.5kg，共计负载165kg。
6.当前清障人员主要是通过利用人工推车进行搬运，作业效率低下，并且对清障人员的体力提出更高的要求，也对清障作业的时效产生较大影响。
7.除此以外，在清障作业时，路锥往往都是在人工推车上叠放起来，开始的时候，路锥叠放的高度较高，随着叠放在人工推车的上的路锥被逐个取下时，路锥叠放的高度也会逐渐下降。而在这个操作过程中，清障人员需要抬高或者弯腰进行拿取路锥，这些势必会提高清障人员的劳累性，从而降低清障作业的效率。
8.除此以外，路锥从清障车辆上卸载，或完成清障任务后，将路锥搬运到清障车辆都需要进行完成高度差较大的搬运工作，这样也对清障人员的劳累程度造成较大的影响。
9.因此，亟待设计一种能够根据感知其自身的负载重量进行高度自主调节的路锥搬运移动机器人，降低清障人员的劳累性，提高清障任务的作业效率。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供一种基于重量感知的自调节跟随路锥搬运机器人，该机器人具有紧凑的机械结构，具备较大的负载能力，能够根据搭载的负载大小，对平台高度进行自主调节，以解决现有技术在搬运机器人技术中的缺陷和不足。
11.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于重量感知的自调节跟随路锥搬运机器人，包括，佩戴于目标物体上的跟随标签、能够随跟随标签进行运动的跟随路锥搬运机器人及设于跟随路锥搬运机器人载物台上的自调节升降台，其中：
12.所述自调节升降台能够根据自调节升降台上表面搭载的路锥质量大小自动调节台面高度；
13.所述跟随路锥搬运机器人包括扶手机构，且所述扶手机构与机器人本体框架成垂
直关系；
14.所述扶手机构上设有跟随主机模块，所述跟随主机模块内设有基于uwb的pdoa定位模块；
15.所述跟随主机模块内间隔设有两个相同的天线，且所述天线可确定pdoa定位模块内两路uwb芯片接收跟随标签发送信号的相位差，从而确定跟随主机模块和跟随标签相对位置。
16.优选的，所述跟随路锥搬运机器人还包括通过前侧底板及后侧底板与机器人本体框架连接的移动模块及驱动模块，且所述驱动模块与移动模块传动连接；
17.所述移动模块底部处于同一平面。
18.优选的，所述驱动模快的右前驱动电机输出轴与移动模块的右前驱动轮传动连接，且所述驱动模快的左前驱动电机输出轴与移动模块的左前驱动轮传动连接；
19.所述右前驱动电机与左前驱动电机固设于前侧底板，且所述移动模块的右后被动轮及左后被动轮固设于后侧底板。
20.优选的，所述跟随标签包括容纳uwb模块安装的标签外壳，控制跟随路锥搬运机器人移动的遥控按键及控制跟随路锥搬运机器人模式切换的模式切换按键。
21.优选的，所述自调节升降台通过升降台下台面与机器人本体框架固定连接，且所述升降台下台面通过左侧支撑杆及右侧支撑杆与升降台上台面连接；
22.所述左侧支撑杆及右侧支撑杆对应设有中心圆孔，且两侧所述中心圆孔处穿设有旋转连接杆。
23.优选的，所述自调节升降台包括设于中间底板的丝杆固定基座一及设于前侧底板的丝杆固定基座二，且所述固定基座一及固定基座二之间穿设传动丝杆；
24.所述传动丝杆通过联轴器与设于中间底板的升降台驱动电机输出轴传动连接，且所述传动丝杆上活动设有丝杆滑块。
25.优选的，所述自调节升降台还包括与丝杆滑块连接的升降台上台面滑杆及升降台下台面滑杆；
26.所述升降台上台面滑杆与左侧支撑杆及右侧支撑杆连接，且所述升降台上台面滑杆两端分别通过轴承卡设于安装在升降台上台面左右两侧的上台面左侧滑槽内；
27.所述升降台下台面滑杆与左侧支撑杆及右侧支撑杆连接，且所述升降台下台面滑杆两端分别通过轴承卡设于安装在升降台下台面左右两侧的下台面滑槽内。
28.优选的，所述左侧支撑杆及右侧支撑杆两端通过铰链分别与升降台下台面及升降台上台面铰接，且两侧铰链上设有压力传感器。
29.优选的，所述自调节升降台还包括控制模块，且所述控制模块能够采集压力传感器的数值，并进行升降台驱动电机的控制。
30.本发明的另一个目的是提供一种基于重量感知的自调节跟随路锥搬运机器人的相对位置测量方法，其中，包括以下步骤：
31.步骤一、跟随主机模块和跟随标签通过无线方式实现时钟同步；
32.步骤二、跟随主机模块内放置两个相同且间隔d《λ/2的天线，控制跟随标签的信号到达两个天线的相位差在-180
°‑
180
°
范围内；
33.步骤三、利用跟随主机模块测得的相位差α换算成距离差p，
[0034][0035]
其中：p为距离差，α为相位差，λ为波长；
[0036]
步骤四、利用跟随主机模块和跟随标签之间飞行时间t得到距离r，
[0037]
r＝c
×
t，
[0038]
其中，c为光速，t为飞行时间；
[0039]
步骤五、计算跟随标签在跟随主机模块下的坐标值，
[0040][0041]
步骤六、根据相对位置控制跟随路锥搬运机器人的运动轨迹，在控制过程中重复步骤二到步骤五，实时实现跟随主机模块跟随标签相对位置的测量。
[0042]
本发明的技术效果和优点，该基于重量感知的自调节跟随路锥搬运机器人：
[0043]
1、自调节跟随路锥搬运机器人具有紧凑的机械结构，具备较大的负载能力，能够实现较重物体的负载；
[0044]
2、自调节升降台能够根据搭载的路锥质量大小自动调节台面高度，方便工作人员对需搬运的物件进行拿取，减轻了其劳动强度，降低了其身体负担；
[0045]
3、通过基于uwb的pdoa定位算法实现自调节跟随路锥搬运机器人的位置跟随控制，可以准确的计算出两路uwb芯片接收信号的相位差，使跟随路锥搬运机器人的控制精度高。
附图说明
[0046]
图1是本发明的基于重量感知的自调节路锥搬运机器人的系统示意图；
[0047]
图2是本发明的自调节路锥搬运机器人的结构示意图；
[0048]
图3是本发明的自调节路锥搬运机器人的结构仰视图；
[0049]
图4是本发明的跟随标签的结构示意图；
[0050]
图5是本发明的自调节路锥搬运机器人的右视图；
[0051]
图6是本发明的自调节路锥搬运机器人的俯视图；
[0052]
图7是本发明的自调节路锥搬运机器人的上台面右侧滑槽示意图；
[0053]
图8是本发明的自调节路锥搬运机器人的上台面左侧滑槽示意图；
[0054]
图9是本发明的自调节路锥搬运机器人左侧压力传感器安装示意图；
[0055]
图10是本发明的自调节路锥搬运机器人右侧压力传感器安装示意图。
[0056]
图中：
[0057]
1、跟随路锥搬运机器人；2、自调节升降台；3、跟随标签；
[0058]
101、扶手机构；102、跟随主机模块；103、右前驱动电机；104、右前驱动轮；105、左前驱动轮；106、左前驱动电机；107、机器人本体框架；108、右后被动轮；109、左后被动轮；110、后侧底板；111、中间底板；112、前侧底板；
[0059]
201、升降台下台面；202、升降台上台面；203、左侧支撑杆一；204、左侧支撑杆二；205、旋转连接杆；206、右侧支撑杆一；207、右侧支撑杆二；208、升降台驱动电机；209、联轴器；210、丝杆固定基座一；211、传动丝杆；212、丝杆滑块；213、丝杆固定基座二；214、左侧电池模块；215、右侧电池模块；216、升降台上台面滑杆；217、控制模块；218、上台面滑杆右侧轴承；219、上台面右侧滑槽；220、下台面滑杆右侧轴承；221、下台面右侧滑槽；222、升降台下台面滑杆；223、下台面右侧铰链；224、下台面左侧铰链；225、下台面左侧滑槽；226、左侧压力传感器；227、上台面左侧滑槽；228、上台面滑杆左侧轴承；229、下台面滑杆左侧轴承；230、右侧压力传感器；
[0060]
301、标签外壳；302、遥控按键；303、模式切换按键。
具体实施方式
[0061]
下面将结合本发明实施例中的附图1-10，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
[0062]
参见图1所示，本发明提供了一种基于重量感知的自调节跟随路锥搬运机器人，包括，佩戴于目标物体上的跟随标签3、能够随跟随标签3进行运动的跟随路锥搬运机器人1及设于跟随路锥搬运机器人1载物台上的自调节升降台2，其中：
[0063]
跟随标签3可以佩戴在清障人员的身上，为了进一步提高跟随路锥搬运机器人1与跟随标签3相对位置的测量精度，需要减少跟随标签3佩戴在清障人员身上的震动幅度，可以通过绑带或腰带将跟随标签3佩戴在清障人员的腰部位置，该位置在清障人员行走过程中震动幅度较小这样可以进一步提高跟随路锥搬运机器人1与跟随标签3相对位置的测量精度。
[0064]
自调节升降台2固定安装在跟随路锥搬运机器人1的载物台上，所述自调节升降台2能够根据自调节升降台2上表面搭载的路锥质量大小自动调节台面高度。
[0065]
参见图2、图3所示，所述跟随路锥搬运机器人1包括扶手机构101，且所述扶手机构101与机器人本体框架107成90
°
垂直关系，所述扶手机构101上设有跟随主机模块102。
[0066]
具体的，所述跟随路锥搬运机器人1还包括通过前侧底板112及后侧底板110与机器人本体框架107连接的移动模块及驱动模块，且所述驱动模块与移动模块传动连接。
[0067]
所述移动模块底部处于同一平面，保证跟随路锥搬运机器人1在地面上稳定运动。
[0068]
在本发明中，驱动模快包括右前驱动电机103及左前驱动电机106，且所述右前驱动电机103与左前驱动电机106固定安装在前侧底板112上，前侧底板112固定安装在机器人本体框架107上；移动模块包括右前驱动轮104、左前驱动轮105、右后被动轮108及左后被动轮109，右后被动轮108及左后被动轮109固定安装在后侧底板110上，前侧底板112固定安装在机器人本体框架107上。
[0069]
具体的，所述驱动模快的右前驱动电机103输出轴与移动模块的右前驱动轮104传动连接，且所述驱动模快的左前驱动电机106输出轴与移动模块的左前驱动轮105传动连接。
[0070]
在本发明中，右前驱动轮104、左前驱动轮105、右后被动轮108、左后被动轮109处
于同一平面，保证跟随路锥搬运机器人1在地面上稳定运动。
[0071]
参见图4所示，所述跟随主机模块102内设有基于uwb的pdoa定位模块，pdoa定位模块集成了两路高性能uwb收发器dw1000，通过再所述跟随主机模块102内间隔设有两个相同的天线，且所述天线可确定pdoa定位模块内两路uwb芯片接收跟随标签3发送信号的相位差，从而确定跟随主机模块102和跟随标签3相对位置。
[0072]
具体的，所述跟随标签3包括容纳uwb模块安装的标签外壳301，控制跟随路锥搬运机器人1移动的遥控按键302，遥控按键302可以控制跟随路锥搬运机器人1进行前进、后退、左转、右转等移动功能，控制跟随路锥搬运机器人1模式切换的模式切换按键303，模式切换按键303能够实现跟随路锥搬运机器人1遥控模式和跟随模式的切换。
[0073]
参见图5所示，所述自调节升降台2通过升降台下台面201与机器人本体框架107固定连接，且所述升降台下台面201通过左侧支撑杆及右侧支撑杆与升降台上台面202连接；所述左侧支撑杆及右侧支撑杆对应设有中心圆孔，且两侧所述中心圆孔处穿设有旋转连接杆205。
[0074]
具体的，自调节升降台2通过升降台下台面201固定在跟随路锥搬运机器人1的机器人本体框架107上，升降台下台面201与升降台上台面202左侧通过左侧支撑杆一203及左侧支撑杆二204连接在一起，升降台下台面201与升降台上台面202右侧通过右侧支撑杆一206及右侧支撑杆二207连接在一起。
[0075]
左侧支撑杆一203、左侧支撑杆二204、右侧支撑杆一206及右侧支撑杆二207均存在一个中心圆孔，旋转连接杆205从中心圆孔穿过，使左侧支撑杆一203及左侧支撑杆二204与右侧支撑杆一206及右侧支撑杆二207能够同步联动。
[0076]
参见图6、图7及图8所示，所述自调节升降台2包括固定设于中间底板111的丝杆固定基座一210及固定设于前侧底板112的丝杆固定基座二213，且所述固定基座一及固定基座二之间穿设传动丝杆211，传动丝杆211从丝杆固定基座二213和丝杆固定基座一210的安装孔中穿出。
[0077]
所述传动丝杆211通过联轴器209与设于中间底板111的升降台驱动电机208输出轴传动连接，且所述传动丝杆211上活动设有丝杆滑块212，丝杆滑块212位于丝杆固定基座二213和丝杆固定基座一210之间，当升降台驱动电机208旋转时，将驱动丝杆滑块212在传动丝杆211上做直线运动。
[0078]
所述自调节升降台2还包括与丝杆滑块212连接的升降台上台面滑杆216及升降台下台面滑杆222。
[0079]
所述升降台上台面滑杆216与左侧支撑杆及右侧支撑杆连接，且所述升降台上台面滑杆216两端分别通过轴承卡设于安装在升降台上台面202左右两侧的上台面左侧滑槽227内；
[0080]
所述升降台下台面滑杆222与左侧支撑杆及右侧支撑杆连接，且所述升降台下台面滑杆222两端分别通过轴承卡设于安装在升降台下台面201左右两侧的下台面滑槽内。
[0081]
具体的，升降台上台面滑杆216分别与左侧支撑杆二204和右侧支撑杆二207固定连接，升降台上台面滑杆516的两端分别固定安装上台面滑杆右侧轴承218和上台面滑杆左侧轴承228。
[0082]
上台面左侧滑槽227和上台面右侧滑槽219分别固定安装在升降台上台面202的左
右两侧，上台面滑杆左侧轴承228和上台面滑杆右侧轴承218分别卡装在上台面左侧滑槽227和上台面右侧滑槽219内。
[0083]
升降台下台面滑杆222分别与左侧支撑杆一203和右侧支撑杆一206固定连接，升降台下台面滑杆222的两端分别固定安装下台面滑杆右侧轴承220和下台面滑杆左侧轴承229。
[0084]
下台面左侧滑槽225和下台面右侧滑槽221分别固定安装在升降台下台面201的左右两侧，下台面滑杆左侧轴承229和下台面滑杆右侧轴承220分别卡装在下台面左侧滑槽225和下台面右侧滑槽221内。
[0085]
参见图8及图9所示，所述左侧支撑杆及右侧支撑杆两端通过铰链分别与升降台下台面201及升降台上台面202铰接，且两侧铰链上设有压力传感器。
[0086]
具体的，左侧支撑杆二204和右侧支撑杆二207的另一端通过下台面左侧铰链224和下台面右侧铰链223与升降台下台面201铰接连接，左侧支撑杆一203和右侧支撑杆一206的另一端也是通过铰链与升降台上台面202铰接在一起。
[0087]
在本发明中，为了能够检测升降台上台面202承载的路锥数量，分别在下台面左侧铰链224和下台面右侧铰链223的底侧分别安装左侧压力传感器226和右侧压力传感器230。
[0088]
具体的，所述自调节升降台2还包括控制模块217，且所述控制模块217能够采集压力传感器的数值，并进行升降台驱动电机208的控制，控制模块217用于实现自调节升降台2的控制，控制模块217通过采集左侧压力传感器226和右侧压力传感器230的数值后，进行升降台驱动电机208的控制，当左侧压力传感器226和右侧压力传感器230的数值见小后，提高升降台上台面202的高度，反之则降低升降台上台面202的高度。
[0089]
在本发明中，中间底板111上还固定设置有左侧电池模块214和右侧电池模块215，左侧电池模块214和右侧电池模块215为跟随路锥搬运机器人1和自调节升降台2提供足够的能源。
[0090]
在本发明中，升降台下台面滑杆222与丝杆滑块212固定连接，这样当升降台驱动电机208旋转时，驱动丝杆滑块212在传动丝杆211上做直线运动并带动升降台下台面滑杆222直线运动，达到控制升降台上台面202的高度的效果。
[0091]
在本发明中，跟随路锥搬运机器人1的遥控模式为采用遥控按键302控制右前驱动电机103及左前驱动电机106，使右前驱动电机103及左前驱动电机106驱动右前驱动轮104及左前驱动轮105，使跟随路锥搬运机器人1进行前进、后退、左转及右转操作，遥控按键302采用摇杆形式设置。
[0092]
跟随路锥搬运机器人1的跟随模式为跟随路锥搬运机器人1扶手机构101上设置的跟随主机模块102实时测量与跟随标签3的相对位置的，通过相对位置，使跟随主机模块102控制右前驱动电机103及左前驱动电机106驱动右前驱动轮104及左前驱动轮105，使跟随路锥搬运机器人1进行前进、后退、左转及右转操作，在跟随路锥搬运机器人1跟随过程中重复对跟随主机模块102与跟随标签3相对位置进行测量，达到跟随路锥搬运机器人1自动跟随的效果。
[0093]
本发明的另一个目的是提供一种基于重量感知的自调节跟随路锥搬运机器人1的相对位置测量方法，为跟随主机模块102检测跟随标签3的空间位置，其中，包括以下步骤：
[0094]
步骤一、在中间底板111的左侧固定安装左侧电池模块214，在中间底板111的右侧
固定安装右侧电池模块215，为跟随路锥搬运机器人1和自调节升降台2提供足够的能源，在电后，跟随主机模块102和跟随标签3通过无线方式实现时钟同步；
[0095]
步骤二、跟随主机模块102内放置两个相同且间隔d《λ/2的天线，控制跟随标签3的信号到达两个天线的相位差在-180
°‑
180
°
范围内；
[0096]
步骤三、利用跟随主机模块102测得的相位差α换算成距离差p，如下式所示：
[0097][0098]
其中：p为距离差，α为相位差，λ为波长；
[0099]
步骤四、由于跟随主机模块102和跟随标签3时钟同步，利用跟随主机模块102和跟随标签3之间飞行时间t得到距离r，如下式所示：
[0100]
r＝c
×
t，
[0101]
其中，c为光速，t为飞行时间；
[0102]
步骤五、根据以上数据p和r计算跟随标签3在跟随主机模块102下的坐标值，如下式所示：
[0103][0104]
步骤六、根据以上相对位置控制跟随路锥搬运机器人1的运动轨迹，在控制过程中重复步骤二到步骤五，实时实现跟随主机模块102与跟随标签3相对位置的测量。
[0105]
因此，本发明提出的一种基于重量感知的自调节跟随路锥搬运机器人的相对位置测量方法，通过基于uwb的pdoa定位算法实现自调节跟随路锥搬运机器人1的位置跟随控制，可以准确的计算出两路uwb芯片接收信号的相位差，使跟随路锥搬运机器人1的控制精度高，能够保证位置测量的精度。
[0106]
最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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。