[發(fā)明專利]一種用于三維環(huán)境感知的傳感器組合裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310390013.X
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN103455145A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙立軍;葛連正;王珂;梁培棟;李瑞峰;范永波;高云峰
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G01D5/26
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及移動機(jī)器人環(huán)境感知技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

移動機(jī)器人環(huán)境感知技術(shù)快速發(fā)展，尤其是環(huán)境信息感知技術(shù)在環(huán)境描述的穩(wěn)定性和快速性方面取得了很大突破，但簡單的二維信息在信息量和精度方面不能滿足定位、目標(biāo)識別及移動作業(yè)等任務(wù)需求。在上個世紀(jì)末期，開始采用激光掃描傳感器，如Sick公司的LM200，進(jìn)行未知環(huán)境的模型建立，取得了基于EKF、粒子濾波器等方法，在二維環(huán)境取得了一些重要研究成果。在移動機(jī)器人應(yīng)用方面又出現(xiàn)了性價比更高的激光掃描傳感器，如HOKUYO的URG-04lx等為代表的小型激光傳感器，在二維室內(nèi)快速環(huán)境建模方面得到廣泛用。近幾年隨著傳感器技術(shù)快速發(fā)展，一些大公司開始研究更為小巧的用于立體環(huán)境建模、人體、手勢特征提取的傳感器，如MicroSoft的Kinect，Asus的Xtion體感傳感器，目前也在移動機(jī)器人領(lǐng)域得到大力應(yīng)用。激光傳感器、體感傳感器各有自己的優(yōu)勢，現(xiàn)有的裝置都是單獨(dú)使用，激光傳感器測距在4米，而體感有效距離在1-2.5米，二者檢測誤差都在3cm以上，在家用環(huán)境移動機(jī)器人的目標(biāo)定位和抓取作業(yè)一般可容忍的誤差為1.5cm左右。現(xiàn)有的激光傳感器立體掃描裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，不能靈活使用，而將二者融合，進(jìn)行環(huán)境目標(biāo)提取和建模將提升感知精度，獲得更為準(zhǔn)確的目標(biāo)信息，同時在觀測視角上也優(yōu)于單獨(dú)傳感器對目標(biāo)的觀測，對移動機(jī)器人環(huán)境理解和目標(biāo)抓取等移動作業(yè)具有重要作用。

將激光掃描傳感器與體感傳感器結(jié)合不但是機(jī)器人環(huán)境感和機(jī)器視覺科研領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，而且在醫(yī)學(xué)、工業(yè)、軍事工程、數(shù)字電影制作等領(lǐng)域中有重要和廣泛的實(shí)用意義，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的對三維環(huán)境進(jìn)行感知的裝置由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜和掃描方式單一，從而導(dǎo)致裝置的掃描精度低的問題，提出了一種用于三維環(huán)境感知的傳感器組合裝置。

一種用于三維環(huán)境感知的傳感器組合裝置，它包括直流電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動器、體感傳感器、立板、激光傳感器、激光傳感器轉(zhuǎn)動架、電機(jī)機(jī)箱、齒輪、齒條、齒條固定板、凸輪、旋轉(zhuǎn)盤、激光傳感器支架和轉(zhuǎn)動軸，

直流電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動器均固定在電機(jī)機(jī)箱的內(nèi)部，電機(jī)驅(qū)動器用于驅(qū)動直流電機(jī)轉(zhuǎn)動，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過傳動機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)動軸的一端連接，轉(zhuǎn)動軸通過軸承與激光傳感器支架連接，所述激光傳感器支架固定在電機(jī)機(jī)箱的頂面，轉(zhuǎn)動軸的另一端通過軸承與激光傳感器轉(zhuǎn)動架的轉(zhuǎn)動控制端固定連接，激光傳感器轉(zhuǎn)動架上固定有激光傳感器，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子驅(qū)動激光傳感器做垂直于轉(zhuǎn)動軸的軸心的圓周運(yùn)動，該圓周運(yùn)動的圓心為圓周運(yùn)動平面與轉(zhuǎn)動軸的軸心的交點(diǎn)，該圓周運(yùn)動的轉(zhuǎn)動角度為85°-95°。

立板與電機(jī)機(jī)箱的頂面固定，并且所述立板所在平面平行于轉(zhuǎn)動軸的軸心，齒條限位板9與立板的一面固定連接，齒條嵌入所述齒條限位板9內(nèi)，凸輪通過傳動機(jī)構(gòu)與齒條的一端連接，凸輪用于驅(qū)動齒條在豎直方向上做往返運(yùn)動，齒輪與齒條嚙合連接，齒輪通過傳動機(jī)構(gòu)與體感傳感器的底座連接，旋轉(zhuǎn)盤的中心與凸輪的中心通過連接桿固定連接，立板的頂面與和齒輪相鄰的側(cè)面的連接處為圓弧狀結(jié)構(gòu)，該圓弧的圓心為齒輪的圓心，所述立板的圓弧狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面固定有圓弧狀的擋板，且所述擋板與立板相互垂直，所述擋板上開有滑道，體感傳感器的底座架設(shè)在滑道上，激光傳感器的激光掃描區(qū)域在體感傳感器的攝像區(qū)域內(nèi)。

有益效果：本發(fā)明的體積小、結(jié)構(gòu)簡單、通過旋轉(zhuǎn)體感傳感器，可實(shí)現(xiàn)兩個方位安裝使用，通過激光傳感器的轉(zhuǎn)動和體感傳感器結(jié)合實(shí)現(xiàn)對三維環(huán)境進(jìn)行掃描，經(jīng)過融合算法處理使掃描精度提高了一倍以上。

附圖說明

圖1為一種用于三維環(huán)境感知的三維激光掃描裝置的主視圖；

圖2為圖1的后視圖；

圖4為圖1的右視圖；

圖3為具體實(shí)施方式一所述的激光傳感器3、激光傳感器轉(zhuǎn)動架4、激光傳感器支架12和轉(zhuǎn)動軸13的連接示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一、結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖4說明本具體實(shí)施方式，一種用于三維環(huán)境感知的傳感器組合裝置，它包括直流電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動器、體感傳感器1、立板2、激光傳感器3、激光傳感器轉(zhuǎn)動架4、電機(jī)機(jī)箱6、齒輪7、齒條8、齒條固定板9、凸輪10、旋轉(zhuǎn)盤11、激光傳感器支架12和轉(zhuǎn)動軸13，