[發明專利]一種用于環境感知的模塊化全方位移動機器人

有效

• 申請號: 201710259947.8
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN107088869B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 趙立軍;王超;王珂;李瑞峰;王力;王淑英;孫振業
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00;B25J9/08;B25J9/00;B25J19/00;B62D21/00;B60G1/00;B60G5/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

1.一種用于環境感知的模塊化全方位移動機器人，其特征在于：包括機器人本體、Mecanum輪式運動模塊、傳感模塊、可交互模塊和控制器(5)；所述Mecanum輪式運動模塊支撐機器人本體，所述控制器(5)分別與傳感模塊、可交互模塊和Mecanum輪式運動模塊相連接；所述控制器(5)用于接收所述傳感模塊信號，經過數據處理以后對所述Mecanum輪式運動模塊發送運動控制指令實現所述機器人本體的運動；所述可交互模塊用于向控制器(5)發送控制指令，所述控制器(5)向可交互模塊反饋所述機器人本體當前的狀態；所述機器人本體包括車身總成、車架(1)、兩個獨立懸架模塊(2)、四個輪系模塊(3)，所述四個輪系模塊(3)包括兩個前輪系模塊和兩個后輪系模塊，其中兩個前輪系模塊直接固定到車架(1)上，兩個后輪系模塊通過獨立懸架模塊(2)固定到車架(1)，車身總成固連到車架(1)上；所述獨立懸架模塊(2)包括連接支架(2-3)、角板(2-4)、升降螺板(2-2)、升降調節桿(2-1)、導向桿(2-7)、自潤滑軸承(2-8)、彈簧軸(2-10)、減震彈簧(2-9)、導向套筒(2-6)和限位組件(2-5)；其中連接支架(2-3)用于連接所述車架(1)和所述獨立懸架模塊(2)，并且所述連接支架(2-3)用于固定升降螺板(2-2)，同時所述連接支架(2-3)通過U形槽連接角板(2-4)；所述升降調節桿(2-1)連接升降螺板(2-2)和角板(2-4)；所述彈簧軸(2-10)上部連接限位組件(2-5)和鎖緊螺母，底部平面用于連接獨立懸架模塊(2)和輪系模塊(3)；所述導向套筒(2-6)固定在角板(2-4)上；所述減震彈簧(2-9)放置在角板(2-4)和彈簧軸(2-10)之間；所述導向桿(2-7)固連到彈簧軸(2-10)底部的平面上；所述自潤滑軸承(2-8)固連到角板(2-4)上。

2.根據權利要求書1所述的機器人，其特征在于，所述Mecanum輪式運動模塊包括USB-CAN單元(13)和4套伺服驅動模塊，所述Mecanum輪式運動模塊總體采用CAN總線串接模式，4套伺服驅動模塊掛載到CAN總線上，USB-CAN單元(13)連接CAN總線和控制器(5)，控制器(5)發送執行指令到CAN總線，伺服驅動模塊執行總線控制指令做出響應；所述伺服驅動模塊向控制器(5)發送狀態數據，控制器(5)對所述狀態數據進行處理。

3.根據權利要求書2所述的機器人，其特征在于，所述伺服驅動模塊包括伺服驅動器、電機、碼盤、減速器和Mecanum輪，所述Mecanum輪、減速器、電機和碼盤依次串聯連接，伺服驅動器集成到機械結構上，構成機電一體化模塊，伺服驅動器接收CAN總線上發布的速度控制指令，通過控制電機實現指定的速度控制，并且結合碼盤數據構成穩定的速度閉環控制。

4.根據權利要求書1所述的機器人，其特征在于，所述傳感模塊包括電源管理模塊(4)、立體環境感知子模塊和位姿估算子模塊；所述電源管理模塊(4)用于監控所述機器人本體的電池工作狀況，將電池的信息通過轉換器發送到所述控制器(5)；所述位姿估算子模塊由慣性測量單元(14)和里程計組成，共同完成所述機器人在工作環境中的位姿推算；所述立體環境感知子模塊由視覺傳感器(10)、激光傳感器(9)及傳感器支撐(11)共同組成；所述視覺傳感器(10)和激光傳感器(9)安裝于傳感器支撐(11)，激光傳感器(9)數據通過以太網發送到控制器(5)，視覺傳感器(10)數據通過USB發送到控制器(5)；所述立體環境感知子模塊提供統一的對外通信接口和機械安裝接口。

5.根據權利要求書4所述的機器人，其特征在于，所述位姿估算子模塊由慣性測量單元(14)和里程計組成，共同完成所述機器人在工作環境中的位姿推算，具體為：里程計數據由伺服驅動模塊的碼盤數據解算得到，由里程計數據推算得到所述機器人本體縱向和橫向的直線位移，利用慣性測量單元(14)的旋轉角位移作為所述機器人本體轉動方向角位移，將慣性測量單元(14)和里程計數據融合得到所述機器人本體的位姿數據，里程計數據通過CAN總線發送到控制器(5)，慣性測量單元(14)通過USB發送到控制器(5)。