[發明專利]一種輪式移動智能物流作業機器人系統

在審

• 申請號: 202110694240.6
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113199454A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 李立軍;張紅軍
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00;B25J9/08;B25J19/02;B25J19/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種輪式移動智能物流作業機器人系統，其特征在于，包括以下部分：車輪、編碼電機、車體、控制系統模塊、慣性測量模塊、鋰電池、單片機、載物臺、傳感器支座、深度相機、廣角單目相機、激光雷達、機械臂、機械手、支撐腿、超聲波傳感器；它們之間的關系是：車輪承載車體，與其相連的編碼電機驅動車輪滾動，同時輸出對應的編碼信息，經過處理后的編碼信息作為車體移動的里程計，車體作為各個元器件的承載體；控制系統模塊作為整個系統的控制器模塊，負責處理深度相機、廣角單目相機、激光雷達采集的數據，處理過后將對應的指令發送給單片機；慣性測量模塊位于車體的質心處，作為機器人運動姿態的判定器件，同時輔助修正里程計信息；鋰電池作為整個系統的電源模塊，為整個系統提供電力支撐，單片機負責接收控制系統模塊傳輸過來的信息，驅動并解析編碼器電機傳過來的編碼信息，并處理后生成里程計信息，解析慣性測量模塊的信息，處理成為機器人的運動姿態，同時將生成的加速度二次積分，通過卡爾曼濾波融合編碼器信息進行里程計修輔，發送指令控制數字舵機的精確轉動，使機械臂運動到指定位置，深度相機需先與機械臂進行標定，確定相機坐標系相對于機械臂底座的轉換關系，并將目標物轉換為深度相機提供目標物的位姿，用于微調機器人車體抓取前的位姿，之后用視覺來控制抓取；廣角單目相機主要用來盡可能的采集外界環境信息，檢測是否存在目標物；激光雷達主要用于定位建圖，同時小車自主探索和移動，并且不斷更新地圖；超聲波傳感器為自主移動時避障提供傳感信息，與廣角單目相機進行融合，提供點云的物理信息；支撐腿具有伸縮功能，用于在確定好抓取位姿后，將車體微抬，使車輪不受力，防止在抓取過程中小車的偏移，抓取完成將目標物放置在載物臺上；如果在進行目標物搜尋的過程中已經定位到目標物需要搬運的目的地，則以此為起始點并記錄到已經建好的地圖中，開始進行路徑規劃，使小車移動到搬運目的地，如若沒有發現目標物需要搬運的目的地，則繼續自主搜尋搬運目的地，直至找到，之后在目的地卸載目標物，在搜尋到目標物及搬運目的地的時候將這兩個位置點信息加到地圖中，便于大批量的搬運作業；

所述車輪為自制件，中間設有鋼制的軸套，用于安裝車軸，主體結構采用35％質量含量的玻璃纖維增強尼龍或尼龍6或尼龍66材料，使用模壓成型工藝制造，尺寸可以根據實際車體的大小來確定；

所述編碼電機為市購件，采用的是帶有編碼器的GB37-520直流減速電機，噪音相對較低，每旋轉一周輸出跳變330次，再根據車輪直徑計算出運行距離，作為里程計；

所述車體為自制件，優選長方體，也可根據實際場景選擇其他的外型，采用鋁合金材料，進行切割焊接而成，內部預留有裝載其他模塊的位置，外部涂上防水涂層，防止雨水進入車內，而且可以防止腐蝕；

所述控制系統模塊為市購件，安裝在車體的內部，用于各種傳感器的數據處理，型號為NVIDIA JETSON TX2控制模組，安裝Linux環境下的Ubuntu操作系統；

所述慣性測量模塊為市購件，型號為LPMS-IG1 RS232金屬外殼IMU慣性測量模塊，集成三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸磁力計及氣壓傳感器；

所述鋰電池為市購件，容量為12v 25000mA，置于車體內部的預留位置上，為整個機器人系統提供電力；

所述單片機為自制件，含有USB轉串口模塊，4路編碼器電機驅動模塊，8路PWM舵機接口，一個IMU接口，用于機器人的運動控制，設有自編程的控制程序；

所述載物臺為自制件，用于放置貨物，大小及尺寸均可根據實際運輸貨物的體積和數量而定，外部材質為鋁合金，內部貼有防撞墊；

所述傳感器支座為自制件，材質為鋁合金，用于承載深度相機、廣角單目相機及激光雷達；

所述機械手為自制件，用于貨物的抓取作業；形狀與人手相同，共五個手指，每個手指采用鋼或鋁材料的金屬直管和波紋管間隔組成，波紋管為關節，可以彎曲；每個手指管的內部設置有鋼絲索，通過旋轉電機的轉動來控制鋼絲索的收緊和放松，從而控制手指的彎曲和展開，五個手指聯動實現對物體的抓取和放下，這種設計可以為機械手提供更加平滑的運動特性、更多靈活性和更好的控制性，使其更加靈巧；每個手指的末端嵌入橢球形塑料體，使用聚醚醚酮(PEEK)材料制成，用于手指管的密封，鋼絲索的一端之間鑲入塑料體內，另一端與旋轉電機相連。