本發(fā)明涉及室外自主移動機(jī)器人技術(shù)，具體是一種具有帶自動穩(wěn)定裝置的激光雷達(dá)的室外自主移動機(jī)器人。

背景技術(shù)：

實(shí)時定位與地圖構(gòu)建是移動機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主移動的關(guān)鍵，現(xiàn)有的技術(shù)基本解決了機(jī)器人在室內(nèi)平坦地面上的實(shí)時定位與地圖構(gòu)建，由于室內(nèi)地面平坦，激光雷達(dá)在進(jìn)行實(shí)時定位與地圖構(gòu)建時干擾小，地圖構(gòu)建成功率高，實(shí)現(xiàn)了移動機(jī)器人在室內(nèi)的自主運(yùn)行。

但在室外環(huán)境下，由于地面環(huán)境復(fù)雜，移動機(jī)器人在室外運(yùn)行時會產(chǎn)生較大的顛簸和震動，在使用激光雷達(dá)進(jìn)行實(shí)時定位與地圖構(gòu)建時，激光雷達(dá)姿態(tài)發(fā)生較大變化時會導(dǎo)致地圖構(gòu)建失敗，機(jī)器人無法進(jìn)行自主移動。使現(xiàn)有的室外自主移動機(jī)器人只能在無顛簸環(huán)境下進(jìn)行實(shí)時定位與地圖構(gòu)建，而在復(fù)雜的地形環(huán)境下不能進(jìn)行地圖構(gòu)建。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的移動機(jī)器人在震動和顛簸環(huán)境下地圖構(gòu)建成功率低的問題，本發(fā)明提出了一種具有帶自動穩(wěn)定裝置的激光雷達(dá)的室外自主移動機(jī)器人，可以在機(jī)器人姿態(tài)發(fā)生變化時使得激光雷達(dá)的姿態(tài)保持穩(wěn)定。從而使得機(jī)器人在室外運(yùn)行時進(jìn)行實(shí)時定位與地圖構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在室外環(huán)境下的自主移動。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：

一種具有帶自動穩(wěn)定裝置的激光雷達(dá)的室外自主移動機(jī)器人，包括無減震裝置的履帶式移動機(jī)器人底盤、設(shè)置在該底盤上的四自由度機(jī)械臂和固定在四自由度機(jī)械臂末端的慣性測量單元及激光雷達(dá)。

所述無減震裝置的履帶式移動機(jī)器人底盤包括移動機(jī)器人機(jī)體和設(shè)置在該機(jī)體上的機(jī)器人底盤控制器、射頻天線及履帶單元，機(jī)體內(nèi)設(shè)有驅(qū)動電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動器和鋰電池，與履帶單元連接，控制履帶正常運(yùn)動。

所述四自由度機(jī)械臂包括機(jī)械臂底座、機(jī)械臂第一關(guān)節(jié)、機(jī)械臂第一連桿、機(jī)械臂第二關(guān)節(jié)、機(jī)械臂第二連桿、機(jī)械臂第三關(guān)節(jié)、機(jī)械臂第三連桿、機(jī)械臂第四關(guān)節(jié)和機(jī)械臂末端支架，機(jī)械臂底座一端固定設(shè)置在移動機(jī)器人機(jī)體上，另一端與機(jī)械臂第一關(guān)節(jié)連接；

機(jī)械臂第一關(guān)節(jié)通過機(jī)械臂第一連桿與機(jī)械臂第二關(guān)節(jié)連接；

機(jī)械臂第二關(guān)節(jié)通過機(jī)械臂第二連桿與機(jī)械臂第三關(guān)節(jié)連接；

機(jī)械臂第三關(guān)節(jié)通過機(jī)械臂第三連桿與機(jī)械臂第四關(guān)節(jié)連接；

機(jī)械臂第四關(guān)節(jié)與機(jī)械臂末端支架連接。

所述慣性測量單元和激光雷達(dá)分別設(shè)置在機(jī)械臂末端支架上、下端，并分別與機(jī)器人底盤控制器連接，通過機(jī)器人底盤控制器控制慣性測量單元測量機(jī)器人本體姿態(tài)。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.可以使用激光雷達(dá)完成室外不平坦路面環(huán)境下的自主移動機(jī)器人的實(shí)時定位與地圖構(gòu)建；

2.運(yùn)行平穩(wěn)：通過機(jī)器人自身和機(jī)械臂末端的慣性測量單元得到姿態(tài)信息，控制機(jī)械臂保持激光雷達(dá)姿態(tài)穩(wěn)定；

3.適應(yīng)性強(qiáng)：一般室外移動機(jī)器人平臺只能完成平坦路面下的實(shí)時定位與地圖構(gòu)建，本發(fā)明可以使得機(jī)器人在復(fù)雜路面環(huán)境下完成地圖構(gòu)建。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例：室外自主移動機(jī)器人在平坦路面狀態(tài)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例：室外自主移動機(jī)器人在縱向顛簸狀態(tài)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例：室外自主移動機(jī)器人在橫向顛簸狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所述，本發(fā)明具有帶自動穩(wěn)定裝置的激光雷達(dá)的室外自主移動機(jī)器人，由無減震裝置的履帶式移動機(jī)器人底盤，四自由度機(jī)械臂，固定在機(jī)械臂末端的慣性測量單元和激光雷達(dá)組成。其中：

無減震裝置的履帶式移動機(jī)器人底盤由機(jī)器人底盤控制器12，射頻天線13，移動機(jī)器人機(jī)體14，右側(cè)履帶單元15，左側(cè)履帶單元16組成。其中機(jī)器人底盤控制器12中包含機(jī)器人控制器和測量機(jī)器人本體姿態(tài)的慣性測量單元；移動機(jī)器人機(jī)體14中包括一般移動機(jī)器人的零部件，包含金屬結(jié)構(gòu)零件，驅(qū)動電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動器，鋰電池等，能使履帶正常運(yùn)動。右側(cè)履帶單元15和左側(cè)履帶單元16分別包括一條橡膠履帶，一個履帶驅(qū)動輪，一個導(dǎo)向輪，若干支撐輪和連接結(jié)構(gòu)件等常規(guī)橡膠履帶單元。

四自由度機(jī)械臂結(jié)構(gòu)包括通過機(jī)械臂底座11，機(jī)械臂第一關(guān)節(jié)10，機(jī)械臂第一連桿1，機(jī)械臂第二關(guān)節(jié)2，機(jī)械臂第二連桿3，機(jī)械臂第三關(guān)節(jié)4，機(jī)械臂第三連桿5，機(jī)械臂第四關(guān)節(jié)6，機(jī)械臂末端支架8。四自由度機(jī)械臂通過機(jī)械臂底座11固定在移動機(jī)器人底盤中的移動機(jī)器人機(jī)體14上。機(jī)械臂底座11另一端與機(jī)械臂第一關(guān)節(jié)連接；

機(jī)械臂第一關(guān)節(jié)10通過機(jī)械臂第一連桿1與機(jī)械臂第二關(guān)節(jié)2連接；

機(jī)械臂第二關(guān)節(jié)2通過機(jī)械臂第二連桿3與機(jī)械臂第三關(guān)節(jié)4連接；

機(jī)械臂第三關(guān)節(jié)4通過機(jī)械臂第三連桿5與機(jī)械臂第四關(guān)節(jié)6連接；

機(jī)械臂第四關(guān)節(jié)6與機(jī)械臂末端支架8連接。

固定在機(jī)械臂末端的慣性測量單元是慣性測量單元7安裝在四自由度機(jī)械臂中的機(jī)械臂末端支架8上。

激光雷達(dá)9安裝在四自由度機(jī)械臂中的機(jī)械臂末端支架8下方。

當(dāng)機(jī)器人在運(yùn)行之前首先需要初始化機(jī)器人的姿態(tài)，將機(jī)器人放置于水平地面，機(jī)械臂的初始位置設(shè)置在當(dāng)機(jī)器人底盤在水平狀態(tài)時機(jī)械臂第一關(guān)節(jié)10相對垂直方向旋轉(zhuǎn)角度A，使得機(jī)械臂第一連桿1與垂直方向呈角度A；機(jī)械臂第二關(guān)節(jié)2相對于機(jī)械臂第一連桿1所指方向旋轉(zhuǎn)角度B，機(jī)械臂第二連桿3與機(jī)械臂第一連桿1所指方向呈角度B；機(jī)械臂第三關(guān)節(jié)4相對于機(jī)械臂第二連桿3所指方向旋轉(zhuǎn)角度C，使得機(jī)械臂第三連桿5與機(jī)械臂第二連桿3所指方向呈角度C；機(jī)械臂第四關(guān)節(jié)6相對于機(jī)械臂第三連桿5旋轉(zhuǎn)角度D，初始狀態(tài)D為0；此時得到機(jī)械臂末端支架8相對于移動機(jī)器人底盤旋轉(zhuǎn)中心的縱向距離為h，與地面距離為d，如圖2所示。

由于室外地面環(huán)境復(fù)雜，機(jī)器人在行進(jìn)過程中會遇到顛簸，如果障礙物使得機(jī)器人發(fā)生縱向傾斜時，如圖3所示。機(jī)器人在行進(jìn)過程中需要越過縱向障礙物O，導(dǎo)致機(jī)器人底盤相對于地面的縱向傾斜角度為Q。安裝在移動機(jī)器人底盤上的12機(jī)器人底盤控制器中的慣性測量單元和固定在機(jī)械臂末端的慣性測量單元是慣性測量單元7能分別檢測到機(jī)器人底盤和四自由度機(jī)械臂中機(jī)械臂末端支架8的姿態(tài)變化，通過校正算法計算得到控制指令，機(jī)器人底盤控制器12控制調(diào)整機(jī)械臂中每個關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度，使得機(jī)械臂末端支架8的姿態(tài)保持穩(wěn)定，從而使得激光雷達(dá)9相對于原始地面距離d和移動機(jī)器人底盤旋轉(zhuǎn)中心的縱向距離h保持不變。

如圖4所示，如果障礙物使得機(jī)器人發(fā)生橫向傾斜時，機(jī)器人在行進(jìn)過程中一側(cè)履帶需要越過縱向障礙物O1而另一側(cè)履帶不需要翻越障礙物，導(dǎo)致機(jī)器人底盤相對于地面的橫向傾斜角度為Q1。安裝在移動機(jī)器人底盤上的12機(jī)器人底盤控制器中的慣性測量單元和固定在機(jī)械臂末端的慣性測量單元是慣性測量單元7能分別檢測到機(jī)器人底盤和四自由度機(jī)械臂中機(jī)械臂末端支架8的姿態(tài)變化，通過校正算法計算得到控制指令，機(jī)器人底盤控制器12控制調(diào)整機(jī)械臂中每個關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度，使得機(jī)械臂末端支架8的姿態(tài)保持穩(wěn)定，從而使得激光雷達(dá)9相對于原始地面距離d和移動機(jī)器人底盤旋轉(zhuǎn)中心的縱向距離h保持不變。

機(jī)器人在室外運(yùn)行時遇到的地面障礙通常為復(fù)合型不規(guī)則障礙物，導(dǎo)致的機(jī)器人底盤傾斜都可以拆分為縱向傾斜和橫向傾斜，通過上述兩種實(shí)例的復(fù)合，機(jī)器人在室外運(yùn)行時能夠保證激光雷達(dá)9相對于原始地面距離d和移動機(jī)器人底盤旋轉(zhuǎn)中心的縱向距離h保持不變。從而使得機(jī)器人可以穩(wěn)定的實(shí)時定位與地圖構(gòu)建。