本實(shí)用新型屬于移動機(jī)器人設(shè)計領(lǐng)域，具體為一種可室內(nèi)跟隨目標(biāo)的自動取物機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著計算機(jī)技術(shù)和人工技術(shù)的飛速發(fā)展，智能機(jī)器人的功能和層次有了恒大的提高，取物機(jī)器人更是對人類活動有極大幫助的一類機(jī)器人，國內(nèi)外也對取物機(jī)器人制定了不少研究計劃，如Fanuc公司的超快雙臂工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)裝配有兩個M-430iA機(jī)器人手臂和可視跟蹤功能的食品、藥品操作系統(tǒng)。波士頓動力公司研制的Petman更是一種可以像真人一樣四處活動的機(jī)器人，可以抱起箱子等物體。韓國科學(xué)技術(shù)研究院（KIST）發(fā)布的一款家用服務(wù)機(jī)器人Mahru-Z,具有根手指，并且具有三維視覺功能，可以幫助用戶做一些簡單的家務(wù)勞動。

現(xiàn)有的取物機(jī)器人要么只能進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的物體取拿操作，要么像波士頓公司的Petman一樣渾身裝滿傳感器，并且造價極其高昂，都喪失了其靈活性，造成這樣的原因主要是室內(nèi)GPS精度極低，電子羅盤受到室內(nèi)磁場的干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述中的問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠在室內(nèi)使用，為人類生活、辦公提供幫助的可室內(nèi)跟隨目標(biāo)的自動取物機(jī)器人。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了如下的技術(shù)方案：

本實(shí)用新型一種可室內(nèi)跟隨目標(biāo)的自動取物機(jī)器人，包括機(jī)器人本體，所述機(jī)器人本體包括車身底盤、機(jī)身、機(jī)頭和安裝在機(jī)器人前端的單機(jī)械臂，所述機(jī)頭的內(nèi)部和單機(jī)械臂的上方均安裝有攝像頭，所述車身底盤下方安裝有電機(jī)驅(qū)動裝置，所述車身底盤中水平固定有六軸運(yùn)動傳感器，所述機(jī)身內(nèi)部包裹有控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括定位標(biāo)簽、微控制器、舵機(jī)驅(qū)動裝置、通信裝置以及藍(lán)牙收發(fā)模塊，所述定位標(biāo)簽、六軸運(yùn)動傳感器、電機(jī)驅(qū)動裝置、舵機(jī)驅(qū)動裝置、通信裝置、電源模塊以及藍(lán)牙收發(fā)模塊均與微控制器通信連接，所述微控制器的內(nèi)存中保存有目標(biāo)物體的特征模型，且機(jī)器人本體通過藍(lán)牙收發(fā)模塊連接用戶下達(dá)指令的手機(jī)APP，并機(jī)器人本體和用戶身上的定位標(biāo)簽均信號連接安裝在室內(nèi)環(huán)境當(dāng)中的定位監(jiān)測站。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述單機(jī)械臂包括手臂、手肘、手腕和機(jī)器爪四個自由度，并由微控制器控制相應(yīng)舵機(jī)進(jìn)行活動，所述微控制器為STM32F4系列單片機(jī)。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述電源模塊采用可充電的鋰電池組為機(jī)器人本體供電；電機(jī)驅(qū)動裝置使用直流減速電機(jī)控制車輪運(yùn)動。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述機(jī)器人本體上進(jìn)行圖像采集的攝像頭使用CMOS圖像傳感器OV7620讀取圖像的灰度信息。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述定位監(jiān)測站與定位標(biāo)簽為芯片DWM1000和STM32F103C8T6單片機(jī)。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述六軸運(yùn)動傳感器使用MPU6050整合性六軸運(yùn)動處理組件。

本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果是：本實(shí)用新型自身搭建定位系統(tǒng)并且融合六軸運(yùn)動傳感器數(shù)據(jù)，可獲取機(jī)器人空間坐標(biāo)并可校準(zhǔn)偏航，使機(jī)器人可以實(shí)時確定自己“前”和“后”的方位，為用戶抓取目標(biāo)物體后可跟隨用戶移動。

附圖說明

附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限制。在附圖中：

圖1是本實(shí)用新型的運(yùn)行結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的運(yùn)行流程圖；

圖3是本實(shí)用新型的控制模塊圖；

圖中：1、機(jī)器人本體；2、車身底盤；3、機(jī)身；4、機(jī)頭；5、單機(jī)械臂；6、攝像頭；7、電機(jī)驅(qū)動裝置；8、六軸運(yùn)動傳感器；9、控制系統(tǒng)；901、定位標(biāo)簽；902、微控制器；903、舵機(jī)驅(qū)動裝置；904、通信裝置；905、藍(lán)牙收發(fā)模塊；10、電源模塊；11、目標(biāo)物體；12、定位監(jiān)測站。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

實(shí)施例

如圖1-3所示，一種可室內(nèi)跟隨目標(biāo)的自動取物機(jī)器人，包括機(jī)器人本體1，機(jī)器人本體1包括車身底盤2、機(jī)身3、機(jī)頭4和安裝在機(jī)器人前端的單機(jī)械臂5，機(jī)頭4的內(nèi)部和單機(jī)械臂5的上方均安裝有攝像頭6，車身底盤2下方安裝有電機(jī)驅(qū)動裝置7，車身底盤2中水平固定有六軸運(yùn)動傳感器8，機(jī)身4內(nèi)部包裹有控制系統(tǒng)9，控制系統(tǒng)9包括定位標(biāo)簽901、微控制器902、舵機(jī)驅(qū)動裝置903、通信裝置904以及藍(lán)牙收發(fā)模塊905，定位標(biāo)簽901、六軸運(yùn)動傳感器8、電機(jī)驅(qū)動裝置7、舵機(jī)驅(qū)動裝置903、通信裝置904、電源模塊10以及藍(lán)牙收發(fā)模塊905均與微控制器902電性連接，微控制器902的內(nèi)存中保存有目標(biāo)物體11的特征模型。

覆蓋室內(nèi)的定位系統(tǒng)包括定位監(jiān)測站13與定位標(biāo)簽901，定位監(jiān)測站13與定位標(biāo)簽901均由UWB定位芯片及單片機(jī)組成，定位監(jiān)測站12安裝在室內(nèi)環(huán)境當(dāng)中，定位標(biāo)簽901分別安裝在機(jī)器人本體1和用戶身上，用于用戶下達(dá)指令的手機(jī)APP，使用藍(lán)牙與機(jī)器人本體1通信。

機(jī)器人本體1中的電源模塊10可采用可充電的鋰電池組為機(jī)器人機(jī)身本體1供電；電機(jī)驅(qū)動車輪中使用直流減速電機(jī)控制車輪運(yùn)動，可以較好控制速度；機(jī)器人本體1上進(jìn)行圖像采集的攝像頭6可使用CMOS圖像傳感器OV7620，可以直接讀取圖像的灰度信息；機(jī)器人本體1上所用微控制器902可選擇意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的STM32F4系列單片機(jī)，該單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理速度和配備的外設(shè)可完全符合本實(shí)用新型的要求。

單機(jī)械臂5可選用常用的包括手臂、手肘、手腕、機(jī)器爪四個自由度的機(jī)械臂，每個自由度由舵機(jī)控制轉(zhuǎn)動；目標(biāo)物體原理上來說是任意的，只需其對應(yīng)的目標(biāo)物體特征模型提前保存到微控制器的內(nèi)存當(dāng)中。

六軸運(yùn)動傳感器8可使用MPU6050整合性六軸運(yùn)動處理組件，水平固定在車身底盤2中，通過解算六種運(yùn)動傳感器的數(shù)據(jù)獲得機(jī)器人的方位角，并通過定位系統(tǒng)校準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟隨。

藍(lán)牙收發(fā)模塊905可以為現(xiàn)有常用的藍(lán)牙類通信裝置。例如可以為采用 SPP-C 藍(lán)牙模塊，遵循 V2.1+EDR 藍(lán)牙規(guī)范，采用串口協(xié)議。例如使用國內(nèi)眾靈公司的眾靈智控APP，APP中可進(jìn)行藍(lán)牙配對，用戶也可自己編碼配置控制命令。

微控制器902內(nèi)預(yù)裝有用于車輪及舵機(jī)運(yùn)動的電機(jī)驅(qū)動程序，用于讀取攝像頭數(shù)據(jù)的驅(qū)動程序，進(jìn)行圖像處理的算法程序，用于通信數(shù)據(jù)處理的程序，進(jìn)行六軸運(yùn)動傳感器數(shù)據(jù)處理程序以及跟隨目標(biāo)物體的算法程序；

用于車輪及舵機(jī)運(yùn)動的電機(jī)驅(qū)動程序：使用微控制器內(nèi)部的定時器產(chǎn)生PWM波控制電機(jī)驅(qū)動模塊，通過改變PWM的脈寬占比來控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速；

圖像處理的算法程序：取攝像機(jī)拍攝的一幀圖像保存為二進(jìn)制文件進(jìn)行灰度變換，使用SIFT/SURF特征識別算法進(jìn)行對灰度圖對圖像形狀進(jìn)行特征提取，當(dāng)提取到的特征符合指定物體的模型時，便可實(shí)現(xiàn)物體識別的匹配，其中攝像頭1用來確定目標(biāo)物體在平面中的位置，攝像頭2用來確定目標(biāo)物體的距離；

用于通信數(shù)據(jù)處理的程序：對藍(lán)牙收到的用戶命令解碼及應(yīng)答信號的編碼和發(fā)送；

跟隨目標(biāo)的算法程序:包括卡爾曼濾波算法，處理定位標(biāo)簽的測距數(shù)據(jù)，利用信號源到各個監(jiān)測站的距離，作出以監(jiān)測站為焦點(diǎn)，距離差為長軸的雙曲線，雙曲線的交點(diǎn)就是信號的空間坐標(biāo)位置。同理可得到用戶的位置。同時對六種運(yùn)動傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，獲得機(jī)器人姿態(tài)的歐拉角，由此可得到機(jī)器人的實(shí)時偏航，機(jī)器人運(yùn)動一段距離，比較運(yùn)動前后的坐標(biāo)值，可對機(jī)器人的偏航進(jìn)行校準(zhǔn)，清零積分對誤差的累積。

工作過程：用戶利用手機(jī)中的APP下達(dá)指令，并通過手機(jī)藍(lán)牙與機(jī)器人本體中的控制系統(tǒng)連接實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，由藍(lán)牙收發(fā)模塊接受用戶的指令，通過微控制器控制車輪及舵機(jī)運(yùn)動，并用機(jī)頭上的攝像頭來確定目標(biāo)物體在平面中的位置，單機(jī)械臂上的攝像頭來確定目標(biāo)物體的距離，機(jī)器人本體用單機(jī)械臂拿到物體后，通過定位監(jiān)測站檢測到用戶的位置信息，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟隨。

本實(shí)用新型中的定位監(jiān)測站與定位標(biāo)簽均可使用、DecaWave公司的室內(nèi)定位芯片DWM1000和意法半導(dǎo)體的STM32F103C8T6單片機(jī)，單片機(jī)作為驅(qū)動芯片，對DWM1000進(jìn)行模式配置及讀取數(shù)據(jù)，格外的定位標(biāo)簽上的單片機(jī)還將數(shù)據(jù)發(fā)給主機(jī)。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。