可自動避障作業(yè)機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及自動化機械設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種可自動避障作業(yè)機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國，機器人技術(shù)研宄本身起步較晚，智能移動機器人的研宄與世界先進水平有很大的差距。近年來，在國家“863”規(guī)劃和“十一五”規(guī)劃的指導下，我國特種機器人研宄與應(yīng)用已經(jīng)取得重大進展。作業(yè)型水下機器人、微操作機器人、自主行為與移動機器人系統(tǒng)、月球車移動系統(tǒng)、醫(yī)療機器人、管道作業(yè)機械人、農(nóng)業(yè)機器人(水果采摘機器人)與服務(wù)機器人、排爆機器人、復雜環(huán)境下生物作業(yè)機器人、電解鋁清潔機器人、有色金屬自動化生產(chǎn)機器人在相應(yīng)的領(lǐng)域都得到了推廣和應(yīng)用。隨著人工智能技術(shù)研宄的廣泛深入，我國對特種機器人的理論研宄正逐步深入，對極限環(huán)境作業(yè)機器人的要求也越來越高，但現(xiàn)有的作業(yè)機器人，尤其是極限環(huán)境下的作業(yè)機器人，在復雜的自然環(huán)境下執(zhí)行自主性、可靠性要求比較高的任務(wù)時，對環(huán)境感知能力較弱且對行走路線的避障效果不好，集成度不高。
[0003]因此，需要對現(xiàn)有的作業(yè)機器人進行改進，增加機器人對作業(yè)環(huán)境信息獲取理解，并實現(xiàn)可自主避障、自動循跡，滿足機器人在復雜環(huán)境中自主工作的性能要求。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本實用新型提供一種可自動避障作業(yè)機器人，其可增加機器人對作業(yè)環(huán)境信息的獲取理解，并實現(xiàn)自主避障、自動循跡，滿足機器人在復雜環(huán)境中自主工作的性能要求。
[0005]本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人，包括可移動車體、中央處理器和設(shè)置在可移動車體上并用于采集作業(yè)環(huán)境三維信息的三維信息采集裝置，所述三維信息采集裝置與所述中央處理器電連接進行三維地圖構(gòu)建；所述可移動車體包括底板箱、前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)、后輪驅(qū)動機構(gòu)和沿底板箱周側(cè)設(shè)置并用于檢測障礙物距離的若干超聲波收發(fā)傳感器，所述中央處理器還用于接收超聲波收發(fā)傳感器信號并綜合處理后向所述前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)輸出轉(zhuǎn)向控制指令進行避障。
[0006]進一步，前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)包括前輪、前固定軸和轉(zhuǎn)向驅(qū)動機構(gòu)，所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動機構(gòu)包括驅(qū)動電機、蝸輪、蝸桿軸和用于連接蝸桿軸和前固定軸端部并實現(xiàn)驅(qū)動轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向架，所述驅(qū)動電機由所述中央處理器控制工作，所述蝸輪與所述驅(qū)動電機的動力輸出軸圓周固定，所述蝸桿由所述蝸輪驅(qū)動，所述轉(zhuǎn)向架設(shè)置兩組，所述前輪以可繞自身軸線轉(zhuǎn)動的方式設(shè)置于對應(yīng)轉(zhuǎn)向架。
[0007]進一步，轉(zhuǎn)向架包括上伸縮桿、下伸縮桿、桿箱和銷軸，所述桿箱固定設(shè)置在兩伸縮桿上，所述桿箱上設(shè)置有前輪軸，所述銷軸在前固定軸和蝸桿軸的端部沿縱向各設(shè)置一個并銷軸兩端伸出，所述上伸縮桿和所述下伸縮桿兩端分別與對應(yīng)銷軸轉(zhuǎn)動配合，所述上伸縮桿和所述下伸縮桿上還設(shè)置有彈簧。
[0008]進一步，后輪驅(qū)動機構(gòu)包括后輪、后輪軸和后輪驅(qū)動組件，后輪軸固定設(shè)置于所述底板箱，所述后輪固定設(shè)置于所述后輪軸，所述后輪驅(qū)動組件包括后輪驅(qū)動電機和錐齒輪畐IJ，所述錐齒輪副的主動錐齒輪固接于所述后輪驅(qū)動電機的電機軸，所述錐齒輪副的從動錐齒輪圓周固定于所述后輪軸。
[0009]進一步，底板箱上還設(shè)置有用于目標物抓取的機械手，所述機械手為雙臂機械手，每一機械手均包括機械臂、手腕總成和手爪總成，所述手爪總成包括手爪座和與手爪座固接并成夾持狀態(tài)設(shè)置的至少兩個手爪，每一手爪均由至少三個指節(jié)依次鉸接而成，第一指節(jié)固接于所述手爪座，兩相鄰指節(jié)上設(shè)置有用于驅(qū)動在后指節(jié)繞鉸接軸線轉(zhuǎn)動的指節(jié)驅(qū)動機構(gòu)，所述指節(jié)驅(qū)動機構(gòu)包括指節(jié)驅(qū)動電機、錐齒輪指節(jié)驅(qū)動副和直齒輪指節(jié)驅(qū)動副，所述錐齒輪指節(jié)驅(qū)動副的主動錐齒輪固接于指節(jié)驅(qū)動電機的電機軸，錐齒輪指節(jié)驅(qū)動副的從動錐齒輪和直齒輪驅(qū)動副的主動齒輪均圓周固定于相鄰指節(jié)間的鉸接軸上，直齒輪指節(jié)驅(qū)動副的從動齒輪軸與在后指節(jié)固定連接。
[0010]進一步，每一機械手的機械臂均包括依次鉸接并均可在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的方式設(shè)置的下臂、中臂和上臂，兩相鄰臂體之間設(shè)置有臂驅(qū)動裝置，所述臂驅(qū)動裝置包括臂驅(qū)動伺服電機和臂驅(qū)動齒輪副，所述臂驅(qū)動伺服電機固接于前一臂體，所述臂驅(qū)動齒輪副的主動齒輪軸與臂驅(qū)動伺服電機傳動連接并其上設(shè)置有制動器，臂驅(qū)動齒輪副的從動齒輪圓周固定于兩相鄰臂體間的關(guān)節(jié)鉸接軸上，所述關(guān)節(jié)鉸接軸與前一臂體轉(zhuǎn)動配合，與后一臂體固定連接。
[0011]進一步，手爪座為正三角形結(jié)構(gòu)，所述手爪為分列設(shè)置于手爪座三邊的三個。
[0012]進一步，還包括用于自適應(yīng)控制機械手工作的自動控制系統(tǒng)，所述自動控制系統(tǒng)至少包括:
[0013]角位移傳感器，設(shè)置于下臂和上臂內(nèi)部，用于檢測下臂和上臂俯仰角度；
[0014]視覺傳感器，設(shè)置于手腕總成的上方，用于檢測工作環(huán)境內(nèi)物體的空間位置、姿態(tài)，并監(jiān)視機械手的工作狀態(tài)；
[0015]觸覺傳感器，設(shè)置于機械手爪內(nèi)表面，用于主動獲取物體更為完整的信息；
[0016]力覺傳感器，設(shè)置于機械手手爪指節(jié)的夾持面內(nèi)部，用于檢測每個指節(jié)的夾持壓力；
[0017]所述中央處理器還用于接收角位移傳感器、視覺傳感器、觸覺傳感器和力覺傳感器的反饋信號，并綜合處理存儲信息。
[0018]本實用新型的有益效果:本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人，通過三維信息采集裝置多作業(yè)環(huán)境的信息進行采集并將采集信息輸入到中央處理器進行三維地圖構(gòu)建，此夕卜，本實用新型的機器人還可通過視覺傳感器識別目標物，結(jié)合控制系統(tǒng)實現(xiàn)在線總體軌跡規(guī)劃，同時通過超聲波傳感器檢測路徑上的障礙物，結(jié)合控制系統(tǒng)對總體規(guī)劃路徑進行局部調(diào)整，滿足機器人在復雜環(huán)境中自主工作的性能要求。
【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。
[0020]圖1為本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人的整體主視圖；
[0021]圖2為本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人的車輪運動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人整體側(cè)視示意圖；
[0023]圖4為圖3C處放大圖；
[0024]圖5為本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人的手爪總成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6為本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人的臂驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7為本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖8為本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0028]圖1為本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人的整體主視圖，圖2為本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人的車輪運動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人整體側(cè)視示意圖，圖4為圖3C處放大圖，圖5為本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人的手爪總成結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人的臂驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖7為本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)示意圖，圖8為本實用新型的可自動避障作業(yè)機器人的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)側(cè)視圖，如圖所示:本實施例的可自動避障作業(yè)機器人，包括可移動車體、中央處理器和設(shè)置在可移動車體上并用于采集作業(yè)環(huán)境三維信息的三維信息采集裝置5，三維信息采集裝置5與所述中央處理器電連接進行三維地圖構(gòu)建；可移動車體包括底板箱1、前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)2、后輪驅(qū)動機構(gòu)3和沿底板箱I周側(cè)設(shè)置并用于檢測障礙物距離的若干超聲波收發(fā)傳感器4，中央處理器還用于接收超聲波收發(fā)傳感器4信號并向前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)2輸出轉(zhuǎn)向控制指令對原規(guī)劃路徑進行局部調(diào)整，實現(xiàn)避障功能，在通過障礙后，處理器向前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)2又發(fā)出反轉(zhuǎn)向信號，使機器人回到原規(guī)劃路徑軌跡上；其中三位信息采集裝置為三維成像雙目攝像頭(CCD攝像頭)，中央處理器為嵌入式單板計算機，嵌入式是指嵌入安裝在可移動車體上，底板箱為內(nèi)中空式結(jié)構(gòu)，三維信息采集裝置也可為現(xiàn)有其他圖像采集模塊，中央處理器內(nèi)還設(shè)置有圖像采集模塊、信息存儲模塊，其中圖像采集模塊用于采集此刻三維信息采集裝置的圖像數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)存至存儲模塊中，可在中央處理器內(nèi)進行構(gòu)建三維的環(huán)境地圖，也可通過無線通信模塊將存儲模塊中采集的里程計數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)傳給遠程數(shù)據(jù)處理主機，通過快速置信度傳播算法得到圖像和機器人間的距離信息，在遠程數(shù)據(jù)處理主機中構(gòu)建三維的環(huán)境地圖；另外，通過超聲波實現(xiàn)避障的原理為，通過超聲波傳感器發(fā)出一定頻率的超聲波，當遇到障礙物時反射回來，通過接收該反射波，再根據(jù)發(fā)射和接收的時間差獲得障礙物位置信號確定障礙物位置；當然，也可通過紅外傳感器來實現(xiàn)本實用新型中超聲波傳感器的功能，或者紅外傳感器和超聲波傳感器一同使用，在機器人運動過程中先調(diào)節(jié)距離旋鈕使其探測距離達到所用超聲波傳感器的盲區(qū)最大值，通過程序控制紅外傳感器發(fā)射信號，然后鋪捉反射信號，若無反射信號說明無障礙，如有反射信號說明有障礙，通過紅外傳感器或超聲波收發(fā)傳感器探測障礙物距離，中央處理器進行信號處理并得出實際距離，中央處理器內(nèi)設(shè)置距離最小閾值進行判斷，當測距大于閾值時進行轉(zhuǎn)向控制；其中三位地圖的構(gòu)建方法和實現(xiàn)方式與超聲波收發(fā)傳感器測距的原理及距離判斷均屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0029]本實施例中，前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)和后輪驅(qū)動機構(gòu)共同形成可移動車體的車輪運動機構(gòu)，其中，前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)2包括前輪2-1、前固定軸2-2和轉(zhuǎn)向驅(qū)動機構(gòu)，轉(zhuǎn)向驅(qū)動機構(gòu)包括驅(qū)動電機2-3、蝸輪2-4、蝸桿軸2-5和用于連接蝸桿軸2-5和前固定軸2_2端部并實現(xiàn)驅(qū)動轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向架2-6，驅(qū)動電機由所述中央處理器控制工作，蝸輪2-4與所述驅(qū)動電機的動力輸出軸圓周固定，蝸桿軸由所述蝸輪2-4驅(qū)動，轉(zhuǎn)向架2-6設(shè)置兩組，前輪以可繞自身軸線轉(zhuǎn)動的方式設(shè)置于對應(yīng)轉(zhuǎn)向架2-6 ;本實施例中，所指蝸輪蝸桿為不自鎖蝸輪蝸桿機構(gòu)，由蝸輪驅(qū)動蝸桿軸進行直線運動，從而帶動轉(zhuǎn)向架使得前輪行進方向改變。
[0030]本實施例中，轉(zhuǎn)向架2-6包括上伸縮桿2-6-1、下伸縮桿2_6_2、桿箱2_6_3和銷軸
2-6-4，桿箱2-6-3固定設(shè)置在兩伸縮桿上，桿箱2-6-3上設(shè)置有前輪軸2_6_5，銷軸2_6_4在前固定軸2-2和蝸桿軸2-5的端部沿縱向各設(shè)置一個并銷軸2-6-4兩端伸出，上伸縮桿2-6-1和所述下伸縮桿2-6-2兩端分別與對應(yīng)銷軸2-6-4轉(zhuǎn)動配合，上伸縮桿2_6_1和下伸縮桿2-6-2上還設(shè)置有彈簧2-6-6，彈簧在蝸輪停止轉(zhuǎn)動后可以使前車輪自動回正；其中，上伸縮桿和下伸縮桿為伸縮結(jié)構(gòu)，在前固定軸和蝸桿軸的端部各設(shè)置有銷軸，銷軸兩端分別伸出前固定