全方位避障和障碍物识别装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种全方位避障和障碍物识别装置，涉及机器人技术领域。所述装置包括小车平台，所述小车平台包括下层底板和二层底板，所述下层底板和二层底板之间通过连接件进行连接，所述下层底板的上表面设置有伺服电机驱动模块、步进电机驱动模块和控制器，所述下层底板的下表面固定有三个伺服电机，每个伺服电机的动力输出端经联轴器与一个全向轮连接，所述伺服电机的控制输入端与所述伺服电机驱动模块的控制输出端连接，所述伺服电机驱动模块的控制输入端与所述控制器的控制输出端。所述装置具有运动平稳、灵活、可靠性高以及响应速度快等优点。

【技术实现步骤摘要】
全方位避障和障碍物识别装置
本技术涉及机器人
，尤其涉及一种可实现全方位避障和障碍物识别装置。
技术介绍
目前，机器人技术是热门的研究领域，一些比较成熟的研究成果已经广泛应用到各个领域中，但机器人避障技术还处于研发阶段。国内外机器人自动避障系统还存在避障效率低，传感器信息采集不理想、避障方向单一等问题；市面上大多数机器人避障系统实现避障不具有物体识别的功能；机器人运动平台不易携带，结构相对复杂；机器人避障系统的载体多采用普通的移动平台，运动平台的灵活度较低。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种运动平稳、灵活、可靠性高、响应速度快的可实现全方位避障和障碍物识别装置。为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案是：一种全方位避障和障碍物识别装置，其特征在于：包括小车平台，所述小车平台包括下层底板和二层底板，所述下层底板和二层底板之间通过连接件进行连接，所述下层底板的上表面设置有伺服电机驱动模块、步进电机驱动模块和控制器，所述下层底板的下表面固定有三个伺服电机，每个伺服电机的动力输出端经联轴器与一个全向轮连接，所述伺服电机的控制输入端与所述伺服电机驱动模块的控制输出端连接，所述伺服电机驱动模块的控制输入端与所述控制器的控制输出端；所述的二层底板的上表面设置有激光测距传感器、步进电机和工业级激光测距仪，在圆形舱板的外表面均匀设置若干个激光测距传感器，激光测距传感器的信号输出端与所述控制器的信号输入端连接，所述步进电机的动力输出端与激光测距仪支撑件固定连接，激光测距仪支撑件的上方和正前方分别设置一个工业级激光测距仪和一个高清摄像头，步进电机的控制输入端与步进电机驱动模块的控制输出端连接，步进电机的控制输入端与所述控制器的控制输出端连接，所述工业级激光测距仪和一个高清摄像头受控于所述控制器并将所采集的数据传输至所述控制器，所述控制器根据控制命令，通过步进电机驱动模块驱动步进电机带动工业级激光测距仪和高速摄像头动作；所述的工业级激光测距仪与所述控制器之间通过串口进行连接，以串口通信的方式实时读取工业级激光测距仪对障碍物的检测距离；所述的高速摄像头通过其内置的FIFO芯片与所述控制器连接，实现将采集到的障碍物图像信息传输至所述控制器；所述控制装置在控制器的控制下通过所述激光测距传感器、高速摄像头、工业级激光测距仪感应所述装置的前进方向是否有障碍物并对障碍物进行识别，控制所述装置进行避障动作。进一步的技术方案在于：所述控制器为集成了WIFI模块、蓝牙模块和stm32芯片的树梅派。进一步的技术方案在于：所述全向轮设置三个，两两之间的夹角为120°；所述全向轮的轮子边缘分布有若干个辊子。进一步的技术方案在于：在圆形舱板的外表面均匀设置8个激光测距传感器，8个激光测距传感器的信号线都分别串接2千欧的电阻以进行降压处理，再依次连接在stm32控制器的PB8至PB15的端口，通过程序指令，stm32控制器实时读取PB8至PB15的端口的电平状态，当某个方向上的激光测距传感器检测到障碍物，stm32控制器将从对应的端口读取到高电平信号。进一步的技术方案在于：步进电机与步进电机驱动模块通过两相线电连接，步进电机驱动模块的PULS端与DIR端分别连接至stm32控制器的PA13和PA14引脚，步进电机驱动模块的PULS-端与DIR-端短接，并连接至stm32控制器的GND端口，stm32控制器根据外部信号相对应地改变端口PA13与PA14的输出状态，实现驱动步进电机带动工业级激光测距仪和高速摄像头转动。进一步的技术方案在于：三个伺服电机分别引出霍尔线与编码器线连接伺服电机驱动模块，伺服电机驱动模块的TX端、RX端、控制量输入1端、控制量输入2端分别连接stm32控制器的USART3_RX、USART3_TX、PC2和PC3接口；stm32控制器采集外部信号，转换成控制指令，传送给伺服电机驱动模块，实现控制三个全向轮的运行方式。进一步的技术方案在于：所述的工业级激光测距仪的VCC、RXD、TXD、GND端口分别与stm32控制器的VCC、USART2TX、USART2RX、GND连接，通过程序指令，以串口通信的方式实时读取工业级激光测距仪对障碍物的检测距离。进一步的技术方案在于：所述高速摄像头的FIFO芯片的Y0～Y7引脚与stm32控制器的PB0～PB7引脚电连接，并且所述的高速摄像头的FIFO芯片的FIFO_RRST、FIFO_WRST、FIFO_RCLK、FIFO_WR_CTR、FIFO_OE引脚与m32控制器的PA4～PA8电连接，通过程序指令，stm32控制器从FIFO中读取数据，实现采集障碍物的图像信息。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述装置采用三个圆周均匀分布的全向轮机构，具有零半径转弯、360度任意方向移动的优势，该平台运动平稳，灵活；上下对称的三组连接板，增加了移动平台的刚度和强度。上层三组主要起支撑作用，下层三组有利于方便携带机器人。基于激光测距的技术，装置二层底板的上方圆周分布8个激光测距传感器，实时检测机器人周围八个方向是否存在障碍物，更大限度地减少盲区，本机器人平台具有可靠性高、响应速度快的特点；基于深度学习和视觉识别技术的开发，在所述装置的上方配置高速摄像头模块，通过高速摄像头模块拍摄前方的障碍物获取到图像信息，采用神经网络算法，利用现有的识别库或通过机器学习训练来识别前方的障碍物；基于激光测距技术的开发，上述的高速摄像头与一个工业级激光测距模块安装在360度旋转的支撑架上，通过传感器信息融合技术处理激光测距信息和摄像头深度信息，取得两者相近的值作为测量值。基于高速摄像头识别功能，能感知障碍物距离的同时，能识别障碍物；所述装置的控制器集成WiFi模块和蓝牙模块，可通过多种控制方式远程操控所述装置，同时能将障碍物特征及距离信息发送至接收设备，方便上位机的研发及平台其他应用的开发；本技术所述装置避障功能通过采集到的距离信息通过PID控制算法控制全方位移动装置的速度进行避障，提高装置避障时运动的平稳性。本技术所述装置，适用于多种机器人领域，比如AGV领域、机器人教学领域，尤其是可整合多台上述装置，感知彼此之间的距离的信息，用于研究群机器人算法。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。图1是本技术所述装置的主视结构示意图；图2是本技术所述装置的部分剖视结构示意图；图3是本技术所述装置的俯视结构示意图；图4是本技术所述装置的立体结构示意图；图5是本技术所述装置的部分电路原理图；其中：1、工业级激光测距仪；2、高速摄像头；3、探测支架；4、激光测距传感器；5、二层底板；6、连接板；7、下层底板；8、全向轮；9、伺服电机支架；10、伺服电机；11、联轴器；12、激光测距仪支撑件；13、步进电机；14、伺服电机驱动模块；15、步进电机驱动模块；16、控制器。具体实施方式下面结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全方位避障和障碍物识别装置，其特征在于：包括小车平台，所述小车平台包括下层底板(7)和二层底板(5)，所述下层底板(7)和二层底板之间通过连接件(6)进行连接，所述下层底板(7)的上表面设置有伺服电机驱动模块(14)、步进电机驱动模块(15)和控制器(16)，所述下层底板(7)的下表面固定有三个伺服电机(10)，每个伺服电机(10)的动力输出端经联轴器(11)与一个全向轮(8)连接，所述伺服电机(10)的控制输入端与所述伺服电机驱动模块(14)的控制输出端连接，所述伺服电机驱动模块(14)的控制输入端与所述控制器(16)的控制输出端；所述的二层底板(5)的上表面设置有激光测距传感器(4)、步进电机(13)和工业级激光测距仪(1)，在圆形舱板的外表面均匀设置若干个激光测距传感器(4)，激光测距传感器(4)的信号输出端与所述控制器(16)的信号输入端连接，所述步进电机(13)的动力输出端与激光测距仪支撑件(12)固定连接，激光测距仪支撑件(12)的上方和正前方分别设置一个工业级激光测距仪(1)和一个高清摄像头(2)，步进电机(13)的控制输入端与步进电机驱动模块(15)的控制输出端连接，步进电机(13)的控制输入端与所述控制器(16)的控制输出端连接，所述工业级激光测距仪(1)和一个高清摄像头(2)受控于所述控制器(16)并将所采集的数据传输至所述控制器(16)，所述控制器(16)根据控制命令，通过步进电机驱动模块(15)驱动步进电机(13)带动工业级激光测距仪(1)和高速摄像头(2)动作；所述的工业级激光测距仪(1)与所述控制器(16)之间通过串口进行连接，以串口通信的方式实时读取工业级激光测距仪(1)对障碍物的检测距离；所述的高速摄像头(2)通过其内置的FIFO芯片与所述控制器连接，实现将采集到的障碍物图像信息传输至所述控制器；所述控制装置在控制器(16)的控制下通过所述激光测距传感器(4)、高速摄像头(2)、工业级激光测距仪(1)感应所述装置的前进方向是否有障碍物并对障碍物进行识别，控制所述装置进行避障动作。...

【技术特征摘要】
1.一种全方位避障和障碍物识别装置，其特征在于：包括小车平台，所述小车平台包括下层底板(7)和二层底板(5)，所述下层底板(7)和二层底板之间通过连接件(6)进行连接，所述下层底板(7)的上表面设置有伺服电机驱动模块(14)、步进电机驱动模块(15)和控制器(16)，所述下层底板(7)的下表面固定有三个伺服电机(10)，每个伺服电机(10)的动力输出端经联轴器(11)与一个全向轮(8)连接，所述伺服电机(10)的控制输入端与所述伺服电机驱动模块(14)的控制输出端连接，所述伺服电机驱动模块(14)的控制输入端与所述控制器(16)的控制输出端；所述的二层底板(5)的上表面设置有激光测距传感器(4)、步进电机(13)和工业级激光测距仪(1)，在圆形舱板的外表面均匀设置若干个激光测距传感器(4)，激光测距传感器(4)的信号输出端与所述控制器(16)的信号输入端连接，所述步进电机(13)的动力输出端与激光测距仪支撑件(12)固定连接，激光测距仪支撑件(12)的上方和正前方分别设置一个工业级激光测距仪(1)和一个高清摄像头(2)，步进电机(13)的控制输入端与步进电机驱动模块(15)的控制输出端连接，步进电机(13)的控制输入端与所述控制器(16)的控制输出端连接，所述工业级激光测距仪(1)和一个高清摄像头(2)受控于所述控制器(16)并将所采集的数据传输至所述控制器(16)，所述控制器(16)根据控制命令，通过步进电机驱动模块(15)驱动步进电机(13)带动工业级激光测距仪(1)和高速摄像头(2)动作；所述的工业级激光测距仪(1)与所述控制器(16)之间通过串口进行连接，以串口通信的方式实时读取工业级激光测距仪(1)对障碍物的检测距离；所述的高速摄像头(2)通过其内置的FIFO芯片与所述控制器连接，实现将采集到的障碍物图像信息传输至所述控制器；所述控制装置在控制器(16)的控制下通过所述激光测距传感器(4)、高速摄像头(2)、工业级激光测距仪(1)感应所述装置的前进方向是否有障碍物并对障碍物进行识别，控制所述装置进行避障动作。2.如权利要求1所述的全方位避障和障碍物识别装置，其特征在于：所述控制器为集成了WIFI模块、蓝牙模块和控制器(16)。3.如权利要求1所述的全方位避障和障碍物识别装置，其特征在于：所述全向轮设置三个，两两之间的夹角为120°；所述全向轮(8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建文，肖猷坤，骆延东，陈承志，曾志彬，叶国良，吴国洪，
申请(专利权)人：东莞理工学院，东莞市横沥模具科技产业发展有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44