移动平台运动系统的制作方法

本发明涉及一种人工智能领域，具体涉及一种移动平台运动系统，属于机器人导航技术领域。

背景技术：

在机器人领域，移动机器人是机器人研究领域的一个重要分支，移动机器人在集激光slam、定位技术、多传感器数据融合、图像处理技术、运动控制、路径规划及导航等技术，是当前机器人技术的一个热点，同时也是难点。移动机器人分为室内机器人和室外机器人两种，两者主要的区别在应用场景和路况，室外机器人对机器人的运动能力、定位能力提出了更高的要求。目前室外机器人平台的设计上，存在一些问题，具体为：无悬挂式平台的底盘较硬，行驶容易造成车身剧烈振动，对传感器减震性能要求较高；全轮减震式悬挂平台，底盘较软，行驶中的变化容易影响到传感器精度。另外，现有机器人移动平台一般采用差速式结构底盘，特别是室外底盘差速行驶，单侧使用多轮时，转向很容易造成轮胎与地面的非滚动摩擦，而损坏轮胎。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有移动平台运动系作出改进，提供一种运动能力和定位能力更强的移动平台运动系统。

一种移动平台运动系统，包括活动连接的行驶机构、主体结构和壳体，所述行驶机构包括前轮部分、后轮部分、单铰点悬臂，所述单铰点悬臂两端分别连接所述前轮部分和所述后轮部分，其中，

所述前轮部分包含转向电机和前轮，所述转向电机控制所述前轮进行自由转向；

所述后轮部分包括驱动桥、后轮和驱动电机，所述后轮连接所述驱动桥，在所述驱动电机的控制下通过所述驱动桥带动而转动；

所述单铰点悬臂为含有唯一铰点的悬臂梁，所述悬臂梁通过所述铰点连接所述后轮部分。

在其中一个实施例中，所述主体结构包括监控摄像头、导航定位装置、主支架、电源、控制箱和手扶控制架；所述监控摄像头设于所述主支架用于周边环境的图像获取；所述电源包容于所述控制箱并独立布置，用于电源的供给和操作的控制；所述手扶控制架铰接于所述主支架；所述导航定位装置包括主控计算单元，以及分别与其连接且协同作用的gnss模块、激光雷达、imu惯性测量单元和码盘；所述主控计算单元、所述gnss模块、所述imu惯性测量单元、所述码盘皆包容于所述控制箱，所述激光雷达设于所述主支架。

在其中一个实施例中，所述行驶机构还包括变速箱及其支架、轮胎转向支架、减震器、悬臂支座和底盘大梁；所述转向电机连接所述变速箱及其支架；所述前轮连接所述轮胎转向支架；所述变速箱及其支架与所述轮胎转向支架活动连接；所述驱动桥一端连接所述悬臂支座，另一端连接所述后轮；所述单铰点悬臂前端固定连接所述变速箱及其支架，后端与所述悬臂支座铰接；所述减震器一端连接所述单铰点悬臂，另一端连接所述底盘大梁。

在其中一个实施例中，所述后轮、所述驱动桥、所述驱动电机分别包括二个，分设于所述底盘大梁两侧，形成差速式结构。

在其中一个实施例中，所述激光雷达为二维激光传感器。

上述移动平台运动系统相较于现有技术，具有以下有益效果：

所述单铰点悬臂结构可解决越障通过性问题。采用悬臂梁单铰点悬挂，悬臂梁布置方向与行驶方向一致，平台行驶遇到障碍碰撞时，可沿铰点向上运动，实现越障时的大幅度跳跃，增强了行驶通过性。

本发明解决了差速式结构底盘转向磨轮胎的问题。本发明后轮为差速式结构，前轮在转向电机控制下匹配后轮的差速转向，且与转向方向一致，可有效避免了因差速带来的轮胎与地面的非滚动摩擦磨损。

解决移动平台自主导航与人工驾驶结合问题。通过设置手扶控制架，自主导航时收起，人工控制时，可竖直固定使用。

附图说明

图1、图2分别为本实用新型较佳实施例中移动平台运动系统两种使用状态的结构示意图；

图3为图1所示移动平台运动系统的结构示意图；

图4为图1所示移动平台运动系统行驶结构的爆炸示意图；

图5为图1所示移动平台运动系统主体结构的爆炸示意图；

图6为图1所示移动平台运动系统导航装置的原理示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请同时参阅图1和图2，是本实用新型较佳实施例中移动平台运动系统两种使用状态的结构示意图。图1为所述移动平台运动系统自动驾驶状态，图2为所述移动平台运动系统人工驾驶状态。

请参阅图3，是图1所示移动平台运动系统的结构示意图。所述移动平台运动系统100，包括行驶结构1、主体结构2和壳体3。

请参阅图4，是图1所示移动平台运动系统行驶结构的爆炸示意图。所述行驶结构1包括转向电机101、变速箱及其支架102、轮胎转向支架103、前轮104、单铰点悬臂、减震器106、后轮107、驱动桥108、悬臂支座109、驱动电机110、底盘大梁111。其中，所述转向电机101、所述变速箱及其支架102、所述轮胎转向支架103、所述前轮104、所述单铰点悬臂、所述减震器106、所述后轮107、所述驱动桥108、所述悬臂支座109、所述驱动电机110等均包含两套，即所述行驶结构1为左右对称结构，对称线为所述前轮连线的中点和所述后轮连线的中点的连接线。所述后轮107安装在所述驱动桥108上，在所述驱动电机110的控制下通过所述驱动桥108带动所述后轮107转动。两侧所述后轮107分别独立驱动，通过所述底盘大梁111连成一体，形成行驶的差速式结构。具体实施方式中，还可以为三轮形式，即包含所述转向电机101、所述变速箱及其支架102、所述轮胎转向支架103、所述前轮104各一个，另外还包含单铰点悬臂、减震器106、后轮107、驱动桥108、悬臂支座109、驱动电机110各两个。

所述单铰点悬臂为含有唯一铰点1052的悬臂梁1051，所述悬臂梁1051一端固定连接所述变速箱及其支架102，一端通过所述铰点1052与所述悬臂支座109铰接。所述悬臂梁1051围绕所述铰点1052在竖直平面内转动。

所述悬臂支座109固定在所述驱动桥108。所述减震器106一端连接所述悬臂梁1051，一端连接所述底盘大梁111；装配完成后，当所述前轮104碰撞到障碍时，在所述单铰点悬臂的带动下，向上提升，同时在所述减震器106配合下完成减震过障。在移动平台行驶转向时，所述后轮107差速转向，所述前轮104由于所述转向电机101的匹配控制，实现行驶的灵活转向。由于所述转向电机101对所述前轮104的精确控制，与转向方向一致，有效避免了转向磨轮胎的问题。

请同时参阅图5和图6，所述主体结构2主要包括监控摄像头201、导航定位装置202、主支架203、电源（图未示）、控制箱205、手扶控制架206。

所述监控摄像头201安装在所述主支架203用于周边大环境的图片获取。

所述导航定位装置202包括主控计算单元11，以及分别与其连接且协同作用的gnss模块12、激光雷达14、imu惯性测量单元15和码盘16。具体实施过程中，所述主控计算单元11可以是改良的rk3288主板或者cpu在i3以上的工控机或者pc，用于接收gnss模块12、激光雷达14、imu惯性测量单元15、码盘16各自传输的信号，并根据信号情况进行相应的计算和判断后，控制定位方式自动切换、所述转向电机101和所述驱动桥108的动作。较佳实施例中，所述主控计算单元11内置ekf算法模块、粒子滤波算法模块。

所述gnss模块12可以为单独的gps信号接收模块或北斗信号接收模块，由此可以精确计算得出所述平台100所处方向。

所述主控计算单元11、所述gnss模块12、所述imu惯性测量单元15、所述码盘16皆包容于所述控制箱205，图中未示出。

优选地，所述激光雷达14为二维激光传感器。二维激光传感器相较于三维激光雷达成本低、运算量小，cpu占用率小，消耗内存少，可节约一个数量级的cpu占用率及内存消耗。本实用新型中选用sick的lms141型号，具有体积小、重量轻、耗电量小，以及具有多种通讯接口，可动态切换扫描区域等优点。

所述imu惯性测量单元15属于捷联式惯导，有两个加速度传感器与三个方向的角速率传感器（陀螺）组成。一般而言，为提高可靠性，尽量设置于靠近所述平台100的重心位置。本实用新型中采用xsensmti-300型号，经测试其抗电磁干扰能力强；频率10~200hz，角度误差<1°。

所述码盘16又叫编码器，是测转角和转速的传感器，通过观电信号转换将其转轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字信号。

在实际工作过程中，所述平台100在运行过程中，若所述主控计算单元11检查所述gnss模块12信号良好，对所述监控摄像头201获取的所述平台100的位置变化情况结合对获取的rtkgnss信号、imu信号、码盘信号进行融合，后输出所述平台100位置；若所述gnss模块12信号弱，这种情况多为高楼遮挡等原因引起，则通过采用所述粒子滤波算法模块对所述监控摄像头201获取的所述平台100的位置变化情况结合imu信号、码盘信号进行融合，后输出所述平台100位置；若所述主控计算单元11判断所述平台100处于室内，则通过预先建好的地图，采用二维激光匹配算法、imu信号、码盘信号进行融合，后输出所述平台100位置。开机后，遇imu信号异常以及上述方法皆不凑效时，则上报异常。具体的，所述gnss模块12信号良好的判断标准为收到八个及以上所述卫星信号，并检测出差分信号。收到的gnss信号格式为：$gpgga,000001,3112.518576,n,12127.901251,e,4,8,1,0,m,-32,m,3,0*4b；通过解析信号，可得到当前经纬度、定位误差、卫星数目、定位模式、时间戳等信息，将经纬度信号转化为机器人可用的笛卡尔坐标系中的（x,y），并转化为对应栅格，即得所述gnss模块在其定位范围内任意栅格出现的概率。

请再次参阅图5，所述单线激光204安装在所述主支架203下部用于靠近地面环境的的感知，所述控制箱205独立布置，相应做密封处理后，可有效的防尘防水，所述手扶控制架206铰接在所述主支架203上，可以竖里固定使用也可以放倒收起。所述手扶控制架206参照现有的手控电动平衡车的手扶控制杆功能及设置。

本实用新型所述壳体3采用196型高强度不饱和聚脂树脂材料制作，包裹所述主体结构2，起到防护作用。其具体形状可做成各式各样，同时可添加一些可扩展使用的装配接口，如机械手、消防水炮、探照灯、高音喇叭等接口，实现自主导航平台100的功能拓展。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所述权利要求为准。