[发明专利]一种用于环境感知的模块化全方位移动机器人

权利要求书

1.一种用于环境感知的模块化全方位移动机器人，其特征在于：包括机器人本体、Mecanum轮式运动模块、传感模块、可交互模块和控制器(5)；所述Mecanum轮式运动模块支撑机器人本体，所述控制器(5)分别与传感模块、可交互模块和Mecanum轮式运动模块相连接；所述控制器(5)用于接收所述传感模块信号，经过数据处理以后对所述Mecanum轮式运动模块发送运动控制指令实现所述机器人本体的运动；所述可交互模块用于向控制器(5)发送控制指令，所述控制器(5)向可交互模块反馈所述机器人本体当前的状态；所述机器人本体包括车身总成、车架(1)、两个独立悬架模块(2)、四个轮系模块(3)，所述四个轮系模块(3)包括两个前轮系模块和两个后轮系模块，其中两个前轮系模块直接固定到车架(1)上，两个后轮系模块通过独立悬架模块(2)固定到车架(1)，车身总成固连到车架(1)上；所述独立悬架模块(2)包括连接支架(2-3)、角板(2-4)、升降螺板(2-2)、升降调节杆(2-1)、导向杆(2-7)、自润滑轴承(2-8)、弹簧轴(2-10)、减震弹簧(2-9)、导向套筒(2-6)和限位组件(2-5)；其中连接支架(2-3)用于连接所述车架(1)和所述独立悬架模块(2)，并且所述连接支架(2-3)用于固定升降螺板(2-2)，同时所述连接支架(2-3)通过U形槽连接角板(2-4)；所述升降调节杆(2-1)连接升降螺板(2-2)和角板(2-4)；所述弹簧轴(2-10)上部连接限位组件(2-5)和锁紧螺母，底部平面用于连接独立悬架模块(2)和轮系模块(3)；所述导向套筒(2-6)固定在角板(2-4)上；所述减震弹簧(2-9)放置在角板(2-4)和弹簧轴(2-10)之间；所述导向杆(2-7)固连到弹簧轴(2-10)底部的平面上；所述自润滑轴承(2-8)固连到角板(2-4)上。

2.根据权利要求书1所述的机器人，其特征在于，所述Mecanum轮式运动模块包括USB-CAN单元(13)和4套伺服驱动模块，所述Mecanum轮式运动模块总体采用CAN总线串接模式，4套伺服驱动模块挂载到CAN总线上，USB-CAN单元(13)连接CAN总线和控制器(5)，控制器(5)发送执行指令到CAN总线，伺服驱动模块执行总线控制指令做出响应；所述伺服驱动模块向控制器(5)发送状态数据，控制器(5)对所述状态数据进行处理。

3.根据权利要求书2所述的机器人，其特征在于，所述伺服驱动模块包括伺服驱动器、电机、码盘、减速器和Mecanum轮，所述Mecanum轮、减速器、电机和码盘依次串联连接，伺服驱动器集成到机械结构上，构成机电一体化模块，伺服驱动器接收CAN总线上发布的速度控制指令，通过控制电机实现指定的速度控制，并且结合码盘数据构成稳定的速度闭环控制。

4.根据权利要求书1所述的机器人，其特征在于，所述传感模块包括电源管理模块(4)、立体环境感知子模块和位姿估算子模块；所述电源管理模块(4)用于监控所述机器人本体的电池工作状况，将电池的信息通过转换器发送到所述控制器(5)；所述位姿估算子模块由惯性测量单元(14)和里程计组成，共同完成所述机器人在工作环境中的位姿推算；所述立体环境感知子模块由视觉传感器(10)、激光传感器(9)及传感器支撑(11)共同组成；所述视觉传感器(10)和激光传感器(9)安装于传感器支撑(11)，激光传感器(9)数据通过以太网发送到控制器(5)，视觉传感器(10)数据通过USB发送到控制器(5)；所述立体环境感知子模块提供统一的对外通信接口和机械安装接口。

5.根据权利要求书4所述的机器人，其特征在于，所述位姿估算子模块由惯性测量单元(14)和里程计组成，共同完成所述机器人在工作环境中的位姿推算，具体为：里程计数据由伺服驱动模块的码盘数据解算得到，由里程计数据推算得到所述机器人本体纵向和横向的直线位移，利用惯性测量单元(14)的旋转角位移作为所述机器人本体转动方向角位移，将惯性测量单元(14)和里程计数据融合得到所述机器人本体的位姿数据，里程计数据通过CAN总线发送到控制器(5)，惯性测量单元(14)通过USB发送到控制器(5)。