CN109176539A - 基于Kinect的自主定位机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于Kinect的自主定位机器人，包括：机器人本体和设置在机器人本体内的控制***；机器人本体包括：Kinect设备、网络摄像头、控制箱体、电池层以及四轮差动平台；控制箱体的正上方设置有支撑板，支撑板的中心与控制箱体的上表面之间通过转轴相连，Kinect设备和网络摄像头固定在支撑板的上表面，转轴的下端与控制箱体内部的驱动电机相连，驱动电机能够驱动转轴自转，带动支撑板旋转，该自主定位机器人克服现有技术中的机器人利用GPS定位的精度不够，仅适用于室内，人工输入地图的方式限制了机器人的工作范围，且现有的机器人对环境信息的获取不够全面，造成构建的环境地图准确度差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体地，涉及一种基于Kinect的自主定位机器人。
背景技术
随着工业自动化的发展，机器智能受到越来越多的关注，其中的智能机器人更是被公认为未来的主流发展方向。而机器人一旦要移动，就不可避免地涉及到对环境的理解、路径规划、自主定位、避障及防碰撞等，不言而喻，对环境的理解和机器人自主定位是其他功能的基础，也是首要的研究方向。
现有技术中的机器人一般使用GPS来实现机器人自主定位，使用人工输入已知的环境地图和建筑物结构图来代替机器人自主学习和构建地图，但是GPS定位的精度不够，而且仅适用于室内，人工输入地图的方式限制了机器人的工作范围，对于室外变化的环境不适用；而且现有的机器人对环境信息的获取不够全面，造成构建的环境地图准确度差。
因此，提供一种在使用过程中可以分析当前所处的环境，建立起环境地图，并使得机器人随时可以在该地图中确定自己的当前位置。从而驱动机器人进行稳定移动，而且可以全面地获取环境信息，构建准确的环境地图的基于Kinect的自主定位机器人是本发明亟需解决的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是克服现有技术中的机器人一般使用GPS来实现机器人自主定位，使用人工输入已知的环境地图和建筑物结构图来代替机器人自主学习和构建地图，但是GPS定位的精度不够，而且仅适用于室内，人工输入地图的方式限制了机器人的工作范围，对于室外变化的环境不适用；而且现有的机器人对环境信息的获取不够全面，造成构建的环境地图准确度差的问题，从而提供一种在使用过程中可以分析当前所处的环境，建立起环境地图，并使得机器人随时可以在该地图中确定自己的当前位置。从而驱动机器人进行稳定移动，而且可以全面地获取环境信息，构建准确的环境地图的基于Kinect的自主定位机器人。
为了实现上述目的，本发明提供了基于Kinect的自主定位机器人，所述基于Kinect的自主定位机器人包括：机器人本体和设置在所述机器人本体内的控制***；其中，所述机器人本体包括：Kinect设备、网络摄像头、控制箱体、电池层以及四轮差动平台；所述控制箱体的正上方设置有支撑板，所述支撑板的中心与所述控制箱体的上表面之间通过转轴相连，所述Kinect设备和网络摄像头固定在所述支撑板的上表面，所述转轴的下端与所述控制箱体内部的驱动电机相连，所述驱动电机能够驱动所述转轴自转，带动所述支撑板旋转，所述电池层固定在所述控制箱体的下表面，所述电池层的下表面通过伸缩柱连接有四轮差动平台，所述控制***设置在所述控制箱体中；所述Kinect设备和所述网络摄像头用于采集机器人周围的环境信息，所述控制***对获取的环境信息进行分析并且执行SLAM程序，实现环境地图构建和自主定位，并且通过串口线路控制所述四轮差动平台的运动；所述电池层中设置有电池组，用于提供***运行的电能。
优选地，所述支撑板的上表面部分向下凹陷形成与所述Kinect设备相配合的固定槽，所述固定槽中设置有多个固定吸盘。
优选地，所述控制***包括：中央处理器和存储器，所述Kinect设备、所述网络摄像头、所述存储器以及所述电池组分别与所述中央处理器相连，所述存储器对所述中央处理器构建的环境地图数据进行存储。
优选地，所述控制***还包括人体传感器，所述人体传感器用于识别人体，在识别到人体的情况下，所述中央处理器控制所述四轮差动平台围绕所述人体的周围运动，以使得所述Kinect装置采集到所述人体的周围的数据，通过中央处理器实现构建环境地图以及自主定位。
优选地，所述控制箱体的外侧面铰接设置有暗门，所述暗门的背面与所述控制箱体的内部相连通。
优选地，所述暗门上嵌入显示器，所述暗门与所述中央处理器电性连接，用于显示所述中央处理的信息。
优选地，所述显示器为触摸式液晶显示屏。
优选地，所述四轮差动平台四轮独立驱动的平台，且设置在平台侧面的驱动轮为表面布设有防滑凸起条的橡胶轮。
优选地，所述网络摄像头至少设置两个，且间隔设置在所述Kinect设备的上表面，经过标定之后构成双目视觉传感设备。
优选地，所述机器人本体的材料为木头。
根据上述技术方案，本发明提供的基于Kinect的自主定位机器人在使用时，利用所述Kinect设备和所述网络摄像头采集机器人周围的环境信息，再利用所述控制***执行SLAM算法，实现环境地图构建和自主定位；而且本发明的机器人利用所述支撑板驱动所述Kinect设备和所述网络摄像头进行旋转，从而更加全面地获取机器人周围的环境信息，构建的环境地图也更准确。本发明提供的基于Kinect的自主定位机器人克服现有技术中的机器人一般使用GPS来实现机器人自主定位，使用人工输入已知的环境地图和建筑物结构图来代替机器人自主学习和构建地图，但是GPS定位的精度不够，而且仅适用于室内，人工输入地图的方式限制了机器人的工作范围，对于室外变化的环境不适用；而且现有的机器人对环境信息的获取不够全面，造成构建的环境地图准确度差的问题。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的一种优选的实施方式中提供的基于Kinect的自主定位机器人的结构示意图；
图2是本发明的一种优选的实施方式中提供的基于Kinect的自主定位机器人上支撑板的机构示意图；
图3是本发明的一种优选的实施方式中提供的基于Kinect的自主定位机器人上控制***的结构示意图。
附图标记说明
1四轮差动平台 2伸缩柱
3暗门 4显示器
5控制箱体 6支撑板
7网络摄像 8Kinect设备
9电池层 10转轴
11固定槽 12固定吸盘
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上、下、内、外”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。
如图1和图2所示，本发明提供了基于Kinect的自主定位机器人，所述基于Kinect的自主定位机器人包括：机器人本体和设置在所述机器人本体内的控制***；其中，所述机器人本体包括：Kinect设备8、网络摄像头7、控制箱体5、电池层9以及四轮差动平台1；所述控制箱体5的正上方设置有支撑板6，所述支撑板6的中心与所述控制箱体5的上表面之间通过转轴10相连，所述Kinect设备8和网络摄像头7固定在所述支撑板6的上表面，所述转轴10的下端与所述控制箱体5内部的驱动电机相连，所述驱动电机能够驱动所述转轴10自转，带动所述支撑板6旋转，所述电池层9固定在所述控制箱体5的下表面，所述电池层9的下表面通过伸缩柱2连接有四轮差动平台1，所述控制***设置在所述控制箱体5中；所述Kinect设备8和所述网络摄像头7用于采集机器人周围的环境信息，所述控制***对获取的环境信息进行分析并且执行SLAM程序，实现环境地图构建和自主定位，并且通过串口线路控制所述四轮差动平台的运动；所述电池层9中设置有电池组，用于提供***运行的电能。
根据上述技术方案，本发明提供的基于Kinect的自主定位机器人在使用时，利用所述Kinect设备和所述网络摄像头采集机器人周围的环境信息，再利用所述控制***执行SLAM算法，实现环境地图构建和自主定位；而且本发明的机器人利用所述支撑板驱动所述Kinect设备和所述网络摄像头进行旋转，从而更加全面地获取机器人周围的环境信息，构建的环境地图也更准确。本发明提供的基于Kinect的自主定位机器人克服现有技术中的机器人一般使用GPS来实现机器人自主定位，使用人工输入已知的环境地图和建筑物结构图来代替机器人自主学习和构建地图，但是GPS定位的精度不够，而且仅适用于室内，人工输入地图的方式限制了机器人的工作范围，对于室外变化的环境不适用；而且现有的机器人对环境信息的获取不够全面，造成构建的环境地图准确度差的问题。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述支撑板6的上表面部分向下凹陷形成与所述Kinect设备8相配合的固定槽11，所述固定槽11中设置有多个固定吸盘12，所述固定槽11配合所述固定吸盘12使得所述Kinect设备8固定地更加的稳固，从而获取的图像信息也更加地准确。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述控制***包括：中央处理器和存储器，所述Kinect设备8、所述网络摄像头7、所述存储器以及所述电池组分别与所述中央处理器相连，所述存储器对所述中央处理器构建的环境地图数据进行存储，从而方便构建的环境地图提供给工作人员进行分析使用。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述控制***还包括人体传感器，所述人体传感器用于识别人体，在识别到人体的情况下，所述中央处理器控制所述四轮差动平台围绕所述人体的周围运动，以使得所述Kinect装置采集到所述人体的周围的数据，通过中央处理器实现构建环境地图以及自主定位。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述控制箱体5的外侧面铰接设置有暗门3，所述暗门3的背面与所述控制箱体5的内部相连通，所述在本发明的一种优选的实施方式中，方便工作人员打开所述控制箱体5，对所述控制箱体5内部的控制***进行维护和维修。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述暗门3上嵌入显示器4，所述暗门3与所述中央处理器电性连接，用于显示所述中央处理的信息，所述显示器4方便工作人员获取机器人的工作状态信息，而且该结构方便工作人员对显示器4进行安装和维修。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述显示器4为触摸式液晶显示屏，从而方便工作人员向机器人输入控制指令。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述四轮差动平台四轮独立驱动的平台，且设置在平台侧面的驱动轮为表面布设有防滑凸起条的橡胶轮。这样可以更加精确地控制机器人地运动，而且可以防止机器人在运动过程中打滑。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述网络摄像头7至少设置两个，且间隔设置在所述Kinect设备8的上表面，经过标定之后构成双目视觉传感设备，从而全面而且准确地获取机器人周围的环境信息。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述机器人本体的材料为木头。在硬件平台主体结构选材过程中，曾经考虑过使用金属材质焊接或者使用3D打印机打印，但最终都被否决了，原因如下：1)3D打印技术虽然成型快速，但3D打印机打印的材质比较脆弱，而且由于打印机是一层一层打印的，导致了层间尤其脆弱，这样的结构无法承受笔记本和视觉传感器的重量，另外，蓄电池的也比较重；2)金属材质的结构足以承受所需要的载荷，但金属框架本身的重量较大，再加上电脑、视觉传感器、蓄电池等设备，总重量超过了四轮差动平台的载荷。因此，最终选择了木制结构。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种基于Kinect的自主定位机器人，其特征在于，所述基于Kinect的自主定位机器人包括：机器人本体和设置在所述机器人本体内的控制***；其中，
所述机器人本体包括：Kinect设备(8)、网络摄像头(7)、控制箱体(5)、电池层(9)以及四轮差动平台(1)；所述控制箱体(5)的正上方设置有支撑板(6)，所述支撑板(6)的中心与所述控制箱体(5)的上表面之间通过转轴(10)相连，所述Kinect设备(8)和网络摄像头(7)固定在所述支撑板(6)的上表面，所述转轴(10)的下端与所述控制箱体(5)内部的驱动电机相连，所述驱动电机能够驱动所述转轴(10)自转，带动所述支撑板(6)旋转，所述电池层(9)固定在所述控制箱体(5)的下表面，所述电池层(9)的下表面通过伸缩柱(2)连接有四轮差动平台(1)，所述控制***设置在所述控制箱体(5)中；
所述Kinect设备(8)和所述网络摄像头(7)用于采集机器人周围的环境信息，所述控制***对获取的环境信息进行分析并且执行SLAM程序，实现环境地图构建和自主定位，并且通过串口线路控制所述四轮差动平台的运动；所述电池层(9)中设置有电池组，用于提供***运行的电能。
2.根据权利要求1所述的基于Kinect的自主定位机器人，其特征在于，所述支撑板(6)的上表面部分向下凹陷形成与所述Kinect设备(8)相配合的固定槽(11)，所述固定槽(11)中设置有多个固定吸盘(12)。
3.根据权利要求1所述的基于Kinect的自主定位机器人，其特征在于，所述控制***包括：中央处理器和存储器，所述Kinect设备(8)、所述网络摄像头(7)、所述存储器以及所述电池组分别与所述中央处理器相连，所述存储器对所述中央处理器构建的环境地图数据进行存储。
4.根据权利要求3所述的基于Kinect的自主定位机器人，其特征在于，所述控制***还包括人体传感器，所述人体传感器用于识别人体，在识别到人体的情况下，所述中央处理器控制所述四轮差动平台围绕所述人体的周围运动，以使得所述Kinect装置采集到所述人体的周围的数据，通过中央处理器实现构建环境地图以及自主定位。
5.根据权利要求1所述的基于Kinect的自主定位机器人，其特征在于，所述控制箱体(5)的外侧面铰接设置有暗门(3)，所述暗门(3)的背面与所述控制箱体(5)的内部相连通。
6.根据权利要求5所述的基于Kinect的自主定位机器人，其特征在于，所述暗门(3)上嵌入显示器(4)，所述暗门(3)与所述中央处理器电性连接，用于显示所述中央处理的信息。
7.根据权利要求6所述的基于Kinect的自主定位机器人，其特征在于，所述显示器(4)为触摸式液晶显示屏。
8.根据权利要求1所述的基于Kinect的自主定位机器人，其特征在于，所述四轮差动平台四轮独立驱动的平台，且设置在平台侧面的驱动轮为表面布设有防滑凸起条的橡胶轮。
9.根据权利要求1所述的基于Kinect的自主定位机器人，其特征在于，所述网络摄像头(7)至少设置两个，且间隔设置在所述Kinect设备(8)的上表面，经过标定之后构成双目视觉传感设备。
10.根据权利要求1所述的基于Kinect的自主定位机器人，其特征在于，所述机器人本体的材料为木头。
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