CN218054984U - 一种基于ros***的简易智能配送小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于ROS***的简易智能配送小车，包括电器架，电器架设于移动底盘上并与移动底盘固定连接；电器架为带有上、中、下三层平台的框架结构，储物筐放置于电器架的上层平台上，深度摄像机、麦克风语音装置、WIFI模块和激光雷达导航装置设于中层平台上，单片机驱动板和上位机设于下层平台上；移动底盘包括供电机构、四组直流减速电机和四个轮子，每个直流减速电机均与一个轮子传动连接，同时每个直流减速电机均与单片机驱动板信号连接。本实用新型通过激光雷达导航装置实现导航避障和跟随移动，同时小车即可以自主移动也可以远程控制移动，实现了多种控制移动的方式，方便用户根据不同的环境和需求选择使用。

Description

一种基于ROS***的简易智能配送小车

技术领域

本实用新型涉及智能小车设备技术领域，具体是一种基于ROS***的简易智能配送小车。

背景技术

随着计算机技术和人工智能等高新技术领域逐渐兴起、机器人技术的迅猛发展，促使机器人走进了人们的生活，并广泛应用于人们生活中的每个角落。疫情之下，人们的生活节奏被打乱，“无接触配送”成了疫情下人们生活的刚需。目前，无接触配送的智能配送小车的技术相当成熟，已经有各种形态的智能配送小车，可以用于各个行业，例如：CN202220786807.2《一种基于智能小车的楼宇智能快递机器人》、CN202210344289.3《一种多功能垃圾分类存放智能小车》。

现有的智能小车由于采用专业设计和专业化生产，外观美观、专业度高、使用寿命长是优点，但是缺点是从设计到投产周期长、成本高，而且适用面窄。而疫情快速爆发后社区急需的“无接触配送”，需要结构方便、组装简单、可以快速投入使用的智能配送小车。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是一种结构简单、使用方便的基于ROS***(机器人操作***)的简易智能配送小车。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于ROS***的简易智能配送小车，包括：储物筐、电器架、移动底盘和远程控制设备，电器架设于移动底盘上并与移动底盘固定连接；

电器架为带有上、中、下三层平台的框架结构，储物筐放置于电器架的上层平台上，深度摄像机、麦克风语音装置、WIFI模块和激光雷达导航装置设于中层平台上且均与中层平台固定连接，单片机驱动板和上位机设于下层平台上且均与下层平台固定连接；移动底盘包括供电机构、四组直流减速电机和四个轮子，每个直流减速电机均与一个轮子传动连接，同时每个直流减速电机均与单片机驱动板信号连接；

深度摄像机、麦克风语音装置、WIFI模块、激光雷达导航装置、单片机驱动板均与上位机信号连接；上位机通过WIFI模块与远程控制设备信号连接；

供电机构包括电池和输出端口，分别与直流减速电机、单片机驱动板、上位机、深度摄像机、麦克风语音装置、WIFI模块和激光雷达导航装置电连接。

作为本实用新型的一种基于ROS***的简易智能配送小车的改进：

所述轮子为麦克纳姆轮，两对麦克纳姆轮镜像排列地设于移动底盘的底部。

作为本实用新型的一种基于ROS***的简易智能配送小车的进一步改进：

所述单片机驱动板包括微控制器STM32F103；

所述上位机包括机器人操作***、科大讯飞的语音功能包和语音合成功能模块。

作为本实用新型的一种基于ROS***的简易智能配送小车的进一步改进：

所述远程控制设备为PC计算机或服务器，在远程控制设备上安装有RVIZ组件。

作为本实用新型的一种基于ROS***的简易智能配送小车的进一步改进：

所述电器架的上层平台的上方设有一圈护栏，护栏与上层平台固定连接。

作为本实用新型的一种基于ROS***的简易智能配送小车的进一步改进：

所述直流减速电机为大扭矩直流减速编码器电机。

本实用新型的有益效果主要体现在：

1、本实用新型的小车通过激光雷达导航装置实现导航避障和跟随移动，小车既可以自主移动也可以远程控制移动，在一个小车上综合实现了多种控制移动的方式，方便用户根据不同的环境和需求选择使用；

2、本实用新型通过ROS***实现小车自主移动和远程控制，技术成熟、容易更新扩展功能，简化了控制方式；

3、本实用新型加入了语音控制小车，使工作人员不需要任何设备控制小车，能够应对突发状况，使小车的功能更加丰富，彻底解放双手，实用性更强。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本实用新型一种基于ROS***的简易智能配送小车的整体示意图；

图2为图1中的储物筐、电器架和移动底盘的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步描述，但本实用新型的保护范围并不仅限于此：

实施例1、一种基于ROS***的简易智能配送小车，如图1和2所示，包括小车和远程控制设备11，小车包括储物筐1、电器架3和移动底盘2，储物筐1可以采用随处可得的带有储物功能的箱体或框体，储物筐1放置于电器架3的顶部，且与电器架3相互独立，方便搬运。电器架3设于移动底盘2上并与移动底盘2固定连接，可以在移动底盘2的带动下移动。

电器架3为带有上、中、下三层平台的框架结构，例如可以直接市购的钢管制成的三层储物架。电器架3的上层平台用于放置储物筐1，在上层平台的上方设有一圈护栏20，护栏20与上层平台固定连接，用于防止储物筐1在移动过程中掉落小车。中层平台为设备平台，设有深度摄像机13、麦克风语音装置4、WIFI模块5和激光雷达导航装置6，深度摄像机13、麦克风语音装置4、WIFI模块5和激光雷达导航装置6均与中层平台固定连接，深度摄像机13和激光雷达导航装置6分别设于中层平台的前后两侧，方便面对小车的前后移动的路径。深度摄像机13、麦克风语音装置4、WIFI模块5和激光雷达导航装置6均为现有产品，可以方便地通过市购获得，例如深度摄像机13采用乐视3D体感摄像头型号为LeTMCM-302，用于实时获取小车行进过程中的视频图像，激光雷达导航装置6采用上海思岚科技有限公司的RPLIDARA2雷达，激光雷达导航装置6用以小车行进过程中实现导航避障到达目标点，另外激光雷达导航装置6还用以实现跟随移动，即通过激光发射机向目标发射激光束探测信号，然后通过光学接收机接收从目标反射回来的目标回波信号，转台和信息处理***将接收到目标回波信号与发射信号进行比较，就可获得与目标点之间的距离，预先设定好预设间距使小车跟随用户在预设的距离内跟随移动(从RPLIDARA2雷达的datasheet和开发手册中可以获取导航避障和跟随移动功能的实现方法)。麦克风语音装置4包括麦克风和喇叭，用于接收或播放语音信息。

下层平台上设有单片机驱动板7和上位机8，单片机驱动板7和上位机8均与下层平台固定连接。移动底盘2包括供电机构9、四组直流减速电机和四个轮子10，每组直流减速电机与一个轮子10传动连接，轮子10采用麦克纳姆轮设于移动底盘2的底部，移动底盘2通过两对拥有辊子镜像排列的麦克纳姆轮所驱动，每个轮子10各自会产生相应的向量，这些向量的合力决定了车移动底盘2最终的活动状态，通过调节各个轮子10独自的转向和转速，可以实现移动底盘2前行、横移、斜行、旋转或其组合等运动方式。直流减速电机采用大扭矩直流减速编码器电机，减速比为1:18.75，编码器分辨率是900脉冲/每圈。同时每个直流减速电机均与单片机驱动板7信号连接。单片机驱动板7采用微控制器STM32F103用以控制移动底盘2的移动，STM32F103具有电机测速和闭环控制电机速度的功能，单片机驱动板7与上位机8信号连接，单片机驱动板7通过订阅话题的通信方式接收上位机8传来的控制话题，同时通过增量式PID控制算法实现直流减速电机速度的无级调节，并向上位机8反馈当前状态信息。

供电机构9包括电池、12V输出端口和5V输出端口，用以分别与直流减速电机、单片机驱动板7、上位机8、深度摄像机13、麦克风语音装置4、WIFI模块5和激光雷达导航装置6电连接，提供电源。

上位机8上装有机器人操作***(ROS***)、科大讯飞开源的语音功能包和语音合成功能(TTS)模块，ROS***的版本为Mleodic Morenia，作为操作***层核心，各个功能包有着不同的作用，例如Move_Base包可以根据各个传感器反馈的信息进行路径规划使机器人移动到指定位置，AMCL包主要是根据已有的地图进行自主定位与导航，Cartographer包实现建图功能，RVIZ包为ROS提供了一种可视化工具等。深度摄像机13、激光雷达导航装置6、单片机驱动板7均与上位机8信号相连，上位机8用以处理深度摄像机13和激光雷达导航装置6反馈的信息，并与远程控制设备11通过WIFI模块5信号连接实现数据互传。

科大讯飞开源的语音功能包可将用户语音转化成文字并发送给ROS***，用来发布话题得到导航的目标点，在疫情环境下或社区中，工作人员往往身穿防护服，对于键盘、鼠标等操作不方便，而通过语音功能包可以实现语音发布目的地指令，实现脱离双手的简便操作。语音合成功能(TTS)模块基于百度语音技术，将文字转化为声音信息，利用百度语音API，赋予小车语音播报功能，从而使得在疫情环境或社区使用环境中实时播报收发货信息、小车位置信息，甚至可以拓展成为封闭小区内的一个自动导航移动的信息播放站。

远程控制设备11为PC计算机或服务器，在远程控制设备11上安装有RVIZ组件用以建立导航地图并发送给上位机8中的ROS***。本实用新型的小车可以通过上位机8中的ROS***中预设的地图进行导航移动，也可以通过远程控制设备11将临时建立的地图发送给上位机8中的ROS***从而实现小车的实时导航移动。在疫情环境或社区使用环境中，在现场人员不方便直接通过上位机8操作时，即可通过远程控制设备11对上位机中的ROS***进行导航地图的设定或修改。

本实用新型的储物筐1和电器架3之所以均采用生活中常见的器件，是基于在疫情环境或社区使用环境中可以快速组建安装小车投入使用的前提，事实上，工业生产时，完全可以采用工业化设计的储物筐1和电器架3。

本实用新型的使用方法为：

1、小车自主移动：

上位机8中的ROS***中预设导航地图，上位机8向单片机驱动板7发送控制轮子10的移动指令，单片机驱动板7接收指令后分别控制四个直流减速电机各自带动轮子10运动，使得储物筐1、电器架3和移动底盘2一起按预设的导航地图运动，运动过程中通过激光雷达导航装置6导航避障到达目标点；

2、远程控制小车移动

远程控制设备11与上位机8通过WIFI模块5实现无线网络连接；然后按下述方式之一控制小车的移动：

2.1、远程控制设备11向上位机8发送向前、向后等不同方向运动的指令，上位机8向单片机驱动板7发送控制轮子10的移动指令，单片机驱动板7接收指令后分别控制四个直流减速电机各自带动轮子10运动，使得储物筐1、电器架3和移动底盘2一起移动；

2.2、远程控制设备11向上位机8发送预设的导航地图，然后按步骤1实现小车自主移动；

3、小车跟随移动

通过激光雷达导航装置6检测小车和人的距离，上位机8发送控制轮子10的移动指令，单片机驱动板7接收指令后分别控制四个直流减速电机各自带动轮子10运动，使小车跟随人按预设的距离运动。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的若干个具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于ROS***的简易智能配送小车，其特征在于:包括储物筐(1)、电器架(3)、移动底盘(2)和远程控制设备(11)，电器架(3)设于移动底盘(2)上并与移动底盘(2)固定连接；

电器架(3)为带有上、中、下三层平台的框架结构，储物筐(1)放置于电器架(3)的上层平台上，深度摄像机(13)、麦克风语音装置(4)、WIFI模块(5)和激光雷达导航装置(6)设于中层平台上且均与中层平台固定连接，单片机驱动板(7)和上位机(8)设于下层平台上且均与下层平台固定连接；移动底盘(2)包括供电机构(9)、四组直流减速电机和四个轮子(10)，每个直流减速电机均与一个轮子(10)传动连接，同时每个直流减速电机均与单片机驱动板(7)信号连接；

深度摄像机(13)、麦克风语音装置(4)、WIFI模块(5)、激光雷达导航装置(6)、单片机驱动板(7)均与上位机(8)信号连接；上位机(8)通过WIFI模块(5)与远程控制设备(11)信号连接；

供电机构(9)包括电池和输出端口，分别与直流减速电机、单片机驱动板(7)、上位机(8)、深度摄像机(13)、麦克风语音装置(4)、WIFI模块(5)和激光雷达导航装置(6)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于ROS***的简易智能配送小车，其特征在于：

所述轮子(10)为麦克纳姆轮，两对麦克纳姆轮镜像排列地设于移动底盘(2)的底部。

3.根据权利要求2所述的一种基于ROS***的简易智能配送小车，其特征在于：

所述单片机驱动板(7)包括微控制器STM32F103；

所述上位机(8)包括机器人操作***、科大讯飞的语音功能包和语音合成功能模块。

4.根据权利要求3所述的一种基于ROS***的简易智能配送小车，其特征在于：

所述远程控制设备(11)为PC计算机或服务器，在远程控制设备(11)上安装有RVIZ组件。

5.根据权利要求4所述的一种基于ROS***的简易智能配送小车，其特征在于：

所述电器架(3)的上层平台的上方设有一圈护栏(20)，护栏(20)与上层平台固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于ROS***的简易智能配送小车，其特征在于：

所述直流减速电机为大扭矩直流减速编码器电机。

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