一种新型多机器人系统软硬件结构论文和设计-王志明

全文摘要

本实用新型涉及一种新型多机器人系统软硬件结构。采用的技术方案是：包括搬运机器人、堆放机器人、超声波传感器、摄像头、定位模块、无线通信模块、单片机、伺服电机。本实用新型提供了一种可实时交互配合协作开展工作的机器人组，其主要体现在对货物运送及堆放工作的协同开展，通过搬运机器人完成对不同货物的运送及投放工作，并在投放到指定位置后向堆放机器人发送位置信息及开展堆放工作的指令。通过摄像头和超声波传感器的配合是机器人可实时探测周围环境避免碰撞。不同功能机器人的协同配合使单个机器人的结构及控制更加简单且可有效提升工作效率，避免时间浪费的情况。

主设计要求

1.一种新型多机器人系统软硬件结构，包括搬运机器人(1)、堆放机器人(2)，所述搬运机器人(1)包括机体(101)，所述机体(101)下部固定安装有四个第一伺服电机(108)，所述第一伺服电机(108)转轴上固定安装万向轮(109)，所述万向轮(109)转动安装在所述机体(101)底部，所述机体(101)上部固定连接有支撑板(102)，所述支撑板(102)上通过销轴转动安装有承载板(103)，所述支撑板(102)位于所述承载板(103)一边，所述承载板(103)的另一边中间位置通过销轴转动连接在电伸缩杆(105)的伸缩端，所述电伸缩杆(105)固定端固定安装在所述机体(101)上，所述承载板(103)底部还固定连接有支撑弹簧(104)，所述机体上部中心位置固定安装有重力传感器(110)，所述重力传感器(110)上部可以所述承载板(103)底部接触，所述机体(101)前侧面安装有第一摄像头(106)，所述机体(101)四周侧面上安装有第一超声波传感器(107)，所述机体(101)内部分为上下两个腔室且下部腔室中安装搬运机器人电池(116)，所述机体(101)上部腔室中安装有第一电机驱动模块(111)、第一定位模块(112)、搬运机器人微控制器(113)、第一加速度计陀螺仪(114)、第一无线通信模块(115)，所述搬运机器人电池(116)为所述搬运机器人(1)整体系统供电，所述电伸缩杆(105)、第一摄像头(106)、第一超声波传感器(107)、第一伺服电机(108)、重力传感器(110)、第一电机驱动模块(111)、第一定位模块(112)、搬运机器人微控制器(113)、第一加速度计陀螺仪(114)、第一无线通信模块(115)与搬运机器人电池(116)连接；电伸缩杆(105)、第一摄像头(106)、第一超声波传感器(107)、第一伺服电机(108)、重力传感器(110)、第一电机驱动模块(111)、第一定位模块(112)、第一加速度计陀螺仪(114)、第一无线通信模块(115)与搬运机器人微控制器(113)连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种新型多机器人系统软硬件结构，其特征在于：所述堆放机器人(2)包括架体(201)，所述架体(201)上部固定安装有定滑轮(202)，所述定滑轮(202)上挂有钢丝绳(203)，所述钢丝绳(203)一端固定连接在升降板(204)上，另一端固定连接在收卷盘(208)上，所述升降板(204)后部两侧转动安装有导轮(218)，所述导轮(218)配合安装在所述架体(201)上的导槽中，所述收卷盘(208)固定连接在升降电机(207)的转轴上，所述升降电机(207)固定安装在所述架体(201)上，所述架体(201)上端前部安装有第二摄像头(211)，所述架体(201)下部前端两侧安装有第二超声波传感器(210)，所述架体(201)下端安装有四个轮子(205)且位于所述架体(201)后部的两个所述轮子(205)连接在第二伺服电机(206)的转轴上，所述第二伺服电机(206)固定安装在所述架体(201)上，所述架体(201)下端后部固定安装有控制箱(209)，所述控制箱(209)内腔分为上下两个腔室，所述控制箱(209)的下腔室中安装有堆放机器人电池(217)，上腔室中安装有第二电机驱动模块(212)、堆放机器人微控制器(213)、第二定位模块(214)、第二无线通信模块(215)、第二加速度计陀螺仪(216)，所述堆放机器人电池(217)为所述堆放机器人(2)整体供电，所述第二伺服电机(206)、升降电机(207)、第二超声波传感器(210)、第二摄像头(211)、第二电机驱动模块(212)、堆放机器人微控制器(213)、第二定位模块(214)、第二无线通信模块(215)、第二加速度计陀螺仪(216)与堆放机器人电池(217)连接；所述第二伺服电机(206)、升降电机(207)、第二超声波传感器(210)、第二摄像头(211)、第二电机驱动模块(212)、第二定位模块(214)、第二无线通信模块(215)、第二加速度计陀螺仪(216)与堆放机器人微控制器(213)连接。

3.根据权利要求2所述的一种新型多机器人系统软硬件结构，其特征在于：所述搬运机器人微控制器(113)与堆放机器人微控制器(213)为STM32微控制器或ARM11微控制器。

4.根据权利要求2所述的一种新型多机器人系统软硬件结构，其特征在于：所述第一无线通信模块(115)与第二无线通信模块(215)为WIFI模块或GPRS模块。

5.根据权利要求1所述的一种新型多机器人系统软硬件结构，其特征在于：所述重力传感器(110)为平模盒式重力传感器。

6.根据权利要求1所述的一种新型多机器人系统软硬件结构，其特征在于：所述搬运机器人(1)与所述堆放机器人(2)之间通过无线通信实现实时信息互通。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于机器人领域，涉及一种新型多机器人系统软硬件结构。

背景技术

机器人在现今社会中被广泛用于生产生活，其大大提升了工业生产效率及人们的生活质量。目前的机器人多为人工控制和单机编程自动控制两种运动方式，根据不同的工作内容和功能要求进行配置，代替或协助人们完成一些工作。通过将机器人之间自动通信技术与现有的工作机器人相结合，实现机器人之间实时通信，连续性协同配合来自动完成几项工作，则能够进一步提升机器人工作效率的，降低人工管控压力。

实用新型内容

鉴于现有技术中所存在的问题，本实用新型公开了一种新型多机器人系统软硬件结构，采用的技术方案是，包括搬运机器人、堆放机器人，所述搬运机器人包括机体，所述机体下部固定安装有四个第一伺服电机，所述第一伺服电机转轴上固定安装万向轮，所述万向轮转动安装在所述机体底部，所述机体上部固定连接有支撑板，所述支撑板上通过销轴转动安装有承载板，所述支撑板位于所述承载板一边，所述承载板的另一边中间位置通过销轴转动连接在电伸缩杆的伸缩端，所述电伸缩杆固定端固定安装在所述机体上，所述承载板底部还固定连接有支撑弹簧，所述机体上部中心位置固定安装有重力传感器，所述重力传感器上部可以所述承载板底部接触，所述机体前侧面安装有第一摄像头，所述机体四周侧面上安装有第一超声波传感器，所述机体内部分为上下两个腔室且下部腔室中安装搬运机器人电池，所述机体上部腔室中安装有第一电机驱动模块、第一定位模块、搬运机器人微控制器、第一加速度计陀螺仪、第一无线通信模块，所述搬运机器人电池为所述搬运机器人整体系统供电，所述电伸缩杆、第一摄像头、第一超声波传感器、第一伺服电机、重力传感器、第一电机驱动模块、第一定位模块、搬运机器人微控制器、第一加速度计陀螺仪、第一无线通信模块与搬运机器人电池连接；所述电伸缩杆、第一摄像头、第一超声波传感器、第一伺服电机、重力传感器、第一电机驱动模块、第一定位模块、第一加速度计陀螺仪、第一无线通信模块与搬运机器人微控制器连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述堆放机器人包括架体，所述架体上部固定安装有定滑轮，所述定滑轮上挂有钢丝绳，所述钢丝绳一端固定连接在升降板上，另一端固定连接在收卷盘上，所述升降板后部两侧转动安装有导轮，所述导轮配合安装在所述架体上的导槽中，所述收卷盘固定连接在升降电机的转轴上，所述升降电机固定安装在所述架体上，所述架体上端前部安装有第二摄像头，所述架体下部前端两侧安装有第二超声波传感器，所述架体下端安装有四个轮子且位于所述架体后部的两个所述轮子连接在第二伺服电机的转轴上，所述第二伺服电机固定安装在所述架体上，所述架体下端后部固定安装有控制箱，所述控制箱内腔分为上下两个腔室，所述控制箱的下腔室中安装有堆放机器人电池，上腔室中安装有第二电机驱动模块、堆放机器人微控制器、第二定位模块、第二无线通信模块、第二加速度计陀螺仪，所述堆放机器人电池为所述堆放机器人整体供电，所述第二伺服电机、升降电机、第二超声波传感器、第二摄像头、第二电机驱动模块、堆放机器人微控制器、第二定位模块、第二无线通信模块、第二加速度计陀螺仪与堆放机器人电池连接；所述第二伺服电机、升降电机、第二超声波传感器、第二摄像头、第二电机驱动模块、第二定位模块、第二无线通信模块、第二加速度计陀螺仪与堆放机器人微控制器连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述搬运机器人微控制器与堆放机器人微控制器为STM32微控制器或ARM11微控制器。所述第一无线通信模块与第二无线通信模块为WIFI模块或GPRS模块。所述重力传感器为平模盒式重力传感器。所述搬运机器人与所述堆放机器人之间通过无线通信实现实时信息互通。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供了一种可实时交互配合协作开展工作的机器人组，其主要体现在对货物运送及堆放工作的协同开展，通过搬运机器人完成对不同货物的运送及投放工作，并在投放到指定位置后向堆放机器人发送位置信息及开展堆放工作的指令。通过摄像头和超声波传感器的配合是机器人可实时探测周围环境避免碰撞。可利用智控中心对机器人进行整体信息采集，信息传输及调度，遇到突发事件时可人为进行远程控制，及时处理故障。不同功能机器人的协同配合使单个机器人的结构及控制更加简单且可有效提升工作效率，避免时间浪费的情况。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的搬运机器人的整体结构示意图；

图3为本实用新型的搬运机器人的内部结构剖视图；

图4为本实用新型的堆放机器人的整体结构示意图；

图5为本实用新型的堆放机器人的配电箱部位的内部结构剖视图；

图6为本实用新型的升降板的结构示意图；

图中：1-搬运机器人、101-机体、102-支撑板、103-承载板、104-支撑弹簧、105-电伸缩杆、106-第一摄像头、107-第一超声波传感器、108-第一伺服电机、109-万向轮、110-重力传感器、111-第一电机驱动模块、112-第一定位模块、113-搬运机器人微控制器、114-第一加速度计陀螺仪、115-第一无线通信模块、116-搬运机器人电池、2-堆放机器人、201-架体、202-定滑轮、203-钢丝绳、204-升降板、205-轮子、206-第二伺服电机、207-升降电机、208-收卷盘、209-控制箱、210-第二超声波传感器、211-第二摄像头、212-第二电机驱动模块、213-堆放机器人微控制器、214-第二定位模块、215-第二无线通信模块、216-第二加速度计陀螺仪、217-堆放机器人电池、218-导轮。

具体实施方式

实施例1

如图1至图6所示，本实用新型所述的一种新型多机器人系统软硬件结构，采用的技术方案是，包括搬运机器人1、堆放机器人2，所述搬运机器人1包括机体101，所述机体101下部固定安装有四个第一伺服电机108，所述第一伺服电机108转轴上固定安装万向轮109，所述万向轮109转动安装在所述机体101底部，所述机体101上部固定连接有支撑板102，所述支撑板102上通过销轴转动安装有承载板103，所述支撑板102位于所述承载板103一边，所述承载板103的另一边中间位置通过销轴转动连接在电伸缩杆105的伸缩端，所述电伸缩杆105固定端固定安装在所述机体101上，所述承载板103底部还固定连接有支撑弹簧104，所述机体上部中心位置固定安装有重力传感器110，所述重力传感器110上部可以所述承载板103底部接触，所述机体101前侧面安装有第一摄像头106，所述机体101四周侧面上安装有第一超声波传感器107，所述机体101内部分为上下两个腔室且下部腔室中安装搬运机器人电池116，所述机体101上部腔室中安装有第一电机驱动模块111、第一定位模块112、搬运机器人微控制器113、第一加速度计陀螺仪114、第一无线通信模块115，所述搬运机器人电池116为所述搬运机器人1整体系统供电，所述电伸缩杆105、第一摄像头106、第一超声波传感器107、第一伺服电机108、重力传感器110、第一电机驱动模块111、第一定位模块112、搬运机器人微控制器113、第一加速度计陀螺仪114、第一无线通信模块115与搬运机器人电池116连接；电伸缩杆105、第一摄像头106、第一超声波传感器107、第一伺服电机108、重力传感器110、第一电机驱动模块111、第一定位模块112、第一加速度计陀螺仪114、第一无线通信模块115与搬运机器人微控制器113连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述堆放机器人2包括架体201，所述架体201上部固定安装有定滑轮202，所述定滑轮202上挂有钢丝绳203，所述钢丝绳203一端固定连接在升降板204上，另一端固定连接在收卷盘208上，所述升降板204后部两侧转动安装有导轮218，所述导轮218配合安装在所述架体201上的导槽中，所述收卷盘208固定连接在升降电机207的转轴上，所述升降电机207固定安装在所述架体201上，所述架体201上端前部安装有第二摄像头211，所述架体201下部前端两侧安装有第二超声波传感器210，所述架体201下端安装有四个轮子205且位于所述架体201后部的两个所述轮子205连接在第二伺服电机206的转轴上，所述第二伺服电机206固定安装在所述架体201上，所述架体201下端后部固定安装有控制箱209，所述控制箱209内腔分为上下两个腔室，所述控制箱209的下腔室中安装有堆放机器人电池217，上腔室中安装有第二电机驱动模块212、堆放机器人微控制器213、第二定位模块214、第二无线通信模块215、第二加速度计陀螺仪216，所述堆放机器人电池217为所述堆放机器人2整体供电，所述第二伺服电机206、升降电机207、第二超声波传感器210、第二摄像头211、第二电机驱动模块212、堆放机器人微控制器213、第二定位模块214、第二无线通信模块215、第二加速度计陀螺仪216与堆放机器人电池217连接；所述第二伺服电机206、升降电机207、第二超声波传感器210、第二摄像头211、第二电机驱动模块212、第二定位模块214、第二无线通信模块215、第二加速度计陀螺仪216与堆放机器人微控制器213连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述搬运机器人微控制器113与堆放机器人微控制器213为STM32微控制器或ARM11微控制器。所述第一无线通信模块115与第二无线通信模块215为WIFI模块或GPRS模块。所述重力传感器110为平模盒式重力传感器。所述搬运机器人1与所述堆放机器人2之间通过无线通信实现实时信息互通。

本实用新型的工作原理：搬运机器人1在起始位置等待搬运，卸下的货物被放到搬运机器人1的承载板103上，重力传感器110检测货物的重量，若不足则等待预设时间后开始搬运，若超重则发出警报，搬运机器人1根据搬运机器人微控制器113中预设的运动线路将货物运送到指定位置，在运送过程中第一摄像头可将搬运机器人1的前部状况实施反应给智控中心，搬运机器人1底部四周的第一超声波传感器实时感知周围是否存在障碍物，由于在运送过程中行动轨迹会出现偏差，因此第一加速度计陀螺仪114检测当前搬运机器人1的姿态，实时调整运动方向，到达目的地后搬运机器人1伸出电伸缩杆105将承载板103推倾斜，从而将货物卸下到指定位置，同时其通过第一定位模块112确定位置信息并通过第一无线通信模块115将位置信息发送给所有堆放机器人2的第二定位模块214，空闲的堆放机器人2接到位置信息后，第一时间去处理，并同时向所有堆放机器人2发出处理相应工作指令的反馈信息，从而使其他堆放机器人2取消相应工作的预报指令。若所有堆放机器人2均处在工作状态，则向智控中心发送任务忙信息，由智控中心进行调度选择处理该任务的堆放机器人2并网络广播通知其他堆放机器人2，当取得任务的堆放机器人2根据第二定位模块214到达货物位置后，由第二超声波传感器210、第二摄像头211并结合堆放机器人微控制器213中的上货程序，控制升降电机207驱动收卷盘208的转动，从而收卷钢丝绳203，使钢丝绳203带动升降板204叉起货物向上运动，通过与智控中心的信息传递得到空闲货架的位置信息，到达空闲货架后将货物放置在货架上并降下升降板204等待下一次任务。堆放机器人2在移动过程中通过超声波传感器210和第二摄像头211规避障碍物。由于现场搬运时存在多个搬运机器人1及堆放机器人2，若智控中心收到多个堆放机器人2空闲的信息，可令搬运机器人1的运动速度加快，提高搬运速度，从而加大工作效率。搬运机器人1与堆放机器人2可通过启\/停搬运机器人微控制器113、堆放机器人微控制器213控制机器人的开启和停止，启\/停开关可根据需要安装在搬运机器人1、堆放机器人2的机体内部或外部。

智控中心由服务器担当，是多机器人系统的“大脑”，也是系统信息传输的枢纽。其主要功能有信息采集、处理及传输，和实施一系列的智能决策算法，如作业任务分配和协调规划算法等。因机器人在工作过程中难免会出现程序错误，系统宕机的问题，因此在遇到突发事件时，由人通过智控中心得到机器人当前状态，采用远程控制将指令下达至智控中心转发至机器人或者直接远程控制机器人，可迅速了解或解决当前故障。机器人之间及上下层之间通过无线传输信息，可采用WIFI技术或GPRS技术。机器人使用的微控制器可采用STM32系列或ARM11系列，本领域技术人员可参考教材及相关手册并通过有限次实验得到技术启示。预设软件及相应的识别算法、避障算法均存储在微控制器中并可通过无线网络进行修正或升级。

本文中的采用的零部件均可在市场上购买到，属于广泛使用的现有技术。

上述虽然对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化，而不具备创造性劳动的修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

设计图

一种新型多机器人系统软硬件结构论文和设计

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