一种用于移动机器人近地感知的组合传感器装置.pdf

1、10申请公布号CN104180855A43申请公布日20141203CN104180855A21申请号201410455270122申请日20140909G01D21/0220060171申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室72发明人徐贺王培元徐燕王鹏于洪鹏王文龙黄鑫亮李臻许怡贤杨文成郭卫兴54发明名称一种用于移动机器人近地感知的组合传感器装置57摘要本发明的目的在于提供一种用于移动机器人近地感知的组合传感器装置，包括上壳体、中壳体、下壳体，上壳体、中壳体和下壳体自上而下按照挤压方式连接在一起，下壳体外侧壁上设置基座和沟槽

2、，基座上安装真空泵，下壳体里安装气室，气室通过气室下端盖、气室腔和气室上端盖自下而上挤压而成，气室腔外壁上安装挡板，挡板深入至沟槽中，气室上端盖上设置气室上端盖进气口，气室下端盖上设置气室下端盖进气口，气室下端盖进气口下方设置过滤网，过滤网与下壳体下端通过挤压方式连接，真空泵的吸气口安装软管，软管穿过下壳体并连接气室上端盖进气口。本发明能够对机器人所在地面多个方面的信息进行采集，拓展了移动机器人的近地感知功能。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图5页10申请公布号CN104180855ACN104180855

3、A1/1页21一种用于移动机器人近地感知的组合传感器装置，其特征是包括上壳体、中壳体、下壳体，上壳体、中壳体和下壳体自上而下按照挤压方式连接在一起，下壳体外侧壁上设置基座和沟槽，基座上安装真空泵，下壳体里安装气室，气室通过气室下端盖、气室腔和气室上端盖自下而上挤压而成，气室腔外壁上安装挡板，挡板深入至沟槽中，气室上端盖上设置气室上端盖进气口，气室下端盖上设置气室下端盖进气口，气室下端盖进气口下方设置过滤网，过滤网与下壳体下端通过挤压方式连接，真空泵的吸气口安装软管，软管穿过下壳体并连接气室上端盖进气口。2根据权利要求1所述的一种用于移动机器人近地感知的组合传感器装置，其特征是气室腔里设置分隔板

4、，分隔板将气室腔分隔成四个微型气室，所述的真空泵有四个，与真空泵相对应的基座、软管、气室上端盖进气口均有四个，所述的气室下端盖进气口有四个，分别与四个气室上端盖进气口相对应。3根据权利要求1或2所述的一种用于移动机器人近地感知的组合传感器装置，其特征是上壳体里自上而下分别设置第一基板和第二基板，中壳体里设置第三基板，第一基板上放置与移动机器人实现数据交换的主控电路板，第二基板上固定姿态检测传感器，过滤网上分别安装温度传感器和激光测距传感器，第三基板上安装向下吹气的风扇，每个微型气室内均安装气体传感器；气体传感器、激光测距传感器、温度传感器的模拟输出引脚与主控板的A/D模数转换模块连接，姿态检测

5、传感器的数据接口与主控板I2C通讯模块连接，风扇和真空泵连接主控板I/O口。权利要求书CN104180855A1/3页3一种用于移动机器人近地感知的组合传感器装置技术领域0001本发明涉及的是一种传感器装置，具体地说是安装在移动机器人上的组合传感器装置。背景技术0002传感器是机器人完成感觉的必要手段，通过传感器的感觉作用，将机器人自身的相关特性或相关物体的特性转化为机器人执行某项功能时所需要的信息。为了检测作业对象及环境或机器人与它们的关系，在机器人上安装一系列传感器可以大大改善了机器人工作状况，使其能够更充分地完成复杂的工作。由于外部传感器为集多种学科于一身的产品，有些方面还在探索之中，随

6、着外部传感器的进一步完善，机器人的功能越来越强大，将在许多领域为人类做出更大贡献。0003气体传感器阵列由具有广谱响应特性、交叉灵敏度较大、对不同气味/气体灵敏度不同的气敏元件组成。这种阵列体积小、功耗低，便于信号的集中采集与处理。单个气体传感器与传感器阵列在特性上有质的区别，单个气体传感器对气味/气体的响应可用强度来表示，而气体传感器阵列除了各个传感器的响应外，在全部传感器组成的多维空间中形成响应模式，在环境条件一定的情况下，阵列上的响应模式与其激励是一一对应的，这使的机器人对多种气味和气体识别成为可能。发明内容0004本发明的目的在于提供一种用于移动机器人近地感知的组合传感器装置。0005

7、本发明的目的是这样实现的0006本发明一种用于移动机器人近地感知的组合传感器装置，其特征是包括上壳体、中壳体、下壳体，上壳体、中壳体和下壳体自上而下按照挤压方式连接在一起，下壳体外侧壁上设置基座和沟槽，基座上安装真空泵，下壳体里安装气室，气室通过气室下端盖、气室腔和气室上端盖自下而上挤压而成，气室腔外壁上安装挡板，挡板深入至沟槽中，气室上端盖上设置气室上端盖进气口，气室下端盖上设置气室下端盖进气口，气室下端盖进气口下方设置过滤网，过滤网与下壳体下端通过挤压方式连接，真空泵的吸气口安装软管，软管穿过下壳体并连接气室上端盖进气口。0007本发明还可以包括00081、气室腔里设置分隔板，分隔板将气室

8、腔分隔成四个微型气室，所述的真空泵有四个，与真空泵相对应的基座、软管、气室上端盖进气口均有四个，所述的气室下端盖进气口有四个，分别与四个气室上端盖进气口相对应。00092、上壳体里自上而下分别设置第一基板和第二基板，中壳体里设置第三基板，第一基板上放置与移动机器人实现数据交换的主控电路板，第二基板上固定姿态检测传感器，过滤网上分别安装温度传感器和激光测距传感器，第三基板上安装向下吹气的风扇，每个微型气室内均安装气体传感器；气体传感器、激光测距传感器、温度传感器的模拟输出引说明书CN104180855A2/3页4脚与主控板的A/D模数转换模块连接，姿态检测传感器的数据接口与主控板I2C通讯模块连

9、接，风扇和真空泵连接主控板I/O口。0010本发明的优势在于本发明结构灵巧，安装拆卸方便，能够对机器人所在地面多个方面的信息进行采集，实现机器人对特定气味的识别功能，拓展了移动机器人的近地感知功能。附图说明0011图1A是本发明的爆炸图，图1B是本发明的结构示意图；0012图2是本发明的控制电路框图；0013图3A是上壳体结构示意图A，图3B是上壳体结构示意图B；0014图4A是中壳体结构示意图A，图4B是中壳体结构示意图B；0015图5A是下壳体结构示意图A，图5B是下壳体结构示意图B；0016图6A是气室腔结构示意图A，图6B是气室腔结构示意图B；0017图7A是气室上端盖结构示意图A，图

10、7B是气室上端盖结构示意图B；0018图8A是过滤网结构示意图A，图8B是过滤网结构示意图B；0019图9是连接机构示意图；0020图10是装置在移动机器人上的安装示意图；0021图11A是气室下端盖结构示意图A，图11B是气室下端盖结构示意图B。具体实施方式0022下面结合附图举例对本发明做更详细地描述0023结合图111，本发明包括上壳体1，中壳体2，真空泵3，气室腔4，过滤网5，气室下端盖6，气室上端盖7，下壳体8等。上壳体1、中壳体2、下壳体8通过挤压连接方式上下依次连接；真空泵3通过螺栓连接安置在下壳体侧壁的基座53上；气室下端盖6、气室腔4和气室上端盖7通过挤压连接方式连接构成气室

11、，气室腔内分隔板71将气室分成4个独立的微型气室72，气室通过气室腔外壁挡板73滑入到下壳体沟槽52内，进入到下壳体中，过滤网5与下壳体8下端通过挤压连接方式连接。0024如图10所示，装置通过连接机构91与移动机器人车轮摇臂连接，连接机构包括两个万向球连接和一个转动副连接，可以按要求调整该装置的与机器人的空间相对位置；在基板11上放置主控电路板；姿态检测传感器固定在基板12上；温度传感器和激光测距传感器分别安装在过滤网5上的两个孔81、82上，使探头平行于安装孔母线；基板13上安装风扇，使其工作时能够向下吹气；真空泵的吸气口14连接软管，软管穿过孔51进入装置内部，软管另一端与对应的气室上端

12、盖出气口61连接；将4个气体传感器模块分别放置在各自的微型气室72内。0025图2为该装置的电路系统框图，采用MCU为STM32F103的主控板，气体传感器阵列、激光测距传感器、温度传感器的模拟输出引脚与主控板A/D模数转换模块连接，姿态传感器的数据接口与主控板I2C通讯模块连接，风扇和真空泵的工作状态由主控板I/O口控制，主控板通过网络通信接口与机器人实现数据交换。0026当移动机器人到达指定区域内，机器人向主控板发出工作命令，主控板开始向各说明书CN104180855A3/3页5个模块开始供电，使其进入工作状态；姿态位置传感器模块检测移动机器人车轮和组合传感器装置的姿态参数；温度传感器模块

13、通过探头采集到近地大气的温度模拟量信号；激光测距传感器模块获取装置与地面的距离；特定气味识别功能的实现姿态传感器检测装置是否处于正常工作的姿态，满足要求后，真空泵供电开始工作，根据激光测距仪测得的距离确定真空泵电机的转速，距离越大，转速越快，距离越小，转速越小，保证近地气体能被充分吸入到气室内，转速调节通过主控板输出PWM波控制真空泵电机实现；真空泵吸气口14通过软管将相应微型气室内气体抽出，微型气室内压强减小，外部气体通过滤网5和气室下端盖进气口111进入到微型气室72内与气体传感器反应，同时风扇供电后向下吹气，形成空气窗帘，避免远距离气味的干扰，气体传感器与采样气体充分反应后输出相应的的响

14、应信号，将近地气体温度参数和传感器阵列响应信号发送到主控板进行信号预处理和模式识别，最终确定采样气体的浓度和成分。0027本发明一种用于移动机器人近地感知的组合传感器装置，包括气体传感器阵列，温度传感器，姿态检测传感器，激光测距传感器，主控板，真空泵，风扇，壳体。主控板安装在上壳体1内基板11上，姿态检测传感器模块放置在基板12上，温度传感器模块与激光测距传感器模块分别固定在过滤网5上孔81、82上。由中壳体2,真空泵3,下壳体8,过滤网5,由气室下端盖6、气室腔4、气室下端盖7组成的气室以及安装在基板13上的风扇组成一套气体采样系统，4个气体传感器分别安置在各自独立的微型气室72内。装置可以

15、对多个方面的近地面信息进行采集，进而实现近地特定气味的识别和近地面信息的反馈，拓展了移动机器人的近地感知功能。该装置以移动机器人为搭载平台，集合了气体传感器、温度传感器、姿态检测传感器、激光测距传感器，能够对近地面多方面信息进行采集。为实现机器人特定气味的识别功能，设计了一套气体采样系统，基板13上安置风扇，风扇向下吹气，作为空气窗帘避免远距离的干扰气味；气室由气室上端盖7、气室腔4、气室下端盖6构成，通过挡板71将气室分隔成4个独立的微型气室72，保证每个气体传感器模块都有单独的气室；系统结构灵巧，便于拆卸和更换传感器，可以通过更换不同类型的气体传感器，实现对多种气味的识别；温度传感器的参与

16、能有效地对气味的分析过程进行温度补偿，保证了最终输出结果的准确性；通过激光测距传感器能够获得装置与地面的有效距离，根据距离的大小来调节真空泵电机转速，保证近地面气体充分的吸入气室内，能够保证移动机器人在复杂地形环境下的正常工作。在基板13上安置了风扇，在用作空气窗帘的同时加速了装置内部空气流动，有助于各电路板的散热。说明书CN104180855A1/5页6图1A图1B说明书附图CN104180855A2/5页7图2图3A图3B图4A图4B说明书附图CN104180855A3/5页8图5A图5B图6A图6B图7A图7B图8A说明书附图CN104180855A4/5页9图8B图9说明书附图CN104180855A5/5页10图10图11A图11B说明书附图CN104180855A10