[发明专利]一种基于人工智能的全站仪机器人

权利要求书

1.一种基于人工智能的全站仪机器人，其特征在于，所述基于人工智能的全站仪机器人包括：主体机构（1），所述主体机构（1）用于支撑整个所述基于人工智能的全站仪机器人；防护机构（3），所述防护机构（3）用于对全站仪本体（500）进行防护，所述防护机构（3）设置在所述主体机构（1）的上部；减震机构（2），所述减震机构（2）用于对所述防护机构（3）以及与所述防护机构（3）相连接的所述全站仪本体（500）进行减震，所述减震机构（2）设置在所述主体机构（1）与所述防护机构（3）之间；驱动机构（4），所述驱动机构（4）用于驱动整个所述基于人工智能的全站仪机器人行走，所述驱动机构（4）设置在所述主体机构（1）的下方；控制机构，所述控制机构用于控制所述驱动机构（4）和所述防护机构（3），并且用于与所述全站仪本体（500）通信，所述控制机构设置在所述主体机构（1）的内部；

所述主体机构（1）包括底座（100）和壳体（101），所述壳体（101）的底部为开口设置，所述壳体（101）可拆卸安装在所述底座（100）上；所述防护机构（3）包括收纳箱体（300）、第一电动推杆（301）和移动板（302），所述移动板（302）滑动设置在所述收纳箱体（300）的内部，所述收纳箱体（300）的顶部为开口设置，所述全站仪本体（500）固定安装在所述移动板（302）的顶部，所述第一电动推杆（301）固定安装在所述收纳箱体（300）的内底部，所述第一电动推杆（301）的伸缩杆的顶部与所述移动板（302）的底部固定连接，所述收纳箱体（300）相对的内壁两侧面均开设有限位槽（303），所述移动板（302）的两端均固定连接有限位块（306），所述限位块（306）滑动设置在所述限位槽（303）的内部，所述全站仪本体（500）的顶部固定安装有顶板（501）；所述减震机构（2）设置有两组，两组所述减震机构（2）平行设置在所述收纳箱体（300）与所述壳体（101）之间，两组所述减震机构（2）均包括减震杆（200），所述减震杆（200）设置有两个，两个所述减震杆（200）呈剪叉形设置，两个所述减震杆（200）的中部通过销轴（207）转动连接，两个所述减震杆（200）的上下两端均通过活动块（206）铰接有吸能复位组件，所述吸能复位组件包括凹槽体（201）、滑块（202）、导向杆（203）、弹簧（204）和铰接座（205），所述导向杆（203）固定安装在所述凹槽体（201）的内部，所述滑块（202）滑动设置在所述导向杆（203）上，所述弹簧（204）套设在所述导向杆（203）上，所述弹簧（204）的一端压在所述滑块（202）的一侧，所述弹簧（204）的另一端压在所述凹槽体（201）的一侧内壁上，位于减震杆（200）下端的所述凹槽体（201）固定安装在所述壳体（101）的顶部，位于减震杆（200）上端的所述凹槽体（201）固定安装在所述收纳箱体（300）的底部；所述驱动机构（4）设置有四组，四组所述驱动机构（4）对称设置在所述底座（100）的底部，四组所述驱动机构（4）均包括驱动电机（401）、安装座（402）、支架（403）、轮轴（404）和行走轮（405），所述驱动电机（401）通过所述安装座（402）固定安装在所述底座（100）的底部，所述支架（403）固定连接在所述底座（100）的底部，所述轮轴（404）转动设置在所述支架（403）的下端，所述轮轴（404）的一端与所述行走轮（405）固定连接，所述驱动电机（401）的转轴与所述轮轴（404）的另一端固定连接；所述控制机构包括智能控制器（700）、GPS模块（703）和若干超声波传感器（704），所述智能控制器（700）固定安装在所述底座（100）的顶部且位于所述壳体（101）的内部，所述GPS模块（703）固定安装在所述壳体（101）的顶部，若干所述超声波传感器（704）固定设置在所述壳体（101）的四周，所述GPS模块（703）与若干所述超声波传感器（704）分别与所述智能控制器（700）的输入端电性连接，所述驱动电机（401）和所述第一电动推杆（301）均受控于所述智能控制器（700），所述智能控制器（700）与所述全站仪本体（500）电性连接；所述底座（100）的顶部固定安装有用于供电的蓄电池（702），所述蓄电池（702）位于所述壳体（101）的内部；

调平机构（6），所述调平机构（6）包括四个第二电动推杆（600），四个所述第二电动推杆（600）对称安装在所述底座（100）的顶部，四个所述第二电动推杆（600）均位于所述壳体（101）的内部，所述第二电动推杆（600）的伸缩杆的下端滑动贯穿所述底座（100）后设置在所述底座（100）的底部，所述第二电动推杆（600）的伸缩杆的底部固定连接有支撑块（601），所述壳体（101）的顶部固定安装有倾角传感器（607），所述倾角传感器（607）与所述智能控制器（700）的输入端电性连接，所述第二电动推杆（600）受控于所述智能控制器（700），所述支撑块（601）的底部开设有球座（602），所述球座（602）的内部转动设置有球头（603），所述球头（603）通过连接杆（604）固定连接有圆板（605），所述圆板（605）的底部设置有若干锥形凸起（606）；

所述智能控制器（700）控制驱动机构（4）进行避障操作，具体包括如下步骤：步骤1：根据设置的若干超声波传感器（704）探测周围障碍物位置情况，并建立运动学模型，对机器人的速度空间进行采样，根据对机器人加速度的约束使得其不会碰撞到障碍物；步骤2：根据环境中的障碍物的信息，标定窗口内子目标点P_Gt(x_g,y_g)，驱动机器人向着子目标点移动，随着机器人的移动窗口不断滚动更新，实时检测机器人周围障碍物位置；步骤3：窗口不断更新，评价函数也不断更新优化出新的值，选取最优的计算结果控制机器人移动，直到到达子目标点，所述步骤1中运动学模型表达式如下：

式中： x(t_n)、 y(t_n)为机器人在栅格图坐标系中的位置； x(t₀)、 y(t₀)为初始时刻机器人系统坐标；v_s为横向速度、v_b为纵向速度，其中：

式中：v_s0 为横向初始速度、a_s为横向加速度、v_b0 为纵向初始速度、a_b为纵向加速度；

式中：v为机器人的合速度；

式中：θ_v为速度与 X 轴正向的夹角、w为角速度；

则，机器人在速度空间约束如下式所示：

机器人由智能控制器驱动，加速度约束如下式所示：

考虑到机器人系统为欠驱动系统，存在不稳定性，因而，在机器人最大减速时，保证机器人在碰撞到障碍物前速度为0，则约束条件如下式所示：

式中：dis_min(v,w)为机器人与障碍物的最小距离。