CN103213117B - 一种抛投式探测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抛投式探测机器人，包括机体和设置在机体两端的2个实心的橡胶轮；机体为圆柱状；机体包括外壳、电池、电控装置、伺服电机、端盖和设置在端盖内的轴承；电池、电控装置和伺服电机均设置在外壳内；端盖为2个，外壳两端各设一个；机体上设有传感器；橡胶轮的轮轴插装在轴承中，伺服电机为2个，伺服电机的前端固定在端盖的内侧；伺服电机的转轴驱动橡胶轮旋转；伺服电机受控于电控装置；外壳的顶部和底部分别设有天线和兼作抛投柄的稳定尾；外壳的侧部设有摄像头；外壳内填充有抗震海绵。该抛投式探测机器人具有抗恶劣环境，机械强度高的特点。

Description

一种抛投式探测机器人

技术领域

本发明属于自动化技术的机器人领域，涉及一种抛投式探测机器人，是一种微小型探测机器人。

背景技术

在处理恐怖事件、煤矿和工业事故以及遭敌袭击后产生的核、生、化灾害时，经常会遇到情况不明、人员无法接近或高度危险的区域。如果利用机器人代替人员进入情况不明或者人难以进入的场合去查明现场情况、取回样本、处理高危险性事件，避免操作人员直接暴露在有毒、核辐射等危险环境中，则可大大减小人员伤亡，提高保障能力和工作效率。

微小型地面机器人由于隐蔽性好、反应快速、机动性好、生存能力强、成本低等特点，特别适用于恶劣环境下的环境感知、战场侦察、反恐监控和危险环境搜救。但传统的探测机器人通过地面进入现场，时间太长，目标容易暴露。抛投式微小型探测机器人，以极高的性价比，结合地面、空间、时间的优势，能保障操作人员的生命安全，在最短的时间内为操作人员提供现场的图像和环境信息，使其能做出正确的行动，突破了传统探测机器人观念，是一种全新理念的探测机器人。

CN101402198A提出了一种具有全向缓冲能力的弹簧减振充气轮的抛投式微小型机器人，但该发明的最大不足是：(1)具有全向缓冲能力的弹簧减振充气轮结构复杂；(2)充气轮胎在抛投过程中碰到尖锐的东西时会泄气，造成两轮运动不平衡而跑偏；(3)机身下方用于平衡的底脚轮容易被砂粒和泥土卡住。

因此，有必要设计一种抛投式探测机器人。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种抛投式探测机器人，该抛投式探测机器人具有抗恶劣环境，机械强度高的特点。

发明的技术解决方案如下：

一种抛投式探测机器人，包括机体和设置在机体两端的2个实心的橡胶轮；机体为圆柱状；

机体包括外壳、电池、电控装置、伺服电机、端盖和设置在端盖内的轴承；电池、电控装置和伺服电机均设置在外壳内；端盖为2个，外壳两端各设一个；机体上设有传感器；

橡胶轮的轮轴插装在轴承中，伺服电机为2个，伺服电机的前端固定在端盖的内侧；伺服电机的转轴驱动橡胶轮旋转；伺服电机受控于电控装置；

外壳的顶部和底部分别设有天线和兼作抛投柄的稳定尾；外壳的侧部设有摄像头；外壳内填充有抗震海绵。

电控装置包括微处理器、无线网卡、电机驱动模块和自定位模块；无线网卡、电机驱动模块和自定位模块均与微处理器连接；电机驱动模块驱动所述的伺服电机。

橡胶轮中具有圆片式带轴孔的金属骨架；橡胶轮的外端面为球面，橡胶轮上设有轴向孔；位于轴向孔内的防松螺母拧在轮轴的外端部。

在端盖与外壳内壁之间设有密封垫，轴承与金属骨架之间设有密封圈。

所述的传感器为温湿度、红外、超声、CO气体、甲烷、核生化探测传感器中的一种或几种的组合。

所述的微处理器为嵌入式微处理器S3C44BOX；无线网卡为基于RT2561芯片方案的无线网卡，自定位模块为三轴电子罗盘，采用5883智能芯片，摄像头为集成麦克风的CMOS摄像头，机体上设有控制开关。

有益效果：

本发明的抛投式探测机器人，是一种机械电子结构一体化、具有高抗过载能力的抛投式两轮行走微小型探测机器人。机体为圆柱形，由硬质铝合金材质一体成形，机体内部安装机器人的控制系统并填充抗震海绵；机体上安装有稳定尾、高弹性金属外包橡胶天线、摄像头、传感器、控制开关和防水电池充电接口；机体两端的行走轮用具有良好的抗冲击能力的橡胶制成；稳定尾保持机器人平衡同时兼作抛投手柄。抛投式微小型探测机器人，以极高的性价比，结合地面、空间、时间的优势，能保障探测人员的生命安全，在最短的时间内为探测人员提供现场信息，突破了传统探测机器人观念，是一种全新理念的探测机器人。

这种机器人通过抛投方式进入目标区域，能有效保障操作人员的生命安全，在最短的时间内为操作人员提供现场图像和环境信息。

由于本发明的行走轮由橡胶制成，机体内部控制系统电子线路采用机械电子一体化并填充抗振海绵，因此具有良好的抗冲击能力，确保落地后机器人功能的完整性，使本发明的机器人可通过抛投方式快速布设到目标区域，有利于保障探测人员的生命安全，特别适应于危险情况下的环境探测、目标搜索和监视等任务。

本发明的突出优势体现在：

(1)行走轮采用橡胶一体化成形，结构简单，结实坚固，具有良好的抗过载能力，能有效保证机器人落地后的功能完整性。

(2)控制系统的电路系统采用全贴片器件，机械电子一体设计，且在机体内部填充抗振海绵，进一步提高了机器人的本质抗过载能力。

(3)稳定尾兼有平衡机器人和作为抛投手柄的功能，抛投时有利于控制机器人完成抛投动作，还可以将机器人抛至更远的目标区域。

附图说明

图1为抛投式探测机器人的整体结构示意图；

图2为电控装置的结构示意图。

标号说明：1-橡胶轮，2-天线，3-摄像头，4-外壳，5-伺服电机，6-密封垫，7-抗震海绵，8-端盖，9-防松螺母，10-金属骨架，11-密封圈，12-轴承，13-电控装置，14-电池，15-稳定尾，16-机体。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

如图1-2，一种抛投式探测机器人，包括机体和设置在机体两端的2个实心的橡胶轮；机体为圆柱状；

机体包括外壳、电池、电控装置、伺服电机、端盖和设置在端盖内的轴承；电池、电控装置和伺服电机均设置在外壳内；端盖为2个，外壳两端各设一个；机体上设有传感器；

橡胶轮的轮轴插装在轴承中，伺服电机为2个，伺服电机的前端固定在端盖的内侧；伺服电机的转轴驱动橡胶轮旋转；伺服电机受控于电控装置；

外壳的顶部和底部分别设有天线和兼作抛投柄的稳定尾；外壳的侧部设有摄像头；外壳内填充有抗震海绵。

电控装置包括微处理器、无线网卡、电机驱动模块和自定位模块；无线网卡、电机驱动模块和自定位模块均与微处理器连接；电机驱动模块驱动所述的伺服电机。

橡胶轮中具有圆片式带轴孔的金属骨架；橡胶轮的外端面为球面，橡胶轮上设有轴向孔；位于轴向孔内的防松螺母拧在轮轴的外端部。

在端盖与外壳内壁之间设有密封垫，轴承与金属骨架之间设有密封圈。

所述的传感器为温湿度、红外、超声、CO气体、甲烷、核生化探测传感器中的一种或几种的组合。

所述的微处理器为嵌入式微处理器S3C44BOX；无线网卡为基于RT2561芯片方案的无线网卡，自定位模块为三轴电子罗盘，采用5883智能芯片，摄像头为集成麦克风的CMOS摄像头，机体上设有控制开关。

所述机体用硬铝合金材料一体化成型，机体内部安装机器人的控制系统和无刷直流驱动电机并填充抗震海绵，提高控制系统和电机的抗冲击能力。

所述行走轮用橡胶制成，行走轮有两个作用，除负责机器人行走外还有保护机器人抗冲击的能力，机器人被抛投时不管怎样落地，厚大的橡胶行走轮保证机体的抗冲击。

所述机器人天线用高弹性金属外包橡胶制成，不管机器人怎样翻滚，天线都不会损坏而不影响机器人的功能。

所述机器人稳定尾的尾端用高耐磨金属材料制成，稳定尾中段用高弹性金属外包橡胶制成，如果在抛投落地时是尾部着地，机体也能得到很好的缓冲；在抛投过程中稳定尾作为抛投手柄，可以将机器人抛投至更远的地方；机器人在着地时几乎总能保持双轮着地、天线朝上，然后进入准备状态，如果着地后是天线朝下了，机器人只须将稳定尾转到撑着地面的位置，然后自然进入准备状态。

所述摄像头为低功耗集成微型麦克的CMOS摄像头，用于获得环境和目标的图像信息。

两个行走轮由两个无刷直流伺服电动机分别驱动。当两个伺服电动机转速相同时，两个行走轮的速度相同，机器人实现直线前进移动；当两个伺服电动机的转速不同时，两个行走轮的速度不同，机器人实现转向运动。

包括嵌入式控制器、电机驱动器、无线通信模块和电源等部分。

所述嵌入式控制器选用Samsung公司的嵌入式微处理器S3C44BOX。S3C44BOX提供了丰富的内置部件，扩展了一系列完整的通用外围器件，使系统的费用降至最低，降低了硬件开发的难度，且它的低功耗和出色的全静态设计完全能满足系统要求。

所述电机驱动器由逻辑电路和放大电路组成，能实现对电机的启停、变速和正反转控制。利用S3C44BOX的PWM端口控制电机驱动器，通过改变定时器的比较寄存器值改变占空比，最终改变电机转速。

所述无线通信模块选用Ralink公司提供的RT2561芯片方案的无线网卡，符合IEEE802.11b/g/n标准，传输速率高达128Mb/s(自适应)，传输距离可达300m。

所述电源为高能效比锂聚合物充电电池；将电池置于车体底部降低重心并调节重心位置，同时用抗震海绵进行填充，提高电池的抗冲击能力。

传感器在机体上的安装位置可根据实际情况布置；传感器的安装采用防水设计。

控制开关和电池充电接口均采用防水设计。

这种抛投式探测机器人，操作极其方便，使用时将控制开关打开，即可抛投到预定区域，在充满危险的环境中移动并执行任务。

图1为本发明实施例抛投式微小型探测机器人的外形及内部结构图。如图1所示，一种机械电子结构一体化、具有高抗过载能力的抛投式两轮行走微小型探测机器人，由机体、行走轮、稳定尾、天线、摄像头和控制系统等组成。其中：

所述机体用硬铝合金材料一体化成型，机体内部安装机器人的控制系统和无刷直流驱动电机并填充抗震海绵，提高控制系统和电机的抗冲击能力。

所述行走轮用橡胶【实心轮】制成，行走轮有两个作用，除负责机器人行走外还有保护机器人抗冲击的能力，机器人被抛投时不管怎样落地，厚大的橡胶行走轮保证机体的抗冲击。

所述机器人天线用高弹性金属外包橡胶制成，不管机器人怎样翻滚，天线都不会损坏而不影响机器人的功能。

所述机器人稳定尾的尾端用高耐磨金属材料制成，稳定尾中段用高弹性金属外包橡胶制成，如果在抛投落地时是尾部着地，机体也能得到很好的缓冲；在抛投过程中稳定尾作为抛投手柄，可以将机器人抛投至更远的地方；机器人在着地时几平总能保持双轮着地、天线朝上，然后进入准备状态，如果着地后是天线朝下了，机器人只须将稳定尾转到撑着地面的位置，然后自然进入准备状态。

所述摄像头为低功耗集成微型麦克的CMOS摄像头，用于获得环境和目标的图像信息。

如图1所示，两个行走轮由两个无刷直流伺服电动机分别驱动。当两个伺服电动机转速相同时，两个行走轮的速度相同，机器人实现直线前进移动；当两个伺服电动机的转速不同时，两个行走轮的速度不同，机器人实现转向运动。

如图1所示，传感器在机体上的安装位置可根据实际情况布置；传感器、控制开关和电池充电接口均安装有缓冲密封垫，具有抗过载能力和防水功能。

图2为本发明实施例控制系统示意图。如图2所示，控制系统包括嵌入式控制器、电机驱动器、无线通信模块和电源等部分。

所述嵌入式控制器选用Samsung公司的嵌入式微处理器S3C44BOX。S3C44BOX提供了丰富的内置部件，扩展了一系列完整的通用外围器件，使系统的费用降至最低，降低了硬件开发的难度，且它的低功耗和出色的全静态设计完全能满足系统要求。

所述电机驱动器由逻辑电路和放大电路组成，能实现对电机的启停、变速和正反转控制。利用S3C44BOX的PWM端口控制电机驱动器，通过改变定时器的比较寄存器值改变占空比，最终改变电机转速。

所述无线通信模块选用Ralink公司提供的RT2561芯片方案的无线网卡，符合IEEE802.11b/g/n标准，传输速率高达128Mb/s(自适应)，传输距离可达300m。

所述传感器为温湿度、红外、超声、CO气体、甲烷、核生化探测传感器中的一种或几种的组合。

所述自定位模块为三轴电子罗盘，采用MEMS技术制造的5883智能芯片，用于机器人的运动方向的测量，传感器自身抗过载能力可以达到10万g以上。

所述电源为高能效比锂聚合物充电电池；将电池置于车体底部降低重心并调节重心位置，同时用抗震海绵进行填充，提高电池的抗冲击能力。

抛投式微小型探测机器人操作方便，使用时将控制开关打开，即可抛投到预定区域，在充满危险的环境中移动并执行任务。

Claims (1)

1.一种抛投式探测机器人，其特征在于，包括机体和设置在机体两端的2个实心的橡胶轮；机体为圆柱状；

机体包括外壳、电池、电控装置、伺服电机、端盖和设置在端盖内的轴承；电池、电控装置和伺服电机均设置在外壳内；端盖为2个，外壳两端各设一个；机体上设有传感器；橡胶轮的轮轴插装在轴承中，伺服电机为2个，伺服电机的前端固定在端盖的内侧；伺服电机的转轴驱动橡胶轮旋转；伺服电机受控于电控装置；

所述2个橡胶轮分别由2个伺服电动机驱动；当两个伺服电动机转速相同时，两个橡胶轮的速度相同，机器人实现直线前进移动；当两个伺服电动机的转速不同时，两个橡胶轮的速度不同，机器人实现转向运动；

外壳的顶部和底部分别设有天线和兼作抛投柄的稳定尾；外壳的侧部设有摄像头；外壳内填充有抗震海绵；

电控装置包括微处理器、无线网卡、电机驱动模块和自定位模块；无线网卡、电机驱动模块和自定位模块均与微处理器连接；电机驱动模块驱动所述的伺服电机；

橡胶轮中具有圆片式带轴孔的金属骨架；橡胶轮的外端面为球面，橡胶轮上设有轴向孔；位于轴向孔内的防松螺母拧在轮轴的外端部；

在端盖与外壳内壁之间设有密封垫，轴承与金属骨架之间设有密封圈；

所述的传感器为温湿度、红外、超声、CO气体、甲烷、核生化探测传感器中的一种或几种的组合；

所述的微处理器为嵌入式微处理器S3C44B0X；无线网卡为基于RT2561芯片方案的无线网卡，自定位模块为三轴电子罗盘，采用5883智能芯片，摄像头为集成麦克风的CMOS摄像头，机体上设有控制开关；

所述传感器、控制开关和电池的充电接口均安装有缓冲密封垫；

所述天线用高弹性金属外包橡胶制成；

所述稳定尾的尾端用高耐磨金属材料制成，稳定尾的中段用高弹性金属外包橡胶制成。