CN103488173B - 多地形智能移动平台及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于探测的多地形智能移动平台，包括自主前进四轮小车系统和四轴旋翼飞行系统，两者通过锁紧系统相连，并通过Zigbee无线传输网络与PC终端机进行通信。自主前进四轮小车系统利用Arduino对车载多参数传感器模块、驱动模块等进行控制；四轴旋翼飞行系统利用Arduino对机载多参数传感器模块、高速驱动模块等进行控制。当遇到无法逾越的障碍物时，锁紧系统可自动解锁，从而触发四轴旋翼飞行系统运行。本发明还提供相应的控制方法。本发明的有益效果是，将智能四轮小车系统和四轴旋翼飞行系统相结合，能够完成对特殊复杂环境的探测工作，可便捷地控制各传感器及实现稳定可靠的数据传输。

Description

多地形智能移动平台及其控制方法
技术领域
本发明涉及移动平台系统，尤其是包含自主前进四轮小车系统、四轴旋翼飞行系统和锁紧系统的移动平台，具体地，涉及多地形智能移动平台及其控制方法。
背景技术
四轴旋翼飞行器是一种电动的、能够垂直起降的、多旋翼式自主飞行器。它与常规旋翼式飞行器相比，其结构更为紧凑，能够产生更大的升力，并且4只旋翼可相互抵消反扭力矩，不需要专门的反扭矩桨。另外，四轴旋翼飞行器具有新颖的外形、简单的结构、低廉的成本、卓越的性能以及独特的飞行控制方式。
目前，智能机器人在国防、科学探索、抢险救灾等领域得到广泛应用。面临较复杂的探测环境且障碍物较多时，目前常用的轮式机器人无法绕过障碍进行探测。四轴旋翼飞行器特别适合在近地面环境(如室内、城区和丛林等)中执行监视、侦察等任务，具有广阔的军事和民用前景。
发明内容
为克服现有的智能机器人在复杂环境中探测能力不足的缺点，本发明提供一种多地形智能移动平台，该平台在面对地面上无法逾越的障碍物时，可自动解锁其装载的四轴旋翼飞行系统。该四轴旋翼飞行系统在完成任务后或能量不足时，可根据GPS定位信息和红外传感器自动返回平台进行充电。
根据本发明的一个方面，提供一种多地形智能移动平台，包括自主前进四轮小车系统101、四轴旋翼飞行系统102、锁紧系统103，其中，自主前进四轮小车系统101与四轴旋翼飞行系统102通过锁紧系统103相连，自主前进四轮小车系统101、四轴旋翼飞行系统102以无线方式与PC终端机进行无线通信。
优选地，自主前进四轮小车系统101包括如下装置：
小车控制模块104，用于产生控制信号，供给驱动模块106，以控制自主前进四轮小车系统101的运动；
供电模块105，用于给自主前进四轮小车系统101供电；
驱动模块106，用于根据小车控制模块104的控制信号驱动自主前进四轮小车系统101的运动；
车载多参数传感器模块107，用于检测位置、环境等信息并向小车控制模块104输出传感信号；
锁紧机构108，用于根据接收自小车控制模块104发出的无法通行标志信号后，自动触发解锁四轴旋翼飞行系统102；
安全模块109，用于对自主前进四轮小车系统101的自身安全进行防护；
充电模块110，用于对四轴旋翼飞行系统102进行充电；
通信模块111，用于向PC终端发送经小车控制模块104处理后的传感信号。
优选地，四轴旋翼飞行系统102包括如下装置：
飞行器控制模块112，用于产生控制信号，供给高速驱动模块113，以控制四轴旋翼飞行系统102的四个旋翼的转动；
高速驱动模块113，用于根据飞行器控制模块112的控制信号，驱动控制四轴旋翼飞行系统102的四个旋翼的转动。
机载多参数传感器模块114，用于检测位置、环境等信息并向飞行器控制模块112输出传感信号。
优选地，所述车载多参数传感器模块107包括如下任一个或任多个装置：
车载红外反射式传感器，用于边缘检测、前方障碍检测及四轴旋翼飞行系统102与四轮小车系统101的对接；
车载GPS定位传感器,用于确定四轮小车系统101所处的位置信息；
车载温湿度传感器，用于检测四轮小车系统101所处的环境温度和湿度；
压力传感器，用于检测四轮小车系统101所处的大气压；
车载电流传感器，用于监测四轮小车系统101系统的工作电流；
振动传感器，用于检测四轮小车系统101的震动状态。
优选地，所述机载多参数传感器模块114包括如下任一个或任多个装置：
机载红外反射式传感器，用于障碍检测；
机载GPS定位传感器,用于确定四轴旋翼飞行系统102所处的位置信息；
机载温湿度传感器，用于检测四轴旋翼飞行系统102所处的环境温度和湿度；
陀螺仪，用于检测四轴旋翼飞行系统102的航向和角度；
加速度计，用于检测四轴旋翼飞行系统102的线性加速度；
2.4GHz无线图像传感器，用于获取四轴旋翼飞行系统102附近的图像信息，并通过无线方式传输至上位机；
高度传感器，用于监测四轴旋翼飞行系统102的飞行高度；
机载电流传感器，用于监测四轴旋翼飞行系统102的工作电流。
优选地，所述通信模块111包括Zigbee无线传输单元，其中，Zigbee无线传输单元用于实现自主前进四轮小车系统101、四轴旋翼飞行系统102及PC终端机之间的无线通讯。
根据本发明的另一个方面，还提供上述的多地形智能移动平台的控制方法，包括如下步骤：
系统开机初始化后，通过上位机PC将目标位置的坐标发送给多地形智能移动平台，多地形智能移动平台开始工作，自主前进四轮小车系统(101)根据自身GPS定位单元的信息调整运行方向，并实时检测前方是否有障碍物，当存在障碍物并无法逾越时，自动解锁四轴旋翼飞行系统(102)，并由四轴旋翼飞行系统(102)独自工作，完成相关任务后返回自主前进四轮小车系统(101)，两者一起回到初始位置，否则，由多地形智能移动平台完成相关任务。
与现有技术相比，本发明的有益效果是，将智能四轮小车系统和四轴旋翼飞行系统相结合，完成对特殊复杂环境的探测工作。利用Arduino便捷地控制各传感器，Zigbee无线传输技术实现稳定可靠的数据传输。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明多地形智能移动平台的整体结构示意图；
图2是自主前进四轮小车系统结构示意图；
图3是四轴旋翼飞行系统结构示意图；
图4是多地形智能移动平台工作流程图。
图1标记说明：101、自主前进四轮小车系统，102、四轴旋翼飞行系统，103、锁紧系统。
图2标记说明：104、小车控制模块，105、供电模块，106、驱动模块，107、车载多参数传感器模块，108、锁紧机构，109、安全模块，110、充电模块，111、通信模块。
图3标记说明：112、飞行器控制模块，113、高速驱动模块，114、机载多参数传感器模块。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在图1中，自主前进四轮小车系统101与四轴旋翼飞行系统102通过紧锁系统103相连，自主前进四轮小车系统101、四轴旋翼飞行系统102与PC机终端之间通过Zigbee无线传输网络进行通讯。
在图2中，小车控制模块104为自主前进四轮小车系统101的核心，小车控制模块104上的Arduino控制单元产生控制信号，供给驱动模块106，用以控制小车系统的运动；同时通过接口电路获取车载多参数传感器模块107的输出信号并进行处理。利用通信模块111将处理后的信息发送至PC终端，供电模块105利用蓄电池给自主前进四轮小车系统101供电，并包含相关电路用以检测蓄电池电压。安全模块109利用防护垫、紧急制动阀等装置，可在特殊情况下保护自主前进四轮小车系统101自身的安全。充电模块110可在适当时机对四轴旋翼飞行系统102进行充电，包含相关电路用以控制恒流、恒压等不同充电方式。锁紧机构108接收到小车控制模块104发出的无法通行标志信号后，可自动触发解锁四轴旋翼飞行系统102。
在图3中，飞行器控制模块112是四轴旋翼飞行系统102的核心，飞行器控制模块112上的Arduino控制单元产生控制信号，供给高速驱动模块113，用以控制飞行系统四个旋翼的转动。同时通过接口电路获取机载多参数传感器模块114的输出信号并进行处理。利用通信模块111将处理后的信息发送至自主前进四轮小车系统101或PC终端，供电模块109利用锂电池给四轴旋翼飞行系统102供电，并包含相关电路用以检测锂电池电压。
图4所示为多地形智能移动平台的工作流程，具体为：系统开机初始化后，通过上位机PC将目标位置的坐标发送给多地形智能移动平台，多地形智能移动平台开始工作，自主前进四轮小车系统101根据自身GPS定位单元的信息调整运行方向，并实时检测前方是否有障碍物，当存在障碍物并无法逾越时，自动解锁四轴旋翼飞行系统102，并由其独自工作，完成相关任务后返回自主前进四轮小车系统101，两者一起回到初始位置，否则，由多地形智能移动平台完成相关任务。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种多地形智能移动平台，其特征在于，包括自主前进四轮小车系统(101)、四轴旋翼飞行系统(102)、锁紧系统(103)，其中，自主前进四轮小车系统(101)与四轴旋翼飞行系统(102)通过锁紧系统(103)相连，自主前进四轮小车系统(101)、四轴旋翼飞行系统(102)以无线方式与PC终端机进行无线通信；
自主前进四轮小车系统(101)包括如下装置：
小车控制模块(104)，用于产生控制信号，供给驱动模块(106)，以控制自主前进四轮小车系统(101)的运动；
供电模块(105)，用于给自主前进四轮小车系统(101)供电；
驱动模块(106)，用于根据小车控制模块(104)的控制信号驱动自主前进四轮小车系统(101)的运动；
车载多参数传感器模块(107)，用于检测位置、环境信息并向小车控制模块(104)输出传感信号；
锁紧机构(108)，用于根据接收自小车控制模块(104)发出的无法通行标志信号后，自动触发解锁四轴旋翼飞行系统(102)；
安全模块(109)，用于对自主前进四轮小车系统(101)的自身安全进行防护；
充电模块(110)，用于对四轴旋翼飞行系统(102)进行充电；
通信模块(111)，用于向PC终端发送经小车控制模块(104)处理后的传感信号；
四轴旋翼飞行系统(102)包括如下装置：
飞行器控制模块(112)，用于产生控制信号，供给高速驱动模块(113)，以控制四轴旋翼飞行系统(102)的四个旋翼的转动；
高速驱动模块(113)，用于根据飞行器控制模块(112)的控制信号，驱动控制四轴旋翼飞行系统(102)的四个旋翼的转动；
机载多参数传感器模块(114)，用于检测位置、环境等信息并向飞行器控制模块(112)输出传感信号；
所述车载多参数传感器模块(107)包括如下任一个或任多个装置：
车载红外反射式传感器，用于边缘检测、前方障碍检测及四轴旋翼飞行系统(102)与四轮小车系统(101)的对接；
车载GPS定位传感器,用于确定四轮小车系统(101)所处的位置信息；
车载温湿度传感器，用于检测四轮小车系统(101)所处的环境温度和湿度；
压力传感器，用于检测四轮小车系统(101)所处的大气压；
车载电流传感器，用于监测四轮小车系统(101)系统的工作电流；
振动传感器，用于检测四轮小车系统(101)的震动状态；
所述机载多参数传感器模块(114)包括如下任一个或任多个装置：
机载红外反射式传感器，用于障碍检测；
机载GPS定位传感器,用于确定四轴旋翼飞行系统(102)所处的位置信息；
机载温湿度传感器，用于检测四轴旋翼飞行系统(102)所处的环境温度和湿度；
陀螺仪，用于检测四轴旋翼飞行系统(102)的航向和角度；
加速度计，用于检测四轴旋翼飞行系统(102)的线性加速度；
2.4GHz无线图像传感器，用于获取四轴旋翼飞行系统(102)附近的图像信息，并通过无线方式传输至上位机；
高度传感器，用于监测四轴旋翼飞行系统(102)的飞行高度；
机载电流传感器，用于监测四轴旋翼飞行系统(102)的工作电流。
2.根据权利要求1所述的多地形智能移动平台，其特征在于，所述通信模块(111)包括Zigbee无线传输单元，其中，Zigbee无线传输单元用于实现自主前进四轮小车系统(101)、四轴旋翼飞行系统(102)及PC终端机之间的无线通讯。
3.一种权利要求1或2所述的多地形智能移动平台的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
系统开机初始化后，通过PC终端机将目标位置的坐标发送给多地形智能移动平台，多地形智能移动平台开始工作，自主前进四轮小车系统(101)根据自身GPS定位单元的信息调整运行方向，并实时检测前方是否有障碍物，当存在障碍物并无法逾越时，自动解锁四轴旋翼飞行系统(102)，并由四轴旋翼飞行系统(102)独自工作，完成相关任务后返回自主前进四轮小车系统(101)，两者一起回到初始位置，否则，由多地形智能移动平台完成相关任务。
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