CN103914072B - 一种新型侦测机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型侦测机器人，其包括球形外壳、车体部分和全向轮，所述车体部分在球形外壳的内部，用来承载全向轮和侦测器件；其控制部分包括信号采集部分、控制和驱动部分，其中，所述信号采集部分其包括侦测器件和信号采集模块，所述信号采集部分将车体运动状况、全向轮的转角信息和检测的外围环境信息传输至所述信号采集模块中；所述信号采集模块将信息传输至无线系统中，并且反馈至用户；所述无线系统用于接收用户的控制命令并向用户反馈机器人当前的运动参数。本发明提高了侦测机器人的灵活性，并且机器人环境是全封闭的，不易损坏，相对于恶劣的环境比如湿度极大或者空气腐蚀性较强的地方也能够轻松侦测到。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种在无法人为干预的极恶劣环境下适应较复杂地形的新型侦测机器人。
背景技术
球形移动机器人是指一类将运动执行机构、传感器、控制器、能源装置安装在一球形壳体内的系统的总称。由于这类机器人具有良好的动态和静态平衡性，同时具有很好的密封性，可以行驶在无人、沙尘、潮湿、腐蚀性的恶劣环境中，并具有水陆两栖功能；可应用于行星探测、环境监测、国防装备、娱乐等领域。
目前没有专门应用在侦测领域的球型机器人，大多数应用在了娱乐产业等范围内。现有侦测机器人现大多为轮式驱动，少数存在仿生足式驱动。轮式驱动的环境适应性弱，机动性弱；而仿生式驱动虽然机动性较强，但是结构复杂，容易损坏，环境适应性很差。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型侦测机器人，用以克服上述技术缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种新型侦测机器人，其包括球形外壳、车体部分和全向轮，所述车体部分在球形外壳的内部，用来承载全向轮和侦测器件；
其控制部分包括信号采集部分、控制和驱动部分，其中，所述信号采集部分其包括侦测器件和信号采集模块，所述信号采集部分将车体运动状况、全向轮的转角信息和检测的外围环境信息传输至所述信号采集模块中；所述信号采集模块将信息传输至无线系统中，并且反馈至用户；
所述无线系统用于接收用户的控制命令并向用户反馈机器人当前的运动参数；
所述控制和驱动部分包括控制电路板、驱动控制板和车体驱动模块，其中，所述控制电路板与无线系统连接，用于解析从无线系统接收的用户命令成为车体驱动模块可理解的数据流，并根据从检测系统反馈的信息对当前控制数据进行修正以准确达到用户目的。
进一步，所述侦测器件包括加速度计、角度传感器和摄像头，其中，
所述加速度计位于机器人球体几何中心，用于检测车体运动状况；所述角度传感器位于轮轴处，用于反馈控制步进电机的运动情况；所述摄像头，用来监测外围环境，便于人工远程控制机器人运动或机器人自主判断后续运动操作。
进一步，所述车体部分包括顶层支撑板、中部支撑板、底部支撑板和铜柱，其中，
所述顶层支撑板、中部支撑板和底部支撑板均为圆形板；所述铜柱共包括两组，每组四个，分别连接所述顶部支撑板和中部支撑板，及所述中部支撑板和底部支撑板。
进一步，所述车体部分还包括全向轮固定支架，其与所述中部支撑板连接，用以固定所述全向轮。
进一步，所述全向轮包括四个在车体上正交分布的橡胶轮，与球形壳体紧密接触，并且固定在车体部分的中央部位，由步进电机直接带动，驱使车体部分运动。
进一步，所述车体驱动模块用于控制全向轮的运动以及摄像头的转动。
进一步，所述球形外壳的材质为透明的亚克力材料。
进一步，所述车体部分为铝合金框架，其形状约为半径略小于球形外壳的半球形。
进一步，在车体部分还连接一可调节配重，用于降低机器人整体重心并对重心位置进行微调使其达到最佳状态。
进一步，所述机器人的运动采用模糊PID控制，用户要求量与车体状态参量进行比较后得出待调参量，进行模糊化与模糊推理后得出PID控制参数，制参数整合进入PID控制器，经D/A转换得到驱动电路控制车体的控制参量。
与现有技术相比较本发明的有益效果在于：本发明提高了侦测机器人的灵活性，并且机器人环境是全封闭的，不易损坏，相对于恶劣的环境比如湿度极大或者空气腐蚀性较强的地方也能够轻松侦测到。
附图说明
图1为本发明新型侦测机器人的结构示意图；
图2为本发明新型侦测机器人的功能框图；
图3为本发明新型侦测机器人的工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
请参阅图1所示，其为本发明新型侦测机器人的结构示意图，所述侦测机器人为球形移动机器人，其包括球形外壳10、车体部分和全向轮5，所述球形外壳10的材质为透明的亚克力材料，质轻而坚固；所述车体部分，用来承载全向轮5和侦测器件7。
所述车体部分在球形外壳10的内部，车体部分为铝合金框架，其形状约为半径略小于球形外壳10的半球形；所述车体部分包括顶层支撑板1、中部支撑板2、底部支撑板3和铜柱4，其中，所述顶层支撑板1、中部支撑板和底部支撑板均为圆形板，在本实施例中，均为一个；所述铜柱共包括两组，每组四个，分别连接所述顶部支撑板1和中部支撑板2，及所述中部支撑板2和底部支撑板3。所述车体部分还包括全向轮固定支架6，其与所述中部支撑板2连接，用以固定所述全向轮5。
在本发明中，所述全向轮5包括四个在车体上正交分布的橡胶轮，与球形壳体紧密接触，并且固定在车体部分的中央部位，由步进电机直接带动，驱使车体部分运动。
在车体部分还连接一可调节配重，用于降低机器人整体重心并对重心位置进行微调使其达到最佳状态；最佳状态为当球体静止车体能自由在球内运动时，车体平台保持水平。
所述侦测器件7包括加速度计113、角度传感器114和摄像头115，其中，所述加速度计113位于机器人球体几何中心，用于检测车体运动状况；所述角度传感器114位于橡胶轮轴处，用于反馈控制步进电机的运动情况；所述摄像头115，用来监测外围环境，便于人工远程控制机器人运动或机器人自主判断后续运动操作。
在所述车体部分上还设置电路板8，以及信号采集卡。
请参阅图2所示，其为本发明新型侦测机器人的功能框图，该侦测机器人包括信号采集部分12、控制和驱动部分22，其包括设置在车体部分上的侦测器件7和信号采集模块116，所述加速度计113、角度传感器114和摄像头115分别将车体运动状况、全向轮的转角信息和检测的外围环境信息传输至所述信号采集模块116中。所述信号采集模块16将信息传输至无线系统32中，并且反馈至用户。
所述无线系统32用于接收用户的控制命令并向用户反馈机器人当前的运动参数。在本发明中，用户通过用户端向机器人发送指令，该用户端包括遥控器与显示屏；所述信号采集和收集部分集成为一无线信号采集卡。
根据不同用户的需求，可以对机器人的信号采集和收集部分进行扩充，比如光敏传感器，热敏传感器等。
所述控制和驱动部分22包括控制电路板213、驱动控制板214和车体驱动模块215，其中，所述控制电路板213为整个电路板的核心，其与无线系统32连接，用于解析从无线系统32接收的用户命令成为车体驱动模块215可理解的数据流，并根据从检测系统反馈的信息对当前控制数据进行修正以准确达到用户目的。
所述车体驱动模块215用于控制全向轮5的运动以及摄像头的转动。
本发明中，球型机器人从静止到运动的过程如下：用户发送前进命令，经无线系统传输至所述驱动控制板214，进而调节所述全向轮5运动，球壳内整个车体产生前移，球体重心向前倾，重心的偏转产生向前作用的力矩推动球体向前运动，同时控制电路板采用PID算法，对加速度计的信息进行分析，控制全向轮的运动以保证球体重心位置稳定，并保证在接收下一命令时有足够的运动可操作性。
本发明机器人的运动采用模糊PID控制，用户要求量与车体状态参量进行比较后得出待调参量，进行模糊化与模糊推理后得出PID控制参数，制参数整合进入PID控制器，经D/A转换得到驱动电路控制车体的控制参量。
本发明的机器人分为手动和自动两种工作方式，开机后，用户选择手动或自动工作模式，在自动工作模式下，用户发送要求，机器人自主分析执行要求，并记录或反馈检测数据，确定任务是否完成，若完成任务，则关机，若没有完成任务，则返回，继续由用户发送请求，直到任务完成。
在手动工作模式下，用户发送控制数据，机器人执行控制数据，然后用户索求检测数据，机器人返回检测结果，确认任务是否完成，若完成，则关机，若未完成，则用户继续发送控制数据，直到任务完成。
本发明提高了侦测机器人的灵活性，并且机器人环境是全封闭的，不易损坏，相对于恶劣的环境比如湿度极大或者空气腐蚀性较强的地方也能够轻松侦测到。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种新型侦测机器人，其特征在于，其包括球形外壳、车体部分和全向轮，所述车体部分在球形外壳的内部，用来承载全向轮和侦测器件；
其控制部分包括信号采集部分、控制和驱动部分，其中，所述信号采集部分其包括侦测器件和信号采集模块，所述信号采集部分将车体运动状况、全向轮的转角信息和检测的外围环境信息传输至所述信号采集模块中；所述信号采集模块将信息传输至无线系统中，并且反馈至用户；
所述无线系统用于接收用户的控制命令并向用户反馈机器人当前的运动参数；
所述控制和驱动部分包括控制电路板、驱动控制板和车体驱动模块，其中，所述控制电路板与无线系统连接，用于解析从无线系统接收的用户命令成为车体驱动模块可理解的数据流，并根据从检测系统反馈的信息对当前控制数据进行修正以准确达到用户目的；
所述侦测器件包括加速度计、角度传感器和摄像头，其中，
所述加速度计位于机器人球体几何中心，用于检测车体运动状况；所述角度传感器位于轮轴处，用于反馈控制步进电机的运动情况；所述摄像头，用来监测外围环境，便于人工远程控制机器人运动或机器人自主判断后续运动操作；
所述车体部分包括顶层支撑板、中部支撑板、底部支撑板和铜柱，其中，
所述顶层支撑板、中部支撑板和底部支撑板均为圆形板；所述铜柱共包括两组，每组四个，分别连接所述顶部支撑板和中部支撑板，及所述中部支撑板和底部支撑板；
所述全向轮包括四个在车体上正交分布的橡胶轮，与球形壳体紧密接触，并且固定在车体部分的中央部位，由步进电机直接带动，驱使车体部分运动。
2.根据权利要求1所述的新型侦测机器人，其特征在于，所述车体部分还包括全向轮固定支架，其与所述中部支撑板连接，用以固定所述全向轮。
3.根据权利要求1所述的新型侦测机器人，其特征在于，所述车体驱动模块用于控制全向轮的运动以及摄像头的转动。
4.根据权利要求1所述的新型侦测机器人，其特征在于，所述球形外壳的材质为透明的亚克力材料。
5.根据权利要求1所述的新型侦测机器人，其特征在于，所述车体部分为铝合金框架，其形状约为半径略小于球形外壳的半球形。
6.根据权利要求1所述的新型侦测机器人，其特征在于，在车体部分还连接一可调节配重，用于降低机器人整体重心并对重心位置进行微调使其达到最佳状态。
7.根据权利要求1所述的新型侦测机器人，其特征在于，所述机器人的运动采用模糊PID控制，用户要求量与车体状态参量进行比较后得出待调参量，进行模糊化与模糊推理后得出PID控制参数，制参数整合进入PID控制器，经D/A转换得到驱动电路控制车体的控制参量。
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