CN105080013A - 特种机器人多连杆稳定支撑结构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特种机器人多连杆稳定支撑结构及其控制方法。解决了现有技术的不足，技术方案为：消防救援机器人包括车体，车体上配设有机器人控制中心、转向电机和包括机车驱动控制模块和多连杆支承驱动模块在内的驱动控制中心模块，驱动控制中心模块与机器人控制中心电连接，转向电机固定在车体内，车体的底盘上固定有回转支承件，转向电机的输出轴通过回转支承件与车体的底盘连接，转向电机由机车驱动控制模块驱动，机车驱动控制模块和与机器人控制中心电连接，车体下部配设有多连杆支承机械臂，多连杆支承机械臂的连接结构处均上配设有卡扣锁定装置，每个卡扣锁定装置均与机器人控制中心电连接，机器人控制中心电连接有重力传感器。

Description

特种机器人多连杆稳定支撑结构及其控制方法

技术领域

本发明是一种消防设备，特别是涉及一种特种机器人多连杆稳定支撑结构及其控制方法。

背景技术

目前我国发明的消防救援机器人主要实现人工遥控操作在现场灭火操作。目前我国发明的应急救援特种机器人，大多采用轮式和履带式底盘。在其执行指令和运动的过程中，如何适应地面不同状况始终保持平衡稳定，减少移动及作业时发生侧倾甚至翻倒的意外事故，对提高特种机器人的多环境适应性和实用性至关重要。

中国专利申请号：CN201420384884.0，公开日2014年12月3日，公开了具有记录仪的消防机器人，包括消防机器人本体，在本体上具有摄像装置和控制装置，还有消防液喷射管组成的喷射装置，它还具有消防液温度测试装置、消防液压力测试装置、周围温度探测装置、氧气浓度测试装置、二氧化碳浓度测试装置和记录仪；消防液温度测试装置、消防液压力测试装置安装在消防液喷射管里面并连接记录仪；周围温度探测装置、氧气浓度测试装置、二氧化碳浓度测试装置安装在本体上连接记录仪；所述的摄像装置连接记录仪，所述的记录仪还连接发射装置，它还包括一个和发射装置相匹配的接收装置，这样的消防机器人可以记录多种数据、为以后分析事故原因提供依据的优点。但是，这类消防救援机器人在其执行指令和运动的过程中，难以适应地面不同状况，无法始终保持平衡稳定，移动及作业经常发生侧倾甚至翻倒的意外事故。

发明内容

本发明的目的是为解决目前的技术方案中存在消防救援机器人在其执行指令和运动的过程中，难以适应地面不同状况，无法始终保持平衡稳定，移动及作业经常发生侧倾甚至翻倒的意外事故的问题，提供一种特种机器人多连杆稳定支撑结构及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种特种机器人多连杆稳定支撑结构，由电源供电，用于消防救援机器人对目标地点的消防工作，所述消防救援机器人包括车体，车体上配设有机器人控制中心、转向电机和包括机车驱动控制模块和多连杆支承驱动模块在内的驱动控制中心模块，所述驱动控制中心模块与机器人控制中心电连接，所述转向电机固定在所述的车体内，车体的底盘上固定有回转支承件，所述转向电机的输出轴通过回转支承件与车体的底盘连接，所述转向电机由所述的机车驱动控制模块驱动，所述机车驱动控制模块和与所述的机器人控制中心电连接，所述车体下部配设有多连杆支承机械臂，所述多连杆支承机械臂的连接结构处均上配设有卡扣锁定装置，每个所述的卡扣锁定装置均与机器人控制中心电连接，所述机器人控制中心电连接有重力传感器，所述重力传感器配设在车体上，所述多连杆支承机械臂的顶端为车辆固定件，所述机器人控制中心通过多连杆支承驱动模块与多连杆支承机械臂电连接。本发明的重点创新在提出了一种采用回转支承结构和多连杆支承机械臂保护机器人稳定作业及运动过程智能减震平衡的技术方法，并将压力传感器和卡口锁定装置应用于机器人运动规划与平衡控制中，通过压力传感器分析出完成移动平衡稳定动作所要满足的各种条件，针对不同条件情况发出相应动作指令，以维持机器人载体的自动平衡，进一步满足机器人在不同环境中应用的实际需求。发明采用回转支承结构和多连杆支承机械臂，并集成压力传感器和嵌入式软件控制程序，用于机器人在其执行指令和运动过程中，针对所在区域的不同地面状况，首先可以通过回转支承结构的底盘实现360度旋转，以便更精确地调整应急救援的作业方向位置，此外，机器人还可按照系统指令展开多连杆多关节支承机械臂，通过压力传感器和卡口锁定装置控制各机械臂的落地高度，以扩大落地支撑半径，更好地保障机器人作业过程中的重心稳定。

作为优选，所述消防救援机器人还配套架设有远程控制服务端和在目标地点固定的定位标签，所述消防救援机器人还包括消防存储箱、执行机构、视频采集定位构件、传感信息采集模块、运动定位反馈模块和定位标签传感接收器，所述定位标签传感接收器与所述的机器人控制中心电连接，所述视频采集定位构件和传感信息采集模块通过通信网络与远程控制服务端通信连接，所述远程控制服务端内存储有云端区域消防地图和消防救援机器人进行路线图，所述远程控制服务端与所述机器人控制中心通信连接，所述运动定位反馈模块配设在执行机构上，所述运动定位反馈模块与机器人控制中心电连接，所述通信网络包括WLAN无线网络和GPRS无线网络，所述WLAN无线网络和GPRS无线网络互为冗余备份。

作为优选，所述执行机构包括机械臂、驱动轮、导向轮和消防存储箱电磁阀，所述驱动控制中心模块还包括电磁阀控制模块和机械臂控制模块，所述机械臂通过机械臂控制模块与所述的机器人控制中心电连接，所述机械臂配设在所述车体的前端，所述机械臂的前端固定有喷头，所述喷头通过灭火剂传输管与所述的消防存储箱电磁阀连接，所述消防存储箱电磁阀配设在所述的消防存储箱上，所述存储箱电磁阀通过所述电磁阀控制模块与所述的机器人控制中心电连接，所述驱动轮和导向轮均由机车驱动控制模块驱动。

作为优选，所述传感信息采集模块包括温度湿度传感器、风速风向传感器、可燃气体传感器和人体感应传感器，所述温度湿度传感器、风速风向传感器、可燃气体传感器和人体感应传感器均与所述机器人控制中心电连接。

作为优选，所述车体的前部上表面固定有设备安装部，所述传感信息采集模块固定在所述的设备安装部内，视频采集定位构件包括固定在所述设备安装部上表面的红外热像仪和固定在机械臂上的视频探头，所述视频探头为全向视频摄像机，所述远程控制服务端配设有立体显示外设。

作为优选，所述驱动轮为后轮，所述导向轮为前轮，所述导向轮上配设有角度传感器，所述驱动轮上配设有光栅计数器，所述导向轮和所述光栅计数器均与所述的机器人控制中心电连接，所述设备安装部内还固定有朝向前方的照明灯。

作为优选，所述车体上还配设有声音语音采集模块和声音语音广播模块，所述声音语音采集模块和声音语音广播模块均与所述的机器人控制中心电连接。

作为优选，所述定位标签为RFID定位标签，所述定位标签传感接收器为RF读卡器。

作为优选，所述转向电机的输出轴上配设有光电编码盘，所述光电编码盘的输出端与所述机器人控制中心电连接。

一种特种机器人多连杆稳定支撑结构的控制方法，适用于如权利要求8所述的特种机器人多连杆稳定支撑结构，包括以下步骤：

步骤一，消防救援机器人初始化，执行机构、定位标签传感接收器、视频采集定位构件、传感信息采集模块、机器人控制中心、信号指令接收模块、驱动控制中心模块和运动定位反馈模块均得电启动，

步骤二，消防救援机器人根据定位标签定位，消防救援机器人根据定位结果采用OBB算法自动寻路，实现自动巡逻，传感信息采集模块判断当前环境变量并通过通信网络上传至远程控制服务端，视频采集定位构件对当前环境进行实时拍摄并通过通信网络上传至远程控制服务端，当远程控制服务端判定存在消防隐患或起火源时，中断自动巡逻执行步骤三，

步骤三，消防救援机器人对消防隐患或起火源进行目标定位，然后自动按照目标定位结果或根据远程命令进行消防和灭火，灭火完成后重新跳转执行步骤二；

在步骤三中，车体方向的调节由转向电机旋转调节，当转向电机调节完成后，若车辆根据重力传感器的数值判断当前车体的倾斜角，若当前车体的倾斜角大于设定阈值则机器人控制中心输出控制命令至多连杆支承机械臂，展开多连杆支承机械臂并驱动卡扣锁定装置锁定多连杆支承机械臂的落地高度，维持车辆平衡。

本发明的实质性效果是通过多连杆稳定支撑底盘及运动过程平衡控制技术，解决了目前各类特种机器人在移动及作业时容易发生倾翻事故的设计不足，提高了特种机器人的平衡性能，从而为机器人顺利完成作业提供更好的保障，进一步满足机器人产品在不同环境中应用的实际需求。1、提高机器人的稳定、平衡性、适应复杂的地面情况。2、提高机器人转弯能力和能控性。

附图说明

图1为本发明中回转支承连接结构在底盘处的位置示意图；

图2为本发明中消防救援机器人的结构示意图。

图中：1、车体；2、消防存储箱；3、消防存储箱电磁阀，4、传输管，5、传输软管，6、机械臂，7、喷头，8、视频探头，9、红外热像仪，10、照明灯，11、传感信息采集模块，12、声音语音广播模块，13、RF读卡器，14、电源，15、驱动轮，16、导向轮，17、电源控制箱，18、机器人控制中心，31、转向电机，32、回转支承件，33、底盘，34、多连杆支承机械臂，35、车辆固定件。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

实施例：

一种特种机器人多连杆稳定支撑结构(参见附图1和附图2)，由蓄电池作为电源14通过电源控制箱17输出合适的电压进行供电，用于目标地点的消防工作，用于消防救援机器人对目标地点的消防工作，所述消防救援机器人包括车体1，车体上配设有机器人控制中心18、转向电机31和包括机车驱动控制模块和多连杆支承驱动模块在内的驱动控制中心模块，所述驱动控制中心模块与机器人控制中心电连接，所述转向电机固定在所述的车体内，车体的底盘33上固定有回转支承件32，所述转向电机的输出轴通过回转支承件与车体的底盘连接，所述转向电机由所述的机车驱动控制模块驱动，所述机车驱动控制模块和与所述的机器人控制中心电连接，所述车体下部配设有多连杆支承机械臂34，所述多连杆支承机械臂的连接结构处均上配设有卡扣锁定装置，每个所述的卡扣锁定装置均与机器人控制中心电连接，所述机器人控制中心电连接有重力传感器，所述重力传感器配设在车体上，所述多连杆支承机械臂的顶端为车辆固定件35，所述机器人控制中心通过多连杆支承驱动模块与多连杆支承机械臂电连接。所述消防救援机器人还配套架设有远程控制服务端和在目标地点固定的定位标签，所述消防救援机器人还包括消防存储箱2、执行机构、视频采集定位构件、传感信息采集模块11、运动定位反馈模块和定位标签传感接收器，所述定位标签传感接收器与所述的机器人控制中心电连接，所述视频采集定位构件和传感信息采集模块通过通信网络与远程控制服务端通信连接，所述远程控制服务端内存储有云端区域消防地图和消防救援机器人进行路线图，所述远程控制服务端与所述机器人控制中心通信连接，所述运动定位反馈模块配设在执行机构上，所述运动定位反馈模块与机器人控制中心电连接，所述通信网络包括WLAN无线网络和GPRS无线网络，所述WLAN无线网络和GPRS无线网络互为冗余备份。所述执行机构包括机械臂6、驱动轮15、导向轮16和消防存储箱电磁阀3，所述驱动控制中心模块还包括电磁阀控制模块和机械臂控制模块，所述机械臂通过机械臂控制模块与所述的机器人控制中心电连接，所述机械臂配设在所述车体的前端，所述机械臂的前端固定有喷头7，所述喷头通过由传输管4和软传输管5构成的灭火剂传输管与所述的消防存储箱电磁阀连接，所述消防存储箱电磁阀配设在所述的消防存储箱上，所述存储箱电磁阀通过所述电磁阀控制模块与所述的机器人控制中心电连接，所述驱动轮和导向轮均由机车驱动控制模块驱动。所述传感信息采集模块包括温度湿度传感器、风速风向传感器、可燃气体传感器和人体感应传感器，所述温度湿度传感器、风速风向传感器、可燃气体传感器和人体感应传感器均与所述机器人控制中心电连接。

所述车体的前部上表面固定有设备安装部，所述传感信息采集模块固定在所述的设备安装部内，视频采集定位构件包括固定在所述设备安装部上表面的红外热像仪9和固定在机械臂上的视频探头8，所述视频探头为全向视频摄像机，所述远程控制服务端配设有立体显示外设。所述驱动轮为后轮，所述导向轮为前轮，所述导向轮上配设有角度传感器，所述驱动轮上配设有光栅计数器，所述导向轮和所述光栅计数器均与所述的机器人控制中心电连接，所述设备安装部内还固定有朝向前方的照明灯10。所述车体上还配设有声音语音采集模块和声音语音广播模块12，所述声音语音采集模块和声音语音广播模块均与所述的机器人控制中心电连接。所述定位标签为RFID定位标签，所述定位标签传感接收器为RF读卡器13。所述转向电机的输出轴上配设有光电编码盘，所述光电编码盘的输出端与所述机器人控制中心电连接。

一种特种机器人多连杆稳定支撑结构的控制方法，适用于上述的特种机器人多连杆稳定支撑结构，其特征在于，

包括以下步骤：

步骤一，消防救援机器人初始化，执行机构、定位标签传感接收器、视频采集定位构件、传感信息采集模块、机器人控制中心、信号指令接收模块、驱动控制中心模块和运动定位反馈模块均得电启动，

步骤二，消防救援机器人根据定位标签定位，消防救援机器人根据定位结果采用OBB算法自动寻路，实现自动巡逻，传感信息采集模块判断当前环境变量并通过通信网络上传至远程控制服务端，视频采集定位构件对当前环境进行实时拍摄并通过通信网络上传至远程控制服务端，当远程控制服务端判定存在消防隐患或起火源时，中断自动巡逻执行步骤三，

步骤三，消防救援机器人对消防隐患或起火源进行目标定位，然后自动按照目标定位结果或根据远程命令进行消防和灭火，灭火完成后重新跳转执行步骤二；

在步骤三中，车体方向的调节由转向电机旋转调节，当转向电机调节完成后，若车辆根据重力传感器的数值判断当前车体的倾斜角，若当前车体的倾斜角大于设定阈值则机器人控制中心输出控制命令至多连杆支承机械臂，展开多连杆支承机械臂并驱动卡扣锁定装置锁定多连杆支承机械臂的落地高度，维持车辆平衡。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种特种机器人多连杆稳定支撑结构，由电源供电，用于消防救援机器人对目标地点的消防工作，其特征在于：所述消防救援机器人包括车体，车体上配设有机器人控制中心、转向电机和包括机车驱动控制模块和多连杆支承驱动模块在内的驱动控制中心模块，所述驱动控制中心模块与机器人控制中心电连接，所述转向电机固定在所述的车体内，车体的底盘上固定有回转支承件，所述转向电机的输出轴通过回转支承件与车体的底盘连接，所述转向电机由所述的机车驱动控制模块驱动，所述机车驱动控制模块和与所述的机器人控制中心电连接，所述车体下部配设有多连杆支承机械臂，所述多连杆支承机械臂的连接结构处均上配设有卡扣锁定装置，每个所述的卡扣锁定装置均与机器人控制中心电连接，所述机器人控制中心电连接有重力传感器，所述重力传感器配设在车体上，所述多连杆支承机械臂的顶端为车辆固定件，所述机器人控制中心通过多连杆支承驱动模块与多连杆支承机械臂电连接。

2.根据权利要求1所述的特种机器人多连杆稳定支撑结构，其特征在于：所述消防救援机器人还配套架设有远程控制服务端和在目标地点固定的定位标签，所述消防救援机器人还包括消防存储箱、执行机构、视频采集定位构件、传感信息采集模块、运动定位反馈模块和定位标签传感接收器，所述定位标签传感接收器与所述的机器人控制中心电连接，所述视频采集定位构件和传感信息采集模块通过通信网络与远程控制服务端通信连接，所述远程控制服务端内存储有云端区域消防地图和消防救援机器人进行路线图，所述远程控制服务端与所述机器人控制中心通信连接，所述运动定位反馈模块配设在执行机构上，所述运动定位反馈模块与机器人控制中心电连接，所述通信网络包括WLAN无线网络和GPRS无线网络，所述WLAN无线网络和GPRS无线网络互为冗余备份。

3.根据权利要求2所述的特种机器人多连杆稳定支撑结构，其特征在于：所述执行机构包括机械臂、驱动轮、导向轮和消防存储箱电磁阀，所述驱动控制中心模块还包括电磁阀控制模块和机械臂控制模块，所述机械臂通过机械臂控制模块与所述的机器人控制中心电连接，所述机械臂配设在所述车体的前端，所述机械臂的前端固定有喷头，所述喷头通过灭火剂传输管与所述的消防存储箱电磁阀连接，所述消防存储箱电磁阀配设在所述的消防存储箱上，所述存储箱电磁阀通过所述电磁阀控制模块与所述的机器人控制中心电连接，所述驱动轮和导向轮均由机车驱动控制模块驱动。

4.根据权利要求3所述的特种机器人多连杆稳定支撑结构，其特征在于：所述传感信息采集模块包括温度湿度传感器、风速风向传感器、可燃气体传感器和人体感应传感器，所述温度湿度传感器、风速风向传感器、可燃气体传感器和人体感应传感器均与所述机器人控制中心电连接。

5.根据权利要求3所述的特种机器人多连杆稳定支撑结构，其特征在于：所述车体的前部上表面固定有设备安装部，所述传感信息采集模块固定在所述的设备安装部内，视频采集定位构件包括固定在所述设备安装部上表面的红外热像仪和固定在机械臂上的视频探头，所述视频探头为全向视频摄像机，所述远程控制服务端配设有立体显示外设。

6.根据权利要求5所述的特种机器人多连杆稳定支撑结构，其特征在于：所述驱动轮为后轮，所述导向轮为前轮，所述导向轮上配设有角度传感器，所述驱动轮上配设有光栅计数器，所述导向轮和所述光栅计数器均与所述的机器人控制中心电连接，所述设备安装部内还固定有朝向前方的照明灯。

7.根据权利要求5所述的特种机器人多连杆稳定支撑结构，其特征在于：所述车体上还配设有声音语音采集模块和声音语音广播模块，所述声音语音采集模块和声音语音广播模块均与所述的机器人控制中心电连接。

8.根据权利要求7所述的特种机器人多连杆稳定支撑结构，其特征在于：所述定位标签为RFID定位标签，所述定位标签传感接收器为RF读卡器。

9.根据权利要求7所述的特种机器人多连杆稳定支撑结构，其特征在于：所述转向电机的输出轴上配设有光电编码盘，所述光电编码盘的输出端与所述机器人控制中心电连接。

10.一种特种机器人多连杆稳定支撑结构的控制方法，适用于如权利要求8所述的特种机器人多连杆稳定支撑结构，其特征在于，

包括以下步骤：

步骤一，消防救援机器人初始化，执行机构、定位标签传感接收器、视频采集定位构件、传感信息采集模块、机器人控制中心、信号指令接收模块、驱动控制中心模块和运动定位反馈模块均得电启动，

步骤二，消防救援机器人根据定位标签定位，消防救援机器人根据定位结果采用OBB算法自动寻路，实现自动巡逻，传感信息采集模块判断当前环境变量并通过通信网络上传至远程控制服务端，视频采集定位构件对当前环境进行实时拍摄并通过通信网络上传至远程控制服务端，当远程控制服务端判定存在消防隐患或起火源时，中断自动巡逻执行步骤三，

步骤三，消防救援机器人对消防隐患或起火源进行目标定位，然后自动按照目标定位结果或根据远程命令进行消防和灭火，灭火完成后重新跳转执行步骤二；

在步骤三中，车体方向的调节由转向电机旋转调节，当转向电机调节完成后，若车辆根据重力传感器的数值判断当前车体的倾斜角，若当前车体的倾斜角大于设定阈值则机器人控制中心输出控制命令至多连杆支承机械臂，展开多连杆支承机械臂并驱动卡扣锁定装置锁定多连杆支承机械臂的落地高度，维持车辆平衡。