CN105667631A - 自主弹跳越障的遥控小车 - Google Patents

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武书昆
汪洋
张瑞朋
罗磊
朱建阳
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Abstract

本发明提供的一种自主弹跳越障的遥控小车，包括：机架，所述机架由上板及下板构成；行走系统，所述行走系统设置在所述机架上，用以驱动所述机架移动；弹射系统，所述弹射系统设置在所述机架上，用以提供升力；测量系统，所述测量系统设置在所述机架上，用以测量障碍物；控制系统，所述控制系统设置在所述机架上，用以控制所述行走系统、所述弹射系统及控制系统。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：1)能够在平坦地面快速行进，也可以越过围墙和沟壑等障碍物；2)体积小，续航能力强，遥控范围远，并且具有实时图像传输功能。

Description

自主弹跳越障的遥控小车
技术领域
本发明涉及一种自主弹跳越障的遥控小车，可以在遥控器的远程控制下以三轮或四轮小车的形式在地面行进，也可以通过涵道风扇产生升力弹跳越过障碍物。其上还装有摄像头和激光发射器，能够测量障碍物高度、距离，并将实时图像传输给控制者。本发明可以应用在军事侦察、工业现场调查等领域。
背景技术
机器人的行走机构有很多种类，如轮式、履带式以及多足式等等。其中轮式行走机构的运用最为广泛，因为其制造方便，易于控制，并且效率很高，可以达到很快的移送速度。一个最常见的轮式行走机器人就是遥控小车，可以用在火灾、爆炸现场勘察领域，或者军事侦察领域。上述提到的行走机构有一个很大的缺点，其都依赖于持续的地面接触，只能在平地或者起伏不大的地方发挥功能，无法越过高于轮胎直径的阻碍，无法跨过比轮胎直径更深的沟壑。而实际在军事侦察或者现场勘察的过程中，很有可能遇到这样的阻碍。
为了解决这个问题，可以考虑给遥控小车附加一个弹射模块，用于跳过墙壁和沟壑之类的障碍。按照动力来源分类，弹射装置可以分为很多种：压缩气体式、弹簧式、爆燃式以及电磁式。为了提供足够的弹射力度，压缩气体式的弹射装置需要携带大型的储气装置，而且其续航能力不足。弹簧式的弹射装置需要巨大的弹簧，其固定和复位机构重量过大。爆燃式的弹射装置结构复杂，难以控制，并且比压缩气体式更加危险，不适合特殊现场。电磁式的弹射装置需要巨大的线圈和电能，在侦察小车这个体积的机器人上是无法装备的。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种采用涵道风扇作为弹射动力来源的，可以在激光测量障碍物距离和高度的基础上移动的自主弹跳越障的遥控小车。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种自主弹跳越障的遥控小车，包括：机架，所述机架由上板及下板构成；行走系统，所述行走系统设置在所述机架上，用以驱动所述机架移动；弹射系统，所述弹射系统设置在所述机架上，用以提供升力；测量系统，所述测量系统设置在所述机架上，用以测量障碍物；控制系统，所述控制系统设置在所述机架上，用以控制所述行走系统、所述弹射系统及控制系统。
优选地，所述行走系统包括：驱动电机，所述驱动电机设置在所述机架内；驱动轮，所述驱动轮与所述驱动电机连接；从动轮，所述从动轮与所述机架转动连接。
优选地，所述驱动电机及所述驱动轮的数量各为两个，两个所述驱动电机及所述驱动轮分别连接。
优选地，所述弹射系统包括涵道风扇、电源及用以驱动所述涵道风扇的风扇驱动部件。
优选地，所述涵道风扇的叶片直径为80毫米～150毫米。
优选地，所述弹射系统还包括风扇角度调节装置，所述风扇角度调节装置与所述涵道风扇连接。
优选地，在所述从动轮内设有自旋平衡机构，所述自旋平衡机构与所述控制系统连接；所述自旋平衡机构包括平衡叶片及用以驱动所述平衡叶片的叶片驱动部件。
优选地，所述平衡叶片为竖直旋转叶片，所述竖直旋转叶片对所述机架的推力方向与所述机机架因所述涵道风扇的推力而产生的自旋方向相反。
优选地，所述测量系统包括线激光发射器、摄像头及无线图像实时传输模块。
优选地，所述控制系统包括单片机及无线传输模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)能够在平坦地面快速行进，也可以越过围墙和沟壑等障碍物；
2)体积小，续航能力强，遥控范围远，并且具有实时图像传输功能。
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是本发明自主弹跳越障的遥控小车结构示意图。
图中：
1-上板2-下板3-电源
4-驱动电机5-驱动轮6-从动轮
7-涵道风扇8-风扇角度调节装置9-叶片
10-激光发射器11-摄像头
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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，在一个本发明涉及的弹跳小车的实施方式中，整个小车用两块碳纤维板作为架构，包括上板1和下板2。按照功能，可将其分为弹射系统、行走系统、测高测距系统和控制系统四个部分。其中，弹射系统由涵道风扇7提供升力，行走系统利用驱动轮5和从动轮6移动，测高测距系统以激光测量障碍高度和距离，控制系统以单片机作为处理核心，负责各部件的配合以及与上位机的交流。
弹射系统的主要部件包括推力提供装置及其驱动和调节机构。整个系统主要包括以下几个部件：电池(电源3)、电调、涵道风扇7及风扇角度调节装置8。在本实施方式中，选用了105涵道。该涵道风扇7采用4253/1200KV电机，需要一块6S电池(电源3)供电。电调部分采用了与其搭配的额定120A电调。电池(电源3)部分采用了特别设计的3300mAh/40C的6S电池12。另外，为了平衡风扇的自旋，在从动轮22内部设置有一个竖直的叶片9，由中央的电机驱动，可以产生与自旋方向相反的推力。
行走系统主要部件包括直流驱动电机4及其驱动板。驱动电机4选用385直流减速电机，该电机自带减速器，因此可以在转速和扭矩上取得很好的平衡，同时也使得电机断电的时候能保证一定的刹车力。两个驱动轮5上的直流驱动电机4用L298N驱动板分别驱动，驱动电压24V，由涵道风扇7的电池(电源3)直接供电。当两个驱动轮5以同样的转速同向转动时，可以达到前进或者后退的效果；当两个驱动轮5以相同的速度反向转动时，能达到原地左转或者右转的效果。从动轮6位于小车后部，起支撑作用，表面光滑，减小转向阻力。
控制系统主要包括单片机和无线模块。控制部分的核心选用ArduinoMEGA2560开发板。这块开发板可以直接产生PWM信号，控制驱动电机4的驱动板和涵道风扇7的电调。无线界面同时采用两种方式，第一是参考航模的架构，采用遥控器搭配接收器的方式。通过遥控器能够方便直观的控制小车的行走功能，包括前后和左右，同时也可以直接控制涵道风扇7。另一个无线界面是ZigBee的无线模块，用来和上位机电脑进行高度和距离数据的传输，另外上位机也可以通过这个无线界面向小车发送涵道风扇7角度的调整命令。具体的硬件，遥控器和接收器部分采用的是FutabaR6208SB+T8FG，能够实现8通道的比例控制，最远遥控距离2公里。ZigBee模块采用的是Xbee的XbeeProS2B，功耗低，体积小，能实现1.5公里的传输距离。
视觉系统包括红外激光笔(激光发射器10)和摄像头11，以及一个独立的FPV图传模块。红外激光笔(激光发射器10)能够发出红色线激光用于定位，图像被摄像头11捕捉之后送图传，图传通过5.8GHz的无线界面将其传输到上位机的接收器，在上位机的屏幕上显示出来。图传的最远传输距离为2公里。
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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种自主弹跳越障的遥控小车，其特征在于，包括：
机架，所述机架由上板及下板构成；
行走系统，所述行走系统设置在所述机架上，用以驱动所述机架移动；
弹射系统，所述弹射系统设置在所述机架上，用以提供升力；
测量系统，所述测量系统设置在所述机架上，用以测量障碍物；
控制系统，所述控制系统设置在所述机架上，用以控制所述行走系统、所述弹射系统及控制系统。
2.根据权利要求1所述的自主弹跳越障的遥控小车，其特征在于，所述行走系统包括：
驱动电机，所述驱动电机设置在所述机架内；
驱动轮，所述驱动轮与所述驱动电机连接；
从动轮，所述从动轮与所述机架转动连接。
3.根据权利要求2所述的自主弹跳越障的遥控小车，其特征在于，所述驱动电机及所述驱动轮的数量各为两个，两个所述驱动电机及所述驱动轮分别连接。
4.根据权利要求2所述的自主弹跳越障的遥控小车，其特征在于，所述弹射系统包括涵道风扇、电源及用以驱动所述涵道风扇的风扇驱动部件。
5.根据权利要求4所述的自主弹跳越障的遥控小车，其特征在于，所述涵道风扇的叶片直径为80毫米～150毫米。
6.根据权利要求4所述的自主弹跳越障的遥控小车，其特征在于，所述弹射系统还包括风扇角度调节装置，所述风扇角度调节装置与所述涵道风扇连接。
7.根据权利要求4所述的自主弹跳越障的遥控小车，其特征在于，在所述从动轮内设有自旋平衡机构，所述自旋平衡机构与所述控制系统连接；所述自旋平衡机构包括平衡叶片及用以驱动所述平衡叶片的叶片驱动部件。
8.根据权利要求7所述的自主弹跳越障的遥控小车，其特征在于，所述平衡叶片为竖直旋转叶片，所述竖直旋转叶片对所述机架的推力方向与所述机机架因所述涵道风扇的推力而产生的自旋方向相反。
9.根据权利要求1所述的自主弹跳越障的遥控小车，其特征在于，所述测量系统包括线激光发射器、摄像头及无线图像实时传输模块。
10.根据权利要求1所述的自主弹跳越障的遥控小车，其特征在于，所述控制系统包括单片机及无线传输模块。
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