CN105881488A - 军用机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种军用机器人，其整体结构包括：在履带式移动平台上装有2个机械臂，总共4个视频镜头，武器云台，控制电路、传感器、无线通讯、视频传输设备等，以及远程遥控平台。并且由本发明的军用机器人可以构建一个完全由机器人组成的作战单位，由3-5台或更多机器人组成一个军用机器人队伍，可以实现侦查、攻击、巡逻、驻守、防爆、保安等多种复杂任务，通过远程遥控平台人工实时遥控操作，并实现长期野外独立生存，不需补给及保养。

Description

军用机器人

技术领域

本发明涉及一种地面军用机器人。

背景技术

军用机器人在世界很多国家都处于积极研制、逐步装备阶段。无人机技术已经成熟并广泛应用，而地面军用机器人发展较为缓慢。目前已知的正式装备的军用地面机器人有美国的“侦察兵”、“SWORD”、“BIG DOG”，英国“手推车(Wheelbarrow)”，法国AID公司RM200等。因为军用技术保密，信息很少。德国、日本、韩国也都在积极进行军用机器人的研究。网上可以见到各种各样的原型机、试验机型。中国在陆地军用机器人领域的研究成果无法查到。公开的信息可以知道中国军工科研在车辆自主行驶领域有些成果。而人工智能技术在复杂现实环境的应用尚需时日。从可以获得的信息看，各国当前装备的军用机器人都属于人工遥控机器人，有的拖着电缆，有的完全无线工作。功能上有侦查型、攻击型、排雷、负重型。这些地面军用机器人功能较简单，能够完成的任务单一，近距离遥控操作，且需经常性维护，性能不够理想。

发明内容

本发明设计实现了一个完全由机器人组成的作战单位。由3-5台或更多机器人组成一个军用机器人队伍，可以实现侦查、攻击、巡逻、驻守、防爆、保安等多种复杂任务，人工远程遥控操作，并实现长期野外独立生存，不需补给及保养。

本发明的军用机器人整体结构为：在履带式移动平台上装有2个机械臂1、2，总共4个视频镜头5、7、8、9，一个(可扩展为2个)武器云台4，以及控制系统、传感器、无线通讯传输设备、远程遥控平台。

使用履带式小车作为机器人移动平台，磷酸铁锂电池供电，两台直流无刷电机19、20提供动力，调速范围宽，可以前进、后退、转向、原地旋转，动作灵活。

在移动平台的前端装备两只灵巧机械臂1、2，每只机械臂具有五个或六个转动轴，转轴由步进电机30、精密减速机31、交叉滚子轴承等部件构成，其中第一轴为腰关节23，第二轴为肩关节24，第三轴为肘关节25，第四五六轴为手腕关节26、27、28。电机及驱动电路使用12到24伏低电压供电，适合野外环境运行。也可采用伺服电机驱动，获得更大负载能力，但要使用200伏高电压，在野外雨水潮湿环境运行易出故障。高速嵌入式电脑构成的运动控制器控制机械臂运动，可以实现转轴运动、直线运动、示教编程、离线编程等，运动误差小于0.1毫米。

每个机械臂可以配多个电控工具3，通过电磁吸盘接口29将工具连接到机械臂上。工具按规则摆放在固定位置，机械臂具有按照指令自动更换工具的功能，工具可以是手爪，剪子，钳子、电钻、切割机、专用工具等；

精密武器云台4受遥控左右、上下运动，可以快速定位也可以精确瞄准。云台的第一轴与第二轴都由步进电机33、34，精密减速，35、36和交叉滚子轴承37、38构成，无机械回差且可以承受强冲击，适于安装各种电控击发的武器如狙击步枪，武器平台上装有专用瞄准摄像镜头5和瞄准用激光6。

两台PTZ摄像镜头7、8，都具有二维旋转功能及光学变焦功能。一台红外摄像头9用于完全黑暗环境的观测。两台PTZ镜头、瞄准镜头及红外镜头的视频输出经过视频切换后由两路无线视频传输器13、14发送。具有红外灯和远光灯17辅助照明，保证摄像头的视频效果。

远程控制平台为微型便携式结构，锂电池供电。遥控平台发送控制指令，同时接收机器人的各种数据信息及两路视频信号。遥控平台装有两个视频显示器46、47及两个数据信息显示器48、49。军用机器人装备的摄像镜头5、机械臂1、2、武器云4台均由遥控平台的摇杆39、40、41遥控操作。摇杆为三维电位器结构并带一个按钮开关，输出的电压信号经A/D转换获得控制量，执行机构按此控制量进行调速。摇杆释放后有自动回位功能，回位后控制量为0，此时所有受控部件保持当前姿态，静止不动。摇杆39控制机械臂1。在转轴运动状态下摇杆a控制机械臂第腰、肩、肘关节23、24、25转动，摇杆b控制腕关节26、27、28转动；当通过状态按钮转换到直线运动状态时，摇杆a控制机械臂在3维直角坐标系直线运动，摇杆b控制手腕关节26、27、28的姿态。机械臂运动速度与摇杆的控制量成比例。摇杆40控制机械臂2，功能与第一组相同。摇杆41控制履带移动平台的运动和视频观测，其中摇杆a控制车的进退、速度、转向；摇杆b控制摄像镜头云台7和武器云台4，通过按钮切换；摇杆c控制摄像镜头云台8和(预留的)武器云台。另外通过键盘42、43、按钮开关44实现其它全部功能。三维摇杆操控简单直观，不需学习即可操作使用机器人。

机器人控制系统由信息处理器、各功能部件处理器及数据总线构成，属于一种实时的集散控制系统(DCS)。各部件相互独立，某个部件出现故障时不影响其它设备。可以随意增减功能部件而控制系统基本不变，例如可以设计制成侦查机器人、攻击机器人、后勤保障服务机器人等，多台不同功能的机器人组合成机器人战斗队，相互支援协作可以完成复杂战斗执勤任务。

每一台机器人都装备一定数量的太阳能硅电池板12以自行充电，并装有方便的充电接口11，用于主动到发电站充电，或者由后勤保障机器人来充电，从而实现长期野外工作。每一功能部件有单独的供电开关继电器，由信息处理器统一管理。暂时不用的设备可以断电，需要时快速启动。通过电池能量检测，当出现紧急缺电状态时系统进入休眠状态等待充电。

本发明的有益效果是：装备有两只灵巧双臂的军用遥控机器人可以完成多种复杂工作，在大多数情况下可以代替人工现场操作，从而可以实现机器人队伍远程执行综合、复杂任务；并通过自行、相互保养维护等功能实现野外艰苦条件下长期驻守，而不必经常性的回收或派人维护。因此解放军装备这项发明专利的机器人将可大大加强例如边远艰苦环境的边防巡逻、驻守、警戒水平，也可以在反恐、防爆及地面作战等状况下代替人参战，从而减少人员伤亡。

附图说明

以下附图中所包含的机械结构图都属于示意性质，用于说明本发明的工作原理，机械结构的尺寸、安装结构、连接方式等都可以灵活设计，本发明不受图示机械传动结构的限制。

图1：军用机器人整体结构图；

图2：履带移动平台驱动结构图；

图3：军用机器人机械臂结构图；

图4：军用机器人武器平台结构图；

图5：远程遥控平台结构图；

具体实施方式

军用机器人的具体实施需要通过系统控制软件和遥控平台软件来实现。机器人内部采用一种实时的集散控制系统(DCS)，每一个功能部件都具有一个专用嵌入式控制器，通过数据总线实时接收指令、执行动作、发送数据。各功能部件之间并行工作，互不干扰。

机器人信息处理器负责总体管理，其功能是通过无线数据接收器15接收远程遥控数据，分析指令然后直接执行指令，或者把指令转发到数据总线：并从数据总线接收各功能部件发出的数据，然后通过无线数据传输16发送回远程遥控平台。信息处理器有本地LCD液晶显示器显示综合运行状态。

行走运动控制器通过数据总线接收小车的速度、方向指令，然后通过模拟及数字信号输出控制两路无刷电机控制器，驱动两台直流无刷电机19、20按照指令规定的速度正反转。此控制器返回无刷电机驱动器的状态信息到数据总线。

机械臂运动控制器通过数据总线接收运动指令，进行插值计算，然后输出给六路步进驱动器控制信号，驱动机械臂的六个转轴联动，使机械臂按照指令规定的速度定位到目标点。此运动控制器算法精确高效，并且可以不必要编码器的位置反馈数据，而采用可靠技术保证机械臂的重复定位精度。运动控制器实时返回位置信息到数据总线。

机器人信息处理器接有SD卡存储器，当远程遥控机械臂进行示教操作时，所产生的数据以文件形势存储在信息处理器的SD卡中。在进行重复再现运动时，信息处理器将读出数据并通过数据总线发送到机械臂运动控制器。

武器云台运动控制器通过数据总线接收遥控指令，根据指令计算转向定位的速度和位置参数，输出控制信号给两路步进电机驱动器，驱动云台转动，并通过I/O接口输出给武器电控击发指令，控制武器击发。此武器运动控制器可以预设一定数量的定位数据，使武器快速定位到预设点，也可以精确瞄准定位超远射程的目标。

PTZ云台控制器通过数据总线接收遥控指令，根据指令计算转向定位的速度和位置参数，输出控制信号给两路步进电机驱动器，驱动云台转动；根据指令信息发送串行数据给摄像镜头，控制摄像头进行变焦、亮度等操作。

超声波测距控制器不间断的驱动8或16个超声波探头模块18，获取数据后按照一定频率向数据总线发送测距结果。GPS定位，水平、方向传感器确定移动平台姿态，可装备多种多样的传感器。

机器人信息处理器接收指令综合控制全体部件的运行，并收集全部运行信息、故障信息，本地显示并通过无线传输发回到远程控制平台。

远程遥控平台由一个遥控处理器集中控制，外接两个键盘控制器42、43，3组7个三维摇杆39、40、41，2个综合信息显示器48、49，数据发送接收单元52、53，和独立于控制系统的两路无线视频接收50、51及显示器45、46。遥控处理器的实时控制指令系统精简高效，使机器人各个部件的遥控操作均同时进行。比如可以在遥控行进的同时遥控瞄准射击，并同时遥控另一摄像机观察警戒，同时还可遥控机械臂动作，互不干扰。遥控指令系统具有容错性能，复杂电磁环境下稳定可靠不会误动作。

军用机器人的大小尺寸可以灵活设计，机械臂的负载能力、机器人遥控距离、武器平台的负载能力、运动平台的移动速度、爬坡能力等都可以根据需要设计成不同等级。由于嵌入式控制器本事可以做到完全嵌入机械结构内部而几乎不占用空间，可以制成微型的侦查机器人；攻击型机器人可以做到600-1000mm的中等尺寸，也可以将控制器装进类似坦克的巨型装备。

本发明的军用机器人以强大稳定的控制系统为核心，以模块化的功能部件设计为基础，可以简便地构成各种各样的机器人，而内部控制系统一致、接口一致、指令系统一致，使军用机器人的设计、维护、更新换代都简便易行。

Claims (12)

1.军用机器人整体结构包括：履带式移动平台，装有2个机械臂1、2，总共4个视频镜头5、7、8、9，一个武器云台4，控制驱动系统、传感器系列、无线通讯传输设备、远程遥控平台。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：使用履带式小车作为机器人移动平台，磷酸铁锂电池供电，2台直流无刷电机19、20提供动力。

3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：装备两只灵巧机械臂1、2，每只机械臂具有五个或六个转动轴，转轴由步进电机、精密减速机、交叉滚子轴承构成，24伏低电压驱动。

4.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于：高速嵌入式电脑构成的运动控制器控制机械臂运动，可以实现转轴运动、直线运动、示教编程、离线编程，可以手动控制，也可以自动重复工作，示教编程由信息处理器管理并存储数据文件。

5.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于：每个机械臂最外端装有一个电磁吸盘接口29，通过电磁吸盘可以连接末端执行工具，工具按规则摆放在固定位置3，机械臂具有按照指令自动更换工具的功能，工具可以是手爪，剪子，钳子、电钻、切割机、专用工具。

6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：一个精密武器云台4，可以安装各种电控击发的武器如狙击步枪，并具备专用瞄准摄像镜头7及瞄准激6，摄像头具有超过30倍遥控变焦功能。

7.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：两台PTZ摄像镜头7、8，都具有二维精密云台及光学变焦功能，另有一台红外摄像头9，适合完全黑暗环境使用，所有摄像头通过两路无线视频传输器13、14发送视频信号，远程遥控视频切换。

8.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：机器人控制系统包括机器人信息处理器、数据总线、各个功能部件处理器、功率驱动电路、无线数据通信、照明、超声波18、GPS、温度、水平、方向传感器、电源管理、视频传输。

9.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于：机器人采用一种集散控制系统(DCS)，控制系统由信息处理器、各功能部件处理器及数据总线构成，各功能部件模块化设计，使得各个部件相互独立，可以随意增减功能部件而控制系统基本不变，因而机器人结构可以灵活多变。

10.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：远程控制平台发送控制指令，接收并显示远程机器人的各种数据信息及两路视频信号，摄像镜头、机械臂、武器云台均由摇杆遥控操作，并有键盘、按钮开关实现其它功能，操控简单，不需学习即可操纵机器人。

11.根据权利要求10所述的机器人，其特征在于：实时控制系统，各个部件的遥控操作均同时进行，遥控指令系统具有容错能力，复杂电磁环境下不会误动作。

12.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：太阳能充电电路12，及主动到发电站充电或由后勤保障机器人来充电的接口电路11，具有电源能量管理系统，所有功能部件都可以选择性启用以节省电力，实现长期野外执勤能力。