CN106170370B

CN106170370B - 远程控制的机器人车辆

Info

Publication number: CN106170370B
Application number: CN201480073570.1A
Authority: CN
Inventors: C.萨伦罗塞洛
Original assignee: Proytecsa Security SL
Current assignee: AVIRIS aerospace and defense Co., Ltd
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2034-04-22
Also published as: EP3072641A1; ES2540598A1; ES2540598B1; WO2015075283A1; CN106170370A; EP3072641A4; EP3072641B1

Abstract

一种远程控制的机器人车辆，属于具有行走装置和终止于夹具的铰接臂的类型，并且其被远程控制以通过控制盒子进行不同的危险操作，使得机器人车辆包括如下各项：两个车轮组，每侧一组，每个车轮组由对应的电动机致动；两个履带组，每侧一组，在车轮组内侧；第一铰接臂，安装在360^o旋转转台上；第二铰接臂，相对于竖直安装的轴旋转；以及双绞接装置，转台安装以用于其相对于车辆纵轴的移动，以使得，利用两个车轮组和两个履带组，机器人车辆沿各种地面移动，并且通过两个铰接臂的组合移动，机器人车辆保持并处理要检查的对象。

Description

远程控制的机器人车辆

本发明的对象

在本说明书的标题中表达的本发明涉及远程控制的机器人车辆，其是如下类型的机器人车辆：其主要目的是爆炸设备或对社会有危险的物品的检测、识别和失活。

这样，本发明的远程控制机器人车辆对象组合移动系统，该移动系统基于两列侧面车轮和两个履带，目的是促进机器人车辆对象沿着平坦地面和沿着任何其它种类的不规则或光滑地面的移动。

同样地，由于本发明的远程控制机器人车辆对象被提供有一对铰接臂，所述臂中的一个可保持一个对象而另一个臂可以检查它。

技术领域

本说明书描述了一个远程控制的机器人车辆，其具有能够处理高达200千克重量的对象的平均尺寸，并且特别适用于涉及一定程度危险的任务中的警察、军队以及甚至民用干预任务。

因此，远程控制机器人车辆在面对意图攻击社会结构的行动时是适用的，该行动诸如是放置或声称放置爆炸设备、“脏”弹、利用化学气体、生物材料或放射性元素的散布的攻击。

同样地，远程控制机器人车辆可以承担周边、边界、企业或独立监控可能有用的地方的独立监视任务。

背景技术

传统上，当有必要处理爆炸设备或执行危险操作时，已经使用了通过控制台来远程操作的机器人，并且当人类生命处于危险时甚至更应如此。

用于处理爆炸设备的现有机器人之中，存在包括铰接臂的类型，该铰接臂具有单个分段，并且没有在水平面上旋转的任何可能性。这种类型的机器人仅在竖直平面上移动，并且受到它的单个铰接分段的限制。

同样地，这种类型的机器人具有一系列控制元件，例如查看摄像机和接近传感器。

我们还可以考虑专利文献ES2241490和ES1073757，使得文件ES2241490描述一种“用于处理爆炸装药的自推进机器人”，其包括由两个宽度可调侧面履带限定的移动装置并且其包括处于四个分段中的铰接臂，该铰接臂以夹具终止，其中第一分段采用由一对气缸致动的叉的形式，并且在其折叠处，夹具主体在第一分段的一对叉状物之间通过。

在另一方面，文献ES1073757描述了一种“用于特殊操作的远程控制机器人”，采用如下类型的机器人：该机器人被用来进行危险操作并且具有行走机构、终止于夹具的可伸缩臂以及远程控制和操作装置，使得机器人包括在行走机构上的360^o旋转转台，360^o旋转转台被提供有至少一个热感摄像机，并且由一系列六个分段构成的臂被附接到该转台，该六个分段可枢转地彼此接合并且由液压缸致动，该臂具有至少一个摄像机和至少一个威慑武器。

基于这种类型的构造，所述臂的每个接头直接由操作者控制，这意味着，为了使夹具以期望的位置和角度接近对象，操作者必须独立地和连续地关于每个铰接移动进行动作，直到最终实现期望位置，这需要操作技巧和时间。

此外，对液压夹具中力的控制实际上是不可能的，并且在精密对象的情况下甚至更加如此，这是一种不方便。

在另一方面，我们也可以考虑专利文献US6113343A；JP2000326875和DE2409027A1，使得文献US6113343呈现一种爆炸处置机器人，该机器人呈现了操纵器臂的基础结构，该基础结构由第一臂226（由一对梁构件230构成）和第二臂228（同样由一对梁构件构成，也就是说，它们实际上是多对臂）构成，第一臂和第二臂中每一个相对于对应的旋转轴独立地被致动。

文献JP200032875描述了一种链环设备，用于移动工作车辆，该车辆可以改变它自己的宽度，用于车辆的行走机构中的每一个包括一对元件，使得附接到两个行走机构的所述各个对装配到相应的管状元件中，该管状元件与车辆本身结构成为一体。

最后，文献DE2409027描述了一种校平叶片，使得校平叶片的宽度可以出于沿道路行进的目的被调整，可通过相应的滑动端部来调整。

发明内容

本说明书描述一种远程控制的机器人车辆，属于被提供有行走装置和终止于夹具的铰接臂的机器人车辆的类型，其被远程控制以通过具有至少一个屏幕和机器人车辆的控制装置的控制盒子进行不同的危险操作，以使得：

机器人车辆包括：

两个车轮组，每侧一组，每个车轮组具有三个驱动车轮，每个车轮组由对应的电动机致动；

两个履带组，每侧一组，在车轮组内侧，略高于车轮组平齐；

第一液压铰接臂，安装在360^o旋转转台上；

第二电动铰接臂，相对于竖直安装轴旋转，以及；

双铰接装置，安装根据其纵轴移动的第一铰接臂。

并且机器人车辆由以下装备远程控制：

控制装备，集成在盒子中，控制装备包括：

由安装在机器人车辆上的摄像机发送的图像的显示屏幕；

触摸屏幕，处于与操作员一起的水平接口位置，以及；

由游戏手柄限定的HMI接口设备，

以使得，利用两个车轮组和两个履带组，机器人车辆沿各种地面移动，并且利用两个铰接臂的组合移动，机器人车辆根据由可运输的控制装备给出的命令保持并处理要检查的对象。

另外，每组侧面驱动车轮由电动机致动，电动机具有差动方式的牵引并且提供引导和旋转。

在实际实施例中，第一铰接臂由三个分段和第一夹具限定，第三分段被提供有±90^o的侧向旋转并且第一夹具被提供有无尽的旋转。

第一铰接臂的重量处理能力根据其铰接位置而变化，使得它伸展越多，能力越低。

第二铰接臂由三个分段和第二夹具限定，第三分段被提供有相对于纵轴的360^o旋转以及相对于横轴的抬高/下降旋转，同时第二夹具被提供有无尽的旋转。

第一液压铰接臂的第一夹具被提供有与流量和压力的供应相关联的压力传感器，能够调节并获知施加在要被处理的对象上的精确的力。

同样地，由第二铰接臂的第二夹具施加的力或压力通过控制致动第二夹具的电动机的电流来控制。

机器人车辆的控制装置具有空间计算系统，并且每当所述机器人车辆的控制操作者选择对应的夹具相对于要被处理的对象的位置时，所述铰接臂将进行它的不同分段的精确和同时的移动，到达自身最佳适于处理所述对象的位置，以快速和精确的方式进行所述移动。

第一铰接臂的第一夹具在其端部处被提供有具有短范围的机械接头，机械接头与第一夹具的内弹簧关联，该机械接头应当是用于承受施加在要被处理的对象上的压力的机械接头。

同样地，第一铰接臂的第一夹具的内弹簧与电子距离传感器相关联。

因此，当第一铰接臂的第一夹具的机械接头特定压缩时，产生高抵抗性机械阻挡，在产生高抵抗性机械阻挡时，第一夹具在电子传感器的力的检测范围之外保持压缩，并且液压传感器是检测和提供所施加的力的传感器。

所述机器人车辆包括基于与所述车轮组的驱动轴相关联的加速度计的惯性传感器，具有其全球定位并能够根据由操作者在控制装备中设置的路线独立移动，并且还包括障碍物传感器以允许它在所述路线期间避开障碍物并且返回到设置的路线。

同样地，控制装备包括用于连接到因特网以从任何地方进行控制以及用于连接到移动设备的装置，可以从移动装置控制控制装备。

为了补充下面将要进行的描述，并出于促进更好理解本发明的特性的目的，一组附图被附于本说明书，在附图中，本发明的最有特点的细节以说明性的方式而不是限制性的方式被表示。

附图说明

图1示出第一和第二铰接臂被折叠在运输或静止位置的机器人车辆的侧面立视图，示出了第二铰接臂的第二和第三分段如何处于其第一分段的顶部，以及基于集成了控制元件的盒子的控制装备。

图2示出先前附图的机器人车辆的前视图，示出了第二铰接臂的竖直安装轴。

图3示出机器人车辆的后透视图，示出了履带组和车轮组的内部以及折叠的第一和第二铰接臂。

图4示出第一和第二铰接臂处于伸展位置的机器人车辆的侧面立视图，示出了360^o旋转转台，旋转转台具有安装第一铰接臂的双铰接装置以用于第一铰接臂针对其纵轴移动。

图5示出先前附图的机器人车辆的前视图，示出第一铰接臂的第三分段如何被旋转到一侧。

图6示出图4的平面图，示出了第一铰接臂的第三分段旋转到一侧。

图7示出图4的机器人车辆的后透视图，示出了第一铰接臂的第三分段旋转到一侧，以及在转台中安装第一铰接臂的双铰接装置。

图8示出图1的机器人车辆的侧面立视图，第一铰接臂被按照不同的伸展位置表示并且第二铰接臂被折叠。

图9示出图1的机器人车辆的侧视图，第一和第二铰接臂处于最大前面伸展位置。

图10、11和12示出处于闭合位置的第一铰接臂的第一夹具的透视图，侧面立视图和纵向剖视图。

图13、14和15示出处于打开位置的第一铰接臂的第一夹具的透视图，侧面立视图和纵向剖视图。

图16示出由对应电动机到两个车轮组的移动传递的平面图。

图17示出转台的旋转轴的视图，通过双接头铰接的第一铰接臂被安装于转台上。

图18示出双接头的透视图，双接头固定到转台并且第一铰接臂被安装在其上，使得其仅示出一个接头，而另一个被隐藏。

具体实施方式

基于前述附图和根据上面采用的编号，我们可以看到机器人车辆1如何被提供有：两个车轮组2，每侧一组，每个车轮组由三个车轮构成，每个车轮组2由对应的电动机致动；和两个履带组3，每侧一组，在车轮组2内侧，履带组3被设置为略高于车轮组2，如附图的图1和2中所示的，使得这两组一起移动并且与地面的主要接触对应于所述车轮组2，如果两个履带组3保持在稍微抬高的位置的话。

在这种实施方式的情况下，通过两个车轮组2在平坦或特别处理过的公路（诸如混凝土或沥青）上来实现安静和平稳的移动，而如果存在不规则的地面、未经特别处理的土地、光滑地面、沙石或松软地面，履带组3将参与与公路的接触并传递牵引到公路，从而有能力跨越阶梯并且实现连续牵引。

机器人车辆通过使用电动机19而被引导，电动机19独立地作用于车轮组2，使得它以差动方式实现牵引，从而提供引导并且甚至提供围绕其自己轴或围绕中心竖直轴的旋转，如附图的图16中所示出的。

移动控制通过数字伺服机构形式的闭环系统来进行。

同样地，机器人车辆1包括：第一液压铰接臂1，通过万向接头装置7安装在360^o旋转转台6上，从而实现其相对于上述第一铰接臂4的纵轴的移动；以及第二电动铰接臂5，其相对于竖直安装轴8旋转。

这样，附图的图17示出了实现转台6的360°旋转的转台6的旋转轴18。并且附图的图18示出了双接头7，第一铰接臂4通过双接头7被安装在转台6中。

机器人车辆1与集成在盒子9中的控制装备相关联，控制装备包括由安装在机器人车辆1上的摄像机发送的图像的显示屏幕12、处于与操作者一起的水平接口位置的触摸屏幕13、以及由游戏控制器“游戏手柄”限定的HMI接口设备。

这样，利用两个车轮组2和两个履带组3，它沿着所有类型的地面移动，并且通过组合第一铰接臂4和第二铰接臂5的移动，它根据由操作者从可运输的控制装备（也就是说，集成PC形式的组件的盒子9）给出的命令利用第一和第二夹具来保持和处理要被检查的对象。

第一铰接臂4由三个分段4a、4b和4c限定，第三分段4c被提供有±90度的侧向旋转并且第一夹具10被提供有无尽的旋转，使得该第一铰接臂4的重量处理能力根据铰接位置而变化，使得其伸展越多，能力越低。

这样，第一铰接臂4将具有以下移动：

转台6围绕其中心竖直轴的旋转；

转台6通过双铰接平行四边形7或双梯形的向前和向后移动；

第一分段4a的抬高；

第二分段4b的抬高和折叠；

第三分段4c的抬高和折叠；

第三分段4c的+ - 90度的侧向旋转；

第一操纵器夹具10的连续无尽的旋转，和；

第一夹具10的打开和闭合。

在另一方面，第二铰接臂5由三个分段5a、5b和5c限定，第三分段5c被提供有相对于纵轴的360^o旋转，并且第二夹具11被提供有无尽的旋转。

第二铰接臂5将具有以下移动：

围绕在其基部的其竖直轴8的旋转；

第一分段5a的抬高；

在第二分段5b的自身上的抬高和折叠；

围绕第三分段5c的其纵轴的完全360^o旋转；

围绕第三分段5c的横轴的抬高和/或旋转；

第二夹具11的连续旋转，以及；

第二夹具11的打开和闭合。

附图的图9清楚地示出了构成第一和第二铰接臂的不同分段以及双接头7，第一铰接臂4通过双接头7被接合到转台6。

第一液压铰接臂4的第一夹具10被提供有与流量和压力的供应相关联的压力传感器，能够调节和获知施加在要处理的对象上精确的力。

在另一方面，由第二铰接臂5的第二夹具11所施加的力或压力通过控制致动第二夹具11的电动机的电流而被控制。

机器人车辆1的控制装置具有空间计算系统，并且每当机器人车辆1的控制操作者选择对应的夹具相对于要被处理的对象的位置时，铰接臂将进行其不同分段的精确的和同步的移动，到达本身最佳适于处理该对象的位置。

另外，第一铰接臂4的第一夹具10包括用于控制施加在其中的力的装置，其使得可以控制从几克到高达几千克的力，尤其是对于非常精密对象的处理。

到现在为止，通过液压元件进行上述类型的力的控制实际上是不可能的。

这样，第一夹具10被提供有具有短范围的机械接头14，位于构成第一夹具的卡爪的端部15，以便该接头使得将内弹簧16放置在第一夹具10本身的结构内成为可能，以便使得施加的第一压力被传递到内弹簧15，从而按规定维持正被保持的对象上的压力。

通过“霍尔”效应磁性原理，电子距离传感器17使得可以获知内弹簧16的压缩（距离），从而计算由内弹簧施加的或维持的力。

在这些关节的特定压缩或移动时，产生高抵抗性机械阻挡，在产生该阻挡时，该第一夹具10可以在由该设计所提供的力的检测范围之外保持压缩该对象，达到数吨量级的力的范围。这样，液压传感器是提供所施加的力的信息的传感器。

因此所述设计使得利用相同的夹具并以优良的精度获知和控制从几克到几吨的力成为可能。

同样地，机器人车辆1包括基于与车轮组的驱动轴相关联的加速度计的惯性传感器，具有其全球定位，并能够根据由操作者在控制装备中设置的路线来自主移动。

在另一方面，并且如上面所提供的，机器人车辆1的电子控制系统集成在可运输盒子9中，由具有嵌入式计算机体系结构的高能力管理单元和用于命令各元件的本地控制板构成。

能量源由电能存储群组提供，电能存储群组由锂离子电池形成，能够为高达4小时的典型任务提供能量。

机器人车辆1通过控制装备远程控制，控制装备采用盒子9的形式，其由下列各项构成：

来自机器人车辆1的摄像机的图像、使用和全遥测条件的显示屏幕12；

水平布置的触摸屏幕13，其承担与操作者的真实接口的功能，具有菜单、动作模式和所有命令，以及；

由直观操作的游戏控制器“游戏手柄”形成的HMI接口设备，通过该HMI接口设备操作整个机器人车辆。

控制盒子9与机器人车辆1之间的数据传递是通过数字无线电链路来进行的，该链路具有高度安全的调制和加密；替代地，它也可以按照条件或操作者的要求通过光纤电缆线来连接。

这样，基于盒子9的控制中心是完全可运输的并且通过利用最新的锂电池而具有其自己的能量供应。

机器人车辆1可以具有多达十个视频摄像机用于查看周围，这些视频摄像机可以是光学和固定位置摄像机或具有对于移动和变焦的整体控制，可以是红外照明，红外视觉和热成像摄像机。

同样地，它可以具有激光和超声障碍物传感器。

在目的为移动并接近所期望的地点并执行周边监视功能的情况下，机器人车辆1具有全球定位技术（GPS或类似物）和惯性传感器（在其轴中的加速度计），使得即使在没有全球定位卫星系统覆盖的情况下它也可以获知它的精确位置以及其相对位置的变化。

操作者的接口使得可以在地图上设计出发路线，以使得该车辆能够通过上述系统独立地朝着期望地点移动或在连续监视任务期间行进。障碍物传感器与图像识别相结合以允许机器人在障碍物存在的情况下智能地克服他们并跟踪到编程路线的细微变化。

由具有盒子9的显示器和控制元件的盒子9形成的机器人车辆1的控件具有连接到万维网的能力，使得能够查看正在进行的任务或能够从世界的任何地方控制整个系统。这样，它在训练中或甚至在敏感任务的决策做出过程中是非常有用的，其中所述决策可以在世界的任何地方做出。

为了实用目的，所述连接还实现对机器人车辆的状态的诊断，使得它可以用作技术干预。

机器人车辆具有连接系统用于连接到新技术，以使得通过针对所述目的专门设计的正确接口和应用，机器人车辆能够通过最新的移动设备进行控制，以便多个操作者接口可以通过放弃或承担其命令而共存。

操作者-机器人车辆通信方法在不使用或启动布置在盒子中的控制中心的情况下借助于“快速启动”而允许车辆通过“游戏手柄”控制。

此功能仅对于短距离有效，并且允许机器人车辆从它的运输到它针对任务的准备被部署，同时该装备部署其应急工作或启动主控制系统，这对于减少在危险情况下的动作时间是特别有用的。

Claims

1.一种远程控制的机器人车辆，属于被提供有行走装置和终止于夹具的铰接臂的机器人车辆的类型，并且其被远程控制以通过控制装备进行不同的危险操作，机器人车辆（1）包括：

两个车轮组（2），每侧一组，每个车轮组具有三个车轮，每个车轮组（2）由对应的电动机（19）致动；

两个履带组（3），每侧一组，在车轮组（2）内侧，略高于车轮组（2）；

第一铰接臂（4），通过双接头装置（7）安装在沿中心轴（18）的360^o旋转转台（6）上；并且：

机器人车辆（1）由以下装备远程控制：

控制装备，集成在盒子（9）中，控制装备包括：

由安装在机器人车辆上的摄像机发送的图像的显示屏幕（12）；

触摸屏幕（13），处于与操作员一起的水平接口位置，以及；

通过游戏手柄限定的HMI接口设备，

以使得，利用两个车轮组（2）和两个履带组（3），机器人车辆沿各种地面移动；

并且所述机器人车辆的特征在于：

它还包括第二电动铰接臂（5），相对于竖直安装的轴旋转；并且

通过第一铰接臂（4）和第二电动铰接臂（5）的组合移动，机器人车辆根据由操作者从基于集成控制装置的可运输的盒子（9）的控制装备给出的命令保持并处理要检查的对象，

第一铰接臂（4）是液压臂并且由三个分段（4a、4b和4c）限定，第三分段（4c）被提供有±90^o的侧向旋转并且第一夹具（10）被提供有无尽的旋转；并且

第一铰接臂（4）的第一夹具（10）被提供有与流量和压力的供应相关联的压力传感器，能够调节并获知施加在要处理的对象上的精确的力；并且

第一铰接臂（4）的第一夹具（10）在其端部（15）处被提供有具有短范围的机械接头（14），机械接头（14）与第一夹具的内弹簧（16）关联，当处理小重量时，机械接头（14）应当用于承受施加在要处理的对象上的压力，那些内弹簧（16）与电子距离传感器（17）相关联，使得当所述机械接头特定压缩时，产生高抵抗性机械阻挡，在产生高抵抗性机械阻挡时，第一夹具（10）在电子距离传感器（17）的力的检测范围之外保持压缩，并且与液压线路相关联的液压传感器是检测和提供所施加的力的传感器；并且

机器人车辆（1）的所述控制装置具有空间计算系统，并且每当所述机器人车辆（1）的控制操作者选择对应的夹具相对于要处理的对象的位置时，第一铰接臂（4）和第二电动铰接臂（5）将进行它的不同分段的精确和同时的移动，以到达自身最佳适于处理所述对象的位置。

2.根据权利要求1所述的远程控制的机器人车辆，其特征在于：每个侧面驱动车轮组（2）由电动机致动，电动机具有差动方式的牵引并且提供引导和旋转。

3.根据权利要求1所述的远程控制的机器人车辆，其特征在于：所述两个车轮组（2）和两个履带组（3）同时移动。

4.根据权利要求1所述的远程控制的机器人车辆，其特征在于：第一铰接臂（4）的重量处理能力根据铰接位置而变化。

5.根据权利要求1所述的远程控制的机器人车辆，其特征在于：第二电动铰接臂（5）由三个分段（5a、5b和5c）限定，第三分段（5c）被提供有相对于纵轴的360^o旋转，并且第二夹具（11）被提供有无尽的旋转。

6.根据权利要求1所述的远程控制的机器人车辆，其特征在于：由第二电动铰接臂（5）的第二夹具（11）施加的力或压力通过控制致动第二夹具的电动机的电流来控制。

7.根据权利要求1所述的远程控制的机器人车辆，其特征在于：所述机器人车辆（1）包括基于与所述两个车轮组（2）的驱动轴相关联的加速度计的惯性传感器，其具有全球定位并能够根据由操作者在基于集成所述控制装置的盒子（9）的控制装备中设置的路线自主移动。

8.根据权利要求1所述的远程控制的机器人车辆，其特征在于：所述机器人车辆（1）包括障碍物传感器。

9.根据权利要求1所述的远程控制的机器人车辆，其特征在于：基于集成所述控制装置的盒子（9）的所述控制装备包括用于连接到因特网以从任何地方进行控制的装置。

10.根据权利要求1所述的远程控制的机器人车辆，其特征在于：基于集成所述控制装置的盒子（9）的所述控制装备包括用于连接到移动设备的装置。