CN107284551A - 一种适用复杂地形的探测机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用复杂地形的探测机器人，包括行走装置、旋转平台和探测云台系统，行走装置包括六足行走机械爪，每个行走机械爪由三级关节组成，该三级关节包括第一级水平转动关节、第二级竖直转动关节、第三级竖直转动关节；旋转平台的底部与行走装置连接，上部与探测云台系统连接；探测云台系统包括用检测并控制探测云台系统的中央控制器，中央控制器分别连接有摄像单元、俯仰角调节模块、横滚角调节模块、水平方位调节模块、惯性测试单元、旋转平台调节模块、传感器模块、定位模块、灯光模块和无线通讯模块。本发明的机器人操作方便，摄像稳定，可实现翻越连续台阶、圆台地形、矩形凸台、梯形凸台、斜坡地形和沟道地形等地形使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种探测机器人，具体涉及一种适用复杂地形的探测机器人。
背景技术
随着科技的发展，自动化程度的逐步提高，机器人已经越来越广泛地被应用到科研、探测、生产、救援等各个领域。虽然，机器人的种类繁多，功能各异，但就其行走方式而言，主要有三种：轮式、履带式和足式，这三种行走方式各有各的特点。
轮式和履带式是最为常见的行走方式，其具有控制简单、移动迅速平稳的优点。但是足式机器人的越障能力要远远高于前两者。同时，对于各种复杂地形地貌，足式机器人也具有更强的适应能力。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种操作方便，摄像稳定，可实现翻越连续台阶、圆台地形、矩形凸台、梯形凸台、斜坡地形和沟道地形等地形使用的探测机器人。
技术方案：本发明所述的一种适用复杂地形的探测机器人，包括：
行走装置，包括六足行走机械爪，每个行走机械爪由三级关节组成，该三级关节包括第一级水平转动关节、第二级竖直转动关节、第三级竖直转动关节；其中，第一级水平转动关节为腿足结构与机身的连接结构；第二级竖直转动关节设置在第一级水平转动关节与第三级竖直转动关节之间，第二级竖直转动关节为连接的过渡结构；第三级竖直转动关节为腿足的调节结构；
旋转平台，该旋转平台的底部与行走装置连接，上部与探测云台系统连接；
探测云台系统，包括用检测并控制探测云台系统的中央控制器，所述中央控制器分别连接有摄像单元、俯仰角调节模块、横滚角调节模块、水平方位调节模块、惯性测试单元、旋转平台调节模块、传感器模块、定位模块、灯光模块和无线通讯模块；
所述俯仰角调节模块包括一俯仰角调节单元、一俯仰角电机驱动单元、第一磁编码器和第一电机，第一电机通过俯仰角电机驱动单元驱动，第一编码器的反馈信号传输给俯仰角调节单元，摄像单元的俯仰角通过第一电机控制；
所述横滚角调节模块包括横滚角调节单元、一横滚角电机驱动单元、第二磁编码器和第二电机，第二电机通过横滚角电机驱动单元驱动，第二编码器的反馈信号传输给横滚角调节单元，摄像单元的横滚角通过第二电机控制；
所述水平方位调节模块包括水平方位调节单元、一水平方位电机驱动单元、第三磁编码器和第三电机，所述第三电机通过水平方位电机驱动单元驱动，第三编码器的反馈信号传输给水平方位调节单元，摄像单元的水平方位通过第三电机控制；
所述的旋转平台调节模块包括旋转平台电机驱动单元和旋转平台驱动电机，旋转平台驱动电机通过旋转平台电机驱动单元驱动，旋转平台的旋转角度由转平台驱动电机控制。
进一步的，所述行走机械爪的位置由三组舵机调整，第一级水平转动关节上的舵机为水平调节机构。
进一步的，所述行走机械爪的三级关节上均设有关节架，舵机安装在关节架上；
第一级水平转动关节上的舵机安装在关节架上的竖直方向，舵机水平旋转并带动第二级竖直转动关节、第三级竖直转动关节进行水平方向的位置调节；第一级水平转动关节和第二级竖直转动关节上的两个舵机相互错位90°角后相连，两者组成一个整体，且无相对运动；
第二级竖直转动关节上的舵机安装在关节架上的水平方向，舵机竖直旋转并带动第三级竖直转动关节进行竖直方向的位置调节；
第三级竖直转动关节上的舵机安装在关节架上的水平方向，舵机竖直旋转并带动足部进行竖直方向的位置调节。
进一步的，所述第一级水平转动关节、第二级竖直转动关节、第三级竖直转动关节之间为铰接连接。
进一步的，所述惯性测试单元包括陀螺仪和加速度计，所述括陀螺仪和加速度计的输出端接中央控制器的输入端。
进一步的，所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、气味传感器、烟味传感器、测距传感器。
进一步的，所述灯光模块包括针对环境参数进行适应性调节的LED灯。
进一步的，还包括遥控模块，该遥控模块包括遥控手柄和显示器，所述的遥控手柄和显示器通过通讯模块与机器人中的无线通讯模块无线通讯连接。
有益效果：本发明的机器人操作方便，摄像稳定，可实现翻越连续台阶、圆台地形、矩形凸台、梯形凸台、斜坡地形和沟道地形等地形使用。
附图说明
图1为本发明机器人的整体结构示意图；
图2为本发明单个行走机械爪结构示意图；
图3为本发明关节架安装示意图；
图4为本发明探测云台系统控制电路原理框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
如图1到图4所示的一种适用复杂地形的探测机器人，包括：
行走装置10，包括六足行走机械爪，每个行走机械爪由三级关节组成，该三级关节包括第一级水平转动关节3、第二级竖直转动关节4、第三级竖直转动关节5；其中，第一级水平转动关节3为腿足结构与机身的连接结构；第二级竖直转动关节4设置在第一级水平转动关节3与第三级竖直转动关节5之间，第二级竖直转动关节4为连接的过渡结构；第三级竖直转动关节5为腿足的调节结构。
第二级竖直转动关节4与第三级竖直转动关节5之间通过H型杆6相连。
腿足结构的位置由三组舵机7调整，第一级水平转动关节3上的舵机7为水平调节机构。
第二级竖直转动关节4与第三级竖直转动关节5上的舵机7为竖直调节机构。
腿足结构的三级关节上均设有关节架8，舵机7安装在关节架8上；第一级水平转动关节3上的舵机7安装在关节架8上的竖直方向，舵机7水平旋转并带动第二级竖直转动关节4、第三级竖直转动关节5进行水平方向的位置调节。
第二级竖直转动关节4上的舵机7安装在关节架8上的水平方向，舵机7竖直旋转并带动第三级竖直转动关节5进行竖直方向的位置调节。
第三级竖直转动关节5上的舵机7安装在关节架8上的水平方向，舵机7竖直旋转并带动足部9进行竖直方向的位置调节。
所述H型杆6由两组U型杆相接组成，H型杆6为该六足机器人腿足结构的腿部主体。
所述足部9的底部为尖角结构，足部9为腿足结构2的动作执行主体结构。
所述腿足结构2上的各舵机7由单片机控制，单片机安装在机身上。
所述第一级水平转动关节3、第二级竖直转动关节4、第三级竖直转动关节5之间为铰接连接。
所述机身的六个顶角由切削并形成六个凸台，顶角处打磨成圆弧。机身的每个凸台上都有五个孔，中间的大孔是安装滚动轴承的轴承孔，旁边的四个小孔是用于固定第一级水平转动关节3上舵机7的转轴螺栓孔。
旋转平台20，该旋转平台的底部与行走装置连接，上部与探测云台系统30连接。
探测云台系统30，包括用检测并控制探测云台系统的中央控制器，所述中央控制器分别连接有摄像单元、俯仰角调节模块、横滚角调节模块、水平方位调节模块、惯性测试单元、旋转平台调节模块、传感器模块、定位模块、灯光模块和无线通讯模块；
所述俯仰角调节模块包括一俯仰角调节单元、一俯仰角电机驱动单元、第一磁编码器和第一电机，第一电机通过俯仰角电机驱动单元驱动，第一编码器的反馈信号传输给俯仰角调节单元，摄像单元的俯仰角通过第一电机控制；
所述横滚角调节模块包括横滚角调节单元、一横滚角电机驱动单元、第二磁编码器和第二电机，第二电机通过横滚角电机驱动单元驱动，第二编码器的反馈信号传输给横滚角调节单元，摄像单元的横滚角通过第二电机控制；
所述水平方位调节模块包括水平方位调节单元、一水平方位电机驱动单元、第三磁编码器和第三电机，所述第三电机通过水平方位电机驱动单元驱动，第三编码器的反馈信号传输给水平方位调节单元，摄像单元的水平方位通过第三电机控制；
所述的旋转平台调节模块包括旋转平台电机驱动单元和旋转平台驱动电机，旋转平台驱动电机通过旋转平台电机驱动单元驱动，旋转平台的旋转角度由转平台驱动电机控制。
所述惯性测试单元包括陀螺仪和加速度计，所述括陀螺仪和加速度计的输出端接中央控制器的输入端。姿态稳定是依靠手持云台系统的陀螺仪、加速度计和沿三个正交轴旋转的电机实现的，这三轴分别是俯仰轴、横滚轴和水平方位轴。用户可以根据不同的需求可选择俯仰轴、横滚轴或者水平方位轴来组成不同的自动跟踪和三轴自稳定调节。
摄像单元采用高清的摄像机，摄像单元内置图像跟踪单元，能够进行目标物体的自动跟踪，并将跟踪结果通过有线或者无线( Wifi、zigbee及相近无线通信技术 )方式发送给中央控制器，中央控制器负责采集陀螺、加速度计的信号，并和图像跟踪的结果进行融合，进行随动控制调节。
所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、气味传感器、烟味传感器、测距传感器。以便为探测环境进行温度。湿度、气味以及烟味等的实时监测。
所述灯光模块包括针对环境参数进行适应性调节的LED灯，在昏暗的情况下有助于摄像模块的高清画质。
本发明还包括遥控模块，该遥控模块包括遥控手柄和显示器，所述的遥控手柄和显示器通过通讯模块与机器人中的无线通讯模块无线通讯连接。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种适用复杂地形的探测机器人，其特征在于：包括：
行走装置（10），包括六足行走机械爪，每个行走机械爪由三级关节组成，该三级关节包括第一级水平转动关节(3)、第二级竖直转动关节(4)、第三级竖直转动关节(5)；其中，第一级水平转动关节(3)为腿足结构与机身的连接结构；第二级竖直转动关节(4)设置在第一级水平转动关节(3)与第三级竖直转动关节(5)之间，第二级竖直转动关节(4)为连接的过渡结构；第三级竖直转动关节(5)为腿足的调节结构；
旋转平台（20），该旋转平台的底部与行走装置连接，上部与探测云台系统（30）连接；
探测云台系统（30），包括用检测并控制探测云台系统的中央控制器，所述中央控制器分别连接有摄像单元、俯仰角调节模块、横滚角调节模块、水平方位调节模块、惯性测试单元、旋转平台调节模块、传感器模块、定位模块、灯光模块和无线通讯模块；
所述俯仰角调节模块包括一俯仰角调节单元、一俯仰角电机驱动单元、第一磁编码器和第一电机，第一电机通过俯仰角电机驱动单元驱动，第一编码器的反馈信号传输给俯仰角调节单元，摄像单元的俯仰角通过第一电机控制；
所述横滚角调节模块包括横滚角调节单元、一横滚角电机驱动单元、第二磁编码器和第二电机，第二电机通过横滚角电机驱动单元驱动，第二编码器的反馈信号传输给横滚角调节单元，摄像单元的横滚角通过第二电机控制；
所述水平方位调节模块包括水平方位调节单元、一水平方位电机驱动单元、第三磁编码器和第三电机，所述第三电机通过水平方位电机驱动单元驱动，第三编码器的反馈信号传输给水平方位调节单元，摄像单元的水平方位通过第三电机控制；
所述的旋转平台调节模块包括旋转平台电机驱动单元和旋转平台驱动电机，旋转平台驱动电机通过旋转平台电机驱动单元驱动，旋转平台的旋转角度由转平台驱动电机控制。
2.根据权利要求1所述的一种适用复杂地形的探测机器人，其特征在于：所述行走机械爪的位置由三组舵机(7)调整，第一级水平转动关节(3)上的舵机(7)为水平调节机构。
3.根据权利要求1所述的一种适用复杂地形的探测机器人，其特征在于：所述行走机械爪的三级关节上均设有关节架(8)，舵机(7)安装在关节架(8)上；
第一级水平转动关节(3)上的舵机(7)安装在关节架(8)上的竖直方向，舵机(7)水平旋转并带动第二级竖直转动关节(4)、第三级竖直转 动关节(5)进行水平方向的位置调节；第一级水平转动关节(3)和第二级竖直转动关节(4) 上的两个舵机(7)相互错位90°角后相连，两者组成一个整体，且无相对运动；
第二级竖直转动关节(4)上的舵机(7)安装在关节架(8)上的水平方向，舵机(7)竖直旋转并带动第三级竖直转动关节(5)进行竖直方向的位置调节；
第三级竖直转动关节(5)上的舵机(7)安装在关节架(8)上的水平方向，舵机(7)竖直旋转并带动足部(9)进行竖直方向的位置调节。
4.根据权利要求1所述的一种适用复杂地形的探测机器人，其特征在于：所述第一级水平转动关节(3)、第二级竖直转动关节(4)、第三级竖直转动关节(5)之间为铰接连接。
5.根据权利要求1所述的一种适用复杂地形的探测机器人，其特征在于：所述惯性测试单元包括陀螺仪和加速度计，所述括陀螺仪和加速度计的输出端接中央控制器的输入端。
6.根据权利要求1所述的一种适用复杂地形的探测机器人，其特征在于：所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、气味传感器、烟味传感器、测距传感器。
7.根据权利要求1所述的一种适用复杂地形的探测机器人，其特征在于：所述灯光模块包括针对环境参数进行适应性调节的LED灯。
8.根据权利要求1所述的一种适用复杂地形的探测机器人，其特征在于：还包括遥控模块，该遥控模块包括遥控手柄和显示器，所述的遥控手柄和显示器通过通讯模块与机器人中的无线通讯模块无线通讯连接。
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