CN107399378A - 一种履带式自动探索机器人 - Google Patents

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赖智立
梁建荘
颜小林
卢子寅
刘雄
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Abstract

本发明公开了一种履带式自动探索机器人，包括履带车底盘、自动升降无人机、六自由度机械臂，所述的履带车底盘包括主体车盘、设置在主体车盘两侧的驱动履带；所述的六自由度机械臂安置在履带车底盘上前端，包括机械臂、设置在机械臂末端的机械爪、安装在机械爪后端的摄像头，机械臂各关节上还设置有用于驱动械臂各关节运动的关节舵机；所述的自动升降无人机设置在履带车底盘的上后端一专用平台上，包括机身、设置在机身上的无人机摄像头和可伸展四旋翼。本发明能够自动的按设定的路线进行无人探索，并可借由机械臂与无人机实现障碍的翻越、清理，物品的收集，信号的传输，中转，地形特征的搜集等工作，安全方便、体积小、自由度高。

Description

一种履带式自动探索机器人
技术领域
本发明涉及一种自动探索机器人，尤其涉及一种地理及军事勘测的自动化机器人。
背景技术
随着地球资源的不断开发，对未知环境的探索一直是艰难且危险的工作。在这些地理勘探中，复杂危险的未知地形的探索一直是地理学家巨大的挑战。因而，需要设计一种实现无人或者有人远程操作的多地形勘探工具。又因为地形的复杂性，导致光靠一个视角无法满足复杂地形对探索机器人的要求，因而需要在其身上安装便携，能够自动起降且提供第三视角给机器人和操作员的无人机。
发明内容
本发明提供一种履带式自动探索机器人，此设备可适应多地形，方便易操作，安全，可实现无人操作下自动探索，其携带的无人机可提供第三视角辅助多地形的翻越与勘察。
为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：
一种履带式自动探索机器人，包括履带车底盘、自动升降无人机、六自由度机械臂，
所述的履带车底盘包括主体车盘、设置在主体车盘两侧的驱动履带；
所述的六自由度机械臂安置在履带车底盘上前端，包括机械臂、设置在机械臂末端的机械爪、安装在机械爪后端的摄像头，机械臂各关节上还设置有用于驱动械臂各关节运动的关节舵机；
所述的自动升降无人机设置在履带车底盘的上后端一专用平台上，包括机身、设置在机身上的无人机摄像头和可伸展四旋翼。
进一步地，所述的驱动履带为4轮驱动履带。
进一步地，所述主体车盘包括车体外壳与前置驱动马达，所述4轮驱动履带包括前后共4个驱动轮与两测各8个辅轮。
进一步地，所述的六自由度机械臂通过可拆装的机械臂底座固定在履带车底盘上。
进一步地，所述的机械爪作为机械臂的抓取装置，包括主体、设置在主体上的驱动电机、主动齿轮、两个从动齿轮和两个爪子机构，所述主动齿轮与机械爪驱动电机相连接，所述主动齿轮依次与两个从动齿轮相啮合，两个爪子机构分别与各从动齿轮驱动连接实现开合夹持物件。
进一步地，所述的爪子机构为平行四边形机构，包括摇臂、夹持臂、连杆，所述的摇臂的一端与从动齿轮固定连接，另一端与夹持臂后端相铰接；所述连杆与摇臂相互平行，其一端铰接在所述主体前端，另一端铰接在夹持臂的中部。
进一步地，所述的夹持臂的前端设置有若干锯齿凸起。
进一步地，所述的可伸展四旋翼包括四个活动铰接在机身上的可折叠支架、设置在各可折叠支架前端的可伸展螺旋桨。
进一步地，所述的可伸展螺旋桨包括螺旋桨驱动电机、桨叶连杆，所述桨叶连杆中部与所述螺旋桨驱动电机输出轴相连接，所述桨叶连杆的两端分别铰接有桨叶，所述螺旋桨驱动电机输出轴上对称的设置有两根可伸缩的磁性控制固定杆，所述桨叶的尾端设置有与所述磁性控制固定杆相匹配的小凹槽，所述的磁性控制固定杆两端设置有永磁铁，所述螺旋桨驱动电机输出轴的内部及桨叶的尾端均设置有可变磁性的电磁铁。
进一步地，所述的无人机摄像头转动设置在所述机身上。
相比现有探索机器人，本发明能够实现无人操作下自动探索，可适应多地形，方便易操作，安全；能够按设定的路线进行无人探索，并可借由机械臂与无人机实现障碍的翻越、清理、物品的收集、信号的传输、中转、地形特征的搜集等工作，体积小、自由度高。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图。
图2是本发明实施例六自由度机械臂结构示意图。
图3是本发明实施例机械爪结构示意图。
图4是本发明实施例自动起降无人机（停放状态）结构示意图。
图5是本发明实施例自动起降无人机（伸展状态）结构示意图。
图6是本发明实施例自动起降无人机的螺旋桨轴结构示意图。
图7是本发明实施例自动起降无人机螺旋桨自动伸展原理示意图。
示意图中零部件的标号说明：
图中所示：1-履带车底盘，2-六自由度机械臂，3-自动起降无人机，4-机械爪，5-机械臂底座，6-关节舵机，7-摄像头，8-机械爪驱动电机，9-驱动齿轮，10-从动齿轮，11-可伸展螺旋桨，12-无人机摄像头，13-机身，14-可变磁性的电磁铁，15-磁性控制固定杆，16-螺旋桨驱动电机；17-摇臂；18-夹持臂；19-连杆；20-桨叶连杆。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
如图1和图2所示，一种履带式自动探索机器人，包括履带车底盘1、自动升降无人机3、六自由度机械臂2，
所述的履带车底盘包括主体车盘、设置在主体车盘两侧的驱动履带；
所述的六自由度机械臂2通过可拆装的机械臂底座5固定在履带车底盘1上前端，包括机械臂、设置在机械臂末端的机械爪4、安装在机械爪4后端的摄像头7，所述的摄像头7提供机器人的第一视角，用于搜集工作数据与辅助机械爪抓取；机械臂各关节上还设置有用于驱动械臂各关节运动的关节舵机；
所述的自动升降无人机设置在履带车底盘的上后端一专用平台上，包括机身13、设置在机身13上的无人机摄像头12和可伸展四旋翼，所述的无人机摄像头12提供第三视角，进行航拍等操作。
其中，所述的驱动履带为4轮驱动履带，所述主体车盘包括车体外壳与前置驱动马达，所述4轮驱动履带包括前后共4个驱动轮与两测各八个辅轮，可在大多数地形上自由行走。
如图3所示，所述的机械爪4作为机械臂的抓取装置，包括主体、设置在主体上的驱动电机8、主动齿轮9、两个从动齿轮10和两个爪子机构，所述主动齿轮9与机械爪驱动电机8相连接，所述主动齿轮9依次与两个从动齿轮10相啮合，两个爪子机构分别与各从动齿轮10驱动连接实现开合夹持物件。所述的爪子机构为平行四边形机构，包括摇臂17、夹持臂18、连杆19，所述的摇臂17的一端与从动齿轮10固定连接，另一端与夹持臂18后端相铰接；所述连杆19与摇臂17相互平行，其一端铰接在所述主体前端，另一端铰接在夹持臂18的中部，当机械爪驱动电机8驱动主动齿轮9转动时，两个从动齿轮10的旋转方向相反，从而驱动爪子机构同步夹紧或松开。
另外，所述的夹持臂18的前端设置有若干锯齿凸起，有利于增加爪子机构与物件的摩擦力，提高夹持的稳定性和牢固度。
所述的可伸展四旋翼包括四个活动铰接在机身13上的可折叠支架、设置在各可折叠支架前端的可伸展螺旋桨，当自动升降无人机3位于履带车底盘1上时，所述可折叠支架和可伸展螺旋桨处于折叠状态(见图4)，当自动升降无人机3处于作业状态时，所述可折叠支架和可伸展螺旋桨处于伸展状态(见图5)。
如图6和图7所示，所述的可伸展螺旋桨13包括螺旋桨驱动电机16、桨叶连杆20，所述桨叶连杆20中部与所述螺旋桨驱动电机16输出轴相连接，所述桨叶连杆20的两端分别铰接有桨叶，所述螺旋桨驱动电机16输出轴上对称的设置有两根可伸缩的磁性控制固定杆15，所述桨叶的尾端设置有与所述磁性控制固定杆15相匹配的小凹槽，所述的磁性控制固定杆15两端设置有永磁铁，所述螺旋桨驱动电机16输出轴的内部及桨叶的尾端均设置有可变磁性的电磁铁14，可控制磁性，利用同极相斥异极相吸的原理，由此实现磁性控制固定杆15的伸缩，当磁性控制固定杆15伸出并卡入所述桨叶的尾端的小凹槽时，可实现伸展状态下的桨叶的固定；当磁性控制固定杆15缩回并退出所述桨叶的尾端的小凹槽时，两片桨叶即可进行折叠。
所述的无人机摄像头12转动设置在所述机身13上，有利提高拍摄范围。
本实施例的使用流程如下：
不部分均由内置电池供电，可通过自动或人工远程操作，控制履带的转动，从而推进小车的前进与转向；控制六自由度机械臂2中6个关节舵机的运作实现机械臂的抓取；控制自动起降无人机3的升降与录像采集，具体的控制过程及方法与现有技术相同，本领域技术人员完全可以根据需要进行合理的选择和设置，无需创造性劳动，在此不再赘述。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种履带式自动探索机器人，其特征在于：包括履带车底盘(1)、自动升降无人机(3)、六自由度机械臂(2)，
所述的履带车底盘包括主体车盘、设置在主体车盘两侧的驱动履带；
所述的六自由度机械臂(2)安置在履带车底盘上前端，包括机械臂、设置在机械臂末端的机械爪(4)、安装在机械爪(4)后端的摄像头(7)，机械臂各关节上还设置有用于驱动械臂各关节运动的关节舵机；
所述的自动升降无人机设置在履带车底盘的上后端一专用平台上，包括机身(13)、设置在机身(13)上的无人机摄像头(12)和可伸展四旋翼。
2.根据权利要求1所述的履带式自动探索机器人，其特征在于：所述的驱动履带为4轮驱动履带。
3.根据权利要求2所述的履带式自动探索机器人，其特征在于：所述主体车盘包括车体外壳与前置驱动马达，所述4轮驱动履带包括前后共4个驱动轮与两测各8个辅轮。
4.根据权利要求1所述的履带式自动探索机器人，其特征在于：所述的六自由度机械臂通过可拆装的机械臂底座(5)固定在履带车底盘上。
5.根据权利要求1所述的履带式自动探索机器人，其特征在于：所述的机械爪(4)作为机械臂的抓取装置，包括主体、设置在主体上的驱动电机(8)、主动齿轮(9)、两个从动齿轮(10)和两个爪子机构，所述主动齿轮(9)与机械爪驱动电机(8)相连接，所述主动齿轮(9)依次与两个从动齿轮(10)相啮合，两个爪子机构分别与各从动齿轮(10)驱动连接实现开合夹持物件。
6.根据权利要求5所述的履带式自动探索机器人，其特征在于：所述的爪子机构为平行四边形机构，包括摇臂(17)、夹持臂(18)、连杆(19)，所述的摇臂(17)的一端与从动齿轮(10)固定连接，另一端与夹持臂(18)后端相铰接；所述连杆(19)与摇臂(17)相互平行，其一端铰接在所述主体前端，另一端铰接在夹持臂(18)的中部。
7.根据权利要求6所述的履带式自动探索机器人，其特征在于：所述的夹持臂(18)的前端设置有若干锯齿凸起。
8.根据权利要求1所述的履带式自动探索机器人，其特征在于：所述的可伸展四旋翼包括四个活动铰接在机身(13)上的可折叠支架、设置在各可折叠支架前端的可伸展螺旋桨。
9.根据权利要求8所述的履带式自动探索机器人，其特征在于：所述的可伸展螺旋桨(13)包括螺旋桨驱动电机(16)、桨叶连杆(20)，所述桨叶连杆(20)中部与所述螺旋桨驱动电机(16)输出轴相连接，所述桨叶连杆(20)的两端分别铰接有桨叶，所述螺旋桨驱动电机(16)输出轴上对称的设置有两根可伸缩的磁性控制固定杆(15)，所述桨叶的尾端设置有与所述磁性控制固定杆(15)相匹配的小凹槽，所述的磁性控制固定杆(15)两端设置有永磁铁，所述螺旋桨驱动电机(16)输出轴的内部及桨叶的尾端均设置有可变磁性的电磁铁(14)。
10.根据权利要求1所述的履带式自动探索机器人，其特征在于：所述的无人机摄像头(12)转动设置在所述机身(13)上。
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