CN107600213B - 一种两轮跳跃智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种两轮跳跃智能机器人，属于机器人领域。采用一种凸轮盘带动弹簧的跳跃机构，解决了当前弹跳机器人跳跃距离不足，结构复杂，不可以重复弹跳等诸多问题，利用简单的机械结构就可以实现准确追踪目标并跳跃攻击目标的功能，同时通过采用多个个体组网协同工作的方法，解决了当前传统地面多用途机器人不能自主完成任务，损坏后无法继续工作，无法识别目标的问题，实现了在无人干预的条件下，主动对目标的行为和环境变化做出反应，本发明涉及一种两轮跳跃智能机器人，通过个体间通讯模块的自组网来发挥任务效能，通过传感器识别目标，并进行移动，跳跃，侦查等动作，特别是智能雷用来移动跳跃的机械结构。

Description

一种两轮跳跃智能机器人

技术领域

本发明涉及一种两轮跳跃智能机器人，属于机器人领域。

背景技术

随着反恐作战和灾害救援等工作任务的需要，为了应对复杂地形，世界范围内关于跳跃机器人的研究正在广泛地进行中。

美国的费伦蒂仪器公司、特克斯特伦防御系统公司和得克萨斯仪器公司等公司进行过智能反直升机、反坦克地雷的研究。反直升机地雷通过对直升机声音特性的识别，当直升机通过地雷上空，不同型号反直升机地雷通过不同原理的弹跳装置跃到空中对直升机进行攻击。反坦克雷也是类似的工作原理，最大区别是跳跃高度比反直升机地雷低了很多。但是它们都有一个共同的缺点即无法在地面平行移动，移动的空间范围很有限。

Sandia国家实验室研制的轮式移动跳跃机器人。日本东京技术学院的研究人员研制出一种利用高压气体实现跳跃的新型弹跳式旋转机器人，都同时具备地面移动和跳跃的功能。国内南京航天航空大学也对此类跳跃机器人进行研究。本专利涉及的两轮跳跃智能机器人即结合了上述反坦克雷和轮式跳跃机器人的特点，采用新概念的跳跃机构，具有自行移动跳跃，组成传感网络侦查环境和搜索目标的能力。

发明内容

本发明的目的是一种两轮跳跃智能机器人，该智能机器人具有一定的移动和跳跃的能力，旨在能够应用于指定的任务地点中适应一定的恶劣环境发挥目标识别和环境侦查等效能。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种两轮跳跃智能机器人主要由行进轮、本体组成。本体内集成行进机构、跳跃机构、电气模块、多功能任务载荷和电池。

行进机构是智能机器人实现轮式移动功能的执行机构，它位于智能机器人的两侧，包含行进电机驱动机构以及行进轮。

跳跃机构是智能机器人实现跳跃避障的执行机构，处于智能机器人本体内部，含弹簧机构、凸轮盘机构、跳跃电机驱动机构。

电气模块包括主控电路、驱动电路、和传感器模块，位于智能机器人本体内部。驱动电路用于驱动减速电机的运转，为了减少内部走线，将驱动电路安装于靠近减速电机的位置；主控电路是智能机器人的“大脑”，由于上方摆放多功能任务载荷，无法安放，为了方便安装将主控电路安装在智能机器人的下方；传感器模块是智能机器人的“感官”，将其安装于外围有利于智能机器人感知周围环境信息。

多功能任务载荷是随着机器人不同应用场合变化的仪器或其他负载，可以完成生命探测、环境侦查、运送物资等功能。

电池是智能机器人的“心脏”，是整个智能机器人的动力来源，其重量相对较重，同较重的多功能任务载荷遥相对应，控制智能机器人的重心。因此，在目前设计中将电池安放于智能机器人的前下方。

一种弹跳式双轮智能机器人主要由行进轮、本体组成。本体内集成行进机构、跳跃机构、电气模块、多功能任务载荷和电池。

跳跃机构被封装在下壳体底部；驱动电机联轴器、驱动电机电机托座一端与轮辐连接，另一端通过下壳体与跳跃机构的封装盒连接；轮辐的外侧有轮胎； U型支架与上壳体固定，并于上壳体形成圆形空间，用于放置多功能任务载荷；天线与上壳体固定连接；电气模块和电池位于上下壳体内部；

行进轮由轮胎、轮辐组成；

行进机构由驱动电机联轴器、驱动电机、电机托座组成；

跳跃机构包括跳跃盘、拉杆、压片、拖尾；跳跃盘是带有阿基米德曲线的圆盘，曲线外是圆心放射状的加强筋用来加强结构拖；拖尾为“冂”字形结构，两侧的柱体为中空结构；中空位置用于放置带有套筒的弹簧；跳跃盘电机置于拖尾中间，并通过电机盒固定；底盘与电机盒固定，并将跳跃盘电机封装，超声波传感器固定安装在底盘上；跳跃盘电机的轴与跳跃盘的中心固定连接；拉杆上部的圆柱形销钉紧贴阿基米德曲线形滑槽的下边缘；压片和拖尾通过螺钉固定连接，同时压片上的四个螺栓用来限制拉杆的水平运动；

跳跃盘逆时针转动带动拉杆的销钉在槽内滑动，从而带动拉杆垂直向上运动；当圆盘转过极限位置后，销钉在弹簧作用下脱离滑槽迅速向下运动，依靠拖尾冲击地面的反作用力完成跳跃。

电气模块分为主控单元，传感模块和通信模块。主控单元由驱动电路，下壳体电路，前部电路组成，通信模块由天线、天线电机、GPS板、防通讯干扰盒组成；传感器模块包括超声波传感器以及声、磁传感器；插头用来给电池充电以及烧入程序，调试设备。

电池呈长方形，与下壳体电路板成对称安装，在下壳体与跳跃机构中间的空间内。

所述U型支架数量至少为两个；所述U型支架按照由大到小的顺序排列，小支架位于拖尾端；

有益效果

本发明完全可以克服目前存在的地面机器人不能跳跃，功能单一，移动范围只限于平地无法适应恶劣地形等缺点，智能机器人无线组网后可实现主动地、积极地、多次响应指令完成特定任务的功能。

附图说明

图1是弹跳式智能机器人内部结构示意图；

图2是弹跳式智能机器人跳跃及行进装置结构示意图；

图3是弹跳式智能机器人跳跃结构后面示意图；

图4是弹跳式智能机器人整体示意图；

图5是弹跳式智能机器人组成图；

图6是凸轮盘机构工作过程示意图。

其中，1—天线、2—轮胎、3—轮辐、4—驱动电路、5-驱动电机联轴器、 6-下壳体、7-天线电机上盖、8-GPS板、9-通讯防干扰盒、10-驱动电机、11- 电机托座、12-跳跃盘、13-拉杆、14-压片、15-拖尾、16-底盘、17-下壳体电路板、18-前部电路板、19-电池、20-超声波传感器、21-插头。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种弹跳式双轮智能机器人主要由行进轮、本体组成。本体内集成行进机构、跳跃机构、电气模块、多功能任务载荷和电池。系统组成框图如图5所示。

跳跃机构被封装在下壳体6底部；驱动电机联轴器5、驱动电机10电机托座 11一端与轮辐3连接，另一端通过下壳体6与跳跃机构的封装盒连接；轮辐3 的外侧有轮胎2；U型支架与上壳体固定，并于上壳体形成圆形空间，用于放置多功能任务载荷；天线1与上壳体固定连接；电气模块和电池19位于上下壳体内部；

行进轮由轮胎2、轮辐3组成；

行进机构由驱动电机联轴器5、驱动电机10、电机托座11组成；

跳跃机构包括跳跃盘12、拉杆13、压片14、拖尾15；跳跃盘12是带有阿基米德曲线的圆盘，曲线外是圆心放射状的加强筋用来加强结构拖；拖尾15为“冂”字形结构，两侧的柱体为中空结构；中空位置用于放置带有套筒的弹簧；跳跃盘电机置于拖尾15中间，并通过电机盒固定；底盘16与电机盒固定，并将跳跃盘电机封装，超声波传感器20固定安装在底盘16上；跳跃盘电机的轴与跳跃盘12的中心固定连接；拉杆13上部的圆柱形销钉紧贴阿基米德曲线形滑槽的下边缘；压片14和拖尾15通过螺钉固定连接，同时压片14上的四个螺栓用来限制拉杆13的水平运动；

跳跃盘12逆时针转动带动拉杆13的销钉在槽内滑动，从而带动拉杆13垂直向上运动；当圆盘转过极限位置后，销钉在弹簧作用下脱离滑槽迅速向下运动，依靠拖尾15冲击地面的反作用力完成跳跃。其工作过程如图6所示。

电气模块分为主控单元，传感模块和通信模块。主控单元由驱动电路4，下壳体电路17，前部电路18组成，通信模块由天线1、天线电机7GPS板8、防通讯干扰盒9组成；传感器模块包括超声波传感器20以及声、磁传感器；插头 21用来给电池充电以及烧入程序，调试设备。

电池19呈长方形，与下壳体电路板成对称安装，在下壳体与跳跃机构中间的空间内。

所述U型支架数量至少为两个；所述U型支架按照由大到小的顺序排列，小支架位于拖尾15端；

考虑一般抛洒载体的形状智能雷外形设计成圆柱状。考虑智能机器人需要增加的功能模块较多，体积较大，以最大200mm来设计智能雷的外形尺寸。考虑到自重以及运动的灵活性等问题，将机器人设计成圆柱状，直径200mm，长300mm。

本发明完成自主发现攻击目标的工作是通过行进机构、跳跃机构、电气模块、多功能任务载荷等共同作用完成的。当智能机器人通过飞机抛撒或其他载体抛散或人工布置后，系统大部分模块处于待机状态，传感模块通过声，磁等信号来感知周围是否有地面目标经过，当确定有目标接近后，通过超声波传感器20 计算机器人和目标的相对距离，以及目标通过的速度，将信号传给处理器后计算得到需要移动的方向和距离，使得智能机器人逐渐接近目标，接近目标的过程中也不断的接受与目标间的距离和方向信息，修正移动轨迹。以上为机器人的跟踪功能。当智能机器人需要翻越复杂地形时，首先移动到距地形一定的设定范围内，然后处理器通过距离和方向信息计算跳跃机构需要的力度和角度，下达跳跃指令，使智能机器人飞越目标，从而达到越障移动的目的。

本发明实现了组网协同工作，自愈和，环境感知和目标识别，自主跟踪目标，在无人干预的条件下，自动完成特定的任务内容。

Claims (2)

1.一种两轮跳跃智能机器人，其特征在于：包括行进轮和本体；本体内集成行进机构、跳跃机构、电气模块、多功能任务载荷和电池；

行进机构是智能机器人实现轮式移动功能的执行机构，它位于智能机器人的两侧，包含行进电机驱动机构以及行进轮；

跳跃机构是智能机器人实现跳跃避障的执行机构，处于智能机器人本体内部，含弹簧机构、凸轮盘机构、跳跃电机驱动机构；

电气模块包括主控电路、驱动电路、和传感器模块，位于智能机器人本体内部；驱动电路用于驱动减速电机的运转，为了减少内部走线，将驱动电路安装于靠近减速电机的位置；主控电路是智能机器人的“大脑”，由于上方摆放多功能任务载荷，无法安放，为了方便安装将主控电路安装在智能机器人的下方；传感器模块是智能机器人的“感官”，将其安装于外围有利于智能机器人感知周围环境信息；

多功能任务载荷是随着机器人不同应用场合变化的仪器或其他负载，可以完成生命探测、环境侦查、运送物资等功能；

电池是智能机器人的“心脏”，是整个智能机器人的动力来源，其重量相对较重，同较重的多功能任务载荷遥相对应，控制智能机器人的重心；因此，在目前设计中将电池安放于智能机器人的前下方；

包括行进轮和本体；本体内集成行进机构、跳跃机构、电气模块、多功能任务载荷和电池；

跳跃机构被封装在下壳体(6)底部；驱动电机联轴器(5)、驱动电机(10)电机托座(11)一端与轮辐(3)连接，另一端通过下壳体(6)与跳跃机构的封装盒连接；轮辐(3)的外侧有轮胎(2)；U型支架与上壳体固定，并于上壳体形成圆形空间，用于放置多功能任务载荷；天线(1)与上壳体固定连接；电气模块和电池(19)位于上下壳体内部；

行进轮由轮胎(2)、轮辐(3)组成；

行进机构由驱动电机联轴器(5)、驱动电机(10)、电机托座(11)组成；

跳跃机构包括跳跃盘(12)、拉杆(13)、压片(14)、拖尾(15)；跳跃盘(12)是带有阿基米德曲线的圆盘，曲线外是圆心放射状的加强筋用来加强结构拖；拖尾(15)为“冂”字形结构，两侧的柱体为中空结构；中空位置用于放置带有套筒的弹簧；跳跃盘电机置于拖尾(15)中间，并通过电机盒固定；底盘(16)与电机盒固定，并将跳跃盘电机封装，超声波传感器(20)固定安装在底盘(16)上；跳跃盘电机的轴与跳跃盘(12)的中心固定连接；拉杆(13)上部的圆柱形销钉紧贴阿基米德曲线形滑槽的下边缘；压片(14)和拖尾(15)通过螺钉固定连接，同时压片(14)上的四个螺栓用来限制拉杆(13)的水平运动；

跳跃盘(12)逆时针转动带动拉杆(13)的销钉在槽内滑动，从而带动拉杆(13)垂直向上运动；当圆盘转过极限位置后，销钉在弹簧作用下脱离滑槽迅速向下运动，依靠拖尾(15)冲击地面的反作用力完成跳跃；

电气模块分为主控单元，传感模块和通信模块；主控单元由驱动电路(4)，下壳体电路(17)，前部电路(18)组成，通信模块由天线(1)、天线电机(7)GPS板(8)、防通讯干扰盒(9)组成；传感器模块包括超声波传感器(20)以及声、磁传感器；插头(21)用来给电池充电以及烧入程序，调试设备；

电池(19)呈长方形，与下壳体电路板成对称安装，在下壳体与跳跃机构中间的空间内。

2.如权利要求1所述的一种两轮跳跃智能机器人，其特征在于：所述U型支架数量至少为两个；所述U型支架按照由大到小的顺序排列，小支架位于拖尾(15)端。