CN108639168A - 全地形移动探测机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明中的全地形移动探测机器人，采用轮式结构在平坦的路面行走，采用履带式结构在复杂的路面行走，包括轮式组成部分、车体、底盘系统、舵机系统、控制器、环境探测系统、电源系统以及驱动电机，所述车体位于所述底盘系统的上方；所述驱动电机包括轮式驱动电机和履带式底盘驱动电机；所述底盘系统包括履带、同步带轮、底盘支撑架和履带式底盘驱动电机，所述同步带轮包括主动轮和从动轮，所述履带式底盘驱动电机安装在底盘支撑架上，所述同步带轮的主动轮与所述履带式底盘驱动电机的输出轴相连，所述履带与所述同步带轮啮合，带动履带运动。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种全地形移动探测机器人。
背景技术
目前，机器人底盘通常采用履带式或轮式，其中采用履带式机械对复杂路面具有强大的通过能力，但其对平坦路面则无法快速通过。而轮式机械虽然能够快速通过平坦路面，但对较复杂路面，例如，草丛，碎石路，沼泽等路面只能望而却步。因此，使机器人自主地对陌生环境进行探测以及在保证其自身安全的前提下凭借自身力量跨越一些沟壑甚至攀爬或跨下悬崖，是机器人领域中需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种全地形移动探测机器人，其采用履带式与车轮式相结合的方式，使本发明中的全地形移动探测机器人能够完成履带式到轮式结构的互相切换，即其在平坦的路面采用轮式运动，通过前后两个支架支撑起所述全地形移动探测机器人整个身体，并且能够实现快速无障碍的通过；其在复杂路面采用履带式结构，借助传感器获取路况信息进而利用单片机系统对所获取的信息进行分析，根据分析结果避开不能越过的障碍物，对其能够跨过的障碍物采取适当的动作进行跨越；本发明中的全地形移动探测机器人通过联合控制不同组的舵机转动，把机器人底盘升起或降低以便能够抬高或降低其自身高度，并且在翻倒的情况下能够自动恢复正常姿态。
本发明的技术方案如下：一种全地形移动探测机器人，采用轮式结构在平坦的路面行走，采用履带式结构在复杂的路面行走，其包括轮式组成部分、车体、底盘系统、舵机系统、控制器、环境探测系统、电源系统以及驱动电机，所述车体位于所述底盘系统的上方；所述驱动电机包括轮式驱动电机和履带式底盘驱动电机；所述底盘系统包括履带、同步带轮、底盘支撑架和履带式底盘驱动电机，所述同步带轮包括主动轮和从动轮，所述履带式底盘驱动电机安装在底盘支撑架上，所述同步带轮的主动轮与所述履带式底盘驱动电机的输出轴相连，所述履带与所述同步带轮啮合，带动履带运动；所述轮式组成部分包括第一支架、第二支架、第一车轮和第二车轮，所述第一支架和第二支架分别位于履带式车体的两端部，所述第一支架和第二支架具有预设长度，并且所述第一支架和所述第二支架均能够进行旋转，其配置用于支撑所述车体，所述第一车轮设置在所述第一支架远离所述车体的第一支架的端部，且所述第二车轮设置在所述第二支架远离所述车体的第二支架的端部；以及所述轮式驱动电机包括第一轮式驱动电机、第二轮式驱动电机、第三轮式驱动电机和第四轮式驱动电机；所述舵机系统包括第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、第五舵机和舵机控制器，所述舵机控制器控制所述各舵机的动作，且所述第四舵机和所述第二舵机的扭力大于所述第三舵机和第一舵机的扭力；所述环境探测系统包括第一超声波测距传感器和第二超声波测距传感器和第三超声波测距传感器，所述第一超声波测距传感器设置在第一支架与第一车轮连接处；所述角度传感器设置在所述车体的内部；所述控制器的主控板通过接收所述超声波传感器反馈的距离信息来判断环境信息；主控板通过接收角度传感器反馈的角度信息来判断机器人自身的姿态，从而完成自身的正常姿态自动恢复；所述电源系统为降压供电系统。
优选地，所述履带式底盘驱动电机包括第一履带式底盘驱动电机和第二履带式底盘驱动电机，所述履带包括第一履带和第二履带，所述同步带轮包括第一同步带轮和第二同步带轮，所述底盘支撑架包括第一底盘支撑架和第二底盘支撑架，其分别位于车体下方的两侧；所述各底盘支撑架分别位于各履带的内侧，所述两个履带式底盘驱动电机分别安装在各自的底盘支撑架上，所述各底盘支撑架通过连接件连接至所述车体下方。
优选地，所述第一同步带轮包括第一主动轮和第一被动轮，所述第一履带安装在第一同步带轮的第一主动轮和第一被动轮之间，第一履带上设置有孔，所述孔与第一同步带轮上的齿相互啮合；
所述第二同步带轮包括第二主动轮和第二被动轮，所述第二履带安装在第二同步带轮的第二主动轮和第二被动轮之间，第二履带上设置有孔，所述孔与第二同步带轮上的齿相互啮合；
所述第一同步带轮的第一主动轮安装在第一履带式底盘驱动电机的输出轴上，所述第一同步带轮的第一从动轮安装在第一底盘支撑架上，当第一履带式驱动电机转动时，带动所述第一履带进行转动；
所述第二同步带轮的第二主动轮安装在第二履带式底盘驱动电机的输出轴上，所述第二同步带轮的第二从动轮安装在第二底盘支撑架上，当第二履带式驱动电机转动时，带动所述第二履带进行转动。
优选地，所述第一同步带轮中的第一主动轮与所述第二同步带轮中的第二被动轮相对设置，且所述第一同步带轮中的第一从动轮与所述第二同步带轮中的第二主动轮相对设置。
优选地，所述第一支架远离所述车体的第一支架的端部转动连接有第一连接架，所述第一轮式驱动电机和第二轮式驱动电机分别设置在所述第一连接架的两侧的外侧，所述各第一车轮分别与第一轮式驱动电机和第二轮式驱动电机的输出轴相连；所述第一超声波测距传感器设置在第一车轮着地时所述第一连接架远离所述车体的外侧；所述第一车轮与所述第一支架之间的夹角通过所述第五舵机进行调整；
所述第一连接架通过第一柱状支撑件和U型支撑件，进行连接所述第一柱状支撑件设置在所述第一连接架与第一支架连接处的下方，其配置用于保持所述第一支架的宽度，以防止第一连接架的宽度变窄，影响第一连接架与第一支架之间的转动灵活度以及第一柱状支撑架对第一支架第三部分的运动起到支撑与限位的作用；
所述U型支撑件设置在所述第一连接架的内侧的下端，所述U型支撑件的两个边分别与所述第一连接架的底边平行，使得所述U型支撑件的底边与所述第一连接架垂直放置，所述U型支撑架的底边上连接第一支撑板，所述第一支撑板上设置第一超声波测距传感器。
优选地，所述第二连接架的第一端通过第一铝柱转动连接至所述第二支架的远离所述车体的端部；
所述第二连接架的第二端设置第二柱状支撑件，所述第二柱状支撑件配置用于保持第二支架的宽度，以防止所述第二连接架的宽度变窄，影响所述第二连接架与所述第二支架之间的转动灵活度；
所述第三轮式驱动电机和所述第四轮式驱动电机分别设置在所述第二连接架的两侧的外侧，所述各第二车轮分别与所述第三轮式驱动电机和所述第四轮式驱动电机的输出轴相连。
优选地，所述第一支架包括第一部分、第二部分和第三部分，所述第一支架第一部分包括第一部件和第二部件，所述第一支架第二部分具有底部和两个侧部，所述第一支架第三部分具有底部和两个侧部；
将所述第三舵机通过其顶部的铝柱固定在所述第一支架第一部分第二部件上后，将第一支架第一部分第二部件置于第一支架第一部分第一部件上使第一支架第一部分第一部件和第一支架第一部分第二部件重叠后，将第一支架第一部分的第一重叠侧部与所述车体转动连接，所述第一支架第一部分与所述第一支架第二部分之间设置第一转动连接部，所述第一转动连接部与第一支架第一部分第一部件的另一侧部固接；所述第一转动连接部为U型结构，所述第一转动连接部的U型结构的底边与第一支架第一部分固接，所述第一转动连接部的U形结构的顶端分别与第一支架第二部分的侧部转动连接；
所述第四舵机通过位于第四舵机两侧的铝柱将所述第四舵机固定至第一支架第二部分的两个侧部；
所述第一支架第二部分和所述第一支架第三部分之间通过第二转动连接部，所述第二转动连接部成对布置，所述各第二转动连接部分别与所述第一支架第二部分和所述第一支架第三部分转动连接，以实现第一支架第二部分和第一支架第三部分之间产生相对运动，所述第五舵机通过位于第五舵机两侧的铝柱将所述第五舵机固定至第一支架第三部分的两个侧部。
优选地，所述第二支架包括第一部分和第二部分，所述第二支架第一部分包括第一部件和第二部件，所述第二支架第二部分具有底部和两个侧部；将所述第一舵机通过其顶部的铝柱固定在所述第二支架第一部分第二部件上后，将第二支架第一部分第二部件置于第二支架第一部分第一部件上使第二支架第一部分第一部件和第二支架第一部分第二部件重叠后，将第二支架第一部分的第一重叠侧部与所述车体转动连接，所述第二支架第一部分与所述第二支架第二部分之间设置第三转动连接部，所述第三转动连接部与第二支架第一部分第一部件的未与车体连接的另一侧部固接；所述第三转动连接部为U型结构，所述第三转动连接部的U型结构的底边与第二支架第一部分固接，所述第三转动连接部的U形结构的顶端分别与第二支架第二部分的侧部转动连接；
所述第四舵机通过位于第四舵机两侧的铝柱将所述第四舵机固定至第一支架第二部分的两个侧部。
优选地，所述电源系统包括电池，所述电池配置用于为根据本发明的全地形移动探测机器人系统提供电能；所述电池包括第一电池和第二电池，所述第一电池和第二电池均为11.1V的航模电池，其中第一电池通过第一降压模块将电压降至各舵机允许的最高电压范围内，且保证各车轮电机及舵机有充足的驱动电流，从而能保证各舵机的扭矩以转动所述第一支架和所述第二支架并在所述全地形移动探测机器人处于轮式状态下时能支撑起整个车体，所述第二电池通过第二降压模块将电压降到驱动电机。
本发明的有益效果如下：
与现有技术相比，本发明中的全地形移动探测机器人根据仿生学设计出了履带和轮式结合的运动方式，使得本发明中的全地形移动探测机器人能够应对平地和复杂地形的情况，同时其能够根据需要转变为移动工作平台，具体地，两只长脚能够轻松地抬高和降低车体高度，高度抬高后车体还能够进一步进行移动，将机器人作为移动工作平台，通过两只脚的配合动作随意抬高和降低自身高度来进行勘探和作业，经过部分改造也可以横跨在河流或断崖间来搭造简易桥梁；其中移动工作平台的构建功能，能够在实际勘探中为机器人加装的各种资源采集设施以及勘探传感器的信息采集提供极大的方便，使机器人收集的信息更加精确到位。
本发明中的全地形移动探测机器人具有障碍物信息探测功能，其能够根据所面临的障碍物的情况采取具体的决策，与传统的避障小车以及避障机器人相比，其更加智能。
本发明中的全地形移动探测机器人能够实现自主姿态恢复，当使用过程中出现翻车情况时，其能够自主地采取措施进行应对以摆脱困境。
同时，因为在控制器、传感器、驱动器选型等方面做了大量的工作，所以该发明性能稳定，成本也大大降低。实现了障碍物信息探测、翻越障碍物、跨越沟壑型障碍、自主姿态恢复、移动工作平台等多种功能。
附图说明
图1是根据本发明的全地形移动探测机器人的第一结构示意图。
图2是根据本发明的全地形移动探测机器人的第二结构示意图。
图3是根据本发明的全地形移动探测机器人的第三结构示意图。
图4是根据本发明的全地形移动探测机器人的第四结构示意图。
图5是根据本发明的全地形移动探测机器人的第五结构示意图。
图6是根据本发明的全地形移动探测机器人的第六结构示意图。
图7是根据本发明的全地形移动探测机器人的组成示意图。
图8是根据本发明的全地形移动探测机器人的第一支架转动的第一结构示意图。
图9是根据本发明的全地形移动探测机器人的第一支架转动的第二结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
如图1至图7中所示的全地形移动探测机器人，采用轮式结构在平坦的路面行走，采用履带式结构在复杂的路面行走，其包括轮式组成部分、车体3、底盘系统、舵机系统、控制器、环境探测系统、电源系统以及驱动电机，所述车体位于所述底盘系统的上方。
所述驱动电机包括轮式驱动电机和履带式底盘驱动电机。
所述底盘系统位于所述车体的下方，所述底盘系统采用履带式底盘作为机器人的履带式组成部分，所述底盘系统包括履带2、同步带轮、底盘支撑架和履带式底盘驱动电机1。
优选地，所述履带式底盘驱动电机1包括第一履带式底盘驱动电机11和第二履带式底盘驱动电机12，所述各履带式底盘驱动电机均为直流减速电机，即所述履带式底盘采用直流减速电机进行驱动，以便使所述全地形移动探测机器人具备复杂路面通过能力。
所述履带底盘采用两个直流减速电机进行驱动。所述履带2包括第一履带21和第二履带22。
所述履带底盘为履带式车框架集成底盘，如图1所示，所述底盘支撑架4包括第一底盘支撑架41和第二底盘支撑架42，其分别位于车体3下方的两侧。所述各底盘支撑架分别位于各履带的内侧，所述两个履带式底盘驱动电机分别安装在各自的底盘支撑架上，所述各底盘支撑架通过紧固件，例如，L型连接件，连接至所述车体3下方。
所述同步带轮包括第一同步带轮51和第二同步带轮52，所述第一同步带轮包括第一主动轮511和第一被动轮512，所述第一履带21安装在第一同步带轮的第一主动轮511和第一被动轮512之间，第一履带21上设置有孔6，所述孔与第一同步带轮上的齿相互啮合。
所述第二同步带轮包括第二主动轮521和第二被动轮522，所述第二履带22安装在第二同步带轮的第二主动轮521和第二被动轮522之间，第二履带22上设置有孔6，所述孔与第二同步带轮上的齿相互啮合。
所述第一同步带轮的第一主动轮511安装在第一履带式底盘驱动电机11，即第一直流减速电机，的输出轴上，所述第一同步带轮的第一从动轮512安装在第一底盘支撑架41上，当第一直流减速电机转动时，带动第一履带21进行转动。
所述第二同步带轮的第二主动轮521安装在第二履带式底盘驱动电机12，即第二直流减速电机，的输出轴上，所述第二同步带轮的第二从动轮522安装在第二底盘支撑架42上，当第二直流减速电机转动时，带动第二履带22进行转动。
其中，所述第一同步带轮51中的第一主动轮511与所述第二同步带轮52中的第二被动轮522相对设置，即第一同步带轮51中的第一从动轮512与所述第二同步带轮52中的第二主动轮521相对设置。
优选地，控制第一直流减速电机和第二直流减速电机电机的转动方向和速度，以控制所述全地形移动探测机器人的前进、后退、停止和左右转向。
所述轮式组成部分包括第一支架7、第二支架8、第一车轮9和第二车轮10，所述第一支架7和第二支架8分别位于履带式车体3的两端部，所述第一支架7和第二支架8具有预设长度，并且所述第一支架7和第二支架8均能够进行旋转，其配置用于支撑履带式车体3，所述第一支架7和第二支架8的高度能够根据实际应用场合进行选择，所述第一车轮9设置在所述第一支架7远离所述车体3的第一支架7的端部，且所述第二车轮10设置在所述第二支架8远离所述车体3的第二支架8的端部；优选地，所述第一车轮9的数量为2个，其分别位于所述第一支架7的两侧，所述第二车轮10的数量为两个，其分别位于第二支架8的两侧。
所述轮式驱动电机包括第一轮式驱动电机100、第二轮式驱动电机101、第三轮式驱动电机102和第四轮式驱动电机103。优选地，所述各轮式驱动电机为直流减速电机。
所述第一支架7远离所述车体3的第一支架7的端部转动连接有第一连接架13，所述第一轮式驱动电机100和第二轮式驱动电机101分别设置在第一连接架的两侧的外侧，所述各第一车轮9分别与第一轮式驱动电机100和第二轮式驱动电机101的输出轴相连。所述第一超声波测距传感器设置在第一车轮着地时所述第一连接架13远离所述车体3的外侧。
所述第一连接架13通过第一柱状支撑件131和U型支撑件132，进行连接所述第一柱状支撑件131设置在所述第一连接架13与第一支架7连接处的下方，其配置用于保持所述第一支架的宽度，以防止第一连接架13的宽度变窄，影响第一连接架与第一支架之间的转动灵活度。同时，第一柱状支撑架131对第一支架第三部分的运动起到支撑与限位的作用。
所述U型支撑件132设置在所述第一连接架13的内侧的下端，所述U型支撑件132的两个边分别与所述第一连接架的底边平行，使得所述U型支撑件132的底边与所述第一连接架13垂直放置，所述U型支撑架132的底边上连接第一支撑板133，所述第一支撑板133上设置第一超声波测距传感器90。
所述第二连接架14的第一端通过第一铝柱转动连接至第二支架8的远离所述车体3的端部，优选地，所述第一铝柱的数量为两根。
所述第二连接架14的第二端设置第二柱状支撑件142，所述第二柱状支撑件142配置用于保持第二支架的宽度，以防止第二连接架13的宽度变窄，影响第二连接架与第二支架之间的转动灵活度。
所述第三轮式驱动电机102和第四轮式驱动电机103分别设置在第二连接架14的两侧的外侧，所述各第二车轮10分别与第三轮式驱动电机102和第四轮式驱动电机103的输出轴相连。
优选地，所述第一车轮9为主动车轮，所述第一车轮依靠第一轮式驱动电机和第二轮式驱动电机进行驱动。
所述舵机系统包括第一舵机201、第二舵机202、第三舵机203、第四舵机204、第五舵机205和舵机控制器(未示出)，所述舵机控制器控制所述各舵机的动作，且所述第四舵机204和所述第二舵机202的扭力大于所述第三舵机203和第一舵机201的扭力。
所述第一车轮与第一支架之间的夹角通过所述第五舵机进行调整。所述第五舵机即第五伺服电机。所述第一支架包括第一部分、第二部分和第三部分，所述第一支架第一部分包括第一部件和第二部件，所述第一支架第二部分具有底部和两个侧部。所述第一支架第三部分具有底部和两个侧部。
将第三舵机203通过其顶部的铝柱固定在所述第一支架第一部分第二部件上后，将第一支架第一部分第二部件置于第一支架第一部分第一部件上使第一支架第一部分第一部件和第一支架第一部分第二部件重叠后，将第一支架第一部分的第一重叠侧部与所述车体转动连接，所述第一支架第一部分与所述第一支架第二部分之间设置第一转动连接部，进一步，所述第一转动连接部与第一支架第一部分第一部件的未与车体连接的另一侧部固接。所述第一转动连接部为U型结构，所述第一转动连接部的U型结构的底边与第一支架第一部分固接，所述第一转动连接部的U形结构的顶端分别与第一支架第二部分的侧部转动连接。
也就是说，第三舵机支架400通过紧固件，例如螺丝，与车体的底盘300相连接，所述第三舵机的舵盘连接处带动所述第一支架左右旋转，如图8和图9所示。
所述第四舵机通过位于第四舵机两侧的铝柱将所述第四舵机固定至第一支架第二部分的两个侧部。
所述第一支架第二部分和所述第一支架第三部分之间通过第二转动连接部，所述第二转动连接部成对布置，所述各第二转动连接部分别与所述第一支架第二部分和所述第一支架第三部分转动连接，以实现第一支架第二部分和第一支架第三部分之间产生相对运动。所述第五舵机通过位于第五舵机两侧的铝柱将所述第五舵机固定至第一支架第三部分的两个侧部。
优选地，在所述第一支架7的机械脚跟部分，进一步，在所述第一支架的机械脚跟部分的主要受力部位设置第四舵机204，例如，数字舵机，实现所述第一支架7旋转位置的调整，所述第四舵机204即第四伺服电机，所述第四舵机扭力大且稳定性好。在第一支架的所述机械脚跟最顶端的活动部分采用第三舵机203，所述第三舵机即第三伺服电机。优选地，所述第三舵机为数字舵机。所述第三舵机配置用于对第一支架7上第一车轮9绕第一支架轴转动位置及第一超声波测距传感器的位置进行调整。
所述第二支架包括第一部分和第二部分，所述第二支架第一部分包括第一部件和第二部件，所述第二支架第二部分具有底部和两个侧部。将第一舵机201通过其顶部的铝柱固定在所述第二支架第一部分第二部件上后，将第二支架第一部分第二部件置于第二支架第一部分第一部件上使第二支架第一部分第一部件和第二支架第一部分第二部件重叠后，将第二支架第一部分的第一重叠侧部与所述车体转动连接，所述第二支架第一部分与所述第二支架第二部分之间设置第三转动连接部，进一步，所述第三转动连接部与第二支架第一部分第一部件的未与车体连接的另一侧部固接。所述第三转动连接部为U型结构，所述第三转动连接部的U型结构的底边与第二支架第一部分固接，所述第三转动连接部的U形结构的顶端分别与第二支架第二部分的侧部转动连接。
所述第四舵机通过位于第四舵机两侧的铝柱将所述第四舵机固定至第一支架第二部分的两个侧部。
优选地，在所述第二支架8的机械脚跟部分，进一步，在所述第二支架的机械脚跟部分的主要受力部位设置第二舵机202，例如，数字舵机，实现所述第二支架的旋转位置的调整，所述第二舵机即第二伺服电机，所述第二舵机扭力大，且稳定性好。
在第二支架的所述机械脚跟最顶端的活动部分采用第一舵机，所述第一舵机即第一伺服电机。优选地，所述第一舵机201为数字舵机，所述第一舵机配置用于对第二支架上第二车轮绕第二支架轴转动的位置以及角度传感器的位置进行调整。
采用舵机控制器，例如32路舵机控制器，来控制多组舵机的角度。
所述控制器为单片机；优选地，所述舵机控制器为AVR单片机，以便使所述全地形移动探测机器人能够自主地完成设定的工作，对超声波测距传感器和角度传感器传入的信号进行分析，根据结果控制执行元件，例如，履带式底盘驱动电机、轮式驱动电机以及舵机。
所述环境探测系统包括若干个超声波传感器和角度传感器，其配置用于帮助机器人对陌生的环境进行探测。
根据本发明的实施例，所述环境探测系统包括第一超声波测距传感器90和第二超声波测距传感器91和第三超声波测距传感器92，所述第一超声波测距传感器设置在第一支架与第一车轮连接处；优选地，所述第一超声波测距传感器设置在所述车轮的前方，进一步，所述第一超声波测距传感器的数量为两个。所述第二超声波测距传感器和第三超声波测距传感器分别设置所述车体下方且靠近所述第一支架处，优选地，所述第二超声波测距传感器为两个，且所述第三超声波测距传感器为两个。
所述角度传感器93设置在所述车体的内部，其包括陀螺仪和加速度计，其配置用于检测所述车体相对于水平面的角度。
通过第五舵机205，带动第一超声波测距传感器90的超声波发射口朝前，并与其余舵机配合将机器人底盘支撑起来，进行攀高越障等动作。
控制器的主控板通过接收所述超声波传感器反馈的距离信息来判断环境信息，例如障碍物、悬崖及沟壑，从而实现一系列动作完成障碍物跨越；主控板通过接收角度传感器反馈的角度信息来判断机器人自身的姿态，从而完成自身的正常姿态自动恢复。
所述电源系统为降压供电系统，所述电源系统包括电池，所述电池配置用于为根据本发明的全地形移动探测机器人系统提供电能。优选地，所述电池包括第一电池和第二电池，所述第一电池和第二电池均为11.1V的航模电池，其中第一电池通过第一降压模块将电压降至各舵机允许的最高电压范围内，且保证各车轮电机及舵机有充足的驱动电流，从而能保证所有的舵机具有足够的扭矩以转动第一支架和第二支架并在所述全地形移动探测机器人处于轮式状态下时能支撑起整个车体。第二电池通过第二降压模块将电压降到驱动电机，例如，驱动车轮的轮式驱动电机及主控板允许的最高电压，优选地，采用第二电池为所述底盘系统的驱动电机供电以解决履带底盘耗电多的问题。
当所述全地形移动探测机器人采用履带式结构在复杂的路面行走时，将第一轮式驱动电机所处的位置作为所述全地形移动探测机器人的前部，在前进过程中当所述全地形移动探测机器人向第一侧倾倒时，角度传感器检测到第一角度变化值，主控板控制第一伺服电机进行逆时针旋转以实现翻身从而恢复所述全地形移动探测机器人的正常姿态；当所述全地形移动探测机器人向第二侧倾倒时，所述角度传感器检测到第二角度变化值，主控板控制第一伺服电机进行顺时针旋转以实现翻身从而恢复所述全地形移动探测机器人正常姿态。
所述全地形移动探测机器人进行攀越高处作业时具体过程如下：
当第一超声波测距传感器，检测到前方距离小于第一设定值，主控板根据所述第一超声波传感器采集到的信息判断出前方存在障碍物，同时获得所述全地形移动探测机器人与障碍物之间的距离，主控板发出控制信号控制所述全地形移动探测机器人执行预设的跨越障碍物的动作组进行攀高。
优选地，所述障碍物的高处具有平面，以便所述车体能够完全行进至所述平面上。
所述全地形移动探测机器人进行攀越高处作业时，其具体步骤如下：
步骤一，通过第四舵机，即通过第四伺服电机，带动第一支架进行旋转以抬起第一车轮，直至所述第一车轮的高度到达超过所述障碍物最高点的高度后停止抬高动作；
步骤二，所述全地形移动探测机器人通过履带式底盘前进预设距离，第四舵机，即第四伺服电机，带动第一支架旋转使第一车轮落在障碍物高处平面上；
步骤三，第二舵机，即第二伺服电机，旋转带动第二支架，通过所述第二支架撑起所述车体；随着第二支架把车体撑起来，对第一车轮相对于第一支架之间夹角进行调整以便将底盘撑起从而使其避开障碍物。
步骤四，所述全地形移动探测机器人通过第一车轮和第二车轮前进，使整个车体都在高处平面上，完成攀高动作完成。
所述全地形移动探测机器人跨越沟壑或悬崖工作时，其具体步骤如下：
当第二超声波测距传感器检测到所述全地形移动探测机器人下方距离大于第二设定值，主控板根据所述第二超声波测距传感器监测到的信息判断出前方为悬崖或者沟壑，主控板发出控制信号控制所述全地形移动探测机器人执行预设的跨越障碍物的动作组进行越低。
其中，跨越悬崖动作的具体步骤如下：
步骤一，第四舵机，即第四伺服电机，带动第一支架进行旋转，使第一车轮落在第一平面上；
步骤二，第二舵机，即第二伺服电机带动第二支架旋转使第二车轮落在第二平面上，且第一平面的高度低于第二平面的高度；
步骤三，所述全地形移动探测机器人通过第一车轮和第二车轮持续前进，直到所述车体全部落到第一平面；
优选地，在步骤三中所述全地形移动探测机器人持续前进过程中，所述第五舵机，即所述第五伺服电机持续调整第一车轮的位置。
优选地，在步骤三中所述的全地形移动探测机器人持续前进过程中，所述第一舵机，即第一伺服电机持续调整第二车轮的位置。
所述全地形移动探测机器人跨越沟壑动作，所述车体从第三平面跨越至第四平面，所述第三平面和第四平面之间具有沟壑，其具体步骤如下：
步骤一，所述车体位于第三平面上，通过第四舵机，即第四伺服电机带动第一支架进行旋转，使第一车轮跨越沟壑落至第四平面上；
步骤二，通过第二舵机，即第二伺服电机带动第二支架进行旋转使第二车轮落至第三平面上；
步骤三，所述全地形移动探测机器人通过第一车轮和第二车轮持续前进，直至所述本体从沟壑上方跨越沟壑到达第四平面。
所述全地形移动探测机器人采用轮式结构在平坦的路面行走，采用履带式结构在复杂的路面行走，其从履带式到轮式的相互切换过程的具体步骤如下：
所述全地形移动探测机器人处于履带形态下，所述第一车轮和第二车轮脱离地面。
当第一舵机旋转到所述第二车轮着地之后停止，第五舵机和第四舵机旋转到第一车轮着地，所述第一支架和第二支架共同作用支撑所述车体以保证所述车体水平，这一系列的动作就完成了所述全地形移动探测机器人从履带形态到轮式形态的切换。在此基础上做相反的动作，就完成了所述全地形移动探测机器人从轮式形态到履带形态的切换。
本发明的优化、扩展和替代:
A.优化机械结构使得机器人能越过各种不同高度的障碍物，悬崖或沟壑等障碍物；
B.更换更轻便的材料来减轻机器人的整体重量；
C.对机器人的履带底盘做进一步的优化，如改变履带的材料和宽度，使其耗电量减小，通行速度更快；
D.选用转速和扭矩更快的电机和舵机，使得机器人的运动效率更快，执行个中越长任务更加强大和稳定。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种全地形移动探测机器人，采用轮式结构在平坦的路面行走，采用履带式结构在复杂的路面行走，其特征在于：包括轮式组成部分、车体、底盘系统、舵机系统、控制器、环境探测系统、电源系统以及驱动电机，所述车体位于所述底盘系统的上方；所述驱动电机包括轮式驱动电机和履带式底盘驱动电机；
所述底盘系统包括履带、同步带轮、底盘支撑架和履带式底盘驱动电机，所述同步带轮包括主动轮和从动轮，所述履带式底盘驱动电机安装在底盘支撑架上，所述同步带轮的主动轮与所述履带式底盘驱动电机的输出轴相连，所述履带与所述同步带轮啮合，带动履带运动；
所述轮式组成部分包括第一支架、第二支架、第一车轮和第二车轮，所述第一支架和第二支架分别位于履带式车体的两端部，所述第一支架和第二支架具有预设长度，并且所述第一支架和所述第二支架均能够进行旋转，其配置用于支撑所述车体，所述第一车轮设置在所述第一支架远离所述车体的第一支架的端部，且所述第二车轮设置在所述第二支架远离所述车体的第二支架的端部；
所述轮式驱动电机包括第一轮式驱动电机、第二轮式驱动电机、第三轮式驱动电机和第四轮式驱动电机；
所述舵机系统包括第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、第五舵机和舵机控制器，所述舵机控制器控制所述各舵机的动作，且所述第四舵机和所述第二舵机的扭力大于所述第三舵机和第一舵机的扭力；
所述环境探测系统包括第一超声波测距传感器和第二超声波测距传感器和第三超声波测距传感器，所述第一超声波测距传感器设置在第一支架与第一车轮连接处；所述角度传感器设置在所述车体的内部；
所述控制器的主控板通过接收所述超声波传感器反馈的距离信息来判断环境信息；主控板通过接收角度传感器反馈的角度信息来判断机器人自身的姿态，从而完成自身的正常姿态自动恢复；
所述电源系统为降压供电系统。
2.如权利要求1所述的全地形移动探测机器人，其特征在于：所述履带式底盘驱动电机包括第一履带式底盘驱动电机和第二履带式底盘驱动电机，所述履带包括第一履带和第二履带，所述同步带轮包括第一同步带轮和第二同步带轮，所述底盘支撑架包括第一底盘支撑架和第二底盘支撑架，其分别位于车体下方的两侧；所述各底盘支撑架分别位于各履带的内侧，所述两个履带式底盘驱动电机分别安装在各自的底盘支撑架上，所述各底盘支撑架通过连接件连接至所述车体下方。
3.如权利要求2所述的全地形移动探测机器人，其特征在于：所述第一同步带轮包括第一主动轮和第一被动轮，所述第一履带安装在第一同步带轮的第一主动轮和第一被动轮之间，第一履带上设置有孔，所述孔与第一同步带轮上的齿相互啮合；
所述第二同步带轮包括第二主动轮和第二被动轮，所述第二履带安装在第二同步带轮的第二主动轮和第二被动轮之间，第二履带上设置有孔，所述孔与第二同步带轮上的齿相互啮合；
所述第一同步带轮的第一主动轮安装在第一履带式底盘驱动电机的输出轴上，所述第一同步带轮的第一从动轮安装在第一底盘支撑架上，当第一履带式驱动电机转动时，带动所述第一履带进行转动；
所述第二同步带轮的第二主动轮安装在第二履带式底盘驱动电机的输出轴上，所述第二同步带轮的第二从动轮安装在第二底盘支撑架上，当第二履带式驱动电机转动时，带动所述第二履带进行转动。
4.如权利要求3所述的全地形移动探测机器人，其特征在于：所述第一同步带轮中的第一主动轮与所述第二同步带轮中的第二被动轮相对设置，且所述第一同步带轮中的第一从动轮与所述第二同步带轮中的第二主动轮相对设置。
5.如权利要求4所述的全地形移动探测机器人，其特征在于：所述第一支架远离所述车体的第一支架的端部转动连接有第一连接架，所述第一轮式驱动电机和第二轮式驱动电机分别设置在所述第一连接架的两侧的外侧，所述各第一车轮分别与第一轮式驱动电机和第二轮式驱动电机的输出轴相连；所述第一超声波测距传感器设置在第一车轮着地时所述第一连接架远离所述车体的外侧；所述第一车轮与所述第一支架之间的夹角通过所述第五舵机进行调整；
所述第一连接架通过第一柱状支撑件和U型支撑件，进行连接所述第一柱状支撑件设置在所述第一连接架与第一支架连接处的下方，其配置用于保持所述第一支架的宽度，以防止第一连接架的宽度变窄，影响第一连接架与第一支架之间的转动灵活度以及第一柱状支撑架对第一支架第三部分的运动起到支撑与限位的作用；
所述U型支撑件设置在所述第一连接架的内侧的下端，所述U型支撑件的两个边分别与所述第一连接架的底边平行，使得所述U型支撑件的底边与所述第一连接架垂直放置，所述U型支撑架的底边上连接第一支撑板，所述第一支撑板上设置第一超声波测距传感器。
6.如权利要求5所述的全地形移动探测机器人，其特征在于：所述第二连接架的第一端通过第一铝柱转动连接至所述第二支架的远离所述车体的端部；
所述第二连接架的第二端设置第二柱状支撑件，所述第二柱状支撑件配置用于保持第二支架的宽度，以防止所述第二连接架的宽度变窄，影响所述第二连接架与所述第二支架之间的转动灵活度；
所述第三轮式驱动电机和所述第四轮式驱动电机分别设置在所述第二连接架的两侧的外侧，所述各第二车轮分别与所述第三轮式驱动电机和所述第四轮式驱动电机的输出轴相连。
7.如权利要求6所述的全地形移动探测机器人，其特征在于：所述第一支架包括第一部分、第二部分和第三部分，所述第一支架第一部分包括第一部件和第二部件，所述第一支架第二部分具有底部和两个侧部，所述第一支架第三部分具有底部和两个侧部；
将所述第三舵机通过其顶部的铝柱固定在所述第一支架第一部分第二部件上后，将第一支架第一部分第二部件置于第一支架第一部分第一部件上使第一支架第一部分第一部件和第一支架第一部分第二部件重叠后，将第一支架第一部分的第一重叠侧部与所述车体转动连接，所述第一支架第一部分与所述第一支架第二部分之间设置第一转动连接部，所述第一转动连接部与第一支架第一部分第一部件的另一侧部固接；所述第一转动连接部为U型结构，所述第一转动连接部的U型结构的底边与第一支架第一部分固接，所述第一转动连接部的U形结构的顶端分别与第一支架第二部分的侧部转动连接；
所述第四舵机通过位于第四舵机两侧的铝柱将所述第四舵机固定至第一支架第二部分的两个侧部；
所述第一支架第二部分和所述第一支架第三部分之间通过第二转动连接部，所述第二转动连接部成对布置，所述各第二转动连接部分别与所述第一支架第二部分和所述第一支架第三部分转动连接，以实现第一支架第二部分和第一支架第三部分之间产生相对运动，所述第五舵机通过位于第五舵机两侧的铝柱将所述第五舵机固定至第一支架第三部分的两个侧部。
8.如权利要求7所述的全地形移动探测机器人，其特征在于：所述第二支架包括第一部分和第二部分，所述第二支架第一部分包括第一部件和第二部件，所述第二支架第二部分具有底部和两个侧部；将所述第一舵机通过其顶部的铝柱固定在所述第二支架第一部分第二部件上后，将第二支架第一部分第二部件置于第二支架第一部分第一部件上使第二支架第一部分第一部件和第二支架第一部分第二部件重叠后，将第二支架第一部分的第一重叠侧部与所述车体转动连接，所述第二支架第一部分与所述第二支架第二部分之间设置第三转动连接部，所述第三转动连接部与第二支架第一部分第一部件的未与车体连接的另一侧部固接；所述第三转动连接部为U型结构，所述第三转动连接部的U型结构的底边与第二支架第一部分固接，所述第三转动连接部的U形结构的顶端分别与第二支架第二部分的侧部转动连接；
所述第四舵机通过位于第四舵机两侧的铝柱将所述第四舵机固定至第一支架第二部分的两个侧部。
9.如权利要求8所述的全地形移动探测机器人，其特征在于：所述电源系统包括电池，所述电池配置用于为根据本发明的全地形移动探测机器人系统提供电能；所述电池包括第一电池和第二电池，所述第一电池和第二电池均为11.1V的航模电池，其中第一电池通过第一降压模块将电压降至各舵机允许的最高电压范围内，且保证各车轮电机及舵机有充足的驱动电流，从而能保证各舵机的扭矩以转动所述第一支架和所述第二支架并在所述全地形移动探测机器人处于轮式状态下时能支撑起整个车体，所述第二电池通过第二降压模块将电压降到驱动电机。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115366598A (zh) * | 2022-10-26 | 2022-11-22 | 福建省威盛机械发展有限公司 | 车辆底盘及车辆 |
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