CN108749948A - 一种基于ZigBee网络的六足搜救机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于ZigBee网络的六足搜救机器人，涉及机器人技术领域，电池放置于壳体底部，壳体的顶部放置PCB板、ZigBee通信模块、摄像头和云台，壳体边缘连接有6个腿部单元，机器人进行搜救时，可调节机器人摄像头方位，进行视频采集。本发明结构原理简单，只需要12个舵机即可实现六足机器人的步态，只有12个自由度，与以往18自由度6足相比大幅度简化，以实现搜救机器人之间的通信以及机器人与主机之间的通信，建立搜救网络，增加搜救效率。

Description

一种基于ZigBee网络的六足搜救机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是一种搜救机器人。

背景技术

六足机器人又称蜘蛛机器人，是多足机器人的一种，借鉴了自然界的仿生机器人设计。

六足步行机器人的运动轨迹是一系列离散的足印运动时只需要离散的点接触地面，对环境的破坏程度也较小，可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点，对崎岖地形的适应性强。六足步行机器人的腿部具有多个自由度使运动的灵活性大大增强。它可以通过调节腿的长度保持身体水平也可以通过调节腿的伸展程度调整重心的位置因此不易翻倒稳定性更高。

中国专利号“201710450103.1”公开了一种六足机器人，其优点在于：腿部模块化，具备足端传感系统和多种运动模式，实现了机器人复杂环境中的全方位行走及地形环境的动态感知；但是其在工作过程中并不能实现机器人之间的通信，并且结构相对复杂。

中国专利号“201621279394.X”公开了一种六足机器人，其优点在于：作业平台为正八边形结构；作业平台上方依次安装控制机构、机械手安装底座、驱动机构；控制机构位于作业平台前端；机械手安装底座位于作业平台中间位置，控制机构之后、驱动机构之前，可绕竖直轴线做360°回转运动，结构较为简单。但是其在工作过程中同样不能实现机器人之间的通信，并且不具备灾区搜救功能。

在刊登于机械制造2017年第10期的论文“仿生六足机器人的设计与实现”提到了机器人的控制：基于Arduino控制板、舵机控制模块、蓝牙通信模块及红外检测模块设计了该机器人的控制系统，用于实现机器人的运动模式、步态选择、姿态高低等，六足机器人具有操作简单、动作灵活、稳定性高等特点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于ZigBee网络的搜救机器人，以便行灾区搜救。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于ZigBee网络的搜救机器人，包括壳体、电池、PCB板、ZigBee通信模块、云台、摄像头和六个腿部单元；其中电池放置于壳体底部，PCB板置于壳体的顶部中央，ZigBee通信模块在PCB板上的一角，云台横跨于PCB板，云台中央装有摄像头，壳体边缘连接有6个腿部单元；

所述6个腿部单元结构相同，由上关节，下关节和舵机组成，上关节通过舵机A与壳体相连，下关节通过舵机B与上关节相连，下关节由两个侧板和中间夹板组成，两个侧板相互平行，中间夹板横于两个侧板和上关节连接的一端，且两个侧板的内侧之间的间距保证上关节在侧板的平行面方向可上下自由活动，在远离上关节的两个侧板之间安装有两个金属片包裹的矩形挡板，且两个矩形挡板同一个平面，并垂直于下关节侧板。

所述云台包含连杆、水平旋转台、竖直旋转台和两个圆形支撑柱，其中云台位于顶部中央，并横跨在PCB板上方，连杆水平放置于两个圆形支撑柱之上，两个圆形支撑柱与壳体相连，水平旋转台位于连杆上表面的中央，竖直旋转台位于水平旋转台中间，并将摄像头装于竖直旋转台的前端中间；

所述ZigBee通信模块包含信号输入天线，信号输出天线和信号处理器，信号输入天线和信号输出天线均位于信号处理器上端。

本发明的有益效果是：本发明结构原理简单，只需要12个舵机即可实现六足机器人的步态，只有12个自由度，与以往18自由度6足相比大幅度简化，以实现搜救机器人之间的通信以及机器人与主机之间的通信，建立搜救网络，增加搜救效率。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明腿部结构示意图；

图3为本发明云台结构示意图；

图4为本发明ZigBee通信设备示意图。

图中：1-壳体，2-电池，3-PCB板，4-ZigBee通信设备，5-云台，6-摄像头，7-腿部，8-舵机A，9-上关节，10-舵机B，11-侧板，12-矩形挡板，13-圆形支撑柱，14-连杆，15-水平旋转台，16-竖直旋转台，17-信号输入天线，18-信号输出天线，19-信号处理器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明提供一种基于ZigBee网络的搜救机器人，包括壳体、电池、PCB板、ZigBee通信模块、云台、摄像头和六个腿部单元；其中电池放置于壳体底部，PCB板置于壳体的顶部中央，ZigBee通信模块在PCB板上的一角，云台横跨于PCB板，云台中央装有摄像头，壳体边缘连接有6个腿部单元；

所述6个腿部单元结构相同，由上关节，下关节和舵机组成，上关节通过舵机A与壳体相连，下关节通过舵机B与上关节相连，下关节由两个侧板和中间夹板组成，两个侧板相互平行，中间夹板横于两个侧板和上关节连接的一端，且两个侧板的内侧之间的间距保证上关节在侧板的平行面方向可上下自由活动，在远离上关节的两个侧板之间安装有两个金属片包裹的矩形挡板，且两个矩形挡板同一个平面，并垂直于下关节侧板

下关节的两个矩形挡板保护腿部不受地面摩擦损坏；侧板如图2所示，矩形挡板安装在下关节下端，两个矩形挡板完全一样的，矩形挡板和侧板的关系如图2所示。

所述云台包含连杆、水平旋转台、竖直旋转台和两个圆形支撑柱，其中云台位于顶部中央，并横跨在PCB板上方，连杆水平放置于两个圆形支撑柱之上，两个圆形支撑柱与壳体相连，水平旋转台位于连杆上表面的中央，竖直旋转台位于水平旋转台中间，并将摄像头装于竖直旋转台的前端中间；

所述ZigBee通信模块包含信号输入天线，信号输出天线和信号处理器，信号输入天线和信号输出天线均位于信号处理器上端。

如图1-4所示，打开机器人电源，同时打开上位机，确保上位机与机器人之间通信正常后，检测机器人之间通信情况正常后，将机器人派往地形复杂区域执行搜救任务，ZigBee通信系统收集语音数据，机器人通过周围语音输入判断此区域是否已经搜救，如此区域已搜救，将位置信息发送到上位机进行标记，并前往未搜救区域进行工作，其他搜救机器人根据标记进行搜救，防止重复搜寻同一区域。

通过上位机调节机器人摄像头方位，控制输出画面，机器人将一直自动工作，电力低于临界值时自动返程。

ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低速据速率、低成本的双向无线通信技术。可通过增加路由节点扩大范围，其传输速率为250kbps，可以满足大范围数据传输量不大的传输。大范围的布置ZigBee网络，可以完成在灾区内数据的要求。基于ZigBee建立语音传输系统。采用APR9600语音处理模块以及无线处理模块完成语音通信。无线处理模块采用AD和DA原理，以MCU为硬件处理设备，经过RF前段发射。在ZigBee系统中传输到其他机器人ZigBee通信设备和上位机。

搜救系统由摄像头进行视频采集，考虑到灾后现场灰尘、烟雾、采光不好等干扰因素，摄像头采用红外摄像头，红外摄像头捕捉现场的图像，增强黑暗情况下的图像捕捉能力，提高对人体生命信息的识别能力，帮助搜救队员了解机器人前方路面情况，判别生命迹象，搜救废墟之下的遇难者。当机器人移动到待搜索位置时，通过PWM脉冲控制舵机转向来调节摄像头的上下高度位置，在搜救前人工调节摄像头的仰角，在搜救位置摄像头在360度内自由旋转，控制摄像头的摄像角度，实现多方位多角度的观察，并将采集到的图像通过无线模块传至上位机。

综上所述，本发明结构原理简单，能够实现搜救功能，同时构建搜救网络，提高搜救效率。

Claims (1)

1.一种基于ZigBee网络的六足搜救机器人，其特征在于：

所述的基于ZigBee网络的搜救机器人，包括壳体、电池、PCB板、ZigBee通信模块、云台、摄像头和六个腿部单元；其中电池放置于壳体底部，PCB板置于壳体的顶部中央，ZigBee通信模块在PCB板上的一角，云台横跨于PCB板，云台中央装有摄像头，壳体边缘连接有6个腿部单元；

所述6个腿部单元结构相同，由上关节，下关节和舵机组成，上关节通过舵机A与壳体相连，下关节通过舵机B与上关节相连，下关节由两个侧板和中间夹板组成，两个侧板相互平行，中间夹板横于两个侧板和上关节连接的一端，且两个侧板的内侧之间的间距保证上关节在侧板的平行面方向可上下自由活动，在远离上关节的两个侧板之间安装有两个金属片包裹的矩形挡板，且两个矩形挡板同一个平面，并垂直于下关节侧板；

所述云台包含连杆、水平旋转台、竖直旋转台和两个圆形支撑柱，其中云台位于顶部中央，并横跨在PCB板上方，连杆水平放置于两个圆形支撑柱之上，两个圆形支撑柱与壳体相连，水平旋转台位于连杆上表面的中央，竖直旋转台位于水平旋转台中间，并将摄像头装于竖直旋转台的前端中间；

所述ZigBee通信模块包含信号输入天线，信号输出天线和信号处理器，信号输入天线和信号输出天线均位于信号处理器上端。