CN109702756B - 水陆空八杆侦察机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域。目的是提供一种水陆空八杆侦察机器人，该机器人应具有机动性高、适应能力强、可快速复原的特点。技术方案是：水陆空八杆侦察机器人，其特征在于：该机器人包括球形的机器人主体、用于推动机器人主体移动的运动机构、设置在机器人主体外壳上的传感器以及设置在机器人主体内部的控制机构与供电的电源。所述运动机构包括分别配有行走轮的四个主驱动臂以及分别配有螺旋桨的四个副驱动臂；所述主驱动臂均匀布置在机器人主体的球面上，主驱动臂的长度大于副驱动臂的长度；每个副驱动臂设置在三个主驱动臂之间的中心位置；所述行走轮设置在主驱动臂的末端。

Description

水陆空八杆侦察机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体是涉及一种水陆空侦察机器人。

背景技术

机器人的发明目的就是用机器人来帮助人们完成一些人体难以做到或较为繁琐的事情。水陆空侦察机器人就是一种帮助人们在陆地、空中及水下侦察的机器人，能够在各种天气状况、各种地形地貌环境中有效地帮助人们采集信息，避免因人们手动做业而产生的危险，机器人的普及将极大地促进人类对自然的探索，减小因人工做业而导致的伤亡。机器人领域的快速发展必将成为人类新时代发展的新动力，促进人类社会的快速向前发展。但目前已有的侦察机器人都有很多的不足之处，如环境适应性不足，稳定性不足，机动性不足，使用寿命短，功能少，同时侦察机器人在地面工作时因地势问题或因着陆不稳会导致侧翻，无法快速复原等问题无法解决，这些缺陷都在一定程度上限制了机器人的功能。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种水陆空八杆侦察机器人，该机器人应具有机动性高、适应能力强、可快速复原的特点。

本发明的技术方案是：

水陆空八杆侦察机器人，其特征在于：该机器人包括球形的机器人主体、用于推动机器人主体移动的运动机构、设置在机器人主体外壳上的传感器以及设置在机器人主体内部的控制机构与供电的电源；

所述运动机构包括分别配有行走轮的四个主驱动臂以及分别配有螺旋桨的四个副驱动臂；所述主驱动臂均匀布置在机器人主体的球面上，主驱动臂的长度大于副驱动臂的长度；每个副驱动臂设置在三个主驱动臂之间的中心位置；所述行走轮设置在主驱动臂的末端，主驱动臂上设有用于调整行走轮方向并驱动行走轮运动的第一动力机构；所述螺旋桨设置在副驱动臂的末端，副驱动臂上设有用于调整螺旋桨方向并驱动螺旋桨运动的第二动力机构；

所述第一动力机构与第二动力机构设置在保护壳内；所述第一动力机构包括与主驱动臂固定的第四电机、与第四电机转轴固定的第五电机、与第五电机转轴固定的第六电机以及与第六电机转轴固定的第七电机；所述第四电机转轴平行于主驱动臂，第四电机转轴、第五电机转轴、第六电机转轴以及第七电机转轴均依次与前一电机转轴垂直布置；所述行走轮与第七电机转轴固定；所述第二动力机构包括与副驱动臂固定的第一电机、与第一电机转轴固定的第二电机以及与第二电机转轴固定的第三电机；所述第一电机转轴平行于副驱动臂，第一电机转轴、第二电机转轴以及第三电机转轴均依次与前一电机转轴垂直布置；所述螺旋桨与第三电机转轴固定；

所述传感器包括温度探头、湿度探头与摄像头；所述控制机构包括中央处理器、平衡模块、无线通讯模块、连接温度探头的温度传感器、连接湿度探头的湿度传感器；所述中央处理器分别通过数据线连接平衡模块、无线通讯模块、温度传感器、湿度传感器、摄像头以及第一动力机构与第二动力机构的各电机。

所述主驱动臂与副驱动臂均放射状固定在机器人主体的外壳上；所述主驱动臂的末端构成正四面体的四个顶点，机器人主体的球心位于该正四面体的中心。

所述副驱动臂的末端构成正四面体的四个顶点，机器人主体的球心位于该正四面体的中心。

所述电源为锂电池；所述机器人主体外壳上连接电源的充电接口。

所述保护壳为橡胶外壳。

本发明的有益效果是：

本发明通过配有行走轮的主驱动臂以及配有螺旋桨的副驱动臂实现移动，行走轮用于在地面移动，螺旋桨用于在空中飞行以及在水中推进，并且本发明的整体外形呈正四面体，无论以何种方式翻倒均可自动实现复原，极大地提高了机器人的环境适应性。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明中机器人主体的俯视结构示意图。

图3是本发明中副驱动臂的结构示意图。

图4是本发明中主驱动臂的结构示意图。

图5是本发明中无线遥控器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，水陆空八杆侦察机器人，包括球形的机器人主体、驱动机器人主体移动的运动机构、设置在机器人主体外壳7上的传感器以及设置在机器人主体内部的控制机构与电源。

所述运动机构包括四个主驱动臂1以及四个副驱动臂2。所述主驱动臂均匀布置在机器人主体球面上并且放射状固定在机器人主体外壳上，主驱动臂的长度大于副驱动臂的长度，四个主驱动臂的末端构成一个正四面体的四个顶点；同时，每个副驱动臂设置在三个主驱动臂之间的中心位置(每个主驱动臂也设置在三个副驱动臂之间的中心位置)，四个副驱动臂的末端也构成一个正四面体的四个顶点，机器人主体的球心则位于这两个正四面体的中心(机器人主体的球心与这两个正四面体的中心重合)。

所述主驱动臂的末端配有行走轮8，主驱动臂上还设有用于调整行走轮方向并驱动行走轮运动的第一动力机构，第一动力机构驱动行走轮旋转从而带动机器人在地面前进。

所述第一动力机构设置在保护壳6内部(主驱动臂的末端设置有可防水的保护壳)，包括依次连接在主驱动臂与行走轮之间的第四电机16、第五电机5、第六电机20与第七电机21，第四电机通过第一支架15与主驱动臂固定，第五电机与第四电机转轴17固定，第六电机通过第二支架19与第五电机转轴34固定，第七电机与第六电机转轴39固定，行走轮与第七电机转轴18固定。所述第四电机转轴平行于主驱动臂，第四电机转轴、第五电机转轴、第六电机转轴与第七电机转轴依次垂直布置。所述第七电机用于驱动行走轮旋转，第六电机用于控制行走轮的转向，第四电机与第五电机用于调整行走轮的方向。

所述副驱动臂的末端配有螺旋桨4，副驱动臂上还设有用于调整螺旋桨方向并驱动螺旋桨运动的第二动力机构，第二动力机构驱动螺旋桨旋转从而带动机器人在空中或水下前进。

所述第二动力机构设置在保护壳6内部(副驱动臂的末端设置有可防水的保护壳)，包括依次连接在副驱动臂与螺旋桨之间的第一电机29、第二电机31与第三电机14，第一电机通过第三支架28与副驱动臂固定，第二电机与第一电机转轴30固定，第三电机通过第四支架13与第二电机转轴33固定，螺旋桨与第三电机转轴3固定。所述第一电机转轴平行于副驱动臂，第一电机转轴、第二电机转轴与第三电机转轴依次垂直布置。所述第三电机用于驱动螺旋桨旋转，第一电机与第二电机用于调整螺旋桨的方向。

所述传感器包括温度探头10、湿度探头11与摄像头12。所述机器人主体外壳上还设有固定架9，温度探头、湿度探头与摄像头均安装在固定架中。

所述控制机构包括中央处理器23、平衡模块24、无线通讯模块27、通过导线连接温度探头的温度传感器25、通过导线连接湿度探头的湿度传感器26，这些部件均通过螺栓安装在固定板上32(固定板再与机器人主体外壳7固定)。所述电源22用于向各部件供电并且也安装在固定板上，电源采用锂电池，机器人主体外壳上设有连接电源的充电接口(图中省略)。所述摄像头采用多自由度摄像头。所述保护壳为橡胶外壳。

所述中央处理器分别通过导线连接平衡模块、无线通讯模块、温度传感器、湿度传感器、摄像头以及第一动力机构与第二动力机构的各电机。

本发明还包括无线遥控器。如图5所示，无线遥控器包括遥控器本体38，遥控器本体上设有显示器36、触屏式控制模块35和手柄37，显示器用来显示传输回来的图像数据、温度湿度数据、运动数据(包括角度和加速度数据，由平衡模块测得)，触屏式控制模块用来发送一些特殊的运动指令(如模式选择)，手柄37用来控制机器人的运动。所述无线遥控器为常用设备。

本发明的各部件(包括无线遥控器)均可外购获得。

所述行走轮采用防水轮胎，可以增加机器人的环境适应能力，让机器人从水中到陆地时不影响轮胎的正常使用，不会产生打滑等现象，同时在一定程度上增加了机器人的使用寿命。

所述螺旋桨采用水路两用螺旋桨，螺旋桨作为机器人在水下和空中的推进器，增加了机器人的环境适应能力，同时兼顾水路两用的功能减少了推进器的数量，减轻了机器人的质量，提高了机器人的机动性。

所述中央处理器为ARM系列处理器(推荐型号STM32F767)，具有主频高、处理能力强的特点，具有多种通讯方式。所述中央处理器根据各种传感器(摄像头、温度传感器、湿度传感器和平衡模块)采集到的信息以及从无线通讯模块接收到的指令做出合理的动作选择，通过控制第一动力机构与第二动力机构的各电机来实现机器人的不同动作。同时中央处理器还将采集的各种信息通过无线通讯方式发送给无线遥控器，方便使用者实时观测机器人的运行状态。

所述无线通讯模块用于将机器人采集到的信息传输给无线遥控器，实现使用者和机器人之间的实时通讯，同时无线通讯模块接收无线遥控器的指令并传给中央处理器，让中央处理器根据指令对机器人进行控制。

所述第一动力机构与第二动力机构的各电机包括驱动电机和控制电机。所述驱动电机为控制螺旋桨旋转的第四电机以及控制行走轮旋转的第七电机，其余的电机为可调整角度的步进电机，通过调整行走轮和螺旋桨的位置控制机器人的运动。

所述平衡模块采用高性能的MPU6050模块，可以实时地采集当前机器人的平衡信息，通过平衡信息对机器人进行位置调整，改变机器人在空中、水下及陆地运行时的姿势，使机器人始终保持一个平衡的状态。同时MPU6050模块还能采集加速度信息，机器人通过对加速度信息的处理来分析当前运行状态，判断是否出现故障等意外情况，从而做出及时调整，保障了机器人的安全性。

所述无线遥控器用于接收并显示信息同时通过无线通讯控制机器人的运动。使用者通过该遥控器和机器人进行无线通讯，可以采集到机器人传回的各种信息，并将这些信息显示在遥控器上，同时通过无线通讯将指令发送给机器人，控制机器人的运动。

所述温度传感器用于采集当前的温度信息，并将其通过无线通讯模块传输给无线遥控器，让使用者能检测到目前机器人所处位置的温度，实现对温度信息的采集。同时及时地反馈温度信息能够有效预防恶劣环境对机器人造成的破坏。

所述湿度传感器用于采集当前的湿度信息，并将其通过无线通讯模块传输给无线遥控器，让使用者能检测到目前机器人所处位置的湿度，实现对湿度信息的采集。同时及时地反馈湿度信息能够促进使用者对机器人所处天气环境的判断，在恶劣天气来临前能够有效的预防，避免对机器人造成破坏。

所述摄像头用于采集图像信息，并由无线通讯模块将图像信息实时传输给无线遥控器，使用者可通过遥控器实时观察此时机器人捕捉的图像。

机器人在地面运动时，机器人主体由三个向下布置的主驱动臂支撑，通过控制这三个主驱动臂行走轮的转速和转向实现机器人的各种地面运动，另外一个主驱动臂竖直向上布置(不发挥作用)。同时，机器人的三个副驱动臂向上布置，另一个副驱动臂竖直向下布置，飞行时，通过向上布置的三个副驱动臂的螺旋桨提供动力，通过调整螺旋桨的转速和位置控制机器人在空中的各种运动，另一个螺旋桨起到辅助运动的作用。机器人在水中运动时，通过面向前进方向的三个螺旋桨提供动力并实现方向调节，另一个螺旋桨起到辅助运动的作用。

当机器人由于特殊原因侧翻无法复原时(如在地面运动遇到陡坡倾翻或着陆时外界条件导致着陆不稳而翻倒)，中央处理器可以通过调整螺旋桨的位置和角度来实现机器人的起飞(自动复原功能)，起飞成功后调整轮胎的角度，最终稳定着陆。

该自动复原功能(现有技术)的具体方式如下：由于机器人行走轮的转动对机器人整体的平衡影响不大，因此对应的6050模块数据差异主要取决于立在上方的行走轮是哪一个，因而主要存在四种姿势。机器人的中央处理器中存有四种不同的着陆姿势所对应的6050角度值和该种姿势对应的所需调整的行走轮和螺旋桨部分各个电机的角度数据,如当机器人摄像头正方向的行走轮位于机器人正上方时，记录在中央处理器中平衡模块参数分别为X0,Y0,Z0；记录在中央处理器中的下方三个行走轮对应的三个第四电机记录的角度参数分别为a1,a2,a3，三个第五电机记录的角度参数分别为b1,b2,b3，三个第六电机记录的角度参数分别为c1,c2,c3；记录在中央处理器中上方的三个螺旋桨部分对应的三个第一电机角度参数分别为d1,d2,d3，三个第二电机记录的角度参数分别为e1,e2,e3。当机器人由于某种原因侧翻成该姿势时，通过读取6050平衡模块传回的此时的角度数据与储存在中央处理器中的数据X0,Y0,Z0进行对比，从而判断此时的姿势为机器人摄像头正方向的行走轮位于机器人正上方，根据储存在中央处理器中的该姿势所对应的各个电机角度数据d1～d3，e1～e3控制螺旋桨部分的电机转动从而控制调整其中3个螺旋桨的角度来实现机器人的起飞，在起飞成功后根据储存在中央处理器中的该姿势对应的行走轮电机数据a1～a3，b1～b3，c1～c3调整轮胎的角度，最终稳定着陆。由于机器人的4个螺旋桨和4个行走轮分别位于两个不同正四面体的四个顶点，结构十分对称，因此无论以何种方式翻倒均可自动实现复原；极大地提高了机器人的环境适应性。

Claims (5)

1.水陆空八杆侦察机器人，其特征在于：该机器人包括球形的机器人主体、用于推动机器人主体移动的运动机构、设置在机器人主体外壳(7)上的传感器以及设置在机器人主体内部的控制机构与供电的电源(22)；

所述运动机构包括分别配有行走轮(8)的四个主驱动臂(1)以及分别配有螺旋桨(4)的四个副驱动臂(2)；所述主驱动臂均匀布置在机器人主体的球面上，主驱动臂的长度大于副驱动臂的长度；每个副驱动臂设置在三个主驱动臂之间的中心位置；所述行走轮设置在主驱动臂的末端，主驱动臂上设有用于调整行走轮方向并驱动行走轮运动的第一动力机构；所述螺旋桨设置在副驱动臂的末端，副驱动臂上设有用于调整螺旋桨方向并驱动螺旋桨运动的第二动力机构；

所述第一动力机构与第二动力机构设置在保护壳(6)内；所述第一动力机构包括与主驱动臂固定的第四电机(16)、与第四电机转轴(17)固定的第五电机(5)、与第五电机转轴(34)固定的第六电机(20)以及与第六电机转轴(39)固定的第七电机(21)；所述第四电机转轴平行于主驱动臂，第四电机转轴、第五电机转轴、第六电机转轴以及第七电机转轴均依次与前一电机转轴垂直布置；所述行走轮与第七电机转轴(18)固定；所述第二动力机构包括与副驱动臂固定的第一电机(29)、与第一电机转轴(30)固定的第二电机(31)以及与第二电机转轴(33)固定的第三电机(14)；所述第一电机转轴平行于副驱动臂，第一电机转轴、第二电机转轴以及第三电机转轴均依次与前一电机转轴垂直布置；所述螺旋桨与第三电机转轴(3)固定；

所述传感器包括温度探头(10)、湿度探头(11)与摄像头(12)；所述控制机构包括中央处理器(23)、平衡模块(24)、无线通讯模块(27)、连接温度探头的温度传感器(25)、连接湿度探头的湿度传感器(26)；所述中央处理器分别通过数据线连接平衡模块、无线通讯模块、温度传感器、湿度传感器、摄像头以及第一动力机构与第二动力机构的各电机。

2.根据权利要求1所述的水陆空八杆侦察机器人，其特征在于：所述主驱动臂与副驱动臂均放射状固定在机器人主体的外壳上；所述主驱动臂的末端构成正四面体的四个顶点，机器人主体的球心位于该正四面体的中心。

3.根据权利要求2所述的水陆空八杆侦察机器人，其特征在于：所述副驱动臂的末端构成正四面体的四个顶点，机器人主体的球心位于该正四面体的中心。

4.根据权利要求3所述的水陆空八杆侦察机器人，其特征在于：所述电源为锂电池；所述机器人主体外壳上连接电源的充电接口。

5.根据权利要求4所述的水陆空八杆侦察机器人，其特征在于：所述保护壳为橡胶外壳。