CN110076801A - 一种全地形环境探险平台 - Google Patents

一种全地形环境探险平台 Download PDF

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张秋锋
潘思良
钟媛萍
布梓瑜
金宇伦
苏礼
刘康毅
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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Abstract

本发明公开了一种全地形环境探险平台，包括运动模块和设置在运动模块上的环境数据采集模块；运动模块包括六足爬行机构和设置在六足爬行机构底部的履带运动机构；六足爬行机构包括基座和均匀设置在基座侧部上的六条爬行脚，履带运动机构设置在基座底部以带动运动模块水平移动。本发明应用于矿洞消防等危险领域探险，解决在恶劣且信号较差的封闭环境下，搜救人员不适宜直接进入内部搜救的险恶情况。在平台研究开发的全地形复杂环境运动机构，实现了平台适应各种复杂地形稳定快速爬行运动且具备转向灵活可控的优点。

Description

一种全地形环境探险平台
技术领域
本发明涉及探险装置技术领域，尤其涉及一种全地形环境探险平台。
背景技术
在瞬息万变的生活和工作中，危险事故的发生经常出其不意，在不熟悉的地形和未知地形危险系数的情况下进行搜救，往往会浪费很多时间，不能及时对被搜救人进行搜救，常常会导致被搜救人因此而丧失最佳治疗时间，同时搜救人员的生命财产安全受到严重的威胁。而现有的救援平台存在各种各样的问题，难以实现有目的性、针对性﹑正确性的展开探险工作。
目前现有的救援探险平台存在很大的不足：如履带(20)式救援平台是为了满足军事侦察，拆除危险物等需要，在传统轮式机器人的基础上发展而来，有着较快的移动速度，但是面对较为崎岖的环境时却无法行进，且体积相对较大，不方便进入狭小空间。
为满足进入狭小空间的需求，可变性救援平台应运而生，对于可变性救援平台尽管救援体积尽可能小，但是其视野受到极大限制，无法很好地获取险区现场信息。
即目前现有探险装置无法保证探险行走的稳定快速性与信息采集的完整性，难以顺利进入灾区探险，不仅无法提高搜救的效率，也无法为搜救工作提供较多的有价值的信息。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种全地形环境探险平台，可稳定快速进入复杂危险环境下，为搜救人员提供准确的定位以及环境信息。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种全地形环境探险平台，包括运动模块和设置在运动模块上的环境数据采集模块；
所述运动模块包括六足爬行机构和设置在六足爬行机构底部的履带运动机构；所述六足爬行机构包括基座和均匀设置在基座侧部上的六条爬行脚，所述履带运动机构设置在基座底部以带动运动模块水平移动；
所述环境数据采集模块包括摄像头、环境数据传感器、加速度计、磁力计、激光测距传感器、惯导芯片、无线发射接收器、数据处理器以及控制器，所述摄像头、环境数据传感器、加速度计、磁力计、激光测距传感器和惯导芯片均与数据处理器连接，所述数据处理器、无线发射接收器均与控制器连接，所述摄像头、激光测距传感器和环境数据传感器均设置在基座顶部。
进一步，所述基座包括上下相对设置的上基板和下基板，所述爬行脚的一端设置在上基板和下基板之间。
进一步，所述基座上还设置有角度调整单元，所述角度调整单元包括步进电机、设置在步进电机底部用于测量的步进电机转轴转动角度的角度传感器、以及水平设置在步进电机转轴上的转盘，所述步进电机和角度传感器设置在上基板和下基板之间，所述转盘位于上基板上方，所述摄像头和环境数据传感器均设置在转盘上，所述角度传感器通过数据处理器与控制器连接，所述步进电机与控制器连接。
进一步，所述爬行脚包括第一舵机、第二舵机、铰接在第一舵机和第二舵机之间的关节连接件、以及设置在第二舵机上的外框架，所述第一舵机的一端通过螺栓固定在上基板和下基板之间，所述关节连接件由一块十字形板的上下两端与左右两端分别向相对的两个方向垂直翻折而成，所述十字形板的上下两端翻折过后和左右两端翻折过后均形成U形结构，两个所述U形结构分别位于十字形板的两侧且开口方向相反，所述第一舵机和第二舵机分别位于关节连接件的两个所述U形结构内，所述外框架设置在第二舵机远离关节连接件的一端上，所述第一舵机、第二舵机均与控制器连接。
进一步，所述外框架呈U形，两端安装在第二舵机上，底部设置有脚垫，所述脚垫内设置有压力传感器，所述压力传感器通过数据处理器与控制器连接。
进一步，所述履带运动机构包括两个对称设置的履带运动单元，所述履带运动单元包括纵向设置的支板，所述支板的一端转动安装有主动齿轮、另一端转动安装有从动齿轮，所述主动齿轮和从动齿轮之间均匀分布有支持板，所述支持板的底端上也转动安装有从动齿轮，所述主动齿轮和从动齿轮之间套设有履带，所述支板上还设置有履带电机，所述履带电机的转轴与主动齿轮连接，所述履带电机与控制器信号连接，所述支板安装在下基板底面上。
进一步，所述环境数据传感器包括温度传感器、湿度传感器、火焰传感器和风速传感器。
进一步，所述上基板和下基板之间设置有电源，所述电源为蓄电池。
进一步，所述加速度计、磁力计、惯导芯片、无线发射接收器、数据处理器以及控制器均集成在一块PCB电路板上，所述PCB电路板安装在上基板和下基板之间。
本发明的有益效果：该全地形环境探险平台，应用于矿洞消防等危险领域探险，解决在恶劣且信号较差的封闭环境下，搜救人员不适宜直接进入内部搜救的险恶情况。在平台研究开发的全地形复杂环境运动机构，实现了平台适应各种复杂地形稳定快速爬行运动且具备转向灵活可控的优点。同时配备一套由低成本，低功耗，小尺寸的MEMS惯导芯片、摄像头及多种传感器融合的信息采集装置，组成了自主式导航信息准确获取系统，通过遥控以及PC端上位机数据获取，为工作人员提供危险环境的搜救位置以及环境状况，对搜救工作的开展做预期准备。
附图说明
图1是本发明一种全地形环境探险平台的结构示意图一；
图2是本发明一种全地形环境探险平台的结构示意图二；
图3是本发明一种全地形环境探险平台的结构示意图三；
图4是本发明一种全地形环境探险平台的履带运动单元的结构示意图；
图5是本发明一种全地形环境探险平台的电路系统结构示意图；
其中，爬行脚1、履带运动机构2、摄像头3、激光测距传感器5、上基板6、下基板7、步进电机8、角度传感器9、转盘10、第一舵机11、第二舵机12、关节连接件13、外框架14、脚垫15、支板16、主动齿轮17、从动齿轮18、支持板19、履带20、履带电机21、电源22、PCB电路板23。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
如图1-图5所示，本发明的一种全地形环境探险平台，包括运动模块和设置在运动模块上的环境数据采集模块；运动模块包括六足爬行机构和设置在六足爬行机构底部的履带运动机构2；六足爬行机构包括基座和均匀设置在基座侧部上的六条爬行脚1，履带运动机构2设置在基座底部以带动运动模块水平移动；环境数据采集模块包括摄像头3、环境数据传感器、加速度计、磁力计、激光测距传感器5、惯导芯片、无线发射接收器、数据处理器以及控制器，摄像头3、环境数据传感器、加速度计、磁力计、激光测距传感器5和惯导芯片均与数据处理器连接，数据处理器、无线发射接收器均与控制器连接，摄像头3、激光测距传感器5和环境数据传感器均设置在基座顶部。惯导芯片为MEMS惯导芯片，用于为本发明的探险平台提供导航和定位信息，摄像头3为广角摄像头，用于采集外界环境画面。摄像头3、环境数据传感器、加速度计、磁力计、激光测距传感器5和惯导芯片采集的数据均传输到数据处理器进行处理以后，在输入到控制器中，控制器通过无线发射接收器将数据发设到控制端，为探险救援提供数据支撑，同时，控制器通过无线发射接收器接收控制端的指令，控制探险平台的工作状态。
具体的，基座包括上下相对设置的上基板6和下基板7，爬行脚1的一端设置在上基板6和下基板7之间。
基座上还设置有角度调整单元，角度调整单元包括步进电机8、设置在步进电机8底部用于测量的步进电机8转轴转动角度的角度传感器9、以及水平设置在步进电机8转轴上的转盘10，步进电机8和角度传感器9设置在上基板6和下基板7之间，转盘10位于上基板6上方，摄像头3和环境数据传感器均设置在转盘10上，角度传感器9通过数据处理器与控制器连接，控制器控制步进电机8运动。角度调整单元用于调整摄像头3的摄像转动角度，步进电机8每次转动3-6度，使摄像头3聚焦更准确，采集到的画面更加清晰和全面。
爬行脚1包括第一舵机11、第二舵机12、铰接在第一舵机11和第二舵机12之间的关节连接件13、以及设置在第二舵机12上的外框架14，第一舵机11的一端通过螺栓固定在上基板6和下基板7之间，关节连接件13由一块十字形板的上下两端与左右两端分别向相对的两个方向垂直翻折而成，十字形板的上下两端翻折过后和左右两端翻折过后均形成U形结构，两个U形结构分别位于十字形板的两侧且开口方向相反，第一舵机11和第二舵机12分别位于关节连接件13的两个U形结构内，外框架14设置在第二舵机12远离关节连接件13的一端上，第一舵机11、第二舵机12均与控制器连接。第一舵机11和第二舵机12受到控制器的控制，第一舵机11和第二舵机12配合运动，使探险平台可以在跨越障碍，实现全地形行走。
外框架14呈U形，两端安装在第二舵机12上，底部设置有脚垫15，脚垫15内设置有压力传感器，压力传感器通过数据处理器与控制器连接。压力传感器用于为控制器提供反馈，使控制器更好的控制爬行脚1运动。当压力传感器测到压力值时，说明对应的那条爬行脚1已经落地，可以进行下一步运动。
履带运动机构2包括两个对称设置的履带运动单元，履带运动单元包括纵向设置的支板16，支板16的一端转动安装有主动齿轮17、另一端转动安装有从动齿轮18，主动齿轮17和从动齿轮18之间均匀分布有支持板19，支持板19向下支出，底端上也转动安装有从动齿轮18，主动齿轮17和从动齿轮18之间套设有履带20，支板16上还设置有履带电机21，履带电机21的转轴与主动齿轮17连接，履带电机21与控制器信号连接，支板16安装在下基板7底面上。履带电机21通过带动主动齿轮17转动，从而带动履带20运动，履带20带动探险平台在地形较为平坦的地方运动。
环境数据传感器包括温度传感器、湿度传感器、火焰传感器和风速传感器，用于采集与监测环境状态，便于探险人员直观明显的知悉环境情况，
上基板6和下基板7之间设置有电源22，电源22为蓄电池。蓄电池为
加速度计、磁力计、惯导芯片、无线发射接收器、数据处理器以及控制器均集成在一块PCB电路板23上，PCB电路板23安装在上基板6和下基板7之间。将电子器件集成在一块PCB电路板23上，使本探险平台结构更加紧凑，质量更轻，更有利于野外行走。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (9)

1.一种全地形环境探险平台，其特征在于：包括运动模块和设置在运动模块上的环境数据采集模块；
所述运动模块包括六足爬行机构和设置在六足爬行机构底部的履带运动机构(2)；所述六足爬行机构包括基座和均匀设置在基座侧部上的六条爬行脚(1)，所述履带运动机构(2)设置在基座底部以带动运动模块水平移动；
所述环境数据采集模块包括摄像头(3)、环境数据传感器、加速度计、磁力计、激光测距传感器(5)、惯导芯片、无线发射接收器、数据处理器以及控制器，所述摄像头(3)、环境数据传感器、加速度计、磁力计、激光测距传感器(5)和惯导芯片均与数据处理器连接，所述数据处理器、无线发射接收器均与控制器连接，所述摄像头(3)、激光测距传感器(5)和环境数据传感器均设置在基座顶部。
2.根据权利要求1所述的一种全地形环境探险平台，其特征在于，所述基座包括上下相对设置的上基板(6)和下基板(7)，所述爬行脚(1)的一端设置在上基板(6)和下基板(7)之间。
3.根据权利要求2所述的一种全地形环境探险平台，其特征在于，所述基座上还设置有角度调整单元，所述角度调整单元包括步进电机(8)、设置在步进电机(8)底部用于测量的步进电机(8)转轴转动角度的角度传感器(9)、以及水平设置在步进电机(8)转轴上的转盘(10)，所述步进电机(8)和角度传感器(9)设置在上基板(6)和下基板(7)之间，所述转盘(10)位于上基板(6)上方，所述摄像头(3)和环境数据传感器均设置在转盘(10)上，所述角度传感器(9)通过数据处理器与控制器连接，所述步进电机(8)与控制器连接。
4.根据权利要求3所述的一种全地形环境探险平台，其特征在于，所述爬行脚(1)包括第一舵机(11)、第二舵机(12)、铰接在第一舵机(11)和第二舵机(12)之间的关节连接件(13)、以及设置在第二舵机(12)上的外框架(14)，所述第一舵机(11)的一端通过螺栓固定在上基板(6)和下基板(7)之间，所述关节连接件(13)由一块十字形板的上下两端与左右两端分别向相对的两个方向垂直翻折而成，所述十字形板的上下两端翻折过后和左右两端翻折过后均形成U形结构，两个所述U形结构分别位于十字形板的两侧且开口方向相反，所述第一舵机(11)和第二舵机(12)分别位于关节连接件(13)的两个所述U形结构内，所述外框架(14)设置在第二舵机(12)远离关节连接件(13)的一端上，所述第一舵机(11)、第二舵机(12)均与控制器连接。
5.根据权利要求4所述的一种全地形环境探险平台，其特征在于，所述外框架(14)呈U形，两端安装在第二舵机(12)上，底部设置有脚垫(15)，所述脚垫(15)内设置有压力传感器，所述压力传感器通过数据处理器与控制器连接。
6.根据权利要求5所述的一种全地形环境探险平台，其特征在于，所述履带运动机构(2)包括两个对称设置的履带运动单元，所述履带运动单元包括纵向设置的支板(16)，所述支板(16)的一端转动安装有主动齿轮(17)、另一端转动安装有从动齿轮(18)，所述主动齿轮(17)和从动齿轮(18)之间均匀分布有支持板(19)，所述支持板(19)的底端上也转动安装有从动齿轮(18)，所述主动齿轮(17)和从动齿轮(18)之间套设有履带(20)，所述支板(16)上还设置有履带电机(21)，所述履带电机(21)的转轴与主动齿轮(17)连接，所述履带电机(21)与控制器信号连接，所述支板(16)安装在下基板(7)底面上。
7.根据权利要求6所述的一种全地形环境探险平台，其特征在于：所述环境数据传感器包括温度传感器、湿度传感器、火焰传感器和风速传感器。
8.根据权利要求7所述的一种全地形环境探险平台，其特征在于：所述上基板(6)和下基板(7)之间设置有电源(22)，所述电源(22)为蓄电池。
9.根据权利要求7所述的一种全地形环境探险平台，其特征在于：所述加速度计、磁力计、惯导芯片、无线发射接收器、数据处理器以及控制器均集成在一块PCB电路板(23)上，所述PCB电路板(23)安装在上基板(6)和下基板(7)之间。
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