CN110262498A - 一种智能越障小车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种智能越障小车，包括车体、探测单元、控制器、温度传感器、驱动芯片和声光报警模块，车体包括轮架、车架、探测架和避震器，轮架上对称设置有多对驱动轮组单元，车架设置有导轮单元，在轮架上安装驱动轮组单元，于车架上安装控制器、驱动芯片和声光报警模块，并在探测架上安装探测单元和温度传感器，因为轮架与车架之间具有避震器，所以在崎岖路面上可以减小车身的冲力，对于车架上的元器件具有一定的保护作用。通过探测单元可以对探测区域的地面进行探测，同时温度传感器可以对环境的温度进行检测，获得路面和环境温度的信息并传输至控制器内，再通过控制驱动轮组单元进行避障移动，达到于危险地区中的探测目的。
Description
技术领域
本发明涉及机电一体化领域，尤其涉及一种智能越障小车。
背景技术
自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人工作的机器一直是人类的目标。因此，对于小车可以对各种障碍进行行驶，以及获取复杂地区的信息等等，成为了现在人们研究或研发的主要方向。
发明内容
为此，需要提供一种智能越障小车，旨在解决目前没有一款智能越障小车具有探测、越障、警示功能以实现智能行走的问题。
为实现上述目的，发明人提供了一种智能越障小车，包括车体、探测单元、控制器、温度传感器、驱动芯片和声光报警模块，所述车体包括轮架、车架、探测架和避震器，所述避震器设置有多个，多个避震器设置于轮架与车架之间，探测架设置在车架的前端，所述轮架上对称设置有多对驱动轮组单元，多个所述驱动轮组单元与驱动芯片电连接设置，所述车架设置有导轮单元，所述导轮单元沿着车架的边缘轮廓等间距设置在车架上，所述驱动轮组单元用于带动车体进行移动；所述探测单元和温度传感器设置在探测架上，所述温度传感器位于探测单元的一侧上，所述驱动芯片、控制器和声光报警模块设置在车架的顶面，所述控制器位于声光报警模块与驱动芯片之间；所述探测单元用于对地面进行检测，所述声光报警模块用于在环境温度过高、过低或智能越障小车驱动轮组单元停止运行进行声光的警示；所述探测单元与控制器的第一输入端电连接，所述温度传感器与控制器的第二输入端电连接，所述控制器的第一输出端与声光报警器电连接，所述控制器的第二输出端与驱动芯片电连接。
进一步地，所述探测单元为灰度传感器。
进一步地，所述声光报警模块包括警示灯和蜂鸣器，所述警示灯的一接线端与蜂鸣器电连接，所述警示灯的另一接线端与控制器电连接。
进一步地，所述驱动轮组单元还设置有驱动电机、车轮和传动齿轮组，所述驱动电机的输出轴设置在传动齿轮组的输入齿轮上，所述车轮设置在传动齿轮组的输出齿轮的轮轴上，所述驱动电机设置在轮架上。
进一步地，所述导轮单元包括导轮架和导轮，所述导轮设置在导轮架的一端，所述导轮架的另一端设置在车体上。
进一步地，还包括无线发射模块，所述无线发射模块设置在车体的顶面上，且无线发射模块与控制器的第三输出端电连接。
进一步地，还包括遥控器，所述遥控器设置有无线接收模块，所述无线接收模块与无线发射模块电连接设置，所述遥控器用于远程控制智能越障小车进行移动。
进一步地，所述车架的尾部设置有电源框架，所述电源框架位于轮架与车架之间。
进一步地，所述电源框架内设置有蓄电池。
区别于现有技术，上述技术方案于轮架上安装驱动轮组单元，于车架上安装控制器、驱动芯片和声光报警模块，并在车架的前端的探测架上安装探测单元和温度传感器，而在轮架与车架之间具有避震器，因此在崎岖路面上可以减小车身的冲力，对于车架上的元器件具有一定的保护作用。通过探测单元可以对探测区域的地面进行探测，同时温度传感器可以对环境的温度进行检测，获得路面和环境温度的信息并传输至控制器内，再通过控制驱动轮组单元进行避障移动，达到于危险地区中的探测目的。
附图说明
图1为具体实施方式所述的智能越障小车的结构图；
图2为具体实施方式所述的智能越障小车的局部图；
图3为具体实施方式所述的智能越障小车的示意图；
图4为具体实施方式所述的智能越障小车的驱动轮组单元的局部图；
图5为具体实施方式所述的智能越障小车的电路图。
附图标记说明：
10、车体；11、轮架；12、车架；13、探测架；14、避震器；
111、驱动轮组单元；112、导轮单元；121、电源框架；
1111、驱动电机；1112、车轮；1113、传动齿轮组；
1121、导轮架；1122、导轮；
20、探测单元；30、控制器；40、温度传感器；50、驱动芯片；
60、声光报警模块；61、警示灯；62、蜂鸣器；
70、蓄电池；
80、遥控器；81、无线发射模块；82、无线接收模块；
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1至图5，本实施例提供一种智能越障小车，包括车体10、探测单元20、控制器30、温度传感器40、驱动芯片50和声光报警模块60，车体包括轮架11、车架12、探测架13和避震器14。本实施例中轮架上安装驱动轮组单元111，于车架上安装控制器、驱动芯片和声光报警模块，并在车架的前端的探测架上安装探测单元和温度传感器，而在轮架与车架之间具有避震器，该避震器可以为四驱车的弹簧避震器或减震器，因此在崎岖路面上可以减小车身的冲力，对于车架上的元器件具有一定的保护作用。通过探测单元可以对探测区域的地面进行探测，同时温度传感器可以对环境的温度进行检测，获得路面和环境温度的信息并传输至控制器内，再通过控制驱动轮组单元进行避障移动，达到于危险地区中的探测目的。
具体的，如图1和图2所示，轮架为一对固定夹板，两个固定夹板分别通过减震器与车架连接，固定夹板平行与车架的两侧放置，且在两个固定夹板之间通过连杆进行连接，而在固定夹板的两端各安装一个驱动轮组单元，而在固定夹板的中间位置安装一个驱动轮组单元，使得智能越障小车为一个六轮驱动的小车，而每个车轮上都具有一个驱动电机，位于同侧的驱动电机通过并联的方式连接，使得每个驱动电机的电压相同，因此可以带动三个电机同时进行转动，达到控制同侧电机有同样的转速的效果，不会导致驱动电机(TT直流减速电机)同步运转行进时的转速差不同，避免智能越障小车前进轨迹的偏离。如图3所示，在车架的顶部的边缘则安装导轮单元112，本实施例中导轮单元包括导轮架1121和导轮1122，导轮设置在导轮架的一端，导轮架的另一端设置在车体上。将导轮通过导轮架安装在车架的四角处，因此在于物体发生碰撞时会先与导轮接触，避免机械装置的电路、元器件或车体受损。并且车体在进行转弯时通过导轮进行导向，避开较高的凸起物体，或者进行转弯。本实施例中导轮安装在车体的四角处，可以辅助车体进行转弯，以及避开凸起的障碍物，提高机械装置的避障能力。
对于导轮是为通过障碍物或转换传动皮带方向时所用的一种滑轮。减小车体与轨道立墙或障碍物之间的滚动磨擦，保证车速，同时导轮的倾斜设置可以给予车身一个向下的力，防止翻车，飞车。导轮一般采用塑料、铝合金、铜制成。其固定导轮的轮轴一般用铜套或滚珠轴承，亦有直接使用滚珠轴承作为导轮。当车速较高时，可以采用多层安装导轮的方式，本实施例中采用双层导轮，并按照前后双层且上大下小的安装方法，即上层的导轮的直径大于下层导轮的直径，而上下两个导轮的直径差一般为0mm～1mm之间，从而提高车体运行的稳定性。
本实施例中车架距离地面的距离较高，车架距离地面为5cm～12cm之间，加上车轮于底盘之间的避震器，可以克服崎岖路面的移动。具体的，驱动轮组单元还设置有驱动电机1111、车轮1112和传动齿轮组1113，驱动电机为伺服电机、步进电机或减速电机，驱动轮组单元的运行是通过驱动电机通过传动齿轮组带动车轮转动，而所有的驱动轮组单元的驱动电机可以电连接于驱动芯片，通过驱动芯片可以使得位于同一侧上的车轮的转速相同，达到协调驱动车轮的目的。驱动芯片的信号为L298N双H桥直流电机驱动芯片，其供电范围在+5V～+35V之间，若需板内去电，其供电范围为：+7V～+35V之间。其中传动齿轮组可以为涡轮涡杆的齿轮副，将驱动单元的输出轴设置在涡轮上，而车轮设置在涡杆上；如图4所示，或者使用两个45度的斜齿轮进行啮合传动，将驱动单元的动力传输至车轮上，而对于传动齿轮组中的齿轮副通过壳体进行固定，因此只需将驱动电机的输出轴插入于传动齿轮组中，并固定在传动齿轮组的壳体上，形成一个整体，继而再安装上车轮于传输齿轮组的输出轴即可。
本实施例中探测单元为灰度传感器，温度传感器为DS18B20温度传感器。控制器为单片机或PLC，其中单片机可以为51系列的单片机，PLC的型号可以为西门子S7-300系列、S7-400系列或S7-1200系列等。而声光报警模块包括警示灯61和蜂鸣器62，警示灯的一接线端与蜂鸣器电连接，警示灯的另一接线端与控制器电连接。探测单元和温度传感器设置在探测架上，温度传感器位于探测单元的一侧上，驱动芯片、控制器和声光报警模块设置在车架的顶面，控制器位于声光报警模块与驱动芯片之间，探测单元与控制器的第一输入端电连接，温度传感器与控制器的第二输入端电连接，控制器的第一输出端与声光报警器电连接，控制器的第二输出端与驱动芯片电连接。
灰度传感器是模拟传感器，灰度传感器利用光敏电阻对不同颜色的检测的面对光的反射程序不同，其阻值变化在的原理进行颜色深浅检测。即灰度传感器距离地面2mm～4cm之间时，改变地面的颜色(不同深浅)，我们能看到读数的变化，可发现地面颜色越白，数值越小，地面颜色越黑，数字值越大。因此，通过对路面的灰度检测可以使得小车进行循迹，若灰度较高地方则为凹坑处，而反光性较好灰度较低处则为凸起处，可以自行对该地区进行探索行走。
对于智能越障小车的电源来源可以通过蓄电池70进行提供，当然也可以采用充电电池，在车架的尾部安装一个电源框架121，通过电源框架可以安装蓄电池，便于安装固定蓄电池，同时还可以对蓄电池进行防护。其控制原理为，通过灰度传感器对路面进行检测，将路面信息反馈至控制器中，控制器通过处理该信息，获得路面状况的信息，继而控制驱动电机运行，带动智能越障小车进行前行、转弯或爬坡，而为了避免小车侧翻可以提高小车的自重，例如增加铁块与车架内，通过避震器可以有效的提高车速和行车的稳定性。通过温度传感器可以了解探测区域的温度，使得人们对探测区域具有更详细的了解。而智能越障小车若是在探测区域损坏，例如电源线烧毁、断开，或者智能越障小车翻车无法移动，环境温度过低过高时，都会通过声光报警模块进行报警，操作者通过遥控器80可以为获得智能越障小车反馈的信息，提前预警，以及，在后期的寻回智能越障小车也提供帮助。而遥控器与智能越障小车之间则通过无线发射模块81和无线接收模块82进行通讯，达到无线控制智能越障小车的目的。无线发射模块和无线接收模块可以为无线收发模块，其型号为JF24D2.4G无线双向模块，对于无线收发模块JF24D整合了高频键控(GFSK)收发电路的功能，以特小体积更低成本实现高速数据传输的功能。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (9)
1.一种智能越障小车，其特征在于：包括车体、探测单元、控制器、温度传感器、驱动芯片和声光报警模块，
所述车体包括轮架、车架、探测架和避震器，所述避震器设置有多个，多个避震器设置于轮架与车架之间，探测架设置在车架的前端，所述轮架上对称设置有多对驱动轮组单元，多个所述驱动轮组单元与驱动芯片电连接设置，所述车架设置有导轮单元，所述导轮单元沿着车架的边缘轮廓等间距设置在车架上，所述驱动轮组单元用于带动车体进行移动；
所述探测单元和温度传感器设置在探测架上，所述温度传感器位于探测单元的一侧上，所述驱动芯片、控制器和声光报警模块设置在车架的顶面，所述控制器位于声光报警模块与驱动芯片之间；所述探测单元用于对地面进行检测，所述声光报警模块用于在环境温度过高、过低或智能越障小车驱动轮组单元停止运行进行声光的警示；
所述探测单元与控制器的第一输入端电连接，所述温度传感器与控制器的第二输入端电连接，所述控制器的第一输出端与声光报警器电连接，所述控制器的第二输出端与驱动芯片电连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能越障小车，其特征在于：所述探测单元为灰度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种智能越障小车，其特征在于：所述声光报警模块包括警示灯和蜂鸣器，所述警示灯的一接线端与蜂鸣器电连接，所述警示灯的另一接线端与控制器电连接。
4.根据权利要求1所述的一种智能越障小车，其特征在于：所述驱动轮组单元还设置有驱动电机、车轮和传动齿轮组，所述驱动电机的输出轴设置在传动齿轮组的输入齿轮上，所述车轮设置在传动齿轮组的输出齿轮的轮轴上，所述驱动电机设置在轮架上。
5.根据权利要求1所述的一种智能越障小车，其特征在于：所述导轮单元包括导轮架和导轮，所述导轮设置在导轮架的一端，所述导轮架的另一端设置在车体上。
6.根据权利要求1所述的一种智能越障小车，其特征在于：还包括无线发射模块，所述无线发射模块设置在车体的顶面上，且无线发射模块与控制器的第三输出端电连接。
7.根据权利要求1所述的一种智能越障小车，其特征在于：还包括遥控器，所述遥控器设置有无线接收模块，所述无线接收模块与无线发射模块电连接设置，所述遥控器用于远程控制智能越障小车进行移动。
8.根据权利要求1所述的一种智能越障小车，其特征在于：所述车架的尾部设置有电源框架，所述电源框架位于轮架与车架之间。
9.根据权利要求8所述的一种智能越障小车，其特征在于：所述电源框架内设置有蓄电池。
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