CN110377035A - 一种具有自适应照明功能的可遥控小车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自适应照明功能的可遥控小车。车灯与车灯转动控制装置相连，车灯转动控制装置用于控制车灯的上下俯仰转动和水平周向转动；车灯转动控制装置与车灯转动灵敏度调整装置相连，车灯转动灵敏度调整装置用于对车灯转动控制装置的转动速度进行控制；车灯转动控制装置和车灯转动灵敏度调整装置均与自适应照明控制装置相连，自适应照明控制装置用于控制车灯转动控制装置和车灯转动灵敏度调整装置的运转或停止。本发明可以在小车执行夜间以及管道内的拍摄任务的时候提供一个更加灵活以及稳定的照明环境。
Description
技术领域
本发明属于移动机器领域，具体涉及一种搭载有自适应照明系统的可遥控小车.
背景技术
在现在的生活场景以及科研应用的场合中，可遥控的机器人或者小车可以代替人类去完成一些人力所不能及的任务，例如灾区救援的环境拍摄或勘探。但是由于实际环境以及作业时间的限制，这些任务需要在夜间或者是在不透光的管道、狭缝中完成，目前可为小车提供一个稳定而且灵活的照明环境的照明系统尚未得到解决。本发明设计了一个可遥控且搭载有类似自适应照明系统的小车，可以用来完成复杂环境中的照明以及勘探的任务。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简明，可规模生产的搭载有自适应照明系统的可遥控小车。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
本发明包括可遥控小车以及搭载在可遥控小车上的车灯、车灯转动控制装置、车灯转动灵敏度调整装置和自适应照明控制装置；车灯与车灯转动控制装置相连，车灯转动控制装置用于控制车灯的双自由度转动；双自由度转动是指车灯的上下俯仰转动和水平周向转动。车灯转动控制装置与车灯转动灵敏度调整装置相连，车灯转动灵敏度调整装置用于对车灯转动控制装置的转动速度进行控制；车灯转动控制装置和车灯转动灵敏度调整装置均与自适应照明控制装置相连，自适应照明控制装置用于控制车灯转动控制装置和车灯转动灵敏度调整装置的运转或停止。
车灯转动控制装置包括驱动组件和转动组件，两个结构相同的转动组件对称设置在可遥控小车上的两侧，每个转动组件包括十字杆、支承杆、左右连杆和上下连杆，十字杆通过支承杆竖直安装在可遥控小车上，十字杆主要由竖直杆和水平杆组成，竖直杆和水平杆垂直交叉固定在同一竖直平面上，车灯固定在十字杆平面的一侧，十字杆平面的另一侧水平布置有左右连杆和上下连杆，左右连杆和上下连杆同侧的一端分别铰接在十字杆的横向杆和竖直杆；
两个转动组件的左右连杆的另一端分别水平铰接在驱动组件的中左右连杆的两端，驱动组件包括驱动齿轮、上下舵机，中左右连杆和中上下连杆，中上下连杆和中左右连杆均水平布置，中左右连杆的下方水平安装有驱动齿轮，中左右连杆的中部固定连接在驱动齿轮的齿轮轴上，驱动齿轮带动中左右连杆同轴转动；两个转动组件的上下连杆的另一端之间通过连接，每个上下连杆的另一端均开有一孔径与上下连杆相匹配的小孔，中上下连杆的两端分别插入上下连杆的小孔中。中上下连杆的一端还通过舵机连杆与上下舵机相连。
优选的，十字杆的竖直杆的下端通过第一球铰链与支承杆的上端铰接，支承杆的下端竖直固定在可遥控小车上；
优选的，左右连杆的一端通过第二球铰链与十字杆的横向杆铰接；所述的上下连杆的一端通过第三球铰链与十字杆的竖直杆的上端铰接。
优选的，上下舵机安装在中上下连杆的下方，舵机连杆的一端作为固定端固定在上下舵机的输出轴上，上下舵机转动带动舵机连杆在竖直平面内绕其自身的固定端转动，舵机连杆的一端作为活动端与中上下连杆的另一端固定连接。
优选的，车灯转动灵敏度调整装置包括第三齿轮、第二齿轮、第一齿轮和左右舵机，第三齿轮、第二齿轮和第一齿轮依次布置在驱动齿轮外围的一周并且均与驱动齿轮啮合传动，左右舵机插装连接在第三齿轮、第二齿轮或第一齿轮的齿轮轴上，左右舵机用于控制所连接的齿轮转动，左右舵机同时刻下与且仅与其中一个齿轮插装连接，第三齿轮、第二齿轮和第一齿轮分别与驱动齿轮啮合所具有不同的传动比不同，从而实现转动灵敏度的调整。
自适应照明控制装置包括微控制器和三轴加速度传感器，三轴加速度传感器固定安装在可遥控小车的边缘处，三轴加速度传感器通过杜邦线与微控制器相连，三轴加速度传感器用于获取小车的加速度数据，加速度数据包括小车转向时的切向加速度以及颠簸时上下的加速度，微控制器根据小车转向的方向以及快慢控制两个舵机的动作。
所述微控制器分别与左右舵机和上下舵机通过杜邦线相连，微控制器用于接收三轴加速度传感器的加速度数据并控制左右舵机和上下舵机的运转。
可遥控小车的底部安装有用于移动的主动轮和导向轮，主动轮对称安装在可遥控小车移动方向的两侧，导向轮在可遥控小车前进方向的前部，直流电机安装在主动轮旁并与主动轮相连用于控制主动轮的转动。
本发明的车灯转动控制装置利用上下舵机、左右舵机带动完成对小灯两个自由度的转动控制，通过一对球铰链结构实现其两个自由度的转动；车灯转动灵敏度调整装置利用一个多级齿轮结构通过改变传动比进而改变车灯转动的灵敏度，具体是通过三个传动比不同的齿轮依次与驱动齿轮啮合来改变车灯转动的灵敏度。
与现有技术相比，本发明其有益效果为：
对于在夜间以及不透光管道内进行拍摄任务时，采用所述小车可以在完成转向的时候为拍摄设备提供更加灵活以及稳定的照明环境，避免由于照明条件的影响而出现拍摄死角的情况。本发明中设计的变速结构，使得照明范围变化的灵敏度可控。
附图说明
图1是本发明具体实施例的系统构架图；
图2是本发明所搭建的模型整体示意图；
图3是基于蓝牙通讯的小车操作平台斜视图；
图4是基于蓝牙通讯的小车操作平台俯视图；
图5是利用舵机带动车灯完成双自由度转动的机械结构以及调节车灯转向灵敏度的机械结构整体示意图；
图6是车灯以及十字杆背侧结构示意图；
图7是上下舵机以及中左右连杆、中上下连杆连接处俯视图。
图中：1-车灯转动控制装置、2-车灯转动灵敏度调整装置、3-自适应照明控制装置、11-主控及蓝牙模块、31-微控制器、32-三轴加速度传感器、4-可遥控小车、12-连接铜柱、13-亚克力底板、14-主动轮、15-电机驱动模块、16-电源、17-导向轮、18-直流电机、21-车灯、22-十字杆、23-支承杆、24-第一球铰链、25-左右连杆、26-上下舵机、27-舵机连杆、28-第三齿轮、29-第二齿轮、210-左右舵机、211-第一齿轮、212-中左右连杆、213-中上下连杆、214-驱动齿轮、215-上下连杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
本发明包含的内容主要与机械设计以及控制技术相关，更确切地说是一种搭载有自适应照明系统的可遥控小车。本发明旨在执行夜间以及管道拍摄任务时为拍摄设备提供更加灵活以及稳定的照明环境，避免由于照明条件的影响而出现拍摄死角的情况。
如附图1所示，总体工作流程是：将三轴加速度传感器32放置在可遥控小车4的边缘，在可遥控小车4利用直流电机18驱动两个主动轮14完成运动以及转向，转向的时候，利用控制算法控制两个车轮以相同的角速度反向旋转，带动可遥控小车4以两个车轮中心转动，三轴加速度传感器32检测切向加速度，微控制器31根据得到的切向加速度控制上下舵机26以及左右舵机210应该转过的角度，通过舵机带动小灯转动的机械结构1带动小灯转动，通过调整车灯转动灵敏度的机械结构2调节车灯转向的灵敏度。左右舵机210转动带动小灯左右旋转，上下舵机26转动带动小灯上下转动。
如附图2所示，附图2为一种搭载有自适应照明系统的可遥控小车整体的斜视图。利用可遥控小车4作为主体平台，三轴加速度传感器32以及上下舵机26、左右舵机210通过杜邦线与微控制器31相连，上下舵机26以及左右舵机210通过利用舵机带动小灯转动的机械结构1、调整车灯转向灵敏度的机械结构2与小灯21相连，微控制器31以及三轴加速度传感器32、上下舵机26、左右舵机210，利用舵机带动小灯转动的机械结构1、调整车灯转向灵敏度的机械结构2都搭载在所述可遥控小车4上。
如附图3以及附图4所示，附图3为可遥控小车操作平台斜视图，附图4为可遥控小车操作平台俯视图。主控单片11对整个小车运动系统进行控制调节并将上位机发送的控制信号接收传送到主控单片机，连接铜柱12将主控单片机11与亚克力底板13连接，亚克力底盘13承载零部件，主动轮14在电机驱动模块的驱动下转动，电机驱动模块15经电池供电在主控单片机11的控制下驱动直流电机18，电源16利用干电池提供5V电压给电机驱动模块和主控单片机11以及蓝牙接收模块供电，导向轮17与主动轮14一起支承小车，在主动轮14带动下转动，直流电机18在电机驱动模块15的控制信号作用下转动，实现小车运动；所述蓝牙接收模块、电机驱动模块15与主控单片机11通讯连接，电源16与电机驱动模块15和主控单片机11连接。
具体实施中，直流电机18搭载在所述亚克力底盘13背侧，辅助轮17中心与所述亚克力底盘13背侧固定件固连，主动轮14与所述直流电机18相连。
可遥控小车4的底盘采用亚克力底盘13，亚克力底盘13上设有主控及蓝牙模块11、电源16、电机驱动模块15，主控及蓝牙模块11通过连接铜柱12搭载在可遥控小车4的亚克力底盘13上。
主控及蓝牙模块11包括主控单片机和蓝牙模块，主控单片机用于对整个小车运动系统进行控制调节；主控单片机通过蓝牙模块与上位机连接，蓝牙模块用于将上位机发送的控制信号通过蓝牙模块传送到主控单片机。
电源16通过电池盒安装在可遥控小车4上，电源16采用两节串联的电池供电，直流电机18通过电机驱动模块15与电源16相连，蓝牙接收模块、电机驱动模块15与主控单片机通讯连接，电源16与电机驱动模块、主控及蓝牙模块11连接用于供电，两直流电机在电机驱动模块15的控制信号作用下转动，实现小车运动。
遥控器通过蓝牙模块与主控单片机相连，遥控器包括但不限于智能安卓手机，遥控器内装有蓝牙遥控软件，所述遥控软件包括但不限于ZK-Remote car。所述主控单片机包括但不限于STC89C52增强型51单片机。
微控制器31包括但不限于Arduino开发板，所述可遥控小车是利用智能手机传输信号，用蓝牙模块接受信号，通过直流电机18驱动的。
如附图5、图6所示，附图5为利用舵机带动车灯完成双自由度转动的机械结构以及调节车灯转向灵敏度的机械结构整体示意图。整体机械运动由两个上下舵机26和左右舵机210控制。当上下舵机26输出旋转运动时，带动杆27转动，27的转动引发杆213的移动，接着带动杆215转动，而车灯21和杆215以及十字架22是固连的，因此车灯21会发生相应的前后方向倾斜。此时，由于杆23与十字杆22由铰链24连接，且杆23底部固定，因此杆23不发生运动，以此达到车灯前后方向的倾斜运动。当左右舵机210输出旋转运动时，通过齿轮组29与214实现旋转运动的传递，然后带动杆212的旋转，再带动杆25的运动，然后使作为整体的十字杆22、车灯21绕杆23竖直中心轴左右转动。通过对两个舵机的同时控制，实现车灯21的两个自由度方向的转动，两个自由度的转动可以同时发生而且相互独立。
具体来说，如附图5以及附图7所示，当左右连杆25带动十字架22左右转动而上下连杆215不带动十字架22上下转动时，左右连杆25与十字架22之间的夹角会发生变化而上下连杆215与十字架22之间的夹角不变。同样的，当上下连杆215带动十字架22上下转动而左右连杆25不带动十字架22左右转动时，上下连杆215与十字架22之间的夹角会发生变化而左右连杆25与十字架22之间的夹角不变。上述两种运动方式可以同时发生而且上下连杆215与十字架22之间的夹角和左右连杆25与十字架22之间的夹角之间不会相互产生影响。
进一步的，调节车灯转向灵敏度的机械结构中，齿轮29以及齿轮211、齿轮28同时与齿轮214啮合，与齿轮214之间的传动比各不相同，当手动插拔舵机210使其分别驱动齿轮29以及齿轮211、齿轮28时，齿轮214获取不同的转动速度，进而改变车灯转动的灵敏度。
本发明的具体工作过程如图1所示：
(a)系统上电，各模块初始化，打开可遥控小车4的手机控制端；
(b)手机控制端通过蓝牙传输控制信号，控制可遥控小车4向左或者向右转动；
(c)三轴加速度传感器32检测到遥控小车4转向时的加速度数值，并将加速度数值发送到微控制器4；
(d)微控制器4控制左右舵机210，控制左右舵机210完成相应的转动：左右舵机210完成转动的同时利用上下舵机26带动小灯转动的机械结构1、调整车灯转向灵敏度的机械结构2带动车灯21完成转动；
(e)若行驶表面不平整，则三轴加速度传感器32检测颠簸时上下的加速度；并将加速度数值发送到微控制器4；
(f)微控制器4控制上下舵机26完成相应的转动：舵机26完成转动的同时利用舵机带动小灯转动的机械结构1、调整车灯转向灵敏度的机械结构2带动车灯21完成转动。车灯21在两个舵机的控制下实现左右以及上下两个自由度上的转动，从而完成双自由度转动。
本发明的搭载有自适应照明系统的遥控小车，可以在小车执行夜间以及管道内的拍摄任务的时候提供一个更加灵活以及稳定的照明环境，减少由转向以及行驶表面崎岖带来的影响。
Claims (8)
1.一种具有自适应照明功能的可遥控小车，其特征在于：包括可遥控小车(4)以及搭载在可遥控小车(4)上的车灯(21)、车灯转动控制装置(1)、车灯转动灵敏度调整装置(2)和自适应照明控制装置(3)；车灯(21)与车灯转动控制装置(1)相连，车灯转动控制装置(1)用于控制车灯(21)的双自由度转动；车灯转动控制装置(1)与车灯转动灵敏度调整装置(2)相连，车灯转动灵敏度调整装置(2)用于对车灯转动控制装置(1)的转动速度进行控制；车灯转动控制装置(1)和车灯转动灵敏度调整装置(2)均与自适应照明控制装置(3)相连，自适应照明控制装置(3)用于控制车灯转动控制装置(1)和车灯转动灵敏度调整装置(2)的运转或停止。
2.根据权利要求1所述的一种具有自适应照明功能的可遥控小车，其特征在于：所述的车灯转动控制装置(1)包括驱动组件和转动组件，两个结构相同的转动组件对称设置在可遥控小车(4)上的两侧，每个转动组件包括十字杆(22)、支承杆(23)、左右连杆(25)和上下连杆(215)，十字杆(22)通过支承杆(23)竖直安装在可遥控小车(4)上，十字杆(22)主要由竖直杆和水平杆组成，竖直杆和水平杆垂直交叉固定在同一竖直平面上，车灯(21)固定在十字杆(22)平面的一侧，十字杆(22)平面的另一侧水平布置有左右连杆(25)和上下连杆(215)，左右连杆(25)和上下连杆(215)同侧的一端分别铰接在十字杆(22)的横向杆和竖直杆；
两个转动组件的左右连杆(25)的另一端分别水平铰接在驱动组件的中左右连杆(212)的两端，驱动组件包括驱动齿轮(214)、上下舵机(26)，中左右连杆(212)和中上下连杆(213)，中上下连杆(213)和中左右连杆(212)均水平布置，中左右连杆(212)的下方水平安装有驱动齿轮(214)，中左右连杆(212)的中部固定连接在驱动齿轮(214)的齿轮轴上，驱动齿轮(214)带动中左右连杆(212)同轴转动；两个转动组件的上下连杆(215)的另一端之间通过连接，中上下连杆(213)的一端还通过舵机连杆(27)与上下舵机(26)相连。
3.根据权利要求2所述的一种具有自适应照明功能的可遥控小车，其特征在于：所述的十字杆(22)的竖直杆的下端通过第一球铰链(24)与支承杆(23)的上端铰接，支承杆(23)的下端竖直固定在可遥控小车(4)上。
4.根据权利要求2所述的一种具有自适应照明功能的可遥控小车，其特征在于：所述的左右连杆(25)的一端通过第二球铰链与十字杆(22)的横向杆铰接；所述的上下连杆(215)的一端通过第三球铰链与十字杆(22)的竖直杆的上端铰接。
5.根据权利要求2所述的一种具有自适应照明功能的可遥控小车，其特征在于：所述的上下舵机(26)安装在中上下连杆(213)的下方，舵机连杆(27)的一端作为固定端固定在上下舵机(26)的输出轴上，上下舵机(26)转动带动舵机连杆(27)在竖直平面内绕其自身的固定端转动，舵机连杆(27)的一端作为活动端与中上下连杆(213)的另一端固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有自适应照明功能的可遥控小车，其特征在于：所述的车灯转动灵敏度调整装置(2)包括第三齿轮(28)、第二齿轮(29)、第一齿轮(211)和左右舵机(210)，第三齿轮(28)、第二齿轮(29)和第一齿轮(211)依次布置在驱动齿轮(214)外围的一周并且均与驱动齿轮(214)啮合传动，左右舵机(210)插装连接在第三齿轮(28)、第二齿轮(29)或第一齿轮(211)的齿轮轴上，左右舵机(210)用于控制所连接的齿轮转动，第三齿轮(28)、第二齿轮(29)和第一齿轮(211)分别与驱动齿轮(214)啮合所具有不同的传动比不同，从而实现转动灵敏度的调整。
7.根据权利要求1所述的一种具有自适应照明功能的可遥控小车，其特征在于：自适应照明控制装置(3)包括微控制器(31)和三轴加速度传感器(32)，三轴加速度传感器(32)固定安装在可遥控小车(4)的边缘处，三轴加速度传感器(32)与微控制器(31)相连，三轴加速度传感器(32)用于获取小车的加速度数据；微控制器(31)分别与左右舵机(210)和上下舵机(26)相连，微控制器(31)用于接收三轴加速度传感器(32)的加速度数据并控制左右舵机(210)和上下舵机(26)的运转。
8.根据权利要求1所述的一种具有自适应照明功能的可遥控小车，其特征在于：可遥控小车(4)的底部安装有用于移动的主动轮(14)和导向轮(17)，主动轮(14)对称安装在可遥控小车(4)移动方向的两侧，导向轮(17)在可遥控小车(4)前进方向的前部，直流电机(18)安装在主动轮(14)旁并与主动轮(14)相连用于控制主动轮(14)的转动。
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