CN110901784A - 一种基于os轮的轮足一体化特种六足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，由机器人本体、视觉系统、定位模块、控制模块、综合检测模块、电源模块、存储模块构成。采用的OS型转轮可以大大提高其越障能力，机身分为三段，它们中的每一个都通过一个球形铰链连接到其他节段，该铰链由三个两自由度的电机驱动。车身分割设计使机器人更灵活，可应用于各种复杂场景。此外，本发明还配备了不同的传感器，可以有效地进行报警、识别车牌等工作。本发明综合考虑轮式与足形机器人的优缺点，使其不仅具备足形机器人穿越不同地形的能力，还具备较快的移动速度，本发明对环境适应性强、穿越障碍物效率高、平地速度快、功能多样、易拆分更换、维护成本低、可人工操作等优点。

Description

一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人

技术领域

本发明涉及一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，属于智能机器人领域。

背景技术

现如今，安全领域作为一个新兴的领域，其行业目前还存在着巨大的需求缺口，因此新型安全巡逻机器人是机器人行业一个有前途的发展方向。未来，将会有越来越多的巡逻机器人被发明和生产出来。在政策支持下，使用机器人巡逻既经济又高效。然而，目前安全巡逻机器人的研究还处于初级阶段，存在着越障能力差、灵活性不足、功能缺乏等问题。本发明的目的在于提供一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，采用的OS型转轮可以大大提高其越障能力，车身分割设计使机器人更灵活，可应用于各种复杂场景。此外，本发明还配备了不同的传感器，可以有效地进行报警、识别车牌等工作。

现有的巡逻机器人不仅限于应用场合，而且还依赖于固定场景，虽然能够处理相对简单的路况，但是难以处理的复杂地形。例如出现堵塞或楼梯等障碍物，由于其对地形的适应性差，无法越过或绕过障碍物。本发明提出的新型六足机器人可以通过操作转轮和身体的分段机械结构来解决这些问题，而且具有自动和手动两种模式。在自动模式下，可根据障碍物大小自动选择越障或绕行。

对现有专利检索发现，专利申请公开号：CN109018058A，发明名称：一种轮足一体式机器人腿结构，该发明通过在腿部结构底部增加轮式结构达到轮足一体化，平坦结构时利用轮端行走，需要越障时通过电液伺服阀控制液压缸，实现腿部的横摆运动和前后移动，腿部与轮部共同作用，缓慢通过障碍物。其缺点为：结构复杂，通过非结构化地形时速度较慢。

专利申请公开号：CN110126562A，发明名称：一种空地一体化电动并联式轮足驱动机构，该发明通过轮足驱动模块对滚轮进行锁定与解锁，从而实现足式运动、轮式运动以及轮足复合运动的切换，达到轮足一化效果。其缺点为：结构复杂，体型较大，不适用于室内等空间狭小的地方。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，综合考虑轮式与足形机器人的优缺点，使其不仅具备足形机器人穿越不同地形的能力，还具备较快的移动速度。六足机器人的轮子不是传统的C形或偏心轮，而是普通轮子和S形轮子的组合，称为OS形轮子。机身分为三段，它们中的每一个都通过一个球形铰链连接到其他节段，该铰链由三个两自由度的电机驱动。

一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征在于由机器人本体、视觉系统、定位模块、控制模块、综合检测模块、电源模块、存储模块构成，具体包括机器人本体1、机器人的足部2、外置金属保护架3、定位模块4、摄像头5、麦克风6、Wi-Fi模块7以及综合检测模块8。

其中六足机器人本体1由主体框架、控制器101、电机驱动器102、电机103及电源模块104构成。机器人的足部2与所述的机器人本体1轴向固定连接，外置金属保护架3与机器人本体1上部固定连接，定位模块4固定在所述的机器人本体1上面，包括gps系统401和GY953 AHRS惯性传感器402，它们随时向移动设备发送位置信息和运动状态，还可以规划完成巡逻任务的路线。摄像头5可以监控周围环境，安装在机身前部，可以像球一样旋转。麦克风传感器6安装在机器人的顶部，并由一个圆柱体支撑，使其更容易检测周围的声波和接收工人的语音命令。Wi-Fi模块7内嵌于机器人本体1，移动设备可以连接和控制机器人。此外，还通过Wi-Fi模块提供巡逻、监控和报警功能。由于安装了功能强大的Wi-Fi发射机，所以它的工作范围很广。综合检测模块8包括RS485红外温度传感器801、四个QT50ULBQ6超声波传感器802和Arthyly MQ-2离子烟雾传感器803。红外温度传感器801和离子感烟传感器803安装在机身表面，便于检测外部温度和烟雾浓度的变化。当外界温度或烟雾浓度变化时，机器人会通过Wi-Fi模块7通知工人并报警。超声波传感器802安装在机器人周围，以避免撞到障碍物。

定位模块4、摄像头5、麦克风6、Wi-Fi模块7以及综合检测模块8分别与控制器101相连，电源模块104向控制器101、电机驱动器102、电机103供电。

一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征还在于，本发明能够识别是否能够跨越指示的障碍物。当机器人发现一个无法通过的障碍物时，它会通过轮速差来转动并绕过障碍物：轮的一侧以先前的速度旋转，另一侧则减速以实现转动。这样可以避开这些无法逾越的障碍，保持身体完整。当检测到易跨越的障碍物时，车轮会提前变为S形，机身关节上的电机会起辅助作用，使机身更适合穿越障碍物和地形。过了障碍物后，这些轮子又变回了O形。机身的自由度是锁定的，这样它可以在平坦的地面上快速移动。

一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征还在于，机器人主板为Arduino Uno R3，32路，主控芯片为ATMega 328P，工作电压5V，伺服电机驱动器为130ST-M06025，用于调整机器人的方向和状态。这个机器人是由一个18650电池组12伏输出。

一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征还在于，当机器人有足够的动力时，它将继续沿着指定的路线行驶。当功率较低时，它会自动回到原来的位置以避免丢失。

一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征还在于，本发明材料容易获得，所述车轮材料为耐磨、坚硬的合金材料。使生产成本相对较低。所有的配件都很容易更换，而且还可以更换有关节的机身。客户还可以根据自己的需要添加各种配件，实现机器人功能的多样化。

本发明与现有技术相比，本发明具有对环境适应性强、穿越障碍物效率高、平地速度快、功能多样、易拆分更换、维护成本低、可人工操作等优点。

附图说明

图1是基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人系统框图。

图2是基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人系统示意图。

其中，机器人本体1、机器人的足部2、外置金属保护架3、定位模块4、摄像头5、麦克风6、Wi-Fi模块7以及综合检测模块8。

图3是未伸展O型单轮示意图。

图4是伸展中S型单轮示意图。

具体实施方式

实施例1

如图2所示，一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征在于由机器人本体、视觉系统、定位模块、控制模块、综合检测模块、电源模块、存储模块构成，具体包括机器人本体1、机器人的足部2、外置金属保护架3、定位模块4、摄像头5、麦克风6、Wi-Fi模块7以及综合检测模块8。

其中六足机器人本体1由主体框架、控制器101、电机驱动器102、电机103及电源模块104构成。机器人的足部2与所述的机器人本体1轴向固定连接，外置金属保护架3与机器人本体1上部固定连接，定位模块4固定在所述的机器人本体1上面，包括gps系统401和GY953 AHRS惯性传感器402，它们可以随时向移动设备发送位置信息和运动状态，还可以规划完成巡逻任务的路线。摄像头5可以监控周围环境，安装在机身前部，可以像球一样旋转。麦克风传感器6安装在机器人的顶部，并由一个圆柱体支撑，使其更容易检测周围的声波和接收工人的语音命令。Wi-Fi模块7内嵌于机器人本体1，移动设备可以连接和控制机器人。此外，还通过Wi-Fi模块提供巡逻、监控和报警功能。由于安装了功能强大的Wi-Fi发射机，所以它的工作范围很广。综合检测模块8包括RS485红外温度传感器801、四个QT50ULBQ6超声波传感器802和Arthyly MQ-2离子烟雾传感器803。红外温度传感器801和离子感烟传感器803安装在机身表面，便于检测外部温度和烟雾浓度的变化。当外界温度或烟雾浓度变化时，机器人会通过Wi-Fi模块7通知工人并报警。超声波传感器802安装在机器人周围，以避免撞到障碍物。

如图1所示，定位模块4、摄像头5、麦克风6、Wi-Fi模块7以及综合检测模块8分别与控制器101相连，电源模块104向控制器101、电机驱动器102、电机103供电。

一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征还在于，本发明能够识别是否能够跨越指示的障碍物。当机器人发现一个无法通过的障碍物时，它会通过轮速差来转动并绕过障碍物：轮的一侧以先前的速度旋转，另一侧则减速以实现转动。这样可以避开这些无法逾越的障碍，保持身体完整。当检测到易跨越的障碍物时，车轮会提前变为S形，机身关节上的电机会起辅助作用，使机身更适合穿越障碍物和地形。过了障碍物后，这些轮子又变回了O形。机身的自由度是锁定的，这样它可以在平坦的地面上快速移动。

一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征还在于，机器人主板为Arduino Uno R3，32路，主控芯片为ATMega 328P，工作电压5V，伺服电机驱动器为130ST-M06025，用于调整机器人的方向和状态。这个机器人是由一个18650电池组12伏输出。

一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征还在于，当机器人有足够的动力时，它将继续沿着指定的路线行驶。当功率较低时，它会自动回到原来的位置以避免丢失。

一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征还在于，本发明材料容易获得，所述车轮材料为耐磨、坚硬的合金材料。使生产成本相对较低。所有的配件都很容易更换，而且还可以更换有关节的机身。客户还可以根据自己的需要添加各种配件，实现机器人功能的多样化。

实施例2

主要部件的总体关系如图所示。每个轴都与一组电动机相连。每个马达驱动轮脚旋转。如图3、4，每个足部由一个大轮轴、一组轮叶、一个主动齿轮、两个从动小齿轮，两个从动大齿轮组成。大轮轴中间有一个小马达，马达轴与主动齿轮通过连接件固定连接，用于轮叶的收缩和伸展。主动齿轮与从动小齿轮、从动大齿轮与从动小齿轮、轮叶之间为啮合连接。轮叶的收缩和伸展更有利于机器人跨越不同的障碍物。在平地时，足部为O轮，当遇到障碍物时，小马达控制主动齿轮顺时针转动，带动左侧的从动小齿轮逆时针转动，右侧的从动小齿轮顺时针转动，左侧的从动小齿轮又带动左侧的从动大齿轮顺时针转动，从而带动轮叶向左伸展。同理，右侧的轮叶向右伸展，转变为S轮。当跨过障碍物时，小马达控制主动齿轮逆时针转动，所有齿轮反向转动，两侧的轮叶收缩为O轮。主控板主要负责所有采集数据的计算和各子模块的操作。无刷直流电动机具有良好的外部特性，低速时能输出大转矩，具有起动转矩大、调速范围宽、在任何转速下都能满功率运行、效率高、过载能力强等优点，使其具有良好的拖动性能。此外，再生制动效果更佳，因为其转子由永磁材料制成，这样电机在制动时可以发电。体积小，功率密度高，全封闭结构，防止灰尘进入电机。与异步电动机相比，它更容易控制。电机通过电线与电机控制器相连，获得电能，而电池为电机控制器提供24伏电能。每个速度编码器都放在电机旁边。速度编码器通过检测外部光信号来测量电机的转速。气体检测装置主要用于分析有毒气体，帮助人们检测有毒气体泄漏等功能。最后，我们使用一个24伏的马达，为机器人提供足够的力和扭矩，以应付意外情况。例如，如果机器人翻转，电机可以提供足够的扭矩使其返回。

实施例3

当六足机器人被放置在一个封闭的内部空间，前面有楼梯。假设这是走廊里的巡逻队，机器人必须上楼巡逻下一层。参照图2，按下开关启动六足机器人。一旦机器人被激活，有两种控制模式可供选择。一种是自动模式，另一种是手动模式。不管怎样，机器人启动后，电池将支持所有的电机和传感器。不同的传感器被用来处理收集到的信息。当机器人进行安全巡逻时，它可以根据路况自动切换轮脚模式和前进、后退、转弯或停车。当机器人发现前方有楼梯障碍物时，它会减速。障碍是由程序判断的。如果可以交叉，将由轮结构转换为脚结构，即O形轮转换为S形轮，便于爬楼梯。在s形转轮的运动中，在提高越障能力的基础上，采用三角形步态来保持稳定性，而六足动物则采用波浪步态专门用于爬楼梯。同时，依靠机械结构分为三段，提高爬楼梯的能力。穿越整段楼梯后，如果不需要继续穿越障碍物，机器将切换回O型轮继续快速移动和巡逻值班。即使在越障过程中发生意外，一旦摔倒。如图2所示，由于车体前后两侧设计对称，不会有差异，机器人可以依靠S形车轮的勾钩能力快速进行调整，继续越障或选择其他路径。

实施例4

当机器人被放置在一个开放的室外空间。其巡线已提前设置，为封闭矩形轨道。然而，基于给定的路径，机器人也可以执行例2中的工作。机器人可以自主巡逻。不同的传感器用于收集和处理相关信息。例如，通过摄像头，机器人可以将车辆的车牌号与其数据库进行比对，找出入侵车辆，并将信息发送到安全中心。离子烟雾传感器还可以在情况恶化前发出火警，从而减少伤亡。新型安全巡逻六足机器人能够完成维护秩序和保障安全的任务。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征在于：包括机器人本体(1)、机器人的足部(2)、外置金属保护架(3)、定位模块(4)、摄像头(5)、麦克风(6)、Wi-Fi模块(7)以及综合检测模块(8)；

机器人本体(1)由主体框架、控制器(101)、电机驱动器(102)、电机(103)及电源模块(104)构成六足结构；控制器(101)、电机驱动器(102)、电机(103)及电源模块(104)安装在主体框架上；

机器人的足部(2)与所述的机器人本体(1)轴向固定连接，外置金属保护架(3)与机器人本体(1)上部固定连接；定位模块(4)固定在所述的机器人本体(1)上面，定位模块(4)包括gps系统(401)和GY953 AHRS惯性传感器(402)，gps系统(401)和GY953 AHRS惯性传感器(402)能够随时向移动设备发送位置信息和运动状态，还能够规划完成巡逻任务的路线；摄像头(5)用以监控周围环境，安装在机身前部，麦克风传感器安装在机器人的顶部，并由一个圆柱体支撑；Wi-Fi模块(7)内嵌于机器人本体(1)，移动设备能够对机器人进行控制；移动设备还通过Wi-Fi模块提供巡逻、监控和报警功能；

合检测模块(8)包括RS485红外温度传感器(801)、四个QT50ULBQ6超声波传感器(802)和Arthyly MQ-2离子烟雾传感器(803)；红外温度传感器(801)和Arthyly MQ-2离子感烟传感器(803)安装在机身表面，便于检测外部温度和烟雾浓度的变化；当外界温度或烟雾浓度变化时，六足机器人通过Wi-Fi模块(7)通知并报警；超声波传感器(802)安装在机器人周围；

定位模块(4)、摄像头(5)、麦克风(6)、Wi-Fi模块(7)以及综合检测模块(8)分别与控制器(101)相连，电源模块(104)向控制器(101)、电机驱动器(102)、电机(103)供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征在于：每个足部由一个大轮轴、一组轮叶、一个主动齿轮、两个从动小齿轮，两个从动大齿轮组成；大轮轴中间有一个小马达，马达轴与主动齿轮通过连接件固定连接，用于轮叶的收缩和伸展；主动齿轮与从动小齿轮、从动大齿轮与从动小齿轮、轮叶之间为啮合连接；轮叶的收缩和伸展更有利于机器人跨越不同的障碍物；在平地时，足部为O轮，当遇到障碍物时，小马达控制主动齿轮顺时针转动，带动左侧的从动小齿轮逆时针转动，右侧的从动小齿轮顺时针转动，左侧的从动小齿轮又带动左侧的从动大齿轮顺时针转动，从而带动轮叶向左伸展；同理，右侧的轮叶向右伸展，转变为S轮；当跨过障碍物时，小马达控制主动齿轮逆时针转动，所有齿轮反向转动，两侧的轮叶收缩为O轮。

3.根据权利要求1所述的一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征还在于，当六足机器人发现一个无法通过的障碍物时，六足机器人会通过轮速差来转动并绕过障碍物：轮的一侧以先前的速度旋转，另一侧则减速以实现转动；避开这些无法逾越的障碍，保持身体完整；当检测到易跨越的障碍物时，六足机器人的车轮会提前变为S形，机身关节上的电机起辅助作用，使机身更适合穿越障碍物和地形；过障碍物后，这些轮子又变回O形；每个轮的轮叶中间还有一个小马达，用于轮叶的收缩和伸展；轮叶的收缩和伸展有利于机器人跨越不同障碍物。

4.根据权利要求1所述的一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征还在于，六足机器人主板为Arduino Uno R3，32路，主控芯片为ATMega 328P，工作电压5V，伺服电机驱动器为130ST-M06025，用于调整机器人的方向和状态；这个机器人是由一个18650电池组12伏输出。

5.根据权利要求1所述的一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征还在于，当六足机器人有足够的动力时，将继续沿着指定的路线行驶；当功率较低时，会自动回到原来的位置以避免丢失。

6.根据权利要求1所述的一种基于OS轮的轮足一体化特种六足机器人，其特征还在于，车轮材料为耐磨、坚硬的合金材料。

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