CN113879058A - 一种陆空通讯搜救机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种陆空通讯搜救机器人，通过远程上位机控制陆空通讯搜救机器人进行通讯和探测，经过一系列的设计陆地运动单元和空中运动单元使得能够远距离在复杂环境中搜寻目标，并且能够通过机载中继模块实现周围通讯设备的信号收发，同时将周边环境图像无线回传至远程上位机。此外，经过合理调配和使用陆地运动单元和空中运动单元以及视觉图像模块（5），使得陆空通讯搜救机器人具有功能多样、越障能力强、通讯范围广、探测信息准确和续航能力长等优点。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体为一种陆空通讯搜救机器人。
背景技术
近年来，各种自然灾害频发，对人类的生命安全造成了巨大的威胁。在黄金时间内对被困人员及时进行搜救尤为重要。但由于灾后通信设施、大量道路被破环，当地通讯设施陷入瘫痪，使得搜救工作无法快速开展和获取灾情信息，被困群众无法与外界进行有效联系，造成灾情分布和严重程度不清，指挥中心无法准确得知被困人员的位置，同时由于交通瘫痪，也给救援人员施救造成了影响。
现有的无人机通常只能在高空中飞行，在低空或者陆地环境中则无法快速高效地移动，但对于复杂的使用环境，需要能够适应高空、低空和陆地等不同高度环境的无人装备，因此，陆空两用无人机应运而生。
然而现有多数陆空两用无人机功能较为单一，在灾区的复杂环境下无法开展有效的救援工作，因此急需具有中继功能、运动范围广、工作时间长、信息探测准确并且能够进行无人探测的专用型灾区救援设备。
发明内容
针对以上问题，本发明提出了一种陆空通讯搜救机器人。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种陆空通讯搜救机器人，包括通过无线通信方式进行连接的陆空通讯搜救机器人和远程上位机；
所述远程上位机，用以向陆空通讯搜救机器人发送控制指令和接收陆空通讯搜救机器人传输的视觉图像并进行分析和显示；所述陆空通讯搜救机器人，包括运动模块、视觉图像模块（5）、数据传输模块、控制模块、中继模块、GPS模块；其中，所述控制模块解析数据传输模块接收的控制指令，并将解析得到的运动控制指令和探测控制指令分别发送至运动模块、视觉图像模块（5）和中继模块；所述运动模块包括陆地运动单元和空中运动单元，所述运动模块用以根据运动控制指令调用陆地运动单元和空中运动单元按照所需的路线进行运动；所述视觉图像模块（5）用以在到达指定位置后根据控制指令对现场进行探测，并将采集的视觉图像经数据传输模块上传至远程上位机；所述中继模块用以接收周边通讯设备的信号，经放大后发送至远程通讯基站，同时接收远程通讯基站信号经放大发送至对应通讯设备；所述GPS模块用于将陆空通讯搜救机器人的地理坐标实时发送至远程上位机。
作为一种改进，所述陆地运动单元采用地面三角履带式运动结构，包括悬挂机构（1）、驱动机构（2）和对称安装在上述悬挂机构（1）两侧的履带机构（3），所述履带机构（3）包括履带支架（301）、减震架（302）、履带轮轴（304）和履带（305），所述驱动机构（2）包括伺服电机（201）、履带轮轴（304）、伺服电机轴上固定有带轮，履带轮轴（304）上固定带轮且与伺服电机轴上带轮采用皮带（204）连接，所述悬挂机构（1）包括固定在履带支架（301）上的承重支架（101、103）以及与承重支架（101、103）相连接的碳纤维底盘（102）。
作为更进一步改进，所述空中运动单元包括在碳纤维底盘（102）上左右两侧对称安装有多组舵机和飞行装置（4），所述飞行装置（4）包括涡轮机架（401）、设置在涡轮机架（401）一端的涵道推进器（402），设置在涵道推进器（402）内的无刷电机以及设置在无刷电机轴上的涡轮（404），所述涡轮机架（401）的另一端通过舵盘与舵机输出轴连接。
具体的，所述视觉图像模块（5）包括可见光图像和红外图像采集装置。
更进一步的，所述数据传输模块包括数据电路、收发单元以及天线（6），其中控制盒（7）中装有数据电路、收发单元，天线（6）外置安装于碳纤维底盘（102）上并与控制盒（7）中收发单元连接，所述控制盒（7）竖直安装于后承重支架（103）侧面。
作为一种改进，所述控制模块包括电源模块、与电源模块连接的主控制板，以及分别与主控制板和电源模块连接的舵机驱动板、无刷电机驱动器和伺服电机驱动板，所述控制模块安装于控制盒（7）内。
进一步的，所述视觉图像模块（5）包括摄像头（501）、第一动作装置（502）和第二动作装置（503），所述摄像头（501）固定设置在第一动作装置（502）的一端，所述第一动作装置（502）的另一端与第二动作装置（503）相连，所述第二动作装置（503）设置在碳纤维底盘（102）前端。
再者，所述中继模块包括中继单元、功率放大器、双工器，所述中继模块安装于控制盒（7）内，并与碳纤维底盘（102）上的天线（6）连接。
特别的，所述电源模块与锂电池组（8）和单晶硅太阳能板（9）相连，所述锂电池组（8）固定于碳纤维底盘（102）下方，所述单晶硅太阳能板（9）安装于碳纤维底盘（102）上表面。
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种陆空通讯搜救机器人，通过远程上位机控制陆空通讯搜救机器人进行通讯和探测，经过一系列的设计陆地运动单元和空中运动单元使得能够远距离在复杂环境中搜寻目标，并且能够通过机载中继模块实现周围通讯设备的信号收发，同时将周边环境图像无线回传至远程上位机，此外，经过合理调配和使用陆地运动单元和空中运动单元以及视觉图像模块（5），使得陆空通讯搜救机器人具有功能多样、越障能力强、通讯范围广、探测信息准确和续航能力长等优点。
附图说明
附图1 本发明陆空通讯搜救机器人履带机构（3）示意图。
附图2 本发明陆空通讯搜救机器人涵道推进器（402）立体示意图。
附图3 本发明陆空通讯搜救机器人视觉图像模块（5）示意图。
附图4 本发明陆空通讯搜救机器人立体示意图。
附图5 本发明陆空通讯搜救机器人控制盒（7）局部示意图。
附图6 本发明陆空通讯搜救机器人工作流程示意框图。
其中：1为悬挂机构、101为前承重支架、102为碳纤维底盘、103为后承重支架、2为驱动机构、201为伺服电机、202为主动带轮、203为从动带轮、204为皮带、3为履带机构、301为履带支架、302为减震架、303为张紧机构、304为履带轮轴、305为履带、4为飞行装置、401为涡轮机架、402为涵道推进器、403为涡轮、404为涵道、5为视觉图像模块、501为摄像头、502为第一动作装置、503为第二动作装置、6为天线、7为控制盒、8为锂电池组、9为单晶硅太阳能板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1至附图6，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明提供一种陆空通讯搜救机器人，包括通过无线通信方式进行连接的陆空通讯搜救机器人和远程上位机；
所述远程上位机，用以向陆空通讯搜救机器人发送控制指令和接收陆空通讯搜救机器人传输的视觉图像并进行分析和显示；
所述陆空通讯搜救机器人，包括运动模块、视觉图像模块（5）、数据传输模块、控制模块、中继模块、GPS模块；其中，
所述控制模块解析数据传输模块接收的控制指令，并将解析得到的运动控制指令和探测控制指令分别传输至运动模块、视觉图像模块（5）和中继模块；
所述运动模块包括陆地运动单元和空中运动单元，所述运动模块用以根据运动控制指令调用陆地运动单元和空中运动单元按照所需的路线进行运动；
所述视觉图像模块（5）用以在到达指定位置后根据控制指令对现场进行探测，并将采集的视觉图像经数据传输模块上传至远程上位机；
所述中继模块用以接收周边通讯设备的信号，经放大后发送至远程通讯基站，同时接收远程通讯基站信号经放大发送至对应通讯设备，所述中继模块可由远程上位机指令，经控制模块调用从而控制中继模块信道频率和增益；
所述GPS模块用于将陆空通讯搜救机器人的地理坐标实时发送至远程上位机，所述GPS模块通过接收来自卫星的微波信号，通过测量信号相位差得出相对位置，将位置通过数据传输模块实时转发至远程上位机。
作为一种改进，所述陆地运动单元采用地面三角履带式运动结构，包括悬挂机构（1）、驱动机构（2）和对称安装在上述悬挂机构（1）两侧的履带机构（3），所述履带机构（3）包括履带支架（301）、减震架（302）、张紧机构（303）履带轮轴（304）和履带（305），所述减震架（302）固定在履带支架（301）上，同时减震架（302）与张紧机构（303）连接，用于保持履带（305）与轮轴（304）咬合。所述驱动机构（2）包括伺服电机（201）、主动带轮（202）、从动带轮（203）、皮带（204），伺服电机轴上固定有主动带轮（202），履带轮轴（304）上安装有从动带轮（203）且与伺服电机轴上主动带轮（202）通过皮带（204）连接，所述伺服电机（201）带动皮带（204）运转，进一步带动履带轮轴（304）旋转，从而实现陆地运动单元的传动，所述悬挂机构（1）包括固定在履带支架（301）上的承重支架（101、103）以及与承重支架（101、103）相连接的碳纤维底盘（102）。
作为更进一步改进，所述空中运动单元包括在碳纤维底盘（102）上左右两侧对称安装有多组舵机和飞行装置（4），所述舵机由控制模块控制轴角，进一步控制涵道推进器（402）的喷口角度，所述飞行装置（4）包括涡轮机架（401）、设置在涡轮机架（401）一端的涵道推进器（402），设置在涵道推进器（402）内的无刷电机以及设置在无刷电机轴上的涡轮（403），所述涡轮机架（401）的另一端通过舵盘与舵机输出轴连接，所述无刷电机驱动轴上涡轮（403）旋转，空气经涵道（404）引入推进器，由涡轮（403）加压排出，从而提供升力。
具体的，所述视觉图像模块（5）包括可见光图像和红外图像采集装置，所述可见光图像由CCD相机提供，用于观察周边环境，所述红外图像由非制冷焦平面红外传感器提供，用于识别周边环境的热信号图像，从而进行生命识别。
更进一步的，所述数据传输模块包括数据电路、收发单元以及天线（6），其中控制盒（7）中装有数据电路、收发单元，天线（6）外置安装于碳纤维底盘（102）上并于控制盒（7）中收发单元连接，所述控制盒（7）竖直安装于后承重支架（103）侧面，所述天线（6）接收来自远程上位机所发射的无线电信号，将其传输至收发单元，由数据电路进行解码得到控制指令。
作为一种改进，所述控制模块包括电源模块、与电源模块连接的主控制板，以及分别与主控制板和电源模块连接的舵机驱动板、无刷电机驱动器和伺服电机驱动板，所述控制模块安装于控制盒（7）内，所述控制模块接收来自数据传输模块的控制指令，从而通过I/O口输出TTL电平控制舵机驱动板、无刷电机驱动器、伺服电机驱动板。
进一步的，所述视觉图像模块（5）包括摄像头（501）、第一动作装置（502）和第二动作装置（503），所述摄像头（501）固定设置在第一动作装置（502）的一端，所述第一动作装置（502）的另一端与第二动作装置（503）相连，所述第二动作装置（503）设置在碳纤维底盘前端，所述第二动作装置（503）与第一动作装置（502）结构相同，两装置旋转角由主控制板指令控制，通过所述第一第二传动装置（502、503）的配合运行，从而实现摄像头（501）的多自由度运转。
再者，所述中继模块包括中继单元、功率放大器、双工器，所述中继模块安装于控制盒（7）内，并与碳纤维底盘（102）上的天线（6）连接，由中继单元分配信道，信号经过功率放大器实现远距离传输，所述天线（6）与中继单元之间设置双工器实现了临近通讯设备与远程基站的信号实时收发。
特别的，所述电源模块与锂电池组（8）和单晶硅太阳能板（9）相连，所述锂电池组（8）固定于碳纤维底盘（102）下方，所述单晶硅太阳能板（9）安装于碳纤维底盘（102）上表面，所述电源模块控制单晶硅太阳能板（9）对锂电池组（8）充电，同时监测电池容量，并将电能根据控制模块指令切换至陆地运动单元或空中运动单元。
具体工作流程，如图4所示，远程上位机将控制指令传输给陆空通讯搜救机器人的数据传输模块，数据传输模块接收到控制指令后，将控制指令传输给主控制板，主控制板接收到控制指令后进行分析和识别，根据其中的运动控制指令控制运动模块进行相应动作，根据其中的视觉图像采集指令控制视觉图像模块（5）进行可见光和红外图像的采集，将采集到的图像信号传输至主控制板；具体的，根据所需调用的陆地运动单元和空中运动单元的不同，控制电源模块将电能输送至伺服电机驱动板或无刷电机驱动器，同时将运动控制指令传输给伺服电机驱动板或无刷电机驱动器与舵机驱动板，进而驱动伺服电机（201）或无刷电机与涵道推进器舵机，从而实现陆地行进或空中行进，中继模块根据中继控制指令，自主收发周边通讯信号，电源模块通过实时监测锂电池组（8）电量从而控制单晶硅太阳能电池板（9）为锂电池组（8）充电，同时将电量监测值发送至主控制板，主控制板将信号处理后发送至数据传输模块，数据传输模块将信号发送回远程上位机。
本发明所述的GPS模块能够自动获取陆空通讯搜救机器人所在位置的GPS信号，并且将获取到的位置数据发送至数据传输模块，进而发送至远程上位机，用于操作者确定机器人所在的位置。
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种陆空通讯搜救机器人，通过远程上位机控制陆空通讯搜救机器人进行通讯和探测，经过一系列的设计陆地运动单元和空中运动单元使得能够远距离在复杂环境中搜寻目标，并且能够通过机载中继模块实现周围通讯设备的信号收发，同时将周边环境图像回传至远程上位机。此外，经过合理调配和使用陆地运动单元和空中运动单元以及视觉图像模块（5），使得陆空通讯搜救机器人具有功能多样、越障能力强、通讯范围广、探测信息准确和续航能力长等优点。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是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，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种陆空通讯搜救机器人，其特征在于，包括通过无线通信方式进行连接的陆空通讯搜救机器人和远程上位机；所述远程上位机，用以向陆空通讯搜救机器人发送控制指令和接收陆空通讯搜救机器人传输的视觉图像并进行分析和显示；所述陆空通讯搜救机器人，包括运动模块、视觉图像模块（5）、数据传输模块、控制模块、中继模块、GPS模块；其中，所述控制模块解析数据传输模块接收的控制指令，并将解析得到的运动控制指令和探测控制指令分别发送至运动模块、视觉图像模块（5）和中继模块；所述运动模块包括陆地运动单元和空中运动单元，所述运动模块用以根据运动控制指令调用陆地运动单元和空中运动单元按照所需的路线进行运动；所述视觉图像模块（5）用以在到达指定位置后根据控制指令对现场进行探测，并将采集的视觉图像经数据传输模块上传至远程上位机；所述中继模块用以接收周边通讯设备的信号，经放大后发送至远程通讯基站，同时接收远程通讯基站信号经放大发送至对应通讯设备；所述GPS模块用于将陆空通讯搜救机器人的地理坐标实时发送至远程上位机。
2.如权利要求1所述的陆空通讯搜救机器人，其特征在于，所述陆地运动单元采用地面三角履带式运动结构，包括悬挂机构（1）、驱动机构（2）和对称安装在上述悬挂机构（1）两侧的履带机构（3），所述履带机构（3）包括履带支架（301）、减震架（302）、履带轮轴（304）和履带（305），所述驱动机构（2）包括伺服电机（201）、履带轮轴（304）、伺服电机轴上固定有主动带轮（202），履带轮轴（304）上固定从动带轮（203）且与伺服电机轴上带轮采用皮带（204）连接，所述悬挂机构（1）包括固定在履带支架（301）上的承重支架（101、103）以及与承重支架（101、103）相连接的碳纤维底盘（102）。
3.如权利要求1所述的陆空通讯搜救机器人，其特征在于，所述空中运动单元包括在碳纤维底盘上左右两侧对称安装有多组舵机和飞行装置（4），所述飞行装置（4）包括涡轮机架（401）、设置在涡轮机架（401）一端的涵道推进器（402），设置在涵道推进器（402）内的无刷电机以及设置在无刷电机轴上的涡轮（403）；所述涡轮机架（401）的另一端通过舵盘与舵机输出轴连接。
4.如权利要求1所述的陆空通讯搜救机器人，其特征在于，所述视觉图像模块（5）包括可见光图像和红外图像采集装置。
5.如权利要求1所述的陆空通讯搜救机器人，其特征在于，所述数据传输模块包括数据电路、收发单元以及天线（6），其中控制盒（7）中装有数据电路、收发单元，天线（6）外置安装于碳纤维底盘（102）上并与控制盒（7）中收发单元连接，所述控制盒（7）竖直安装于后承重支架（103）侧面。
6.如权利要求1所述的陆空通讯搜救机器人，其特征在于，所述控制模块包括电源模块、与电源模块连接的主控制板，以及分别与主控制板和电源模块连接的舵机驱动板、无刷电机驱动器和伺服电机驱动板，所述控制模块安装于控制盒（7）内。
7.如权利要求1所述的陆空通讯搜救机器人，其特征在于，所述视觉图像模块（5）包括摄像头（501）、第一动作装置（502）和第二动作装置（503），所述摄像头（501）固定设置在第一动作装置（502）的一端，所述第一动作装置（502）的另一端与第二动作装置（503）相连，所述第二动作装置（503）设置在碳纤维底盘（102）前端，所述第二动作装置（503）与第一动作装置（502）结构相同。
8.如权利要求1所述的陆空通讯搜救机器人，其特征在于，所述中继模块包括中继单元、功率放大器、双工器，所述中继模块安装于控制盒（7）内，并与碳纤维底盘（102）上的天线（6）连接。
9.如权利要求1所述的陆空通讯搜救机器人，其特征在于，所述电源模块与锂电池组（8）和单晶硅太阳能板（9）相连，所述锂电池组（8）固定于碳纤维底盘（102）下方，所述单晶硅太阳能板（9）安装于碳纤维底盘（102）上表面。
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- 2021-11-23 CN CN202111390321.3A patent/CN113879058A/zh active Pending
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