CN202320576U - 爬楼梯机器人 - Google Patents

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文西芹
乔斌
王春岭
赵帅
张艳辉
胡晓军
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Abstract

一种爬楼梯机器人，设有车体，在车体的两侧设有履带式行走机构，履带式行走机构包括履带，在履带内设有车前链轮、车后链轮和行星轮，行星轮设置在车前链轮的前部，在车前链轮和车后链轮之间设有平衡臂，所述的行星轮与一根摆臂的前端部铰接，摆臂的后端与平衡臂铰接，车体上装有摆臂驱动机构，所述摆臂为前后两段式结构，在摆臂的前后两段之间设有履带撑紧机构。在车体内设有自动控制系统，自动控制系统包括单片机、视频探测器、驱动控制模块、传感器、无线通信模块和电源，通过自动控制系统控制摆臂的动作可实现攀爬楼梯及能躲避障碍物的功能，能适应复杂路面。还可以将现场环境的图像回传到指挥中心，还能进入危险区域，监测事故现场的变化。

Description

爬楼梯机器人
技术领域
 本实用新型涉及一种机器人，特别是一种爬楼梯机器人。
背景技术
目前机器人的移动方式有轮式、腿式和履带式三种。随着机器人技术的发展,轮式和腿式机器人能够满足某些特殊的性能要求，但是由于腿式结构自由度太多，控制比较复杂，应用受到一定的限制。现有技术中的很多机器人都是在平坦的路面上行走，不能很好地适应地面的变化，尤其是还没有专门针对爬楼梯设计的机器人。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种可以攀爬楼梯、适应复杂路面、能躲避障碍物的爬楼梯机器人。
本实用新型要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种爬楼梯机器人，设有车体，在车体的两侧设有履带式行走机构，其特点是：履带式行走机构包括履带，在履带内设有车前链轮、车后链轮和行星轮，行星轮设置在车前链轮的前部，在车前链轮和车后链轮之间设有平衡臂，所述的行星轮与一根摆臂的前端部铰接，摆臂的后端与平衡臂铰接，车体上装有摆臂驱动机构，所述摆臂为前后两段式结构，在摆臂的前后两段之间设有履带撑紧机构。
本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的履带撑紧机构为弹簧。
本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在车体内设有自动控制系统，自动控制系统包括单片机、视频探测器、驱动控制模块、传感器、无线通信模块和电源，传感器包括设置在车体两侧的测距传感器、设在车体上的热释电传感器、设在车体顶部的烟雾传感器。
本实用新型与现有技术相比，通过自动控制系统控制摆臂的动作可实现攀爬楼梯及能躲避障碍物的功能，能适应复杂路面。还可以将现场环境的图像回传到指挥中心，为进一步控制机器人的运动方向、制定下一步救灾的方案提供决策依据。该机器人还能进入危险区域，监测事故现场（如温度、瓦斯以及有害气体的浓度）的变化，防止事故的二次发生。
附图说明
图1为本实用新型的结构简图。
图2为传动原理图。
图3为控制系统结构框图。
具体实施方式
一种爬楼梯机器人，设有车体，在车体的两侧设有履带式行走机构，履带式行走机构包括履带2，在履带2内设有车前链轮3、车后链轮1和行星轮4，行星轮4设置在车前链轮3的前部，在车前链轮3和车后链轮1之间设有平衡臂6，所述的行星轮4与一根摆臂5的前端部铰接，摆臂5的后端与平衡臂6铰接，车体上装有摆臂驱动机构13，所述摆臂5为前后两段式结构，在摆臂的前后两段之间设有履带撑紧机构7。所述的履带撑紧机构7为弹簧或压力缸。
在车体内设有自动控制系统，自动控制系统包括单片机10、视频探测器8、驱动控制模块12、传感器9、无线通信模块11和电源，传感器9包括设置在车体两侧的测距传感器、设在车体上的热释电传感器、设在车体顶部的烟雾传感器。
机器人的视频探测器(CCD摄像头)具有信息直观、能实现计算机辅助控制等特点，可以将现场环境的图像返回到指挥中心，为进一步控制机器人的运动方向、制定下一步救灾的方案提供决策依据。该机器人利用传感器通过探测被困者体温信息能找到他们的位置。该机器人还能进入危险区域，监测事故现场（如温度、瓦斯以及有害气体的浓度）的变化，防止事故的二次发生。
车体设计主要根据楼梯的高度及坡度，同时满足强度要求设计合适的车体；电机选择主要根据机器人整体的重量及爬楼梯过程中需要的动力选择合适的电机；传动系统部分根据车体及电机的尺寸，进行相应的强度计算，选择适合的传动系统。
单片机最小系统主要由AT89S51单片机、时钟电路、复位电路组成，它是系统中控制部分关键的组成部分；电机控制模块主要接收单片机的信号，控制电机执行相应的动作；传感器主要完成对现场数据的采集；无线传输模块主要由红外遥控器及配套接收器、HAC-UP无线接收模块、串口通信电路，实现无线控制；电源部分则为各个部分提供工作电源。
软件设计部分主要由两大部分构成：即主程序的编写与调试、基于VB软件开发的串行通信控制软件的设计与调试；主程序主要由电机控制部分、逻辑运算部分延时函数等组成，完成对传感器发送的信号进行分析运算，输出相应的信号；串行通信控制软件由窗体、控件、VB代码组成，实现打开计算机串口、键盘ASCⅡ识别、信号发送等功能。
该机器人所用履带的构形可以根据地形条件和作业要求进行适当变化。该机器人的主体部分是两条形状可变的履带，分别由两个主电动机驱动。当两条履带的速度相同时，机器人实现直线前进或后退移动；当两条履带的速度不同时，机器人实现转向运动。当摆臂摆动时，带动行星轮转动，从而实现履带的不同构形，以适应不同的运动和作业环境。
在车身的两侧放置测距传感器，以即时反映与墙壁的距离，从而根据设定距离进行调整车身与障碍物的距离。
在车身上设置热释电传感器，能够检测人类生命迹象，当发生灾难时，能协助救援人员发现被困人群。
在车体的顶部放有烟雾传感器，可以检测机器人所在环境的烟雾浓度，当超过一定的浓度时，机器人就会自动发出警报。
履带由橡胶和金属弯板链构成。橡胶接触地面，避免过大的冲击噪声，又增强了与地面的接触摩擦。金属链作为连接块，增强了履带的耐用性。
机器人的控制系统是由上位机——计算机和下位机——单片机构成。机器人的控制指令由计算机发出，计算机与单片机间的数据发送与接收，是由无线模块实现的，无线模块即可接收计算机中发送的信息，使其传送到单片机，控制机器人的动作；同时也可以把机器人检测的现场信息发送回计算机，计算机通过VB控制软件接收信号，并发出相应的控制指令。爬楼梯机器人下位机是基于AT89S51单片机为核心的控制系统，可以实现视频信号采集、视频信号无线传输、自动避障等功能。控制系统由视频采集电路、视频无线传输电路、红外测距传感检测电路、电机驱动电路组成。
该爬楼梯机器人可以在手动模式、自动模式及上位机模式下实现机器人的爬楼梯负重、自动避障、可燃性气体报警、生命检测等功能；主要有自动避障程序、电机控制程序、手动控制程序等。

Claims (3)

1.一种爬楼梯机器人，设有车体，在车体的两侧设有履带式行走机构，其特征在于：履带式行走机构包括履带，在履带内设有车前链轮、车后链轮和行星轮，行星轮设置在车前链轮的前部，在车前链轮和车后链轮之间设有平衡臂，所述的行星轮与一根摆臂的前端部铰接，摆臂的后端与平衡臂铰接，车体上装有摆臂驱动机构，所述摆臂为前后两段式结构，在摆臂的前后两段之间设有履带撑紧机构。
2.根据权利要求1所述的爬楼梯机器人，其特征在于：所述的履带撑紧机构为弹簧。
3.根据权利要求1所述的爬楼梯机器人，其特征在于：在车体内设有自动控制系统，自动控制系统包括单片机、视频探测器、驱动控制模块、传感器、无线通信模块和电源，传感器包括设置在车体两侧的测距传感器、设在车体上的热释电传感器、设在车体顶部的烟雾传感器。
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