CN202995457U

CN202995457U - 自旋式变结构多功能越障探测器

Info

Publication number: CN202995457U
Application number: CN 201220640617
Authority: CN
Inventors: 陈曦
Original assignee: 7th Middle School Of Quanzhou City Of Fujian Province
Current assignee: 7th Middle School Of Quanzhou City Of Fujian Province
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2022-11-27

Abstract

本实用新型公开一种自旋式变结构多功能越障探测器，包括第一组运动肢、第二组运动肢以及一自旋电机，该第一组运动肢包括第一半圆壳体、两个旋转臂以及两个万向轮，该第二组运动肢包括第二半圆壳体、两个旋转臂以及两个万向轮，该第一半圆壳体和第二半圆壳体的内侧左右正对，所述自旋电机的机体固定于第一半圆壳体，自旋电机的主轴伸出第一半圆壳体并固定于第二半圆壳体，由自旋电机驱动第二组运动肢相对第一组运动肢自由旋转一定角度，两组运动肢整体形成平面结构或四面体的结构，籍此，本实用新型能根据实际环境灵巧地变形，巧妙地翻越特殊地理环境，完成普通形态探测器所难以应付的任务。

Description

自旋式变结构多功能越障探测器

技术领域

本实用新型涉及探测器领域技术，尤其是指一种自旋式变结构多功能越障探测器。

背景技术

人们为了科学研究或科学实验，需要在一些人烟罕至的地方或星球表面进行无人监测，或者在人无法进入的灾难现场，也需要实施无人监测。这些地方的地理环境特殊，不但无路行车，而且会出现如狭缝、崎岖山洼等凹凸不平的地面环境。而现有常见的探测车一般以轮式或履带式结构作为运动底盘，运动的适应环境受到较大制约，遇到凹凸不平地面环境，探测车难以顺利前行，容易出现翻车现象，造成无法正常完成探测任务。

因此，如何寻找一种可以克服凹凸不平的特殊地理环境，顺利完成探测任务的新型探测器是相关技术人员的一项亟待解决的难题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种自旋式变结构多功能越障探测器，能多自由度的变结构，更加灵巧地通过特殊地理环境，完成普通形态探测器所难以应付的任务。

为实现上述目的，本实用新型采用如下之技术方案：

一种自旋式变结构多功能越障探测器，包括第一组运动肢、第二组运动肢以及一大扭矩、低转速的自旋电机，该第一组运动肢包括一个第一半圆壳体、两个连接在第一半圆壳体外缘上的旋转臂、以及两个连接于两旋转臂的末端的万向轮；该第二组运动肢包括一个第二半圆壳体、两个连接在第二半圆壳体外缘上的旋转臂、以及两个连接于两旋转臂的末端的万向轮；该第一半圆壳体和第二半圆壳体的内侧左右正对，所述自旋电机的机体固定于第一半圆壳体，自旋电机的主轴伸出第一半圆壳体并固定于第二半圆壳体，由自旋电机驱动第二组运动肢相对第一组运动肢自由旋转后，两组运动肢整体形成平面结构或四面体的结构。

优选的，所述第一、第二半圆壳体外缘的两个旋转臂之间形成的夹角相同。

优选的，所述第一、第二半圆壳体外缘的两个旋转臂之间形成的夹角均为109°28′。

优选的，所述第一、第二组运动肢的各万向轮与对应旋转臂的末端之间安装有用于驱动万向轮旋转的肢体电机。

优选的，所述万向轮上设有用于感知万向轮自身运动姿势和运动状态的加速度传感器。

优选的，所述第一半圆壳体或第二半圆壳体内设有主控单片机、无线通讯模块以及电源，该主控单片机连接电机驱动芯片后与自旋电机电连接，且主控单片机还分别与四个旋转臂末端的肢体电机、各个加速度传感器以及无线通讯模块连接。

优选的，所述万向轮上设有帮助识别探测器的状态的LED指示灯。

优选的，所述自旋电机的主轴上套设有滚珠轴承，且该滚珠轴承夹设于第一半圆壳体和第二半圆壳体之间。

优选的，所述直流电机通过自制数字编码盘实现转动角度的闭环控制。

优选的，所述万向轮的表面固定有可增加摩擦作用的硅胶膜。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，其主要是通过一大扭矩、低转速的自旋电机使第一组运动肢与第二组运动肢可以相对旋转运动，以形成一种多自由度的变结构与功能的越障探测器，它有别于传统的探测器，可通过自身旋转在平面与四面体的形态中进行定量转换，探测器在低矮的通道中快速穿行可以采用平面形态，以类似轮式的结构通过，而在复杂的起伏式障碍路面上可以采用四面体的结构，通过四轮轮替翻转，实现机体变结构和多向行进功能，有效提高机器的越障能力和远程科考救援能力，可灵巧地通过特殊地理环境，完成普通形态探测器所难以应付的任务。

其次，通过在各个旋转臂的末端设置肢体电机，肢体电机的转轴连接万向轮，快速转动的万向轮与地面摩擦可以为探测器在水平地面上快速移动提供动力。并且，万向轮内置有加速度传感器，由主控单片机控制而转动，同时通过加速度传感器感应本身的接触面，自适应调节结构来维持平衡和运动。

为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1是本实用新型之实施例的平面简图，图中的探测器形成平面结构；

图2是本实用新型之实施例的立体简图，图中的探测器形成四面体结构；

图3是本实用新型之实施例的具体结构示意图；

图4是本实用新型之实施例的电路控制框图；

图5是本实用新型之实施例的控制原理框图。

附图标识说明：

100、探测器

10、自旋电机11、滚珠轴承

20、第一组运动肢21、第一半圆壳体

22、旋转臂23、万向轮

24、肢体电机25、加速度传感器

26、LED指示灯30、第二组运动肢

31、第二半圆壳体32、旋转臂

33、万向轮40、主控单片机

50、无线通讯模块60、电源

70、L298电机驱动芯片。

具体实施方式

请参照图1至图4所示，其显示出了本实用新型之较佳实施例的具体结构，该探测器包括两组运动肢20、30，该两组运动肢20、30之间通过大扭矩、低转速的自旋电机10连接，其中一组运动肢在自旋电机10的驱动下可相对另一组运动肢自由旋转一定角度，以使探测器整体形成平面结构或四面体的结构。

具体而言，该两组运动肢分别为第一组运动肢20以及第二组运动肢30。

如图3所示，该第一组运动肢20包括一个第一半圆壳体21、两个旋转臂22以及两个万向轮23。该两个旋转臂22均连接在第一半圆壳体21的外缘上，两旋转臂22之间夹角为109°28′。两个万向轮23均设成圆形，其分别连接于两旋转臂22的末端，各万向轮23与对应旋转臂22的末端之间安装有肢体电机24，由肢体电机24带动万向轮23转动。本实施例中，该肢体电机24为变速直流电机，快速转动的万向轮23与地面摩擦可以为探测器在水平地面上快速移动提供动力。为取得更好的运动效果，本实施例对万向轮23表面进行了处理，利用硅胶膜固定在其表面，以增强摩擦。并且，该万向轮23上还设有加速度传感器25以及LED指示灯26，加速度传感器25用于感知万向轮23自身运动姿势和运动状态，LED指示灯26可以帮助识别探测器的状态。

该第二组运动肢30包括第二半圆壳体31、两个旋转臂32以及两个万向轮33，本实施例中，第二组运动肢30的各个组成部件分别与第一组运动肢20各个组成部件的结构基本相同。该第二半圆壳体31与前述第二半圆壳体31的内侧左右对称地连接在一起，整体形成的圆形的探测器主体。其中自旋电机10的机体固定在第一半圆壳体21内，自旋电机10的主轴伸出第一半圆壳体21并固定连接于第二半圆壳体31，优选的，还可以采用自制数字编码盘实现对自旋电机10转动角度的闭环控制，增加旋转控制的精确性。另外，为了增强机械结构的稳定和可靠性，还采用滚珠轴承结构，该滚珠轴承套于自旋电机10的主轴外，并夹设在第一半圆壳体21以及第二半圆壳体31之间。这样自旋电机10转动便可以带动第二组运动肢30自由旋转一定角度，使第二组运动肢30的各个旋转臂22与第一组运动肢20的旋转臂22错开一定角度，形成四面体的结构（见图2）。

除此之外，该第一半圆壳体21或第二半圆壳体31内还设有主控单片机40、无线通讯模块50以及电源60。该电源60采用高能锂电池，为自旋电机10、各肢体电机24以及各芯片模块供应电量。本料施例中，该主控单片机40选用STC12C5A60S2单片机，并且自旋电机10用L298电机驱动芯片70进行驱动控制，各肢体电机24分别用L293电机驱动芯片进行驱动控制。

如图4所示，本实用新型的电路设计如图所示，探测器主体内的主控单片机40连接L298电机驱动芯片70后连接自旋电机10，并且主控单片机40还分别连接四个旋转臂22末端的肢体电机24、各个加速度传感器25以及无线通讯模块50。

如图5所示，通过软件设计使本探测器实现左转、右转、前进、后退、左变形、右变形以及无线数据发送等功能。综合而言，该探测器的转动可以分为一级转动和二级转动两种方式，其控制原理如下：

一级转动：主控单片机40通过无线串口模块与上位机实现通讯。主控单片机40实时采集加速度传感器25数据，并对数据进行分析，掌握探测体的运动形态，根据所遇到的环境不同，利用探测器自身的结构对实施结构变体，如果在狭缝中则把自身平展，如果在大的凹凸不平的地面上则变身为四面体的结构，利用自身的两对自旋式的肢体轮换运动，以不同的形态支撑整体，并向不同的方向行进。在探测器整体呈平面结构时，该第一组运动肢20与第二组运动肢30左右对称，且两组运动肢20、30位于同一水平面，相邻两个旋转臂（即两旋转壁22之间、两旋转壁23之间）的夹角保持109°28′，旋转壁22与旋转壁23之间的夹角为70°32′。当探测器呈四面体的结构时，每个旋转臂22与其它三个旋转臂22之间的夹角均为109°28′，此时在肢体电机24的动力作用下，四个万向轮23轮替翻转，轻易地通过凹出不平的地面环境。

二级转动：各旋转臂22的末端是四个万向轮23，内置驱动肢体电机24（直流电机）和加速度传感器25，由主控单片机40控制而转动，同时通过加速度传感器25感应本身的接触面，自适应调节结构来维持平衡和运动。

综上所述，本实用新型的设计重点在于，其主要是通过使第一组运动肢20与第二组运动肢30可以相对旋转运动，以形成一种多自由度的变结构与功能的越障探测器，它有别于传统的探测器，可通过自身旋转在平面与四面体的形态中进行定量转换，探测器在低矮的通道中快速穿行可以采用平面形态，以类似轮式的结构通过，而在复杂的起伏式障碍路面上可以采用四面体的结构，通过四轮轮替翻转，实现机体变结构和多向行进功能，有效提高机器的越障能力和远程科考救援能力，可灵巧地通过特殊地理环境，完成普通形态探测器所难以应付的任务。

其次，通过在各个旋转臂22的末端设置肢体电机24，肢体电机24的转轴连接万向轮23，快速转动的万向轮23与地面摩擦可以为探测器在水平地面上快速移动提供动力。并且，万向轮内置有加速度传感器25，由主控单片机40控制而转动，同时通过加速度传感器25感应本身的接触面，自适应调节结构来维持平衡和运动。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.一种自旋式变结构多功能越障探测器，其特征在于：包括第一组运动肢、第二组运动肢以及一大扭矩、低转速的自旋电机，该第一组运动肢包括一个第一半圆壳体、两个连接在第一半圆壳体外缘上的旋转臂、以及两个连接于两旋转臂的末端的万向轮；该第二组运动肢包括一个第二半圆壳体、两个连接在第二半圆壳体外缘上的旋转臂、以及两个连接于两旋转臂的末端的万向轮；该第一半圆壳体和第二半圆壳体的内侧左右正对，所述自旋电机的机体固定于第一半圆壳体，自旋电机的主轴伸出第一半圆壳体并固定于第二半圆壳体，由自旋电机驱动第二组运动肢相对第一组运动肢自由旋转后，两组运动肢整体形成平面结构或四面体的结构。

2.根据权利要求1所述的自旋式变结构多功能越障探测器，其特征在于：所述第一、第二半圆壳体外缘的两个旋转臂之间形成的夹角相同。

3.根据权利要求2所述的自旋式变结构多功能越障探测器，其特征在于：所述第一、第二半圆壳体外缘的两个旋转臂之间形成的夹角均为109°28'。

4.根据权利要求1所述的自旋式变结构多功能越障探测器，其特征在于：所述第一、第二组运动肢的各万向轮与对应旋转臂的末端之间安装有用于驱动万向轮旋转的肢体电机。

5.根据权利要求4所述的自旋式变结构多功能越障探测器，其特征在于：所述万向轮上设有用于感知万向轮自身运动姿势和运动状态的加速度传感器。

6.根据权利要求4所述的自旋式变结构多功能越障探测器，其特征在于：所述第一半圆壳体或第二半圆壳体内设有主控单片机、无线通讯模块以及电源，该主控单片机连接电机驱动芯片后与自旋电机电连接，且主控单片机还分别与四个旋转臂末端的肢体电机、各个加速度传感器以及无线通讯模块连接。

7.根据权利要求1所述的自旋式变结构多功能越障探测器，其特征在于：所述万向轮上设有帮助识别探测器的状态的LED指示灯。

8.根据权利要求1所述的自旋式变结构多功能越障探测器，其特征在于：所述自旋电机的主轴上套设有滚珠轴承，且该滚珠轴承夹设于第一半圆壳体和第二半圆壳体之间。

9.根据权利要求1所述的自旋式变结构多功能越障探测器，其特征在于：所述直流电机通过自制数字编码盘实现转动角度的闭环控制。

10.根据权利要求1所述的自旋式变结构多功能越障探测器，其特征在于：所述万向轮的表面固定有可增加摩擦作用的硅胶膜。