CN203332259U - 一种越障探测机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种越障探测机器人。它解决了现有机器人所能翻越的障碍物高度仍不够，易出现晃动及翻倒问题。本越障探测机器人包括车体，车体上呈左右对称装配若干越障轮，每越障轮均由一行走电机驱动连接，越障轮具有转轴，转轴上固套Y型轮辐，Y型轮辐的各端顶均固设足形叶片，车体的后部安设舵机，舵机呈摆转驱动连接有摆尾，车体上设置控制器与无线通讯器，无线通讯器通过无线网络连接上位监控机，控制器电控连接无线通讯器、舵机及各个行走电机。本越障探测机器人形成智能遥控，其轮体结合滚轮的行走效率与叶轮的越障能力，能够满足在复杂环境中运动和作业的要求，实现制造结构简单，行走速率快、灵活性强，越障能力强等优点。

Description

一种越障探测机器人

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，涉及一种可在复杂地形进行多方位越障探测的机械装置，特别是一种越障探测机器人。

背景技术

目前，现有使用较多的移动机器人具有单节履带移动机器人和两节式履带移动机器人。

单节履带移动机器人通过电机带动箱体两侧的带轮与履带啮合传动，使机器人移动、爬楼或越障碍物。这种单节履带移动机器人在越障碍物时，只能越过较矮的障碍物（与机器人自身体积、重量相比较），而且在上下楼梯或坡体时也不平稳，容易翻倒。

两节式履带移动机器人，前节履带作为摆腿，可以独立驱动，机器人由主驱动轮控制移动，由摆腿驱动电机驱动摆腿翻转，实现机器人的前进、后退、爬坡、越障等。但因前节履带自身高度受限，故其所能翻越的障碍物高度仍不够，在面对高大障碍物或陡斜坡体时，同样出现晃动及翻倒问题。

还有国内外研制的履带式搜救机器人虽然具有较强的越障能力，但体积过大、结构复杂、缺乏对狭小空间进行探测的能力，而轮式搜救机器人虽能对狭小空间进行探测，但结构复杂、不具备越障能力，也缺乏对所需探测环境各个方位的探测能力。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种设置远程遥控系统，并使具有越障间隔的轮辐结构与足形叶片配合作用，完成有效越障与灵活操控行走的越障探测机器人。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种越障探测机器人，包括车体，所述车体上呈左右对称装配若干越障轮，所述每越障轮均由一行走电机驱动连接，其特征在于，所述越障轮具有转轴，所述转轴上固套Y型轮辐，所述Y型轮辐的各端顶均固设足形叶片，所述车体的后部安设舵机，所述舵机呈摆转驱动连接有摆尾，所述车体上设置控制器与无线通讯器，所述无线通讯器通过无线网络连接上位监控机，所述控制器电控连接上述无线通讯器、舵机及各个行走电机。

本越障探测机器人中控制器具体采用单片机ATmega32，行走电机具体采用GA25Y370-34直流永磁减速电机，舵机具体采用S3010。Y型轮辐具体为间隔120°分布的三条轮辐，每条轮辐的端顶沿弧向安设足形叶片，且三片足形叶片沿同一时针方向排列。该结构的越障轮能够实现高度不大于其直径的越障行走，且该越障轮结合了圆轮式的行走效率和叶轮式的越障能力，使得该机构兼具结构简单、行走速度快、越障能力强等优点。

在上述的越障探测机器人中，所述车体上设置话筒、摄像头及扬声器，所述话筒、摄像头及扬声器连接音频视频采集器，由音频视频采集器通过无线网络连接上位监控机。

在上述的越障探测机器人中，所述音频视频采集器内设置音视频处理器与无线网卡，所述音视频处理器收集声音、图像信号通过无线网卡经无线网络传输至上位监控器。

其中DevKit8500集成有800MHZ的具有高级数字信号处理的DSP核（DM3730only）和1GHZ的ARM Cortex-A8内核,而且外设接口十分丰富。视频采集系统选用CAM8000-A模拟的摄像头，分辨率为PAL制式720*576，通过30PIN FFC排线连接DevKit8000,另一侧通过BNC连接头连接摄像头，由此实现通过摄像头输入图像信息的功能。摄像头拟采用SMC100百万像素的特种摄像头，并装有CMOS高感光高速彩色图像传感器，大小为1/4英寸，最大输出帧率为60帧/秒，优点为轻巧、便携并且防水性能良好。音频采集系统中话筒内的音频信号通过I2C总线传输到处理器内部，再经由组策略管理控制台和网络接口传输到无线网络传输终端去。其逆向过程就是音频的输出。

在上述的越障探测机器人中，所述车体具体为“工”字型板体，所述“工”字型板体的前侧为短横板，后侧为长横板，所述短横板与长横板之间通过纵板一体连接。该“工”字型板体设计采用前后不对称结构，位于前侧短横板两端的越障轮置于后侧长横板两端的越障轮之间，由此既可减少车体长度，又在尽量减小车体长度的前提下提高越障高度，同时增加车体行走的灵活性。

在上述的越障探测机器人中，所述“工”字型板体的短横板与长横板的外端一一设置上述越障轮，所述车体上一一对应越障轮安设上述行走电机，所述行走电机的电机轴通过轴承连接越障轮的转轴。短横板两外端装设两前越障轮，长横板两外端装设两后越障轮，故共四轮形成平稳行走支撑。行走电机上装配能够调节转速的减速器。

在上述的越障探测机器人中，所述舵机摆转驱动摆尾的转角范围为0至180度，所述摆尾的长度≥车体的长度，且摆尾宽度≥4cm。

在上述的越障探测机器人中，所述摆尾采用具有弹性的钢材制成。

每个越障轮上连接一减速电机，电机驱动芯片具体为BTS7970B，采用由两片BTS7970B芯片组成的电机驱动器，实现对电机H桥驱动，本装置采用AVR系列的Atmega32单片机为核心，通过设置Atmega32的PWM控制寄存器产生脉宽可调的PWM波，对减速电机的输入电压进行调制，从而实现了对行走速度的控制。单片机可以分别控制四个越障轮的旋转方向（顺时针旋转或逆时针旋转）以及速度，当两侧越障轮旋转方向不同时可以实现越障车的转向。

与现有技术相比，本越障探测机器人利用无线网络信号传输的遥控连接，经过图像、音频信息的采集，在智能控制条件下实现自主在线行走，且其轮体结合滚轮的行走效率与叶轮的越障能力，能够满足在复杂环境中运动和作业的要求，实现制造结构简单，行走速率快、灵活性强，越障能力强等优点。

附图说明

图1是本越障探测机器人的立体结构示意图。

图2是本越障探测机器人的俯视结构示意图。

图3是本越障探测机器人的控制原理示意框图。

图4是本越障探测机器人的越障行程原理示意图一。

图5是本越障探测机器人的越障行程原理示意图二。

图6是本越障探测机器人的越障行程原理示意图三。

图中，1、车体；2、行走电机；3、越障轮；4、舵机；5、摆尾；6、控制器；7、无线通讯器；8、音频视频采集器；9、话筒；10、摄像头；11、扬声器。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1和2所示，本越障探测机器人包括车体1，车体1上呈左右对称装配共4个越障轮3，车体1的后部安设舵机4与由舵机4摆转驱动连接的摆尾5，车体1上还设置控制器6与无线通讯器7，该无线通讯器7通过无线网络连接上位监控机。

车体1具体为“工”字型板体，“工”字型板体的前侧为短横板，后侧为长横板，短横板与长横板之间通过纵板一体连接。短横板两外端装设两前越障轮3，长横板两外端装设两后越障轮3，故共四轮形成平稳行走支撑。车体1上一一对应越障轮3固定安设行走电机2，行走电机2上装配能够调节转速的减速器。行走电机2的电机轴通过轴承连接越障轮3的转轴。该“工”字型板体设计采用前后不对称结构，位于前侧短横板两端的越障轮3置于后侧长横板两端的越障轮3之间，由此既可减少车体1长度，又在尽量减小车体1长度的前提下提高越障高度，同时增加车体1行走的灵活性。

越障轮3具有转轴，且转轴上固套Y型轮辐，Y型轮辐具体为间隔120°分布的三条轮辐，每条轮辐的端顶沿弧向安设足形叶片，且三片足形叶片沿同一时针方向排列。该结构的越障轮3能够实现高度不大于其直径的越障行走，且该越障轮3结合了圆轮式的行走效率和叶轮式的越障能力，使得该机构兼具结构简单、行走速度快、越障能力强等优点。

控制器6电控连接无线通讯器7、舵机4及各个行走电机2。车体1后部的摆尾5采用具有弹性的钢材制成。舵机4摆转驱动摆尾5的转角范围为0至180度，且摆尾5的长度≥车体1的长度，摆尾5宽度≥4cm。

车体1上的相应位置还设置有话筒9、摄像头10及扬声器11，该话筒9、摄像头10及扬声器11均连接音频视频采集器8，由音频视频采集器8通过无线网络连接上位监控机。音频视频采集器8内设置音视频处理器（DevKit8500）与无线网卡，所述音视频处理器（DevKit8500）收集声音、图像信号通过无线网卡经无线网络传输至上位监控器。具体电子元件结构为音视频处理器（DevKit8500）集成有800MHZ的具有高级数字信号处理的DSP核（DM3730only）和1GHZ的ARM Cortex-A8内核,而且外设接口十分丰富。视频采集系统选用CAM8000-A模拟的摄像头，分辨率为PAL制式720*576，通过30PIN FFC排线连接音视频处理器（DevKit8500）,另一侧通过BNC连接头连接摄像头10，由此实现通过摄像头10输入图像信息的功能。摄像头10拟采用SMC100百万像素的特种摄像头，并装有CMOS高感光高速彩色图像传感器，大小为1/4英寸，最大输出帧率为60帧/秒，优点为轻巧、便携并且防水性能良好。音频采集系统中话筒9内的音频信号通过I²C总线传输到处理器内部，再经由组策略管理控制台和网络接口传输到无线网络传输终端去。其逆向过程就是音频的输出。

根据上述机器人结构及控制电路配合相适应的控制系统模式，具体通过对各个越障轮3及摆尾5的行走状态控制，可以实现平稳前行和越障前行的两种动作方式的切换运作。

如图3所示，摄像头10采集的图像及话筒9采集的音频信息传输给音视频处理器（DevKit8500），再通过无线网卡经无线网络（WIFI）传输给上位监控机，上位监控机根据现场的地形情况通过无线网络（WIFI）给控制器6（单片机ATmega32）发出指令，驱动越障机器人直行、后退、左转、右转。其具体电控原理为，主控制器6内通过设置PWM控制寄存器可产生4路脉宽可调的PWM波，分别通过电机驱动芯片（BTS7970B芯片）对4个减速电机的输入电压进行调制，从而改变行走速度。同时，单片机可以控制四个越障轮分别按照顺时针旋转或逆时针旋转，当两侧越障轮旋转方向不同时可以实现越障车的转向。

如图4、5和6所示，当遇到障碍物时，控制器6（单片机ATmega32）控制舵机4带动摆尾5向后侧旋转180度，并使摆尾5的端部支撑底面，作为越障时的支撑和平衡。具体为舵机4（S3010）的控制信号为脉冲宽度调制信号，其中脉宽从0.5ms-2.5ms对应摆动角度为0°－180°，呈线性变化。通过控制单片机ATmega32输出的PWM脉冲的占空比调节舵机4（S3010）偏转角度。

当越过障碍后，控制器6（单片机ATmega32）控制舵机4（S3010）带动摆尾5向前侧旋转180度，即将摆尾5收起，以减小车体1长度。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了车体1；行走电机2；越障轮3；舵机4；摆尾5；控制器6；无线通讯器7；音频视频采集器8；话筒9；摄像头10；扬声器11等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (7)

1.一种越障探测机器人，包括车体，所述车体上呈左右对称装配若干越障轮，所述每越障轮均由一行走电机驱动连接，其特征在于，所述越障轮具有转轴，所述转轴上固套Y型轮辐，所述Y型轮辐的各端顶均固设足形叶片，所述车体的后部安设舵机，所述舵机呈摆转驱动连接有摆尾，所述车体上设置控制器与无线通讯器，所述无线通讯器通过无线网络连接上位监控机，所述控制器电控连接上述无线通讯器、舵机及各个行走电机。

2.根据权利要求1所述的越障探测机器人，其特征在于，所述车体上设置话筒、摄像头及扬声器，所述话筒、摄像头及扬声器连接音频视频采集器，由音频视频采集器通过无线网络连接上位监控机。

3.根据权利要求2所述的越障探测机器人，其特征在于，所述音频视频采集器内设置音视频处理器与无线网卡，所述音视频处理器收集声音、图像信号通过无线网卡经无线网络传输至上位监控器。

4.根据权利要求1所述的越障探测机器人，其特征在于，所述车体具体为“工”字型板体，所述“工”字型板体的前侧为短横板，后侧为长横板，所述短横板与长横板之间通过纵板一体连接。

5.根据权利要求4所述的越障探测机器人，其特征在于，所述“工”字型板体的短横板与长横板的外端一一设置上述越障轮，所述车体上一一对应越障轮安设上述行走电机，所述行走电机的电机轴通过轴承连接越障轮的转轴。

6.根据权利要求1所述的越障探测机器人，其特征在于，所述舵机摆转驱动摆尾的转角范围为0至180度，所述摆尾的长度≥车体的长度，且摆尾宽度≥4cm。

7.根据权利要求6所述的越障探测机器人，其特征在于，所述摆尾采用具有弹性的钢材制成。

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