CN211992963U - 一种双面运行的移动机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种双面运行的移动机器人，包括机器人本体、移动部件、驱动机构、陀螺仪和控制单元；所述移动部件包括两组，对称地位于所述机器人本体的两侧，且所述移动部件的顶端及底端均超出所述机器人本体；所述驱动机构、陀螺仪和控制单元位于所述机器人本体内部；所述驱动机构与移动部件连接，用于驱动所述移动部件双向运动；所述陀螺仪用于采集所述机器人的姿态原始数据；所述控制单元与所述陀螺仪和驱动机构电连接，用于根据所述姿态原始数据识别所述机器人向上的面并相应地控制所述驱动机构的驱动动作。本实用新型的移动机器人能适应更为复杂的现场环境，降低损坏率，提升侦检效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及应急救援设备领域，特别地，涉及一种双面运行的移动机器人。
背景技术
应急救援一般是指针对突发、具有破坏力的紧急事件采取预防、预备、响应和恢复的活动与计划。根据紧急事件的不同类型，分为卫生应急、交通应急、消防应急、地震应急、厂矿应急、家庭应急等领域的应急救援。在例如地震、大型建筑火灾、厂矿爆炸坍塌等一些紧急事故中，现场地形复杂且环境危险，如救援人员贸然进入，则易于导致无谓的伤亡。因此，在诸如消防安全的应急救援行业，移动机器人被普遍应用，代替人类去深入危险现场做一些现场救援和侦测的工作。目前的移动机器人多为小车形状，都要区分小车的正反面，只能一面朝上运动，当小车一旦倾覆翻车，轮子接触不到地面，小车将不能继续正常运动和控制，然而火灾现场情况复杂，障碍物繁多，很容易出现小车倾覆的现象，导致侦测效率较低。
实用新型内容
本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本实用新型提供了一种双面运行的移动机器人，包括机器人本体、移动部件、驱动机构、陀螺仪和控制单元；
所述移动部件包括两组，对称地位于所述机器人本体的两侧，且所述移动部件的顶端及底端均超出所述机器人本体；所述驱动机构、陀螺仪和控制单元位于所述机器人本体内部；
所述驱动机构与移动部件连接，用于驱动所述移动部件双向运动；
所述陀螺仪用于采集所述机器人的姿态原始数据；
所述控制单元与所述陀螺仪和驱动机构电连接，用于根据所述姿态原始数据识别所述机器人向上的面并相应地控制所述驱动机构的驱动动作。
进一步地，所述移动机器人还包括机械摇臂和摄像头，所述机器人本体上设置有沿竖直方向贯通的容纳槽，所述容纳槽内设置有机械摇臂，所述机械摇臂的一端通过轴杆与所述容纳槽的槽壁可转动地连接，另一端设置有摄像头；
所述控制单元还用于根据机器人向上的面控制所述机械摇臂的转动方向。
进一步地，所述移动机器人还包括对称地设置于所述机器人本体前后两端的两组测距传感器。
进一步地，每组所述测距传感器包括2个。
进一步地，所述机器人本体在水平方向上具有中心对称的结构。
进一步地，所述移动部件为轮组或履带。
本实用新型的双面运行的移动机器人通过采用顶端和底端均超出机器人本体且可双向运动的移动部件，并根据陀螺仪测得的数据识别机器人向上的面进而控制移动方向，让移动机器人不再局限于一种固定的姿态下行走，当其落地时或者由于某种原因倾覆后，能够自动判断当前姿态并进行控制调整，改变运动模式使移动机器人仍能够保持正常的运动状态。与只能一面向上的姿态运动的移动机器人相比，本实用新型的移动机器人能适应更为复杂的应急、消防现场环境，降低机器人因姿态变化导致的无法运动以及进一步执行任务的能力，降低损坏率，大大提升了侦检效率。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型实施例的移动机器人的部件示意图；
图2是根据本实用新型实施例的移动机器人的外部结构示意图；
图3是根据本实用新型实施例的移动机器人工作状态示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
参考图1，其示出了一种双面运行的移动机器人，包括机器人本体1、移动部件2、驱动机构3、陀螺仪4和控制单元5。其中，所述“双面运行”是指所述移动机器人具有正反面识别功能，其在任何一面向上时均可以正常运行。
所述移动部件2包括两组，对称地位于所述机器人本体1的两侧，且所述移动部件2的顶端及底端均超出所述机器人本体1，由此，使得无论机器人的哪面朝上，均为移动部件2与地面接触，从而可以保护机器人本体且可带动机器人移动。
所述驱动机构3、陀螺仪4和控制单元5位于所述机器人本体1内部。可选地，所述机器人本体1内部具有腔体以容纳并固定所述驱动机构3、陀螺仪4和控制单元5。
所述驱动机构3与移动部件2连接(未示出)，用于驱动所述移动部件2双向运动。可选地，所述驱动机构3可以独立地驱动移动部件2中的一个或多个，例如仅驱动机器人本体1右侧的移动部件2。
对于所述驱动部件3、移动部件2和机器人本体1之间的连接结构，本领域技术人员可采用多种方式实现，在此不做具体限定。作为一个示例，移动部件2为轮组或履带，其中的每个都通过轴连接至机器人本体1，驱动机构3包括驱动电机和与所述轴连接的传动结构，以带动所述轮组或履带双向转动。
所述陀螺仪4用于采集所述机器人的姿态原始数据。所述陀螺仪可选地为9轴陀螺仪，其能够通过IIC接口输出姿态原始数据，控制单元5根据所述姿态原始数据可计算得到偏航角/俯仰角/横滚角的角度，姿态原始数据在每100ms内更新一次，为小车姿态的实时判断和矫正提供了时间保障。
所述控制单元5与所述陀螺仪4和驱动机构3电连接，用于根据所述姿态原始数据识别所述机器人向上的面并相应地控制所述驱动机构3的驱动动作。
可选地，所述移动机器人还包括对称地设置于所述机器人本体1前后两端的两组测距传感器6、7，所述测距传感器6、7与控制单元5电连接，将测得的距离信息发送至所述控制单元5。可选地，所述两组测距传感器6、7具有相同数量的传感器，且每个传感器的安装位置都相对于所述机器人本体1对称。
可选地，所述机器人本体1在水平方向上具有中心对称的结构，例如其在水平方面上的截面为矩形。通过该前后对称、左右对称的结构设置，不同面向上时的运行状态仅有方向上的差异，更加便于控制。
参考图2，其示出了根据本实用新型一实施例的移动机器人的外部结构。图2a为俯视图，图2b为前视图。在该实施例中，所述移动机器人为小车，所述移动部件2为轮组，其可选地包括六个轮子，在机器人本体1的左右两侧各设有三个，每个轮子的顶端和底端均超出所述机器人本体1。驱动机构3在所述机器人本体1的内部，可驱动至少部分的轮子运动，从而带动机器人移动。在所述机器人本体1的前端和后端各有一组测距传感器6和7，每组测距传感器包括两个传感器。所述机器人本体1在水平方向上具有中心对称的结构。
可选地，所述移动机器人还包括机械摇臂8和摄像头9，所述机器人本体1上设置有沿竖直方向贯通的容纳槽，所述容纳槽内设置有机械摇臂8，所述机械摇臂8的一端通过轴杆与所述容纳槽的槽壁可转动地连接，另一端设置有摄像头9。所述控制单元5还用于根据机器人向上的面控制所述机械摇臂8的转动方向。所述机械摇臂8可以在控制单元5的控制下向指定方向转动，以使摄像头9伸出所述机器人本体1，用于拍摄现场环境。具体地，可设置与控制单元5连接的舵机组件，所述舵机组件在控制单元5的控制下驱动所述机械摇臂8围绕轴杆转动。通过设置该双向起降的摄像头，能够根据机器人的姿态调整摄像头的高度以及收纳在容纳槽中，实现现场图像采集的功能且有效保护了摄像头。通过机械摇臂的设计，扩大了摄像头的视频采集范围，可获得更加全面的火灾现场信息，给救援提供帮助。
本实用新型实施例的双面运行的移动机器人通过采用顶端和底端均超出机器人本体且可双向运动的移动部件，并根据陀螺仪测得的数据识别机器人向上的面进而控制移动方向，让移动机器人不再局限于一种固定的姿态下行走，能适应更为复杂的应急、消防现场环境，降低损坏率，大大提升了侦检效率。
参照图3，其示出了根据本实用新型实施例的移动机器人的工作状态，其中，A、B示出了移动机器人的两端，图3(a)为正面向上的正向行驶状态，图3(b)为反面向上的反向行驶状态。
当移动机器人开机启动后，控制单元及陀螺仪进行初始化；
当移动机器人进入工作状态后，控制单元周期性地读取陀螺仪采集的姿态原始数据，所述读取周期可选地是100ms，该时长满足了机器人姿态实时判断和矫正的要求。
控制单元根据所述姿态原始数据，经过四元素计算转换后得到所述机器人偏航角、俯仰角和/或横滚角的角度，再将角度数据进行低通滤波处理，得到较为准确和稳定的角度数据。
根据所述处理后的偏航角、俯仰角和/或横滚角的角度在预设的表中查找，得到对应的姿态信息，所述姿态信息包括机器人第一面向上、第二面向上、向左倾斜、向右倾斜。其中，如果所述偏航角、俯仰角和/或横滚角的角度是预设角度且持续时间到达预设阈值，则根据所述预设的表确定对应的姿态信息包括机器人右侧立起和左侧立起。
根据所述机器人的姿态信息控制所述移动机器人的动作，包括控制驱动机构的驱动动作、控制所述机械摇臂的转动方向以及确定避障逻辑。
作为一个示例，给出仅采用俯仰角的角度确定姿态信息以及所执行动作的对应关系表如下：
其中，当如图3(a)正面向上时，控制单元控制摇臂向正面升起，摄像头朝向机器人的A端，控制单元采取前避障逻辑，在前进时获取A端测距传感器的距离数据，在后退时获取B端测距传感器的距离数据；
当如图3(b)反面向上时，控制单元控制摇臂向反面升起，摄像头朝向机器人的B端，控制单元采取后避障逻辑，在前进时获取B端测距传感器的距离数据，在后退时获取A端测距传感器的距离数据；
当俯仰角为90度或-90度且保持10秒时，则机器人为立起状态，控制单元控制一侧轮组转动以使得机器人翻向一侧，从而恢复至可正常移动的状态。
在参考图3所描述的上述控制方法中，仅采用了俯仰角的角度。本领域技术人员应知，可以使用其他角度或者综合使用多种角度判断机器人姿态。
此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这应当理解为要求这样操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行，或者要求所有图示的操作应被执行以取得期望的结果。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本实用新型的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现中。
尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。
Claims (6)
1.一种双面运行的移动机器人，其特征在于，包括机器人本体、移动部件、驱动机构、陀螺仪和控制单元；
所述移动部件包括两组，对称地位于所述机器人本体的两侧，且所述移动部件的顶端及底端均超出所述机器人本体；
所述控制单元与所述陀螺仪和驱动机构电连接，且均位于所述机器人本体内部；
所述驱动机构与移动部件连接，用于驱动所述移动部件运动；
所述陀螺仪用于采集所述机器人的姿态原始数据；
所述控制单元用于根据所述姿态原始数据识别所述机器人向上的面并相应地控制所述驱动机构的驱动动作。
2.根据权利要求1所述的移动机器人，其特征在于，还包括机械摇臂和摄像头，所述机器人本体上设置有沿竖直方向贯通的容纳槽，所述容纳槽内设置有机械摇臂，所述机械摇臂的一端通过轴杆与所述容纳槽的槽壁可转动地连接，另一端设置有摄像头；
所述控制单元还用于根据机器人向上的面控制所述机械摇臂的转动方向。
3.根据权利要求2所述的移动机器人，其特征在于，还包括对称地设置于所述机器人本体前后两端的两组测距传感器。
4.根据权利要求3所述的移动机器人，其特征在于，每组所述测距传感器包括2个。
5.根据权利要求4所述的移动机器人，其特征在于，所述机器人本体在水平方向上具有中心对称的结构。
6.根据权利要求5所述的移动机器人，其特征在于，所述移动部件为轮组或履带。
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| CN202020064990.6U CN211992963U (zh) | 2020-01-13 | 2020-01-13 | 一种双面运行的移动机器人 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111240323A (zh) * | 2020-01-13 | 2020-06-05 | 北京理工大学 | 一种双面运行的移动机器人及其控制方法 |
-
2020
- 2020-01-13 CN CN202020064990.6U patent/CN211992963U/zh not_active Expired - Fee Related
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