CN213199916U - 一种勘测车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种勘测车，该勘测车包括：主体、传感器、控制器、至少两个机械腿和履带式驱动机构，传感器和控制器均设置于主体，传感器用于进行检测，控制器用于获得检测的结果以发出第一控制指令或第二控制指令；至少两个机械腿连接于主体，用于接收第一控制指令而带动主体移动；履带式驱动机构连接于主体，用于接收第二控制指令而带动主体移动。通过在主体上同时设置至少两个机械腿和履带式驱动机构，如此，勘测车在不同的路况环境下以不同的方式进行移动，以使得勘测车在速度、能耗还有稳定性方面均具有较大的优势，进而提升勘测车的搜救能力和搜救效率，使其实现废墟、洞穴搜救、废墟表面搜救等功能。

Description

一种勘测车

技术领域

本发明涉及搜救机器人技术领域，特别涉及一种勘测车。

背景技术

近些年地震多次发生，地震带来的不止有财产危害，更重要的是人身危害，地震死亡人数占自然灾害死亡总人数的52％，所以，在地震灾后救援这点上，我们应该格外重视。

但在目前的市场上，这项技术还处于初级阶段。例如，目前最为先进的红外热成像生命探测仪、低频电磁探生仪，蛇眼等仪器，都需要救援人员手持设备并亲临现场进行探测工作。由于震后地形环境复杂，这种方法不但效率低下，难以及时锁定被困人员位置，而且对救援人员本身也是一种生命威胁，另外，也会耗费大量人力物力资源。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中搜救机器人效率低下且耗费人力物力资源较大的问题，提供一种勘测车。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种勘测车，所述勘测车包括：

主体；

传感器和控制器，均设置于所述主体，所述传感器用于进行检测，所述控制器用于获得所述检测的结果以发出第一控制指令或第二控制指令；

至少两个机械腿，连接于所述主体，用于接收所述第一控制指令而带动所述主体移动；以及

履带式驱动机构，连接于所述主体，用于接收所述第二控制指令而带动所述主体移动。

可选地，所述传感器包括距离传感器，所述距离传感器设置于所述主体上，用于检测地面的宽度，并将所述地面的宽度发送至所述控制器，所述控制器接收所述地面的宽度并依据宽度与所述第一控制指令和所述第二控制指令的对应关系，选择利用所述至少两个机械腿或者所述履带式驱动机构驱动所述主体移动。

可选地，所述机械腿的数量为六个，所述六个机械腿间隔设置于所述主体的外围，所述六个机械腿分为交替设置且同步运动的两组，所述控制器接收到所述第一控制指令时，控制两组所述机械腿交替运动。

可选地，所述勘测车包括双目摄像头和第一显示器，所述双目摄像头设置于所述主体，用于采集环境图像，并将所述环境图像发送至所述第一显示器，所述第一显示器接收所述环境图像并进行显示。

可选地，所述勘测车包括无线传输模块，用于将所述双目摄像头与所述第一显示器无线通信连接。

可选地，所述传感器包括红外传感器，所述勘测车包括第二显示器，所述红外传感器用于采集环境图像，并将所述环境图像发送至所述第二显示器，所述第二显示器接收所述环境图像并进行显示。

可选地，所述勘测车包括无人机、摄像头和第三显示器，所述摄像头设置于所述无人机上，所述摄像头用于采集环境图像，并将所述环境图像发送至所述第三显示器，所述第三显示器接收所述环境图像并进行显示。

可选地，所述勘测车包括照明灯，所述照明灯设置于所述主体。

可选地，所述勘测车包括电源，所述电源设置于所述主体，用于为所述勘测车进行供电。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本申请通过在主体上同时设置至少两个机械腿和履带式驱动机构，在传感器检测到空间较为狭小的时候，可以将检测结果发送至控制器，控制器接收到检测结果后发出第一控制指令，进而驱动至少两个机械腿带动主体移动，以便于通过较为狭小的空间；在传感器检测到空间较大时，可以将检测结果发送至控制器，控制器接收到检测结果后发出第二控制指令，进而驱动履带式驱动机构带动主体移动，以便于通过较宽的空间，如此，勘测车在不同的路况环境下以不同的方式进行移动，以使得勘测车在速度、能耗还有稳定性方面均具有较大的优势，进而提升勘测车的搜救能力和搜救效率，使其实现废墟、洞穴搜救、废墟表面搜救等功能。

附图说明

图1是本申请提供的勘测车的立体结构示意图；

图2是图1中的六个机械脚的运动原理图；

图3是图1中的勘测车的控制原理图；

图4是本申请实施例中的勘测车的移动控制方法的流程示意图；

图5是图4中的步骤S102的流程示意图；

图6是图4中的步骤S103的流程示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

我国地震搜救技术正处于学习与起跑阶段，十多年来，我国的救援机器人的功能、速度和可靠性都与实际需求和实际应用有着很大距离。

目前，用于地震救援的机器人主要包括履带式机器人和仿生机器人。

其中，履带式机器人可根据搜索空间的大小改变其形状和尺寸,但受驱动方式的限制,履带式机器人的体积不可能做得很小，通常用于对较大空间进行搜索。

仿生机器人是人们根据生态学原理研制出的各种体积更小的仿生机器人，蛇形机器人就是其中很重要的一类，通常用于对狭小空间进行搜索。

故而，本发明提供一种勘测车100，请参阅图1，图1是本申请提供的勘测车的立体结构示意图。勘测车100包括主体10、传感器(图中未示出)、控制器 (图中未示出)、至少两个机械腿20和履带式驱动机构30。

其中，传感器和控制器均设置于主体10，传感器用于进行检测，控制器用于获得检测的结果以发出第一控制指令或第二控制指令；至少两个机械腿20连接于主体10，用于接收第一控制指令而带动主体10移动；履带式驱动机构30 连接于主体10，用于接收第二控制指令而带动主体10移动。

如此，本申请通过在主体10上同时设置至少两个机械腿20和履带式驱动机构30，在传感器检测到空间较为狭小的时候，可以将检测结果发送至控制器，控制器接收到检测结果后发出第一控制指令，进而驱动至少两个机械腿20带动主体10移动，以便于通过较为狭小的空间；在传感器检测到空间较大时，可以将检测结果发送至控制器，控制器接收到检测结果后发出第二控制指令，进而驱动履带式驱动机构30带动主体10移动，以便于通过较宽的空间，如此，勘测车100在不同的路况环境下以不同的方式进行移动，以使得勘测车100在速度、能耗还有稳定性方面均具有较大的优势，进而提升勘测车100的搜救能力和搜救效率，使其实现废墟、洞穴搜救、废墟表面搜救等功能。

其中，传感器包括距离传感器，距离传感器设置于主体10上，用于检测地面的宽度，并将地面的宽度发送至控制器，控制器接收地面的宽度并依据宽度与第一控制指令和第二控制指令的对应关系，选择利用至少两个机械腿20或者履带式驱动机构30驱动主体10移动。

可以理解地，距离传感器检测地面的宽度具体是指距离传感器检测勘测车 100可通行的区域的宽度。例如，当地面较为宽大，但是地面上的障碍物之间所限定的通行尺寸较小时，距离传感器所检测到的地面的宽度指的是地面上的障碍物之间所限定的通行尺寸。当地面上的障碍物之间所限定的通行尺寸较大，但是地面上存在坍塌时，距离传感器所检测到的地面的宽度指的是坍塌后的地面的宽度。

具体来说，在主体10带动距离传感器进行移动时，距离传感器不断对地面的宽度进行检测，当距离传感器检测到地面的宽度较窄时，可以将检测结果发送至控制器，控制器接收到检测结果后发出第一控制指令，进而驱动至少两个机械腿20带动主体10移动，如此，可以利用至少两个机械腿20带动主体10 移动经过较窄的地面，当距离传感器检测到地面的宽度较宽时，可以将检测结果发送至控制器，控制器接收到检测结果后发出第二控制指令，进而驱动履带式驱动机构30带动主体10移动经过较宽的地面，如此，可以提升主体10的运动平稳性，并可以提升勘测车100的移动速度，进而提升搜救效率。

如图1所示，机械腿20的数量为六个，六个机械腿20间隔设置于主体10 的外围，六个机械腿20分为交替设置且同步运动的两组，控制器接收到第一控制指令时，控制两组机械腿20交替运动。

具体来说，六个机械腿20采用“3+3”三角步态行进，三对足分成两组，以三角形支架结构交替前行。六个机械腿20采用了仿昆虫的结构，六个机械腿20 分布在主体10的两侧，主体10左侧的前、后足及右侧的中足为一组，右侧的前、后足和左侧的中足为另一组，分别组成两个三角形支架，依靠大腿前后划动实现支撑和摆动过程，在其中一组机械腿20支撑主体10向前移动的过程中，另一组机械腿20原地不动，这就是典型的三角步态行走法，如图2所示。并且，由于采用六个机械腿20的驱动结构，可以使得勘测车100行走时主体10的重心较低，具有稳定性高的特点，能够很快适应震后崎岖地形。

其中，如图3所示，控制器可以采用例如stm32f103控制器，通过UART 通讯接口与24路的舵机控制板进行连接，控制设置于六个机械腿20上的18个运动舵机。舵机控制板上有24路的舵机控制信号，本文仅使用18路。stm32f103 控制器通过发送串口指令，控制18个舵机转动到特定的角度，实现六个机械腿 20的前后左右运动、转动等基本运动。

进一步地，如图3所示，勘测车100包括双目摄像头和第一显示器(图中未示出)，第一显示器设置于地面站中。双目摄像头设置于主体10，用于采集环境图像，并将环境图像发送至第一显示器，第一显示器接收环境图像并进行显示。

具体来说，双目摄像头与第一显示器通信连接，双目摄像头设置于主体10 并随主体10移动，以采集勘测车100所处的环境图像，并将环境图像发送在第一显示器，第一显示器将环境图像进行显示，以便于救援人员通过第一显示器所显示的环境图像进行深度测距和定位被困者的位置。

因为双目摄像头几乎不存在完全共面的行对齐的像平面，故而，在本实施例中，需要采用基于OpenCv的Bouguet算法将双目摄像头采集的像平面重新映射，使两个图像位于完全相同的平面上，图像行完全对准到前向平行配置。

具体来说，工作原理大致如下：

1、首先计算标定项，应用Opencv中的Bouguet算法。该算法由stereoRectify() 函数实现，根据双目标定输出的参数使每幅图像的重投影变化最小化，以及最大化视图的公共视野。

2、进行立体校正项，使用函数initUndistortRectifyMap()的独立调用来预计算左右摄像机视图的左右校正查找图，生成映射表map1和map2。

立体匹配是对双目相机的对应位置匹配三维点，从而获取视差图。Opencv 提供了两种立体匹配算法：块匹配算法(BM)和半全局块匹配算法(SGBM)。 BM相较处理时间更短，SGBM处理效果更好，由于我们需要实时地计算运动的速度，所以选择BM。BM算法的基本机制是标定并且对准图像，使得只在各行进行比较，并且之后再两幅图像上进行算法差值来进行像素组的匹配，实现函数是StereoBM()，主要有三个步骤。

(1)预过滤以使图像亮度归一化，并增强纹理。

(2)选择合适的SAD，沿着水平极线进行匹配查找。

(3)后置滤波以消除不良对应匹配。

通过compute()视差后，即可计算得到距离。

3、调用函数remap()，先使用左侧之后右侧的映射，每次获得新的左右立体图像进行校正。

进一步地，控制器还可以通过向双目摄像头发送串口指令，控制连接在主体10与双目摄像头之间的云台电机，从而驱动双目摄像头进行转动，实现多角度的拍摄废墟环境，以增大勘测车100的勘测能力。

进一步地，在本实施例中，勘测车100包括无线传输模块，用于将双目摄像头与第一显示器无线通信连接。无线传输模块例如可以为lora模块，应用高频自组网技术，可对震后最高5公里范围内的信息进行实时传递，方便救援人员发现被困者位置并及时救援，极大的提高了搜救效率。

可以理解地，无线传输模块还可以为5.8G图传模块，5.8G图传模块在双目摄像头与第一显示器之间进行无线的图像传输。5.8G图传模块也是成对使用，一个发送、一个接收。5.8G发送子模块搭载在勘测车100上，通过micro usb接口与双目摄像头的视频输出口相互连接；5.8G接收子模块通过视频线与第一显示器相连接，通过第一显示器可以直接看到双目摄像头所拍摄到的环境图像，如此便实现了对周围环境实时传递，及时对被困人员位置进行搜索。

进一步地，传感器还可以包括红外传感器，勘测车100包括第二显示器，第二显示器设置于地面站中。红外传感器用于采集环境图像，并将环境图像发送至第二显示器，第二显示器接收环境图像并进行显示。

具体来说，通过热成像镜头将物体的红外辐射投射到红外传感器上，红外传感器再将强弱不等的辐射信号转换成相应的电信号，经过放大和视频处理，形成可供人眼观察的视频图像，第二显示器用于对视频图像进行显示。通过采用红外热成像勘测，可以具有以下优势：1.全天候工作，不怕强光。2.具备温度探测能力，相对于可见光，更有利于提高智能分析的准备性。3.能够同时观察 5～6m场景范围内的目标。

进一步地，如图3所示，勘测车100还包括无人机、摄像头(图中未示出) 和第三显示器。摄像头设置于无人机上，摄像头用于采集环境图像，并将环境图像发送至第三显示器，第三显示器设置在地面站中，用于接收环境图像并进行显示。

具体来说，无人机与勘测车100的主体10是相互独立的，在勘测车100的主体10移动进行勘测的过程中，无人机也会带动摄像头移动，从而可以在勘测车100的主体10的上方移动，摄像头可以从一个垂直下视角度采集影像，进而与设置于主体10上的双目摄像头进行配合，实现陆地、空中同时搜救，这样不仅增多了搜救空间的维度，可以获得更加全面的环境图像，以利于帮助搜救人员进一步分析被困者的位置，并可以提升勘测的精度，提升搜救效率。

通常情况下，无人机相对于主体10的高度可以根据需要调查的图像的精度进行调节，例如，当需要获得分辨率小于0.05m的影像数据时，通常可以将无人机设置于主体10上方250m-260m的位置处。

进一步地，如图3所示，勘测车100还可以包括照明灯，照明灯设置于主体10，用于在主体10移动的过程中发光，一方面，可以利用光亮提醒被困人员，另一方面，也可以用于为照明，以便于摄像头采集环境图像。

进一步地，勘测车100还包括电源，电源设置于主体10，用于为勘测车100 进行供电，以便于设置于主体10上的至少两个机械腿20、履带式驱动机构30、传感器和控制器均能够正常工作。

基于上述的勘测车100，本申请另一方面还提供一种勘测车的移动控制方法，如图4所示，图4是本申请实施例中的勘测车的移动控制方法的流程示意图。移动控制方法包括如下步骤：

步骤S101：控制传感器检测地面的宽度。

具体来说，控制器控制传感器检测地面的宽度。其中，传感器例如可以采用距离传感器，在主体10带动距离传感器进行移动时，距离传感器不断对地面的宽度进行检测。

步骤S102：响应于地面的宽度产生第一控制指令或第二控制指令。

具体来说，控制器接收传感器所检测的地面的宽度，并依据地面的宽度与第一控制指令和第二控制指令的对应关系而产生第一控制指令或者第二控制指令。

步骤S103：响应于第一控制指令，控制至少两个机械腿20运动以带动主体 10移动；或者响应于第二控制指令，控制履带式驱动机构30运动以带动主体 10移动。

具体来说，控制器在产生第一控制指令时，会控制至少两个机械腿20运动以带动主体10移动。控制器在产生第二控制指令时，会控制履带式驱动机构30 运动以带动主体10移动，进而可以使得勘测车100能够适应不同的路况，在不同的路况环境下以不同的方式进行移动，以使得勘测车100在速度、能耗还有稳定性方面均具有较大的优势，进而提升勘测车100的搜救能力和搜救效率，使其实现废墟、洞穴搜救、废墟表面搜救等功能。

进一步地，如图5所示，图5是图4中的步骤S102的流程示意图。响应于地面的宽度产生第一控制指令或第二控制指令的步骤包括：

步骤S201：接收传感器检测的地面的宽度。

具体来说，控制器接收传感器检测的地面的宽度。其中，控制器可以与传感器采用线缆进行连接，或者控制器也可以与传感器采用无线通信的方式进行连接，以避免线缆与废墟中的障碍物缠绕而无法通行。

步骤S202：依据宽度与第一控制指令和第二控制指令的对应关系，选择产生第一控制指令或第二控制指令。

具体来说，控制器依据宽度与第一控制指令和第二控制指令的对应关系，选择产生第一控制指令或第二控制指令。

例如，当传感器检测到地面的宽度较窄时，可以将检测结果发送至控制器，控制器接收到检测结果后发出第一控制指令，进而驱动至少两个机械腿20带动主体10移动，如此，可以利用至少两个机械腿20带动主体10移动经过较窄的地面，当距离传感器检测到地面的宽度较宽时，可以将检测结果发送至控制器，控制器接收到检测结果后发出第二控制指令，进而驱动履带式驱动机构30带动主体10移动经过较宽的地面，如此，可以提升主体10的运动平稳性，并可以提升勘测车100的移动速度，进而提升搜救效率。

进一步地，如图6所示，图6是图4中的步骤S103的流程示意图。控制至少两个机械腿20运动以带动主体10移动的步骤包括：

步骤S301：控制其中一组机械腿20支撑主体10向前移动，并控制另一组机械腿20原地不动。

步骤S302：控制另一组机械腿20支撑主体10向前移动，并控制一组机械腿20原地不动。

具体来说，可以将至少两个机械腿20分为同步运动的两组，在其中一组机械腿20支撑主体10向前移动的过程中，另一组机械腿20原地不动，而在另一组机械腿20向前移动的过程中，一组机械腿20原地不动，如此往复循环，驱动主体10移动。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种勘测车，其特征在于，所述勘测车包括：

主体；

传感器和控制器，均设置于所述主体，所述传感器用于进行检测，所述控制器用于获得所述检测的结果以发出第一控制指令或第二控制指令；

至少两个机械腿，连接于所述主体，用于接收所述第一控制指令而带动所述主体移动；以及

履带式驱动机构，连接于所述主体，用于接收所述第二控制指令而带动所述主体移动。

2.根据权利要求1所述的勘测车，其特征在于，所述传感器包括距离传感器，所述距离传感器设置于所述主体上，用于检测地面的宽度，并将所述地面的宽度发送至所述控制器，所述控制器接收所述地面的宽度并依据宽度与所述第一控制指令和所述第二控制指令的对应关系，选择利用所述至少两个机械腿或者所述履带式驱动机构驱动所述主体移动。

3.根据权利要求1所述的勘测车，其特征在于，所述机械腿的数量为六个，所述六个机械腿间隔设置于所述主体的外围，所述六个机械腿分为交替设置且同步运动的两组，所述控制器接收到所述第一控制指令时，控制两组所述机械腿交替运动。

4.根据权利要求1所述的勘测车，其特征在于，所述勘测车包括双目摄像头和第一显示器，所述双目摄像头设置于所述主体，用于采集环境图像，并将所述环境图像发送至所述第一显示器，所述第一显示器接收所述环境图像并进行显示。

5.根据权利要求4所述的勘测车，其特征在于，所述勘测车包括无线传输模块，用于将所述双目摄像头与所述第一显示器无线通信连接。

6.根据权利要求1所述的勘测车，其特征在于，所述传感器包括红外传感器，所述勘测车包括第二显示器，所述红外传感器用于采集环境图像，并将所述环境图像发送至所述第二显示器，所述第二显示器接收所述环境图像并进行显示。

7.根据权利要求1所述的勘测车，其特征在于，所述勘测车包括无人机、摄像头和第三显示器，所述摄像头设置于所述无人机上，所述摄像头用于采集环境图像，并将所述环境图像发送至所述第三显示器，所述第三显示器接收所述环境图像并进行显示。

8.根据权利要求1至7任一项所述的勘测车，其特征在于，所述勘测车包括照明灯，所述照明灯设置于所述主体。

9.根据权利要求1至7任一项所述的勘测车，其特征在于，所述勘测车包括电源，所述电源设置于所述主体，用于为所述勘测车进行供电。

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