專利名稱:一種拋投式探測機器人的制作方法
技術領域:
本發(fā)明屬于自動化技術的機器人領域,涉及一種拋投式探測機器人,是一種微小型探測機器人。
背景技術:
在處理恐怖事件、煤礦和工業(yè)事故以及遭敵襲擊后產(chǎn)生的核、生、化災害時,經(jīng)常會遇到情況不明、人員無法接近或高度危險的區(qū)域。如果利用機器人代替人員進入情況不明或者人難以進入的場合去查明現(xiàn)場情況、取回樣本、處理高危險性事件,避免操作人員直接暴露在有毒、核輻射等危險環(huán)境中,則可大大減小人員傷亡,提高保障能力和工作效率。微小型地面機器人由于隱蔽性好、反應快速、機動性好、生存能力強、成本低等特點,特別適用于惡劣環(huán)境下的環(huán)境感知、戰(zhàn)場偵察、反恐監(jiān)控和危險環(huán)境搜救。但傳統(tǒng)的探測機器人通過地面進入現(xiàn)場,時間太長,目標容易暴露。拋投式微小型探測機器人,以極高的性價比,結(jié)合地面、空間、時間的優(yōu)勢,能保障操作人員的生命安全,在最短的時間內(nèi)為操作人員提供現(xiàn)場的圖像和環(huán)境信息,使其能做出正確的行動,突破了傳統(tǒng)探測機器人觀念,是一種全新理念的探測機器人。CN101402198A提出了一種具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣輪的拋投式微小型機器人,但該發(fā)明的最大不足是:(I)具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣輪結(jié)構(gòu)復雜;(2)充氣輪胎在拋投過程中碰到尖銳的東西時會泄氣,造成兩輪運動不平衡而跑偏;(3)機身下方用于平衡的底腳輪容易被砂粒和泥土卡住。因此,有必要設計一種拋投式探測機器人。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種拋投式探測機器人,該拋投式探測機器人具有抗惡劣環(huán)境,機械強度聞的特點。發(fā)明的技術解決方案如下:一種拋投式探測機器人,包括機體和設置在機體兩端的2個實心的橡膠輪;機體為圓柱狀;機體包括外殼、電池、電控裝置、伺服電機、端蓋和設置在端蓋內(nèi)的軸承;電池、電控裝置和伺服電機均設置在外殼內(nèi);端蓋為2個,外殼兩端各設一個;機體上設有傳感器;橡膠輪的輪軸插裝在軸承中,伺服電機為2個,伺服電機的前端固定在端蓋的內(nèi)側(cè);伺服電機的轉(zhuǎn)軸驅(qū)動橡膠輪旋轉(zhuǎn);伺服電機受控于電控裝置;外殼的頂部和底部分別設有天線和兼作拋投柄的穩(wěn)定尾;外殼的側(cè)部設有攝像頭;外殼內(nèi)填充有抗震海綿。電控裝置包括微處理器、無線網(wǎng)卡、電機驅(qū)動模塊和自定位模塊;無線網(wǎng)卡、電機驅(qū)動模塊和自定位模塊均與微處理器連接;電機驅(qū)動模塊驅(qū)動所述的伺服電機。 橡膠輪中具有圓片式帶軸孔的金屬骨架;橡膠輪的外端面為球面,橡膠輪上設有軸向孔;位于軸向孔內(nèi)的防松螺母擰在輪軸的外端部。在端蓋與外殼內(nèi)壁之間設有密封墊,軸承與金屬骨架之間設有密封圈。所述的傳感器為溫濕度、紅外、超聲、CO氣體、甲烷、核生化探測傳感器中的一種或幾種的組合。所述的微處理器為嵌入式微處理器S3C44B0X ;無線網(wǎng)卡為基于RT2561芯片方案的無線網(wǎng)卡,自定位模塊為三軸電子羅盤,采用5883智能芯片,攝像頭為集成麥克風的CMOS攝像頭,機體上設有控制開關。有益效果:本發(fā)明的拋投式探測機器人,是一種機械電子結(jié)構(gòu)一體化、具有高抗過載能力的拋投式兩輪行走微小型探測機器人。機體為圓柱形,由硬質(zhì)鋁合金材質(zhì)一體成形,機體內(nèi)部安裝機器人的控制系統(tǒng)并填充抗震海綿;機體上安裝有穩(wěn)定尾、高彈性金屬外包橡膠天線、攝像頭、傳感器、控制開關和防水電池充電接口 ;機體兩端的行走輪用具有良好的抗沖擊能力的橡膠制成;穩(wěn)定尾保持機器人平衡同時兼作拋投手柄。拋投式微小型探測機器人,以極高的性價比,結(jié)合地面、空間、時間的優(yōu)勢,能保障探測人員的生命安全,在最短的時間內(nèi)為探測人員提供現(xiàn)場信息,突破了傳統(tǒng)探測機器人觀念,是一種全新理念的探測機器人。這種機器人通過拋投方式進入目標區(qū)域,能有效保障操作人員的生命安全,在最短的時間內(nèi)為操作人員提供現(xiàn)場圖像和環(huán)境信息。由于本發(fā)明的行走輪由橡膠制成,機體內(nèi)部控制系統(tǒng)電子線路采用機械電子一體化并填充抗振海綿,因此具有良好的抗沖擊能力,確保落地后機器人功能的完整性,使本發(fā)明的機器人可通過拋投方式快速布設到目標區(qū)域,有利于保障探測人員的生命安全,特別適應于危險情況下的環(huán)境探測、目標搜索和監(jiān)視等任務。
本發(fā)明的突出優(yōu)勢體現(xiàn)在:(I)行走輪采用橡膠一體化成形,結(jié)構(gòu)簡單,結(jié)實堅固,具有良好的抗過載能力,能有效保證機器人落地后的功能完整性。(2)控制系統(tǒng)的電路系統(tǒng)采用全貼片器件,機械電子一體設計,且在機體內(nèi)部填充抗振海綿,進一步提高了機器人的本質(zhì)抗過載能力。(3)穩(wěn)定尾兼有平衡機器人和作為拋投手柄的功能,拋投時有利于控制機器人完成拋投動作,還可以將機器人拋至更遠的目標區(qū)域。
圖1為拋投式探測機器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為電控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。標號說明:1-橡膠輪,2-天線,3-攝像頭,4-外殼,5-伺服電機,6-密封墊,7-抗震海綿,8-端蓋,9-防松螺母,10-金屬骨架,11-密封圈,12-軸承,13-電控裝置,14-電池,15-穩(wěn)定尾,16-機體。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明:實施例1:
如圖1-2,一種拋投式探測機器人,包括機體和設置在機體兩端的2個實心的橡膠輪;機體為圓柱狀;機體包括外殼、電池、電控裝置、伺服電機、端蓋和設置在端蓋內(nèi)的軸承;電池、電控裝置和伺服電機均設置在外殼內(nèi);端蓋為2個,外殼兩端各設一個;機體上設有傳感器;橡膠輪的輪軸插裝在軸承中,伺服電機為2個,伺服電機的前端固定在端蓋的內(nèi)側(cè);伺服電機的轉(zhuǎn)軸驅(qū)動橡膠輪旋轉(zhuǎn);伺服電機受控于電控裝置;
外殼的頂部和底部分別設有天線和兼作拋投柄的穩(wěn)定尾;外殼的側(cè)部設有攝像頭;外殼內(nèi)填充有抗震海綿。電控裝置包括微處理器、無線網(wǎng)卡、電機驅(qū)動模塊和自定位模塊;無線網(wǎng)卡、電機驅(qū)動模塊和自定位模塊均與微處理器連接;電機驅(qū)動模塊驅(qū)動所述的伺服電機。橡膠輪中具有圓片式帶軸孔的金屬骨架;橡膠輪的外端面為球面,橡膠輪上設有軸向孔;位于軸向孔內(nèi)的防松螺母擰在輪軸的外端部。在端蓋與外殼內(nèi)壁之間設有密封墊,軸承與金屬骨架之間設有密封圈。所述的傳感器為溫濕度、紅外、超聲、CO氣體、甲烷、核生化探測傳感器中的一種或幾種的組合。所述的微處理器為嵌入式微處理器S3C44B0X ;無線網(wǎng)卡為基于RT2561芯片方案的無線網(wǎng)卡,自定位模塊為三軸電子羅盤,采用5883智能芯片,攝像頭為集成麥克風的CMOS攝像頭,機體上設有控制開關。所述機體用硬鋁合金材料一體化成型,機體內(nèi)部安裝機器人的控制系統(tǒng)和無刷直流驅(qū)動電機并填充抗震海綿,提高控制系統(tǒng)和電機的抗沖擊能力。所述行走輪用橡膠制成,行走輪有兩個作用,除負責機器人行走外還有保護機器人抗沖擊的能力,機器人被拋投時不管怎樣落地,厚大的橡膠行走輪保證機體的抗沖擊。所述機器人天線用高彈性金屬外包橡膠制成,不管機器人怎樣翻滾,天線都不會損壞而不影響機器人的功能。所述機器人穩(wěn)定尾的尾端用高耐磨金屬材料制成,穩(wěn)定尾中段用高彈性金屬外包橡膠制成,如果在拋投落地時是尾部著地,機體也能得到很好的緩沖;在拋投過程中穩(wěn)定尾作為拋投手柄,可以將機器人拋投至更遠的地方;機器人在著地時幾乎總能保持雙輪著地、天線朝上,然后進入準備狀態(tài),如果著地后是天線朝下了,機器人只須將穩(wěn)定尾轉(zhuǎn)到撐著地面的位置,然后自然進入準備狀態(tài)。所述攝像頭為低功耗集成微型麥克的CMOS攝像頭,用于獲得環(huán)境和目標的圖像信息。兩個行走輪由兩個無刷直流伺服電動機分別驅(qū)動。當兩個伺服電動機轉(zhuǎn)速相同時,兩個行走輪的速度相同,機器人實現(xiàn)直線前進移動;當兩個伺服電動機的轉(zhuǎn)速不同時,兩個行走輪的速度不同,機器人實現(xiàn)轉(zhuǎn)向運動。包括嵌入式控制器、電機驅(qū)動器、無線通信模塊和電源等部分。所述嵌入式控制器選用Samsung公司的嵌入式微處理器S3C44B0X。S3C44B0X提供了豐富的內(nèi)置部件,擴展了一系列完整的通用外圍器件,使系統(tǒng)的費用降至最低,降低了硬件開發(fā)的難度,且它的低功耗和出色的全靜態(tài)設計完全能滿足系統(tǒng)要求。所述電機驅(qū)動器由邏輯電路和放大電路組成,能實現(xiàn)對電機的啟停、變速和正反轉(zhuǎn)控制。利用S3C44B0X的PWM端口控制電機驅(qū)動器,通過改變定時器的比較寄存器值改變占空比,最終改變電機轉(zhuǎn)速。所述無線通信模塊選用Ralink公司提供的RT2561芯片方案的無線網(wǎng)卡,符合IEEE802.llb/g/n標準,傳輸速率高達128Mb/s(自適應),傳輸距離可達300m。所述電源為高能效比鋰聚合物充電電池;將電池置于車體底部降低重心并調(diào)節(jié)重心位置,同時用抗震海綿進行填充,提高電池的抗沖擊能力。傳感器在機體上的安裝位置可根據(jù)實際情況布置;傳感器的安裝采用防水設計。
控制開關和電池充電接口均采用防水設計。這種拋投式探 測機器人,操作極其方便,使用時將控制開關打開,即可拋投到預定區(qū)域,在充滿危險的環(huán)境中移動并執(zhí)行任務。圖1為本發(fā)明實施例拋投式微小型探測機器人的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示,一種機械電子結(jié)構(gòu)一體化、具有高抗過載能力的拋投式兩輪行走微小型探測機器人,由機體、行走輪、穩(wěn)定尾、天線、攝像頭和控制系統(tǒng)等組成。其中:所述機體用硬鋁合金材料一體化成型,機體內(nèi)部安裝機器人的控制系統(tǒng)和無刷直流驅(qū)動電機并填充抗震海綿,提高控制系統(tǒng)和電機的抗沖擊能力。所述行走輪用橡膠實心輪制成,行走輪有兩個作用,除負責機器人行走外還有保護機器人抗沖擊的能力,機器人被拋投時不管怎樣落地,厚大的橡膠行走輪保證機體的抗沖擊。所述機器人天線用高彈性金屬外包橡膠制成,不管機器人怎樣翻滾,天線都不會損壞而不影響機器人的功能。所述機器人穩(wěn)定尾的尾端用高耐磨金屬材料制成,穩(wěn)定尾中段用高彈性金屬外包橡膠制成,如果在拋投落地時是尾部著地,機體也能得到很好的緩沖;在拋投過程中穩(wěn)定尾作為拋投手柄,可以將機器人拋投至更遠的地方;機器人在著地時幾平總能保持雙輪著地、天線朝上,然后進入準備狀態(tài),如果著地后是天線朝下了,機器人只須將穩(wěn)定尾轉(zhuǎn)到撐著地面的位置,然后自然進入準備狀態(tài)。所述攝像頭為低功耗集成微型麥克的CMOS攝像頭,用于獲得環(huán)境和目標的圖像信息。如圖1所示,兩個行走輪由兩個無刷直流伺服電動機分別驅(qū)動。當兩個伺服電動機轉(zhuǎn)速相同時,兩個行走輪的速度相同,機器人實現(xiàn)直線前進移動;當兩個伺服電動機的轉(zhuǎn)速不同時,兩個行走輪的速度不同,機器人實現(xiàn)轉(zhuǎn)向運動。如圖1所示,傳感器在機體上的安裝位置可根據(jù)實際情況布置;傳感器、控制開關和電池充電接口均安裝有緩沖密封墊,具有抗過載能力和防水功能。圖2為本發(fā)明實施例控制系統(tǒng)示意圖。如圖2所示,控制系統(tǒng)包括嵌入式控制器、電機驅(qū)動器、無線通信模塊和電源等部分。所述嵌入式控制器選用Samsung公司的嵌入式微處理器S3C44B0X。S3C44B0X提供了豐富的內(nèi)置部件,擴展了一系列完整的通用外圍器件,使系統(tǒng)的費用降至最低,降低了硬件開發(fā)的難度,且它的低功耗和出色的全靜態(tài)設計完全能滿足系統(tǒng)要求。所述電機驅(qū)動器由邏輯電路和放大電路組成,能實現(xiàn)對電機的啟停、變速和正反轉(zhuǎn)控制。利用S3C44B0X的PWM端口控制電機驅(qū)動器,通過改變定時器的比較寄存器值改變占空比,最終改變電機轉(zhuǎn)速。所述無線通信模塊選用Ralink公司提供的RT2561芯片方案的無線網(wǎng)卡,符合IEEE802.llb/g/n標準,傳輸速率高達128Mb/s(自適應),傳輸距離可達300m。所述傳感器為溫濕度、紅外、超聲、CO氣體、甲烷、核生化探測傳感器中的一種或幾種的組合。所述自定位模塊為三軸電子羅盤,采用MEMS技術制造的5883智能芯片,用于機器人的運動方向的測量,傳感器自身抗過載能力可以達到10萬g以上。所述電源為高能效比鋰聚合物充電電池;將電池置于車體底部降低重心并調(diào)節(jié)重心位置,同時用抗震海綿進行填充,提高電池的抗沖擊能力。拋投式微小型探測機器人操作方便,使用時將控制開關打開,即可拋投到預定區(qū)域,在充滿危險的環(huán)境 中移動并執(zhí)行任務。
權利要求
1.一種拋投式探測機器人,其特征在于,包括機體和設置在機體兩端的2個實心的橡膠輪;機體為圓柱狀; 機體包括外殼、電池、電控裝置、伺服電機、端蓋和設置在端蓋內(nèi)的軸承;電池、電控裝置和伺服電機均設置在外殼內(nèi);端蓋為2個,外殼兩端各設一個;機體上設有傳感器;橡膠輪的輪軸插裝在軸承中,伺服電機為2個,伺服電機的前端固定在端蓋的內(nèi)側(cè);伺服電機的轉(zhuǎn)軸驅(qū)動橡膠輪旋轉(zhuǎn);伺服電機受控于電控裝置; 外殼的頂部和底部分別設有天線和兼作拋投柄的穩(wěn)定尾;外殼的側(cè)部設有攝像頭;夕卜殼內(nèi)填充有抗震海綿。
2.根據(jù)權利要求1所述的拋投式探測機器人,其特征在于,電控裝置包括微處理器、無線網(wǎng)卡、電機驅(qū)動模塊和自定位模塊;無線網(wǎng)卡、電機驅(qū)動模塊和自定位模塊均與微處理器連接;電機驅(qū)動模塊驅(qū)動所述的伺服電機。
3.根據(jù)權利要求2所述的拋投式探測機器人,其特征在于,橡膠輪中具有圓片式帶軸孔的金屬骨架;橡膠輪的外端面為球面,橡膠輪上設有軸向孔;位于軸向孔內(nèi)的防松螺母擰在輪軸的外端部。
4.根據(jù)權利要求3所述的拋投式探測機器人,其特征在于,在端蓋與外殼內(nèi)壁之間設有密封墊,軸承與金屬骨架之間設有密封圈。
5.根據(jù)權利要求1所述的拋投式探測機器人,其特征在于,所述的傳感器為溫濕度、紅夕卜、超聲、CO氣體、甲烷、核生化探測傳感器中的一種或幾種的組合。
6.根據(jù)權利要求2-5任一項所述的拋投式探測機器人,其特征在于,所述的微處理器為嵌入式微處理器S 3C44B0X ;無線網(wǎng)卡為基于RT2561芯片方案的無線網(wǎng)卡,自定位模塊為三軸電子羅盤,采用5883智能芯片,攝像頭為集成麥克風的CMOS攝像頭,機體上設有控制開關。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種拋投式探測機器人,包括機體和設置在機體兩端的2個實心的橡膠輪;機體為圓柱狀;機體包括外殼、電池、電控裝置、伺服電機、端蓋和設置在端蓋內(nèi)的軸承;電池、電控裝置和伺服電機均設置在外殼內(nèi);端蓋為2個,外殼兩端各設一個;機體上設有傳感器;橡膠輪的輪軸插裝在軸承中,伺服電機為2個,伺服電機的前端固定在端蓋的內(nèi)側(cè);伺服電機的轉(zhuǎn)軸驅(qū)動橡膠輪旋轉(zhuǎn);伺服電機受控于電控裝置;外殼的頂部和底部分別設有天線和兼作拋投柄的穩(wěn)定尾;外殼的側(cè)部設有攝像頭;外殼內(nèi)填充有抗震海綿。該拋投式探測機器人具有抗惡劣環(huán)境,機械強度高的特點。
文檔編號B25J7/00GK103213117SQ201310144858
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權日2013年4月24日
發(fā)明者吳亮紅, 曾照福, 周少武, 李信生 申請人:湖南科技大學