本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，特別涉及一種輪式搶險救援機器人、控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前，在各種自然災(zāi)害和重大事故現(xiàn)場，機器可以電動力驅(qū)動機械臂，輪式機器運行速度更快可以加快速的到達災(zāi)害現(xiàn)場?？梢栽谔鷱U墟實現(xiàn)剪切、破碎、切割、擴張、抓取等作業(yè)，并可以進行生命探測等。實施快速救援，最大效率地搶救人民生命財產(chǎn)。

現(xiàn)在的搶險救災(zāi)輪式機器人存在智能化程度低、自適應(yīng)能力差、應(yīng)用領(lǐng)域局限、開發(fā)制作成本高、機械機構(gòu)復(fù)雜、工作效率低等缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明實施例提供了一種輪式搶險救援機器人、控制系統(tǒng)及方法。所述技術(shù)方案如下：

一方面，提供了一種輪式搶險救援機器人，包括：

移動機構(gòu)，采用四輪驅(qū)動、齒輪傳動增大移動轉(zhuǎn)速的方式；所述移動機構(gòu)包括四個橡膠輪；所述四個輪橡膠輪中間設(shè)置有承載鋼板；

輪驅(qū)動機構(gòu)，設(shè)置于每個橡膠輪處，包括減速電機、圓柱齒輪軸承以及圓柱齒輪階梯軸，所述減速電機的伸出軸與圓柱齒輪軸套連接，橡膠輪與圓柱齒輪階梯軸連接且軸末端套3個軸承起支撐和約束導(dǎo)向軸的旋轉(zhuǎn)作用；

機械臂機構(gòu)，包括6自由度機械手、機械爪配件以及機械臂底座；所述機械臂底座固定在承載鋼板上；所述機械臂機構(gòu)通過信號線連接控制裝置。

所述承載鋼板的中間設(shè)置有凹槽；所述凹槽內(nèi)設(shè)置所述控制裝置，并通過焊接連接。

每個輪驅(qū)動機構(gòu)均設(shè)置一個減震機構(gòu)；所述減震機構(gòu)由3根螺栓套住3根彈簧鏈接承載鋼板和減震板構(gòu)成。

所述減速電機通過電機支撐架固定在減震板上；

所述凹槽底部設(shè)置有3個不同種類的煙霧傳感器；

所述承載鋼板的前端裝有照明燈、超聲波傳感器以及紅外傳感器。

另一方面，提供了一種輪式搶險救援機器人的控制系統(tǒng)，包括：處理器；所述處理器連接有驅(qū)動裝置、視頻傳輸裝置、自動避障裝置、生命探測裝置、距離測量裝置、氣體檢測裝置；

所述處理器，用于接收所述驅(qū)動裝置、視頻傳輸裝置、自動避障裝置、生命探測裝置、距離測量裝置以及氣體檢測裝置采集的數(shù)據(jù)，再通過無線傳輸?shù)膫鬏數(shù)姆绞桨阉霾杉臄?shù)據(jù)上傳到上位計算機，并通過無線傳輸?shù)姆绞綄ο到y(tǒng)進行遠程操作控制；

可選地，所述驅(qū)動裝置，包括至少兩個直流電機驅(qū)動模塊；

所述視頻傳輸裝置，包括照明燈、索尼攝像頭、圖傳一體顯示器以及無線圖傳發(fā)射機；

所述自動避障裝置包括至少2個紅外避障傳感器以及至少2個紅外傳感器；

所述生命探測裝置，包括人體紅外傳感；

所述距離測量裝置，包括超聲波傳感器；

所述氣體檢測裝置，包括MQ2、MQ5、MQ7系列煙霧傳感器。

另一方面，提供了一種輪式搶險救援機器人的控制方法，包括：

在處理器內(nèi)搭載嵌入式系統(tǒng)；

利用所述嵌入式系統(tǒng)各個功能建立單一的線程，進行多線程工作；

進入任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，根據(jù)所述多線程創(chuàng)建多個任務(wù)。

可選地，所述處理器采用STM32芯片；所述嵌入式系統(tǒng)為ucos系統(tǒng)。

可選地，所述多線程工作包括：

線程一：人體檢測，不斷檢測周圍的人體反應(yīng)；

線程二：處理器通過傳感器檢測周圍環(huán)境；

線程三：處理器通過串口一向控制端發(fā)送周圍環(huán)境的信息，供人判斷是否進入救援；

線程四：處理器控制驅(qū)動器驅(qū)動電機，讓機器移動。

線程五：互斥信號量管理。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

本發(fā)明在重新加以改造原有的機械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上集成了多傳感系統(tǒng)、圖傳系統(tǒng)、機械臂機構(gòu)運作等創(chuàng)新點，移動平臺設(shè)計具有良好的重量承載性，力學(xué)性能優(yōu)越，結(jié)構(gòu)簡單但實現(xiàn)了相應(yīng)的功能，耗材少，減震器僅由彈簧、固定片、螺栓構(gòu)成，創(chuàng)新性強，大大減少的自作成本；整個系統(tǒng)輕巧，能通過窄小房間和過道，在現(xiàn)代社會可用于下水道類似的宰小環(huán)境的檢測和檢修，所以應(yīng)用相對來說比較廣，配以多傳感系統(tǒng)實現(xiàn)自主避障、路徑規(guī)劃、視頻傳輸?shù)裙δ?，使之更智能化，再加上機械臂機構(gòu)的應(yīng)用，大大提高了工作效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例一的一種輪式搶險救援機器人的移動機構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例一的一種輪式搶險救援機器人的輪驅(qū)動機構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例一的一種輪式搶險救援機器人的機械臂機構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例二的一種輪式搶險救援機器人的控制系統(tǒng)示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例三的一種輪式搶險救援機器人的控制方法流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例一

本發(fā)明提供了一種輪式搶險救援機器人，包括：

參見圖1，移動機構(gòu)10，采用四輪驅(qū)動、齒輪傳動增大移動轉(zhuǎn)速的方式；所述移動機構(gòu)包括四個橡膠輪11；所述四個輪橡膠輪11中間設(shè)置有承載鋼板12；

參見圖2，輪驅(qū)動機構(gòu)20，設(shè)置于每個橡膠輪11處，包括減速電機、圓柱齒輪軸承21以及圓柱齒輪階梯軸22，所述減速電機的伸出軸與圓柱齒輪軸套連接，橡膠輪11與圓柱齒輪階梯軸22連接且軸末端套3個軸承起支撐和約束導(dǎo)向軸的旋轉(zhuǎn)作用；

參見圖3，機械臂機構(gòu)30，包括6自由度機械手31、機械爪配件32以及機械臂底座33；所述機械臂底座33固定在承載鋼板上；所述機械臂機構(gòu)30通過信號線連接控制裝置。

具體地，本實施例中，1邊輪驅(qū)動機構(gòu)具體構(gòu)成鏈接分析，是24V直流減速電機伸出軸與齒數(shù)為17、模數(shù)為2的圓柱齒輪軸套連接(電機靠電機支撐架固定在減震板上)，8寸橡膠輪與齒數(shù)為34、模數(shù)為2的圓柱齒輪階梯軸連接且軸末端套3個軸承起支撐和約束導(dǎo)向軸的旋轉(zhuǎn)作用(2個軸承靠軸承支座固定在減震板上，另一個固定在承載鋼板上)，這時兩個齒輪嚙合傳動，通過傳動比公式Z1/Z2＝n1/n2,可得從動輪是主動輪轉(zhuǎn)速的兩倍，固增大了系統(tǒng)轉(zhuǎn)速。

可選地，參見圖1，所述承載鋼板12的中間設(shè)置有凹槽121；所述凹槽內(nèi)設(shè)置所述控制裝置，并通過焊接連接。

可選地，參見圖2，每個輪驅(qū)動機構(gòu)20均設(shè)置一個減震機構(gòu)40；所述減震機構(gòu)40由3根螺栓42套住3根彈簧41鏈接承載鋼板12和減震板43構(gòu)成。

具體地，減震機構(gòu)40減輕了車體振動保證平穩(wěn)運行，結(jié)構(gòu)簡單，耗材少，方便裝配且易拆卸再組裝。

可選地，所述減速電機通過電機支撐架固定在減震板43上。

可選地，所述凹槽底部設(shè)置有3個不同種類的煙霧傳感器。起采集檢測危險環(huán)境氣體信息并傳輸?shù)缴衔粰C分析并作出相應(yīng)評判反應(yīng)。

具體地，3個不同種類的煙霧傳感器，分別有MQ-2煙霧氣敏傳感器模塊用來檢測甲烷、液化氣可燃氣體，MQ-5液化氣天然氣城市煤氣傳感器模塊，MQ-7一氧化碳傳感器模塊，當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大，使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。

可選地，所述承載鋼板的前端裝有照明燈、超聲波傳感器以及紅外傳感器。車體前端裝有照明燈、超聲波傳感器、紅外傳感器，分別起到夜里照明、測距、自主避障、生命探測功能；機械臂的尾端裝有攝像頭，起到采集災(zāi)難環(huán)境圖像信息視頻傳輸回終端，以便工作人員遠程操控機械臂；整個系統(tǒng)通過材料力學(xué)知識分析，這個架構(gòu)承載最大重量為15KG，也就是在這個承載重量下工作移動平臺能平穩(wěn)運行，不產(chǎn)生形變。

具體地，超聲波傳感器，通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波,在發(fā)射時刻的同時開始計時,超聲波在空氣中傳播時碰到障礙物就立即返回來,超聲波接收器收到反射波就立即停止計時，這樣的原理測距；紅外傳感器，實現(xiàn)機器人功能的多樣性，測距、自主避障、生命探測等。

實施例二

本發(fā)明提供了一種輪式搶險救援機器人的控制系統(tǒng)，參見圖4，包括：處理器100；所述處理器100連接有驅(qū)動裝置200、視頻傳輸裝置300、自動避障裝置400、生命探測裝置500、距離測量裝置600、氣體檢測裝置700；

所述處理器100，用于接收所述驅(qū)動裝置、視頻傳輸裝置、自動避障裝置、生命探測裝置、距離測量裝置以及氣體檢測裝置采集的數(shù)據(jù)，再通過無線傳輸?shù)膫鬏數(shù)姆绞桨阉霾杉臄?shù)據(jù)上傳到上位計算機，并通過無線傳輸?shù)姆绞綄ο到y(tǒng)進行遠程操作控制。

具體地，系統(tǒng)以STM32F407ZGT6單片機為控制核心，系統(tǒng)采用實時操作的工作方式，基于UcosII實時操作系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。系統(tǒng)24V直流電壓供電，通過轉(zhuǎn)壓模塊分別轉(zhuǎn)成3.3V供處理器、再由繼電器轉(zhuǎn)7V驅(qū)動機械臂、12V驅(qū)動照明燈、5V驅(qū)動圖傳；無線傳輸采用zigbee。

操作人員遠程操控機器人輪式移動平臺運動轉(zhuǎn)向和搭載在輪式移動平臺上的機械臂，通過嵌套在機械臂末端的攝像頭采集圖像信息視頻傳輸回遠程控制端的顯示屏觀察控制，在黑暗環(huán)境時打開照明燈保證圖傳系統(tǒng)正常工作；搭載在機器人上多傳感系統(tǒng)采集工作周圍環(huán)境數(shù)據(jù)打包通過zigbee無線傳輸回上位計算機終端，采樣分析數(shù)據(jù)并顯示，操作人員通過此動態(tài)評判災(zāi)難環(huán)境。

可選地，所述驅(qū)動裝置200，包括至少兩個直流電機驅(qū)動模塊。

具體地，驅(qū)動裝置由兩個AQMD2410NS直流電機驅(qū)動模塊組成；

可選地，所述視頻傳輸裝置300，包括照明燈、攝像頭、圖傳一體顯示器以及無線圖傳發(fā)射機。

具體地，本實施例中，采用索尼攝像頭、5.8G圖傳一體顯示器、5.8G無線圖傳發(fā)射機。

可選地，所述自動避障400裝置包括至少2個紅外避障傳感器以及至少2個紅外傳感器。

具體地，本實施例中，采用夏普紅外傳感器。

可選地，所述生命探測裝置500，包括人體紅外傳感。

具體地，

可選地，所述距離測量裝置600，包括超聲波傳感器。

可選地，所述氣體檢測裝置700，包括MQ2、MQ5、MQ7系列煙霧傳感器。

實施例三

另一方面，提供了一種輪式搶險救援機器人的控制方法，參見圖5，包括：

S100：在處理器內(nèi)搭載嵌入式系統(tǒng)；

S200：利用所述嵌入式系統(tǒng)各個功能建立單一的線程，進行多線程工作；

S300：進入任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，根據(jù)所述多線程創(chuàng)建多個任務(wù)。

具體地，本發(fā)明實施例一中提供的搶險救援機器人控制系統(tǒng)利用STM32芯片搭載UCOS系統(tǒng)之后，利用ucos系統(tǒng)把各個功能弄成單一的一個線程，多線程工作；進入任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，將stm32的CPU使用權(quán)交給ucos系統(tǒng)調(diào)度，并創(chuàng)建多個任務(wù)。各個任務(wù)代表各自的線程。并且由于在同一芯片上，各個線程之間的數(shù)據(jù)也會建立起交流。

可選地，所述處理器采用STM32芯片；所述嵌入式系統(tǒng)為ucos系統(tǒng)。

可選地，所述多線程工作包括：

線程一：人體檢測，不斷檢測周圍的人體反應(yīng)；

線程二：處理器通過傳感器檢測周圍環(huán)境；

線程三：處理器通過串口一向控制端發(fā)送周圍環(huán)境的信息，供人判斷是否進入救援；

線程四：處理器控制驅(qū)動器驅(qū)動電機，讓機器移動；

線程五：互斥信號量管理。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

本發(fā)明在重新加以改造原有的機械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上集成了多傳感系統(tǒng)、圖傳系統(tǒng)、機械臂機構(gòu)運作等創(chuàng)新點，移動平臺設(shè)計具有良好的重量承載性，力學(xué)性能優(yōu)越，結(jié)構(gòu)簡單但實現(xiàn)了相應(yīng)的功能，耗材少，減震器僅由彈簧、固定片、螺栓構(gòu)成，創(chuàng)新性強，大大減少的自作成本；整個系統(tǒng)輕巧，能通過窄小房間和過道，在現(xiàn)代社會可用于下水道類似的宰小環(huán)境的檢測和檢修，所以應(yīng)用相對來說比較廣，配以多傳感系統(tǒng)實現(xiàn)自主避障、路徑規(guī)劃、視頻傳輸?shù)裙δ?，使之更智能化，再加上機械臂機構(gòu)的應(yīng)用，大大提高了工作效率。

以上僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。