全地形四輪驅(qū)動移動機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種全地形四輪驅(qū)動移動機器人，包括：車主體(1)、在所述車主體前方左右對稱設(shè)置的左前輪(2)和右前輪(3)、在車主體(1)后方左右對稱設(shè)置的左后輪(4)和右后輪(5)、用于單獨驅(qū)動各輪前進(jìn)速度和方向的驅(qū)動行走設(shè)備、設(shè)置在車主體(1)中部的控制艙以及安裝在所述控制艙內(nèi)部的主控制器以及外圍設(shè)備；其中，左前驅(qū)動行走設(shè)備、所述左后驅(qū)動行走設(shè)備、所述右前驅(qū)動行走設(shè)備和所述右后驅(qū)動行走設(shè)備為四個獨立的驅(qū)動行走設(shè)備，其輸入端分別連接到所述主控制器。四個輪各獨立配置一套驅(qū)動行走設(shè)備，可對四個輪的轉(zhuǎn)向和行進(jìn)速度進(jìn)行靈活控制，從而提高了移動機器人的越障能力；并且，還具有擴展性好、可靠性高的優(yōu)點。
【專利說明】全地形四輪驅(qū)動移動機器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于移動機器人【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種全地形四輪驅(qū)動移動機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]自主移動機器人，由于其具有較強的活動能力、良好的可控性等特點，在工農(nóng)業(yè)、國防等各個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]但是，現(xiàn)有的自主移動機器人通常為履帶式，其越障能力有效，難以適應(yīng)各種復(fù)雜地形；并且，現(xiàn)有的自主移動機器人的擴展能力有限，具有一定的使用局限性。
實用新型內(nèi)容
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型提供一種全地形四輪驅(qū)動移動機器人，四個輪各獨立配置一套驅(qū)動行走設(shè)備，可對四個輪的轉(zhuǎn)向和行進(jìn)速度進(jìn)行靈活控制，從而提高了移動機器人的越障能力；并且，還具有擴展性好的優(yōu)點。
[0005]本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]本實用新型提供一種全地形四輪驅(qū)動移動機器人，包括:車主體(I)、在所述車主體前方左右對稱設(shè)置的左前輪(2)和右前輪(3)、在所述車主體(I)后方左右對稱設(shè)置的左后輪(4)和右后輪(5)、用于驅(qū)動所述左前輪(2)前進(jìn)速度和方向的左前驅(qū)動行走設(shè)備、用于驅(qū)動所述左后輪(4)前進(jìn)速度和方向的左后驅(qū)動行走設(shè)備、用于驅(qū)動所述右前輪(3)前進(jìn)速度和方向的右前驅(qū)動行走設(shè)備、用于驅(qū)動所述右后輪(5)前進(jìn)速度和方向的右后驅(qū)動行走設(shè)備、設(shè)置在所述車主體(I)中部的控制艙以及安裝在所述控制艙內(nèi)部的主控制器以及外圍設(shè)備；其中，所述左前驅(qū)動行走設(shè)備、所述左后驅(qū)動行走設(shè)備、所述右前驅(qū)動行走設(shè)備和所述右后驅(qū)動行走設(shè)備為四個獨立的驅(qū)動行走設(shè)備，其輸入端分別連接到所述主控制器。
[0007]優(yōu)選的，所述左前驅(qū)動行走設(shè)備、所述左后驅(qū)動行走設(shè)備、所述右前驅(qū)動行走設(shè)備和所述右后驅(qū)動行走設(shè)備的結(jié)構(gòu)完全相同。
[0008]優(yōu)選的，所述左前驅(qū)動行走設(shè)備包括:電機、電機驅(qū)動器和編碼器；所述主控制器通過所述電機驅(qū)動器與所述電機連接，所述電機通過聯(lián)軸器與所述左前輪(2)連接；所述編碼器用于檢測所述電機的輸出速度和方向，并反饋到所述主控制器。
[0009]優(yōu)選的，所述電機驅(qū)動器為直流無刷電機驅(qū)動器。
[0010]優(yōu)選的，在所述車主體(I)前、后端還各安裝有一個超聲艙，每一個超聲艙內(nèi)均安裝超聲波測距傳感器陣列及其控制電路；所述超聲波測距傳感器陣列通過所述控制電路連接到所述主控制器。
[0011]優(yōu)選的，所述控制電路通過RS422總線連接到所述主控制器。
[0012]優(yōu)選的，所述超聲波測距傳感器陣列由3個超聲波測距傳感器組成。
[0013]優(yōu)選的，還包括:供電電源；所述供電電源包括:兩組76.8V放電能力為430Wh的磷酸鐵鋰電池、手動急停開關(guān)、無線急停開關(guān)、外部電源接口和充電接口 ；其中，所述手動急停開關(guān)、所述無線急停開關(guān)、所述外部電源接口和所述充電接口分別連接到兩組所述磷酸鐵鋰電池；兩組所述磷酸鐵鋰電池分別連接到所述主控制器。
[0014]優(yōu)選的，所述外圍設(shè)備包括=Zigbee無線通信電路、探照燈驅(qū)動電路、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視器以及USB-HUB拓展接口 ；所述主控制器通過RS232接口與所述Zigbee無線通信電路連接；所述主控制器通過所述探照燈驅(qū)動電路與安裝在所述車主體(I)前方的探照燈連接；所述主控制器通過USB接口與所述USB-HUB拓展接口連接，所述USB-HUB拓展接口分別連接上位機、GPS定位電路、慣性姿態(tài)測量電路和至少一個隔離USB轉(zhuǎn)RS232接口 ；所述主控制器通過RS422接口與所述系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視器連接。
[0015]優(yōu)選的，所述系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視器為安裝在所述車主體(I)后端的電壓電流監(jiān)控面板。
[0016]本實用新型提供的全地形四輪驅(qū)動移動機器人具有以下優(yōu)點:
[0017](I)四個輪各獨立配置一套驅(qū)動行走設(shè)備，可對四個輪的轉(zhuǎn)向和行進(jìn)速度進(jìn)行靈活控制，從而提高了移動機器人的越障能力；
[0018](2)配置有豐富的接口和擴展接口，具有功能全面、擴展能力強的優(yōu)點；
[0019](3)通過配置的急停開關(guān)、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視器，提高了整個系統(tǒng)的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型提供的全地形四輪驅(qū)動移動機器人的電路原理圖；
[0021]圖2為本實用新型提供的全地形四輪驅(qū)動移動機器人的俯視圖；
[0022]圖3為本實用新型提供的全地形四輪驅(qū)動移動機器人的前視圖；
[0023]圖4為本實用新型提供的全地形四輪驅(qū)動移動機器人的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0025]結(jié)合圖1-圖4，本實用新型提供一種全地形四輪驅(qū)動移動機器人，包括:車主體1、在車主體前方左右對稱設(shè)置的左前輪2和右前輪3、在車主體I后方左右對稱設(shè)置的左后輪4和右后輪5、用于驅(qū)動左前輪2前進(jìn)速度和方向的左前驅(qū)動行走設(shè)備、用于驅(qū)動左后輪4前進(jìn)速度和方向的左后驅(qū)動行走設(shè)備、用于驅(qū)動右前輪3前進(jìn)速度和方向的右前驅(qū)動行走設(shè)備、用于驅(qū)動右后輪5前進(jìn)速度和方向的右后驅(qū)動行走設(shè)備、設(shè)置在車主體I中部的控制艙以及安裝在控制艙內(nèi)部的主控制器以及外圍設(shè)備；其中，左前驅(qū)動行走設(shè)備、左后驅(qū)動行走設(shè)備、右前驅(qū)動行走設(shè)備和右后驅(qū)動行走設(shè)備為四個獨立的驅(qū)動行走設(shè)備，其輸入端分別連接到主控制器。本實用新型中，控制艙是機器人的控制核心，控制艙內(nèi)部包括機器人的主控制器和筆記本艙，筆記本艙用于固定上位機，還包括主控制器的各種外圍設(shè)備。主控制器為整個系統(tǒng)的核心，具有可靠性高、擴展能力強的優(yōu)點，具體包括:1.通過USB接入上位機控制信號；2.可通過RS-232接入Zigbee無線電臺控制信號；3.提供RS_232、RS_422、IIC等數(shù)據(jù)接口 ；4.具有遙控急停開關(guān)，可遠(yuǎn)程切斷系統(tǒng)供電；5.具有多路隔離USB轉(zhuǎn)RS232接口，用于擴展RS-232設(shè)備；6.充分的電源保護(hù)設(shè)計；7.豐富的擴展接口。其擴展能力強具體體現(xiàn)在1.1個USB和3個RS-232輸入接口；2.1個RS-422總線接口；3.2個供電機驅(qū)動器使用的RS-422接口；4.1個IIC擴展接口；5.11路AD擴展接口 ；6.6路通用IO擴展接□。
[0026]可見，為提高移動機器人適應(yīng)復(fù)雜地形的能力，四個輪分別獨立配置一套完整的驅(qū)動行走設(shè)備，并且，各個輪的驅(qū)動行走設(shè)備結(jié)構(gòu)可以完全相同。僅以左前驅(qū)動行走設(shè)備為例，包括:電機、電機驅(qū)動器和編碼器；主控制器通過電機驅(qū)動器與電機連接，電機通過聯(lián)軸器與左前輪2連接；編碼器用于檢測電機的輸出速度和方向，并反饋到主控制器。實際應(yīng)用中，電機驅(qū)動器采用直流無刷電機驅(qū)動器，用于驅(qū)動大功率直流無刷電機搭配減速器，實現(xiàn)對電機的速度、電流閉環(huán)控制。
[0027]另外，本實用新型還包括超聲波測距傳感器陣列、供電電源以及若干個其他外圍設(shè)備。以下詳細(xì)說明:
[0028](一 )超聲波測距傳感器陣列
[0029]在車主體I前、后端還各安裝有一個超聲艙，每一個超聲艙內(nèi)均安裝超聲波測距傳感器陣列及其控制電路；超聲波測距傳感器陣列通過控制電路連接到主控制器。其中，作為一種具體實施例，超聲波測距傳感器陣列可以由3個超聲波測距傳感器組成。并且，控制電路通過RS422總線連接到主控制器。
[0030]超聲波測距傳感器基本原理是:換能器定向發(fā)射超聲波束，超聲波束遇到障礙物反射回來，被換能器接收。處理芯片測量發(fā)送與接收的時間差，根據(jù)聲音在空氣中的傳播速度計算出傳感器與障礙物的距離。
[0031]主控制器通過超聲艙獲取機器人與前、后端障礙物之間的距離，進(jìn)而調(diào)整機器人的運動路線。
[0032](二)供電電源
[0033]供電電源包括:兩組76.8V放電能力為430Wh的高性能磷酸鐵鋰電池，分別稱為前電池和后電池，供電電源內(nèi)置電源管理電路，用于對電池電量及輸出電流的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視與控制；供電電源還包括外置的手動急停開關(guān)和無線急停開關(guān)，用于緊急制動；供電電源還包括外置的外部電源接口和充電接口 ；其中，所述手動急停開關(guān)、所述無線急停開關(guān)、所述外部電源接口和所述充電接口分別連接到兩組所述磷酸鐵鋰電池；兩組所述磷酸鐵鋰電池分別連接到所述主控制器。
[0034](三)外圍設(shè)備
[0035]外圍設(shè)備包括=Zigbee無線通信電路、探照燈驅(qū)動電路、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視器以及USB-HUB拓展接口。
[0036](I)Zigbee無線通信電路
[0037]主控制器通過RS232接口與Zigbee無線通信電路連接；由于配置有Zigbee無線通信電路，可以將機載計算機從移動機器人內(nèi)部取出，機載計算機通過Zigbee電臺和主控制器通訊，無線控制移動機器人的運動、進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)查詢等。
[0038](2)探照燈驅(qū)動電路
[0039]可以在機器人前端配置兩個探照燈，每個探照燈功率為3W，主控制器通過大功率驅(qū)動電路驅(qū)動探照燈。
[0040](3)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視器
[0041]可以在移動機器人后端設(shè)置系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視器，主控制器通過RS422接口與系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視器連接。系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視器可以為安裝在車主體I后端的電壓電流監(jiān)控面板，實時顯示系統(tǒng)電源的工作電壓和電流值，以及，還顯示系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，并發(fā)出警報。具體過程為:主控制器通過片內(nèi)ADC采集電源管理電路中霍爾電流傳感器反饋的電源電流，通過片內(nèi)ADC采集系統(tǒng)電源輸入電壓，主控制器上的MCU將采集的電流和電壓值經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后，通過RS422總線將當(dāng)前系統(tǒng)電源電壓和輸出電流送系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視器顯示。
[0042](4) USB-HUB 拓展接 口
[0043]主控制器通過USB接口與USB-HUB拓展接口連接，USB-HUB拓展接口分別連接上位機、GPS定位電路、慣性姿態(tài)測量電路和至少一個隔離USB轉(zhuǎn)RS232接口 ；
[0044]具體的，主控制器通過USB接口與上位機進(jìn)行通信，上位機通過USB-HUB拓展的USB接口連接下位機，并且通過USB接口拓展多個功能單元，功能單元包括:隔離USB轉(zhuǎn)RS232接口，GPS定位電路、慣性姿態(tài)測量電路等。
[0045]其中，隔離USB轉(zhuǎn)RS232接口設(shè)計方案為:通過FT232BL將USB接口轉(zhuǎn)換為UART，然后通過SP3232芯片將UART轉(zhuǎn)換為RS232總線。
[0046]GPS定位電路作為主要導(dǎo)航傳感器，通過姿態(tài)方位參考系統(tǒng)對GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和誤差消除。
[0047]慣性姿態(tài)測量電路為UP-AHRS微型姿態(tài)方位參考系統(tǒng)，用于測量機器人的俯仰、滾轉(zhuǎn)、航向角度。其中，UP-AHRS微型姿態(tài)方位參考系統(tǒng)是一種微小型多軸姿態(tài)傳感器，可在3D空間測量XYZ3軸旋轉(zhuǎn)角速度，XYZ3軸加速度和磁強度。其特點包括:全姿態(tài)解算和航向解算輸出；長時間穩(wěn)定性和快速動態(tài)響應(yīng)；輸出補償后的三軸加速度、三軸角速度和三軸地磁場強度；*MEMS器件；最高IOOHz更新速率；集成溫度、三維安裝誤差以及傳感器交叉軸影響的補償；USB通信接口。
[0048](5)自定義開關(guān)
[0049]移動機器人預(yù)留兩個自定義開關(guān)，用于功能拓展使用。
[0050]需要說明的是，上述所涉及到的所有接口，均可采用防水航空插頭進(jìn)行電氣連接，從而提高整個移動機器人的可靠性。
[0051]綜上所述，本實用新型提供的全地形四輪驅(qū)動移動機器人，具有以下優(yōu)點:
[0052](I)四個輪各獨立配置一套驅(qū)動行走設(shè)備，可對四個輪的轉(zhuǎn)向和行進(jìn)速度進(jìn)行靈活控制，從而提高了移動機器人的越障能力；
[0053](2)配置有豐富的接口和擴展接口，具有功能全面、擴展能力強的優(yōu)點；
[0054](3)通過配置的急停開關(guān)、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視器，提高了整個系統(tǒng)的可靠性。
[0055]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種全地形四輪驅(qū)動移動機器人，其特征在于，包括:車主體(I)、在所述車主體前方左右對稱設(shè)置的左前輪(2)和右前輪(3)、在所述車主體(I)后方左右對稱設(shè)置的左后輪(4)和右后輪(5)、用于驅(qū)動所述左前輪(2)前進(jìn)速度和方向的左前驅(qū)動行走設(shè)備、用于驅(qū)動所述左后輪(4)前進(jìn)速度和方向的左后驅(qū)動行走設(shè)備、用于驅(qū)動所述右前輪(3)前進(jìn)速度和方向的右前驅(qū)動行走設(shè)備、用于驅(qū)動所述右后輪(5)前進(jìn)速度和方向的右后驅(qū)動行走設(shè)備、設(shè)置在所述車主體(I)中部的控制艙以及安裝在所述控制艙內(nèi)部的主控制器以及外圍設(shè)備；其中，所述左前驅(qū)動行走設(shè)備、所述左后驅(qū)動行走設(shè)備、所述右前驅(qū)動行走設(shè)備和所述右后驅(qū)動行走設(shè)備為四個獨立的驅(qū)動行走設(shè)備，其輸入端分別連接到所述主控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全地形四輪驅(qū)動移動機器人，其特征在于，所述左前驅(qū)動行走設(shè)備、所述左后驅(qū)動行走設(shè)備、所述右前驅(qū)動行走設(shè)備和所述右后驅(qū)動行走設(shè)備的結(jié)構(gòu)完全相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全地形四輪驅(qū)動移動機器人，其特征在于，所述左前驅(qū)動行走設(shè)備包括:電機、電機驅(qū)動器和編碼器；所述主控制器通過所述電機驅(qū)動器與所述電機連接，所述電機通過聯(lián)軸器與所述左前輪(2)連接；所述編碼器用于檢測所述電機的輸出速度和方向，并反饋到所述主控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全地形四輪驅(qū)動移動機器人，其特征在于，所述電機驅(qū)動器為直流無刷電機驅(qū)動器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全地形四輪驅(qū)動移動機器人，其特征在于，在所述車主體(I)前、后端還各安裝有一個超聲艙，每一個超聲艙內(nèi)均安裝超聲波測距傳感器陣列及其控制電路；所述超聲波測距傳感器陣列通過所述控制電路連接到所述主控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全地形四輪驅(qū)動移動機器人，其特征在于，所述控制電路通過RS422總線連接到所述主控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全地形四輪驅(qū)動移動機器人，其特征在于，所述超聲波測距傳感器陣列由3個超聲波測距傳感器組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全地形四輪驅(qū)動移動機器人，其特征在于，還包括:供電電源；所述供電電源包括:兩組76.8V放電能力為430Wh的磷酸鐵鋰電池、手動急停開關(guān)、無線急停開關(guān)、外部電源接口和充電接口 ；其中，所述手動急停開關(guān)、所述無線急停開關(guān)、所述外部電源接口和所述充電接口分別連接到兩組所述磷酸鐵鋰電池；兩組所述磷酸鐵鋰電池分別連接到所述主控制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的全地形四輪驅(qū)動移動機器人，其特征在于，所述外圍設(shè)備包括=Zigbee無線通信電路、探照燈驅(qū)動電路、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視器以及USB-HUB拓展接口 ；所述主控制器通過RS232接口與所述Zigbee無線通信電路連接；所述主控制器通過所述探照燈驅(qū)動電路與安裝在所述車主體(I)前方的探照燈連接；所述主控制器通過USB接口與所述USB-HUB拓展接口連接，所述USB-HUB拓展接口分別連接上位機、GPS定位電路、慣性姿態(tài)測量電路和至少一個隔離USB轉(zhuǎn)RS232接口 ；所述主控制器通過RS422接口與所述系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視器連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的全地形四輪驅(qū)動移動機器人，其特征在于，所述系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視器為安裝在所述車主體(I)后端的電壓電流監(jiān)控面板。
【文檔編號】B60K7/00GK203651476SQ201420037804
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】胡濤 申請人:北京博創(chuàng)尚和科技有限公司