[发明专利]一种多功能无人探测机器人

摘要

本发明涉及一种多功能无人探测机器人，具有足式行走和轮式滚动两种运动方式，属于未知环境探测机器人技术领域。本发明主要解决现有机器人存在运行速度慢、体积大和重量较重等问题。本发明一种多功能无人探测机器人，由运动系统、信息采集系统、控制系统和上位机构成，运动系统又分为轮式运动系统和足式运动系统，信息采集系统由样本采收装置、图像采集装置、图像显示装置和传感器信息采集装置组成，控制系统由主控制板、主控制器、辅助控制器、电源稳压模块、语音识别模块、舵机驱动接口、无线通信模块和传感器驱动模块组成。本发明具有性价比高、体积小、功能多、行走方式自适应性强、越障能力突出、环境适应性好、样本采集多元化等优点。

主权项

一种多功能无人探测机器人，其特征是：由运动系统、信息采集系统、控制系统和上位机四部分构成，所述的运动系统又分为轮式运动系统和足式运动系统两部分，且两部分均为左右对称结构，其中轮式运动系统包括底板(1)、在底板(1)前部的左右对称位置各安装一个前轮(2)和一个固定板(3)，固定板(3)与前轮(2)的轴承连接，在底板(1)后部的左右对称位置各安装一个后轮(4)和直流电机(5)，直流电机(5)的输出轴与后轮(4)连接以实现轮式行走；足式运动系统由对称安装在底板(1)左右两侧前中后位置的六个三自由度足机构构成，每个三自由度足机构都是由Ⅰ号舵机(6)、Ⅱ号舵机(7)、Ⅲ号舵机(8)、两个Ⅰ号肋板(9)和足(10)组成，Ⅰ号舵机(6)的一个输出轴与底板(1)相连接，Ⅰ号舵机(6)的另一个输出轴通过圆形固定片(11)与顶板(12)相连接，Ⅱ号舵机(7)安装在Ⅰ号舵机(6)的外侧且Ⅱ号舵机(7)的两个输出轴分别与两个Ⅰ号肋板(9)的一端相连接，两个Ⅰ号肋板(9)的另一端分别与Ⅲ号舵机(8)的两个输出轴相连接，足(10)设置在Ⅲ号舵机(8)上；所述信息采集系统由样本采收装置、图像采集装置、图像显示装置和传感器信息采集装置组成，其中样本采收装置由Ⅳ号舵机(13)、Ⅴ号舵机(14)、Ⅵ号舵机(15)、样本收集盒(16)和样本收集铲(17)组成，Ⅳ号舵机(13)安装在底板(1)前端中部凹槽(18)的一侧，Ⅴ号舵机(14)安装在底板(1)前端中部凹槽(18)的另一侧，样本收集铲(17)的一侧与Ⅳ号舵机(13)的输出轴相连接，样本收集铲(17)的另一侧通过轴(19)连接在Ⅴ号舵机(14)上，Ⅵ号舵机(15)安装在顶板(12)前端的亚克力板(20)上，样本收集盒(16)安装在Ⅵ号舵机(15)的输出轴上；图像采集装置由信号发射器(21)、Ⅶ号舵机(22)、Ⅷ号舵机(23)、Ⅱ号肋板(24)、Ⅸ号舵机(25)、摄像头(26)和四个探照灯(27)组成，Ⅶ号舵机(22)安装在顶板(12)上，Ⅶ号舵机(22)的输出轴与Ⅷ号舵机(23)的外壳相连接，Ⅷ号舵机(23)的输出轴与Ⅱ号肋板(24)的一端相连接，Ⅱ号肋板(24)的另一端与Ⅸ号舵机(25)的输出端相连接，摄像头(26)和四个探照灯(27)都安装在Ⅸ号舵机(25)的一个面上且摄像头(26)位于中间，四个探照灯(27)位于四个角上，信号发射器(21)安装在顶板(12)的下表面并通过数据线与摄像头(26)连接，信号发射器(21)将摄像头(26)拍摄到的画面传输到图像显示装置上；图像显示装置由显示屏(28)和信号接收器(29)组成，信号接收器(29)与显示屏(28)相连接，信号接收器(29)接收信号发射器(21)发射出的图像信号并显示在显示屏(28)上；传感器信息采集装置由烟雾传感器(30)、温湿度传感器(31)和海拔高度传感器(32)组成，烟雾传感器(30)安装在Ⅴ号舵机(14)上，温湿度传感器(31)和海拔高度传感器(32)分别安装在底板(1)的后部和中部；所述的控制系统由主控制板(33)、主控制器(34)、辅助控制器(35)、电源稳压模块(36)、语音识别模块(37)、语音合成模块(38)、直流电机驱动模块(39)、舵机驱动接口(40)、无线通信模块(41)和传感器驱动模块(42)组成，主控制板(33)安装在底板(1)的中央位置，主控制器(34)、辅助控制器(35)、电源稳压模块(36)、语音识别模块(37)、语音合成模块(38)、直流电机驱动模块(39)和无线通信模块(41)都安装在主控制板(33)上，舵机驱动接口(40)安装在主控制板(33)的下方，传感器驱动模块(42)安装在底板(1)上位于主控制板(33)的右边，电源稳压模块(36)通过电源线与外接电源相连接，主控制器(34)、辅助控制器(35)、语音识别模块(37)、语音合成模块(38)、直流电机驱动模块(39)、舵机驱动接口(40)、无线通信模块(41)和传感器驱动模块(42)都分别通过电源线与电源稳压模块(36)相连接，主控制器(34)通过驱动接口分别与足式运动系统中六个Ⅰ号舵机(6)、六个Ⅱ号舵机(7)、六个Ⅲ号舵机(8)和样本采收装置中的Ⅳ号舵机(13)、Ⅴ号舵机(14)和Ⅵ号舵机(15)的舵机驱动接口(40)相连接，主控制器(34)通过通信接口分别与辅助控制器(35)、无线通信模块(41)和传感器驱动模块(42)相连接；辅助控制器(35)通过驱动接口分别与直流电机驱动模块(39)、图像采集装置的Ⅶ号舵机(22)、Ⅷ号舵机(23)和Ⅸ号舵机(25)的舵机驱动接口(40)相连接，辅助控制器(35)通过通信接口分别与语音识别模块(37)和语音合成模块(38)相连接，直流电机驱动模块(39)通过信号线与轮式运动系统的两个直流电机(5)相连接，舵机驱动接口(40)通过信号线分别与Ⅰ号舵机(6)、Ⅱ号舵机(7)、Ⅲ号舵机(8)、Ⅳ号舵机(13)、Ⅴ号舵机(14)、Ⅵ号舵机(15)、Ⅶ号舵机(22)、Ⅷ号舵机(23)、和Ⅸ号舵机(25)相连接，无线通信模块(41)通过无线信号与上位机相连接，传感器驱动模块(42)分别与烟雾传感器(30)、温湿度传感器(31)和海拔高度传感器(32)相连接；上位机通过无线信号将足式运动操作指令传送给无线通信模块(41)，无线通信模块(41)接收到足式运动操作指令后再通过通信接口将足式运动操作指令传送给主控制器(34)，主控制器(34)接收到足式运动操作指令后分别控制足式运动系统中六个Ⅰ号舵机(6)、六个Ⅱ号舵机(7)和六个Ⅲ号舵机(8)的转速与转角，实现足式行走；上位机通过无线信号将样本采集操作指令传送给无线通信模块(41)，无线通信模块(41)接收到样本采集操作指令后再通过通信接口将样本采集操作指令传送给主控制器(34)，主控制器(34)接收到样本采集操作指令后分别控制样本采收装置中的Ⅳ号舵机(13)、Ⅴ号舵机(14)和Ⅵ号舵机(15)的转速与转角，实现样本采集；上位机通过无线信号将轮式行走操作指令传送给无线通信模块(41)，无线通信模块(41)接收到轮式行走操作指令后再通过通信接口将轮式行走操作指令传送给主控制器(34)，主控制器(34)接收到轮式行走操作指令后再将该轮式行走操作指令传送给辅助控制器(35)，辅助控制器(35)接收到轮式行走操作指令后再将该轮式行走操作指令传送给直流电机驱动模块(39)，直流电机驱动模块(39)接收到轮式行走操作指令后分别控制轮式运动系统的两个直流电机(5)的转速与转向，实现轮式行走；上位机通过无线信号将图像采集操作指令传送给无线通信模块(41)，无线通信模块(41)接收到图像采集操作指令后再通过通信接口将图像采集操作指令传送给主控制器(34)，主控制器(34)接收到图像采集操作指令后再将该图像采集操作指令传送给辅助控制器(35)，辅助控制器(35)接收到图像采集操作指令后分别控制图像采集装置的Ⅶ号舵机(22)、Ⅷ号舵机(23)和Ⅸ号舵机(25)的转速与转角，实现图像采集；上位机通过无线信号将探照灯操作指令传送给无线通信模块(41)，无线通信模块(41)接收到探照灯操作指令后再通过通信接口将探照灯操作指令传送给主控制器(34)，主控制器(34)接收到探照灯操作指令后再将该探照灯操作指令传送给辅助控制器(35)，辅助控制器(35)接收到探照灯操作指令后分别控制图像采集装置的四个探照灯(27)的亮或者灭，实现探照灯控制；烟雾传感器(30)、温湿度传感器(31)和海拔高度传感器(32)采集的数据传送给传感器驱动模块(42)，传感器驱动模块(42)再将采集的数据传送给主控制器(34)，主控制器(34)再通过无线通信模块(41)将采集的数据传送给上位机显示出来；语音识别模块(37)采集操作人员发出的各种操作指令后传送给辅助控制器(35)，辅助控制器(35)接收到操作指令后传送给主控制器(34)，主控制器(34)接收操作指令后一方面向外传送操作指令，另一方面通过无线通信模块(41)将接收的操作指令发送给上位机显示出来；语音识别模块(37)采集到操作人员的问题指令后通过通信接口将问题指令传送给辅助控制器(35)，辅助控制器(35)接收到问题指令后传送给主控制器(34)，主控制器(34)接收问题指令后进行两个操作，第一个通过无线通信模块(41)将接收的指令发送给上位机显示出来，第二个是根据主控制器(34)中录入的问题和答案内容，找到问题的答案后将该答案信号发送给辅助控制器(35)，辅助控制器(35)接收答案信号后再控制语音合成模块(38)将答案播放出来。