CN103128730A - 一种多形态实时信息传输的救灾机器人 - Google Patents

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姚树荣
黄国强
于兆勤
刘建群
罗佳彬
陈冠林
马家庆
陈志桦
曾庆锋
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Abstract

本发明是一种多形态实时信息传输的救灾机器人。包括轮足转换机构、飞行装置、实时图像采集传输装置和控制***，轮足转换机构包括有水平移动舵机、竖直转动舵机、轮子转动舵机、万向轮，水平移动舵机与竖直转动舵机通过两块十字交叉的连接板进行连接，轮子转动舵机与竖直转动舵机通过轮足转换板进行连接，轮子转动舵机与万向轮连接,飞行装置包括有无刷马达、飞行控制器和姿态传感器、无刷电调、旋翼支架、螺旋桨，螺旋桨安装在旋翼支架的端部，无刷马达通过无刷电调与螺旋桨连接，实时图像采集传输装置包括摄像头模块及转动舵机，摄像头模块的信号线与控制***连接。本发明可应用于地震，煤矿、恐怖***等灾害现场，灵活性好、机动性强，方便实用。

Description

一种多形态实时信息传输的救灾机器人
技术领域
本发明是一种多形态实时信息传输的救灾机器人，属于救灾机器人的创新技术。
背景技术
随着当今科技的发展，机器人应用普及率越来越高，而救灾机器人是机器人的一个新兴发展领域，属于危险作业机器人的一个分支，具有危险作业机器人的特点。本作品考虑到各种自然灾害、恐怖活动等突发事故中现场环境复杂危险，救援时间紧迫的现状，而设计出一款经济实用的多形态实时信息传输的救灾机器人，以提高受灾人员救援幸存率。本机器人采用轮足复合转换以及空中旋翼飞行方式，可随时应用于多种复杂环境灾害现场的救援工作中，实时采集无线传输现场环境图像、声音等信息，为救援人员制定救灾方案，及时开展救援工作提供决策信息依据。该机器人可应用于地震，煤矿、恐怖***等灾害现场。具有灵活性好、机动性强的特点，有较好的爬坡和越障能力，能适应现场各种各样的地理环境等多项优点。
目前国内研制的救灾机器人种类主要有轮履、飞行两种模式。轮履式机器人通过在地面行走，利于采集环境详细确切信息，但其监测范围有限，效率不高；而飞行模式机器人拥有空中优势，可以大范围采集灾害现场信息，虽弥补了轮履式机器人的缺陷，却无法采集更为精确详尽的信息数据，不利于救援人员作出有效及时的决策。如此说它们分别有明确的分工，但是还停留在各自工作层面。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种能在多种形态之间自由转换的多形态实时信息传输的救灾机器人。本发明克服各种不利障碍，并能将周围情况通过图像实时反映给控制台的救灾机器人。设计合理，可靠性高。
本发明的技术方案是：本发明的多形态实时信息传输的救灾机器人，包括有轮足转换机构、飞行装置、实时图像采集传输装置和控制***，其中，轮足转换机构包括有水平移动舵机、竖直转动舵机、轮子转动舵机、万向轮，水平移动舵机与竖直转动舵机通过两块十字交叉的连接板进行连接，轮子转动舵机与竖直转动舵机通过轮足转换板进行连接，轮子转动舵机与万向轮连接,飞行装置包括有无刷马达、飞行控制器和姿态传感器、无刷电调、旋翼支架、螺旋桨，螺旋桨安装在旋翼支架的端部，无刷马达通过无刷电调与螺旋桨连接，实时图像采集传输装置包括摄像头模块及转动舵机，摄像头模块安装在位于旋翼支架上方的转动舵机上，摄像头模块的信号线与控制***连接。
本发明由于采用包括有轮足转换机构、飞行装置、实时图像采集传输装置和控制***的结构，本发明机器人以陆空两用为设计理念，在以飞行形态执行低空探测任务过程中，如发现特殊或可疑情况，经由工作中心控制，可以由机器人转换为陆地形态，以轮足复合转换方式作出进行进一步的确认，采集并传输回更确切的情况信息，帮助工作中心作出更正确的决定，避免救援人员无谓的调动。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的多形态实时信息传输的救灾机器人。
附图说明
图1为本发明多形态实时信息传输的救灾机器人的整体结构示意图。
图2为本发明飞行机构和摄像头的结构示意图。
图3为本发明机器人足式形态的结构示意图。
图4为本发明机器人轮式形态的结构示意图。
图5为本发明机器人轮足部分的结构示意图。
具体实施方式
实施例：
本发明的结构示意图如图1所示，本发明的多形态实时信息传输的救灾机器人，包括有轮足转换机构、飞行装置、实时图像采集传输装置和控制***，其中，轮足转换机构包括有水平移动舵机12、竖直转动舵机13、轮子转动舵机14、万向轮15，水平移动舵机12与竖直转动舵机13通过两块十字交叉的连接板17、18进行连接，轮子转动舵机14与竖直转动舵机13通过轮足转换板16进行连接，轮子转动舵机14与万向轮15连接,水平移动舵机控制足部摆腿运动的方向；竖直转动舵机控制足部的提腿运动，通过对摆腿、提腿运动进行协调控制，实现足式行走；通过竖直转动舵机上下转动的角度和水平移动舵机12的摆动角度控制轮部或者足部与地面的接触，实现轮足之间的转换。当处于轮式行走模式时，由轮子转动舵机采用差速控制，实现机器人的直线行走与转弯。飞行装置包括有无刷马达1、飞行控制器和姿态传感器2、无刷电调4、旋翼支架5、螺旋桨7，螺旋桨7安装在旋翼支架5的端部，无刷马达1通过无刷电调4与螺旋桨7连接，相对的四旋翼具有相同的旋转方向，分两组，两组的旋转方向不同。飞行控制器根据姿态传感器传回的信息对螺旋桨的运动进行协调，实现机器人平稳飞行,实时图像采集传输装置包括摄像头模块3及转动舵机6，摄像头模块3安装在位于旋翼支架5上方的转动舵机6上，摄像头模块3的信号线与控制***11连接。
上述摄像头模块3的信号线穿过机器人车身板与控制***11连接。本实施例中，机器人车身板包括有上车身板9及下车身板10。  上车身板9装设在下车身板10的顶面，四旋翼连接板 8装设在上车身板9 的顶面。控制***11 装设在下车身板10的顶面，摄像头模块3的信号线穿过上车身板9与控制***11连接。
本实施例中，上述控制***采用S3C2440为核心的ARM9处理器。
本实施例中，上述摄像头模块3为CMOS摄像头。CMOS摄像头实时检测灾区四周环境，并把采集到的图像信息数据发送给ARM9处理器进行处理；ARM9处理器通过无线模块将经处理后的图像信息发回到控制中心。控制人员根据采集到的图像信息发送指令，ARM9处理器根据指令决定机器人采用轮式、足式或飞行模式进行进一步的侦查。上述转动舵机6为能作360度转动的舵机。
本实施例中，上述ARM9处理器通过无线模块将经处理后的图像信息发回到控制中心。上述无线模块通过USB接口与ARM9处理器连接。上述轮子转动舵机14通过联轴器与万向轮15连接。上述旋翼支架5为呈十字型的旋翼支架。
本实施例中，上述螺旋桨7包括有四个螺旋桨，四个螺旋桨呈十字形交叉结构安装在十字型的旋翼支架5的端部。相对的四旋翼具有相同的旋转方向，分两组，两组的旋转方向不同。飞行控制器根据姿态传感器传回的信息对螺旋桨的运动进行协调，实现机器人平稳飞行。
本发明的工作原理如下：启动机器人后，机器人根据控制中心发出的信号进行行动，当ARM9处理器给CMOS摄像头发送指令，开启摄像头。CMOS摄像头将实时检测灾区四周环境，并把采集到的图像信息数据发送给ARM9处理器进行处理；ARM9处理器通过无线模块将经处理后的图像信息发回到控制中心。
当以飞行形态执行低空探测任务时，控制人员根据机器人采集到的图像信息进行判断，向机器人发送飞行运动控制指令，当发现可疑迹象时，控制人员发送降落运动指令，机器人安全着陆后，根据地面路况决定采用轮式或足式运动模式。
当机器人采用轮式运动时，ARM9处理器根据控制人员发送的进退和转弯运动指令，控制四个轮子转动舵机之间协调运动，使机器人到达可疑地点进行进一步的信息采集。当遇到不适合采用轮式运动的路段，控制人员发送转换指令到ARM处理器，机器人根据指令通过轮足转换机构进行轮足转换，控制机器人到达指定的位置。
本发明的轮足转换机构由三个独立的舵机控制轮足的转换，水平移动舵机控制足部摆腿运动的方向；竖直转动舵机控制足部的提腿运动，通过对摆腿、提腿运动进行协调控制，实现足式行走；通过竖直转动舵机上下转动的角度和水平移动舵机的摆动角度控制轮部或者足部与地面的接触，实现轮足之间的转换。当处于轮式行走模式时，由轮子转动舵机采用差速控制，实现机器人的直线行走与转弯。飞行控制器根据姿态传感器传回的信息对螺旋桨的运动进行协调，实现机器人平稳飞行。 上述实时图像采集传输装置的CMOS摄像头可采集大范围的图像信息，经处理器处理后，通过无线模块发回给控制中心。

Claims (10)

1.一种多形态实时信息传输的救灾机器人，其特征在于包括有轮足转换机构、飞行装置、实时图像采集传输装置和控制***，其中，轮足转换机构包括有水平移动舵机(12)、竖直转动舵机(13)、轮子转动舵机(14)、万向轮(15)，水平移动舵机(12)与竖直转动舵机(13)通过两块十字交叉的连接板（17、18）进行连接，轮子转动舵机(14)与竖直转动舵机(13)通过轮足转换板（16）进行连接，轮子转动舵机(14)与万向轮（15）连接,飞行装置包括有无刷马达（1）、飞行控制器和姿态传感器（2）、无刷电调（4）、旋翼支架（5）、螺旋桨（7），螺旋桨（7）安装在旋翼支架（5）的端部，无刷马达（1）通过无刷电调（4）与螺旋桨（7）连接，实时图像采集传输装置包括摄像头模块（3）及转动舵机（6），摄像头模块（3）安装在旋翼支架（5）上方的转动舵机（6）上，摄像头模块（3）的信号线与控制***(11)连接。
2.根据权利要求1所述的多形态实时信息传输的救灾机器人，其特征在于上述摄像头模块（3）的信号线穿过机器人车身板与控制***(11)连接。
3.根据权利要求1所述的多形态实时信息传输的救灾机器人，其特征在于上述控制***采用S3C2440为核心的ARM9处理器。
4.根据权利要求1所述的多形态实时信息传输的救灾机器人，其特征在于上述摄像头模块（3）为CMOS摄像头。
5.根据权利要求1所述的多形态实时信息传输的救灾机器人，其特征在于上述转动舵机（6）为能作360度转动的舵机。
6.根据权利要求1所述的多形态实时信息传输的救灾机器人，其特征在于上述ARM9处理器通过无线模块将经处理后的图像信息发回到控制中心。
7.根据权利要求1所述的多形态实时信息传输的救灾机器人，其特征在于上述无线模块通过USB接口与ARM9处理器连接。
8.根据权利要求1所述的多形态实时信息传输的救灾机器人，其特征在于上述轮子转动舵机(14)通过联轴器与万向轮（15）连接。
9.根据权利要求1所述的多形态实时信息传输的救灾机器人，其特征在于上述旋翼支架（5）为呈十字型的旋翼支架。
10.根据权利要求9所述的多形态实时信息传输的救灾机器人，其特征在于上述螺旋桨（7）包括有四个螺旋桨，四个螺旋桨呈十字形交叉结构安装在十字型的旋翼支架（5）的端部。
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