CN106625569B - 一种具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人 - Google Patents

一种具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人，包括两轮式电动平衡车、设置在所述两轮式电动平衡车上的二轴自稳云台、固定在所述二轴自稳云台上的探测仪器，所述的两轮式电动平衡车包括底盘、受所述底盘驱动的两个麦克纳姆轮，所述的底盘内设置有底盘主控芯片，用于发送探测仪器采集的数据、根据所接收的手持设备或上位机的参数控制两个麦克纳姆轮转速实现变速及转向。本发明体积小，操作简单，两向麦克纳姆轮的选用使得纵向的移动变的方便，底盘的运动不再受限，两个车轮的设计缩小了车身体积，同时较小的体积有利于机器人的运输，更加符合救灾情况的需求。

Description

一种具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，尤其是一种可以进行灾害现场探测的机器人。
背景技术
由于我国国土面积较大，省份较多，所以发生的自然灾害较多，比如泥石流， 地震等等， 同时其他一些危险情况也存在着未知的环境。还有些救援情况，由于待检测或待救援的有效区域较小，救援人员以及以往的救援或探测机器人体积相对较大，且移动能力相对较差，都难以进行施救作业或探测工作。
因此，救援***的改善优化以及现代救援探测机器人的改良显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提出一种体积小巧，运动灵活可以进入各种恶劣灾害现场，进行待救援人员的情况探测， 并通过热成像仪确定其生命体征，同时将视频信号告知搜救人员， 以提供给待救援人员最佳救助机会的一种具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人。
本发明通过以下技术方案实现：
一种具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人，包括两轮式电动平衡车、设置在所述两轮式电动平衡车上的二轴自稳云台、固定在所述二轴自稳云台上的探测仪器，所述的两轮式电动平衡车包括底盘、受所述底盘驱动的两个麦克纳姆轮，所述的底盘内设置有底盘主控芯片，用于发送探测仪器采集的数据、根据所接收的手持设备或上位机的参数控制两个麦克纳姆轮转速实现变速及转向。
进一步地，所述的底盘主控芯片集成有用于实时确定机器人的准确位置的GPS模块、根据车体姿态的变化保持车体平衡的三轴陀螺仪和三轴加速度计、无线图像传输模块，无线数据收发模块，所述无线图像传输模块用于获取并分析探测仪器采集的数据，所述无线数据收发模块用于同手持设备或上位机之间进行信号接收和发送。
进一步地，所述的探测仪器包括用于实现图像信号采集的工业摄像机和用于采集待救援人员信息的热成像仪。
进一步地，所述工业摄像机由FPGA驱动控制器驱动，所述FPGA驱动控制器与所述底盘主控芯片电路连接，由所述底盘主控芯片控制启动。
进一步地，所述的FPGA驱动控制器通过LVDS总线将工业摄像机采集的信号并行传输给底盘主控芯片。
进一步地，所述的底盘内设置有电机及电机驱动器，所述底盘主控芯片通过电机驱动器控制两个电机带动对应的两个麦克纳姆轮。
进一步地，所述的二轴自稳云台通过云台支架设在所述底盘上，包括两向的控制电机、集成有用于自稳控制的三轴陀螺仪传感器的云台部分主控芯片，所述云台部分主控芯片与两向的控制电机电路连接。
进一步地，所述两向的控制电机包括X向控制电机和Y相控制电机，各个控制电机均带有电调。
进一步地，所述底盘内设置有用于供电的电池。
相比现有技术，本发明提供的具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人可以解决以往救援机器人体积过大、难以探测某些狭小区域的灾害信息及人员受灾待救援等情况，两向麦克纳姆轮的选用使得纵向的移动变的方便，底盘的运动不再受限，两个车轮的设计缩小了车身体积， 可以极好的达到上述效果。同时较小的体积有利于机器人的运输，更加符合救灾情况的需求。
附图说明
图1为本发明实施例的立体结构示意图。
图2为本发明实施例的主视示意图。
图3为本发明实施例的侧面示意图。
图4为本发明实施例的俯视示意图。
图中：1-麦克纳姆轮；2-麦克纳姆轮；3-底盘主体结构；4-底盘主控芯片；5-电机；6-电机驱动器；7-云台支架；8-X向控制电机；9-Y向控制电机；10-云台部分主控芯片；11-工业摄像机；12-热成像仪；13-电池。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，而所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。所有实施例，都属于本发明保护的范围。
如图 1 至图4所示，一种具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人，包括两轮式电动平衡车、设置在所述两轮式电动平衡车上的二轴自稳云台、固定在所述二轴自稳云台上的探测仪器，所述的探测仪器包括用于实现图像信号采集的工业摄像机11和用于采集待救援人员信息的热成像仪12。所述的两轮式电动平衡车包括底盘3、受所述底盘驱动的第一麦克纳姆轮1和第二麦克纳姆轮2，所述的底盘3内设置有底盘主控芯片4，用于发送探测仪器采集的数据、根据所接收的手持设备或上位机的参数控制两个麦克纳姆轮转速实现变速及转向。同时所述底盘3内设置有用于供电的电池13，以满足野外作业的需要，电池13可采用锂电池，体积小重量轻。
具体而言，所述的底盘主控芯片4集成有用于实时确定机器人的准确位置的GPS模块、根据车体姿态的变化保持车体平衡的三轴陀螺仪和三轴加速度计、无线图像传输模块，无线数据收发模块，所述无线图像传输模块用于获取并分析探测仪器采集的数据，所述无线数据收发模块用于同手持设备或上位机之间进行信号接收和发送。
所述的底盘3内设置有电机5及电机驱动器6，所述底盘主控芯片4通过电机驱动器6控制两个电机5带动对应的两个麦克纳姆轮。
所述底盘主控芯片4通过电机驱动器6控制两个电机5带动对应的两个底盘车轮工作，同时底盘主控芯片4实时采集三轴陀螺仪的信号以计算机器人当前相对地面的姿态及加速度、角速度，并通过姿态融合，卡尔曼滤波及PID控制等算法分析计算出保持平衡状态所需的车轮转速。并通过PWM脉宽调制改变占空比的方法得到维持机体平衡所需的转速。同时通过此种方法控制两轮的转速可实现变速及转向等动作。GPS模块用于实时确定机器人的准确位置，由于救援现场情况的多变性与不确定性，位置的确定显得尤为重要。
信息的探测主要通过携带在二轴自稳云台上的工业摄像机11实现图像信号的采集，热成像仪12用于采集待救援人员的信息，工业摄像机的驱动采用所述底盘主控芯片4和FPGA控制器相结合的方式， 所述FPGA驱动控制器由所述底盘主控芯片4控制启动，FPGA 控制器负责相机的驱动、信号采集，同时通过LVDS总线将信号并行传输给底盘主控芯片4用于分析图像数据。底盘主控芯片4分析工业相机及探测传感器采集到的图像信息及其他信息，通过无线收发模块传送给手持设备或上位机。
所述的二轴自稳云台通过云台支架7设在所述底盘3上，包括两向的控制电机、集成有用于自稳控制的三轴陀螺仪传感器的云台部分主控芯片10，所述云台部分主控芯片10与两向的控制电机电路连接，所述两向的控制电机包括X向控制电机8和Y相控制电机9，各个控制电机均带有电调。
二轴自稳云台部分的控制，主要靠陀螺仪采集数据，通过姿态融合，并加以滤波，获得稳定的数据信息，以上述方法获得运动的姿态角度，并与目标角度进行PID算法的处理，以达到稳定云台的效果及上位机控制的目的。
本实施例的机器人可以实现两种探测模式：自动探测模式、手动探测模式，而其中，自动探测模式是通过机器人本体上设置的底盘主控芯片4来实现控制的，而手动探测模式是通过手持设备或上位机实施其控制。所述无线收发模块、无线图像传输模块与上位机、手持等设备对应，用于输入各种调整参数，在调试设备与手动探测模式时使用。
最后应当说明的，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人，其特征在于：包括两轮式电动平衡车、设置在所述两轮式电动平衡车上的二轴自稳云台、固定在所述二轴自稳云台上的探测仪器，所述的两轮式电动平衡车包括底盘(3)、受所述底盘驱动的两个麦克纳姆轮，所述的底盘(3)内设置有底盘主控芯片(4)，用于发送探测仪器采集的数据、根据所接收的手持设备或上位机的参数控制两个麦克纳姆轮转速实现变速及转向；
其中，所述的底盘主控芯片(4)集成有用于实时确定机器人的准确位置的GPS模块、根据车体姿态的变化保持车体平衡的三轴陀螺仪和三轴加速度计、无线图像传输模块，无线数据收发模块，所述无线图像传输模块用于获取并分析探测仪器采集的数据，所述无线数据收发模块用于同手持设备或上位机之间进行信号接收和发送；
所述的二轴自稳云台通过云台支架(7)设在所述底盘(3)上，包括两向的控制电机、集成有用于自稳控制的三轴陀螺仪传感器的云台部分主控芯片(10)，所述云台部分主控芯片(10)与两向的控制电机电路连接。
2.根据权利要求1所述的具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人，其特征在于：所述的探测仪器包括用于实现图像信号采集的工业摄像机(11)和用于采集待救援人员信息的热成像仪(12)。
3.根据权利要求2所述的具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人，其特征在于：所述工业摄像机(11)由FPGA驱动控制器驱动，所述FPGA驱动控制器与所述底盘主控芯片(4)电路连接，由所述底盘主控芯片(4)控制启动。
4.根据权利要求3所述的具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人，其特征在于：所述的FPGA驱动控制器通过LVDS总线将工业摄像机(11)采集的信号并行传输给底盘主控芯片(4)。
5.根据权利要求1所述的具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人，其特征在于：所述的底盘(3)内设置有电机(5)及电机驱动器(6)，所述底盘主控芯片(4)通过电机驱动器(6)控制两个电机(5)带动对应的两个麦克纳姆轮。
6.根据权利要求1所述的具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人，其特征在于：所述两向的控制电机包括X向控制电机(8)和Y向控制电机(9)，各个控制电机均带有电调。
7.根据权利要求1所述的具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人，其特征在于：所述底盘(3)内设置有用于供电的电池(13)。
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