本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术具有性价比高、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。
【技术实现步骤摘要】
一种多功能无人探测机器人
本专利技术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
技术介绍
探测机器人在现代人类生产生活中的作用越来越大，已经应用于矿井安全探测、环境污染监测、地震、泥石流与山体滑坡等自然灾害的探测等很多领域。近年来，地震、火灾及矿难等事故多发，已引起社会广泛关注。在一些灾难现场救护过程中最重要、最危险的阶段就是灾害现场勘察阶段，此时往往发生事故的区域情况不明，贸然派救护人员进入灾害现场极易发生二次事故。在事故发生后，急需一种能够代替救护人员第一时间进入灾害现场，完成现场环境探测的机器人，将灾害现场的图像、烟雾气体、湿度、温度、海拔高度等环境参数检测出来并将数据传回指挥中心，以减少救护人员盲目到未知地区进行救护而造成的埙伤。此外，在科学探测中也需一种能够在恶劣环境和未知区域里快速及时进行样本采集和信息检测的设备。申请号为201010563101.1的灾难探测机器人，由车体、探测支架和摄像头组成，采用履带式行走机构，行走机构与车体之间设置有缓冲支撑装置，主支架和副支架通过摆动系统控制，摄像头通过信号发射装置发射所获取图像信号。但是该探测机器人采用的履带式行走机构，在平地上行走存在运行速度慢、体积大和重量较重等缺点，同时该探测机器人只能检测视频图像信息，缺乏对探测环境的大气、压力、温度等环境信息的检测，在矿难等特殊环境下，这对于后续探测救援人员来说，存在严重的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术主要是为了解决现有技术存在的上述不足，提出一种能够进入各种恶劣灾害现场或未知区域进行探测，并将所测现场状况通过视频传回控制中心的多功能无人探测机器人。同时它具有性价比高、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、监测内容可用户定制、操作简易等特点。本专利技术为实现上述目的而采取的技术方案为：一种多功能无人探测机器人，其中：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、在底板前部的左右对称位置各安装一个前轮和一个固定板，固定板与前轮的轴承连接，在底板后部的左右对称位置各安装一个后轮和直流电机，直流电机的输出轴与后轮连接以实现轮式行走；足式运动系统由对称安装在底板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、Ⅱ号舵机、Ⅲ号舵机、两个Ⅰ号肋板和足组成，Ⅰ号舵机的一个输出轴与底板相连接，Ⅰ号舵机的另一个输出轴通过圆形固定片与顶板相连接，Ⅱ号舵机安装在Ⅰ号舵机的外侧且Ⅱ号舵机的两个输出轴分别与两个Ⅰ号肋板的一端相连接，两个Ⅰ号肋板的另一端分别与Ⅲ号舵机的两个输出轴相连接，足设置在Ⅲ号舵机上；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、Ⅴ号舵机、Ⅵ号舵机、样本收集盒和样本收集铲组成，Ⅳ号舵机安装在底板前端中部凹槽的一侧，Ⅴ号舵机安装在底板前端中部凹槽的另一侧，样本收集铲的一侧与Ⅳ号舵机的输出轴相连接，样本收集铲的另一侧通过轴连接在Ⅴ号舵机上，Ⅵ号舵机安装在顶板前端的亚克力板上，样本收集盒安装在Ⅵ号舵机的输出轴上；图像采集装置由信号发射器、Ⅶ号舵机、Ⅷ号舵机、Ⅱ号肋板、Ⅸ号舵机、摄像头和四个探照灯组成，Ⅶ号舵机安装在顶板上，Ⅶ号舵机的输出轴与Ⅷ号舵机的外壳相连接，Ⅷ号舵机的输出轴与Ⅱ号肋板的一端相连接，Ⅱ号肋板的另一端与Ⅸ号舵机的输出端相连接，摄像头和四个探照灯都安装在Ⅸ号舵机的一个面上且摄像头位于中间，四个探照灯位于四个角上，信号发射器安装在顶板的下表面并通过数据线与摄像头连接，信号发射器将摄像头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和信号接收器组成，信号接收器与显示屏相连接，信号接收器接收信号发射器发射出的图像信号并显示在显示屏上；传感器信息采集装置由烟雾传感器、温湿度传感器和海拔高度传感器组成，烟雾传感器安装在Ⅴ号舵机上，温湿度传感器和海拔高度传感器分别安装在底板的后部和中部；所述的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、语音合成模块、直流电机驱动模块、舵机驱动接口、无线通信模块和传感器驱动模块组成，主控制板安装在底板的中央位置，主控制器、辅助控制器、电源稳压模块、语音识别模块、语音合成模块、直流电机驱动模块和无线通信模块都安装在主控制板上，舵机驱动接口安装在主控制板的下方，传感器驱动模块安装在底板上位于主控制板的右边，电源稳压模块通过电源线与外接电源相连接，主控制器、辅助控制器、语音识别模块、语音合成模块、直流电机驱动模块、舵机驱动接口、无线通信模块和传感器驱动模块都分别通过电源线与电源稳压模块相连接，主控制器通过驱动接口分别与足式运动系统中六个Ⅰ号舵机、六个Ⅱ号舵机、六个Ⅲ号舵机和样本采收装置中的Ⅳ号舵机、Ⅴ号舵机和Ⅵ号舵机的舵机驱动接口相连接，主控制器通过通信接口分别与辅助控制器、无线通信模块和传感器驱动模块相连接；辅助控制器通过驱动接口分别与直流电机驱动模块、图像采集装置的Ⅶ号舵机、Ⅷ号舵机和Ⅸ号舵机的舵机驱动接口相连接，辅助控制器通过通信接口分别与语音识别模块和语音合成模块相连接，直流电机驱动模块通过信号线与轮式运动系统的两个直流电机相连接，舵机驱动接口通过信号线分别与Ⅰ号舵机、Ⅱ号舵机、Ⅲ号舵机、Ⅳ号舵机、Ⅴ号舵机、Ⅵ号舵机、Ⅶ号舵机、Ⅷ号舵机、和Ⅸ号舵机相连接，无线通信模块通过无线信号与上位机相连接，传感器驱动模块分别与烟雾传感器、温湿度传感器和海拔高度传感器相连接；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，无线通信模块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，主控制器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、六个Ⅱ号舵机和六个Ⅲ号舵机的转速与转角，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，无线通信模块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，主控制器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、Ⅴ号舵机和Ⅵ号舵机的转速与转角，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，无线通信模块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，主控制器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，辅助控制器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，直流电机驱动模块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，无线通信模块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，主控制器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，辅助控制器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、Ⅷ号舵机和Ⅸ号舵机的转速与转角，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，无线通信模块接收到探照本文档来自技高网...
【技术保护点】
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)的轴承连接；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...
【技术特征摘要】
1.一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...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦慧斌，王宁，郑智贞，许健非，刘玉龙，程吉利，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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