主动双驱式模块化多传感器融合蛇形机器人制造技术

本实用新型专利技术提供一种主动双驱式模块化多传感器融合蛇形机器人，该蛇形机器人将偏航舵机、俯仰舵机以及驱动舵机三者共同封装在一可拆卸的盖体内，结构紧凑，并通过三者相配合来实现直线、绕障以及越障运动，具有很强的灵活性和可操作性，尤其适用于在矿井、废墟、电缆沟等空间狭小的范围内使用；同时，本实用新型专利技术的蛇头关节与蛇身关节之间、蛇尾关节与蛇身关节之间以及各个蛇身关节关节之间均通过相同的关节连接件实现可拆卸连接，从而可任意增加或减少蛇身的长度，拓展了蛇形机器人的应用范围；而且，偏航连接件和俯仰连接件之间采用正交结构，体积小巧，运动灵活，提高了复杂环境的通过性和操控性。

【技术实现步骤摘要】
主动双驱式模块化多传感器融合蛇形机器人
本技术属于巡检机器人
，具体涉及一种主动双驱式模块化多传感器融合蛇形机器人。
技术介绍
矿井、废墟、电缆沟等环境结构形式复杂多变，工作空间狭小、环境恶劣，进入困难且存在事故风险，使巡检问题难度大、耗时长，存在安全隐患。除此以外，上述的环境内常见有建筑垃圾、遗弃的废旧物品或人为垃圾不同程度的增加了巡检排查的难度针对这种情况。而现有涉及此类工作的机器人，多以无轮蠕动式设计为主，作业效率低。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种主动双驱式模块化多传感器融合蛇形机器人，其通过多个舵机与多传感器融合系统相配合的方式来实现直线、绕障以及越障运动，具有很强的灵活性和可操作性，尤其适用于在矿井、废墟、电缆沟等空间狭小的范围内使用。为了达到上述目的，本技术所采用的技术方案是：主动双驱式模块化多传感器融合蛇形机器人，包括通过多个关节连接件依次首尾连接的一个蛇头关节、多个蛇身关节和一个蛇尾关节，所述的蛇头关节、多个蛇身关节和蛇尾关节均包括水平转动输出的俯仰舵机、竖直转动输出的偏航舵机以及用于驱动蛇身关节行走的驱动舵机，每一个驱动舵机的两侧均连接有驱动轮，所述蛇头关节的前端还设置有用于检测该蛇形机器人所处环境信息的多传感器融合系统；所述关节连接件由沿水平方向设置的俯仰连接件和沿竖直方向设置的偏航连接件组成，偏航连接件和俯仰连接件均为由平板折成的U形结构，其中，偏航连接件安装并扣合在偏航舵机的两端，俯仰连接件安装并扣合在俯仰舵机的两端，偏航连接件与俯仰连接件固定连接且两者构成正交结构。进一步的，所述偏航舵机和俯仰舵机分布在驱动舵机的前、后两侧，且偏航舵机、俯仰舵机以及驱动舵机三者的外侧共同设置有一可拆卸的盖体。进一步的，所述的偏航舵机、俯仰舵机以及驱动舵机三者的输出端均设置有舵盘，且驱动舵机的输出端上设置的舵盘与驱动轮之间还设置有与舵盘相配合的连接件。进一步的，所述偏航舵机与俯仰舵机的输出方向在空间中垂直正交。进一步的，所述盖体由上合盖和下合盖组成，上合盖的顶部设置有用于检测三维姿态的陀螺仪传感器。进一步的，所述多传感器融合系统包括用于在空间范围内采集环境图像信息的视觉传感器模块、用于检测前方环境亮暗程度信息的红外传感器、用于检测前方障碍物距离信息的激光雷达传感器、用于检测该蛇形机器人所处环境的温度与湿度信息的温湿度传感器以及用于监测该蛇形机器人所处环境内烟雾浓度信息的烟雾传感器，所述蛇头关节的前端还设置有亮度可调并用于为视觉传感器模块补充光照强度的LED灯，所述的视觉传感器模块、红外传感器、激光雷达传感器、温湿度传感器、烟雾传感器以及LED灯均与一封装在蛇尾关节内部的控制模块电连接。进一步的，所述控制模块包括树莓派、Arduino控制板、蓝牙模块、WiFi模块以及用于向该控制模块供电的供电模块，其中，树莓派通过Arduino控制板分别与驱动舵机、俯仰舵机、偏航舵机、LED灯以及陀螺仪传感器电连接，所述的视觉传感器模块、红外传感器、激光雷达传感器、温湿度传感器以及烟雾传感器均直接与树莓派电连接，树莓派通过WiFi模块与远程终端电连接，远程终端通过蓝牙模块与Arduino控制板电连接。进一步的，所述温湿度传感器设置在蛇头关节的前端顶部并位于上合盖与偏航舵机之间，烟雾传感器位于偏航舵机的侧壁上。与现有技术相比，本技术的有益效果是：1、本技术的蛇头关节与蛇身关节之间、蛇尾关节与蛇身关节之间以及各个蛇身关节关节之间均通过相同的关节连接件实现可拆卸连接，从而可任意增加或减少蛇身的长度，拓展了蛇形机器人的应用范围；2、本技术将偏航舵机、俯仰舵机以及驱动舵机三者共同封装在一可拆卸的盖体内，结构紧凑，并通过三者相配合来实现直线、绕障以及越障运动，具有很强的灵活性和可操作性，尤其适用于在矿井、废墟、电缆沟等空间狭小的范围内使用；3、关节连接件中的偏航连接件和俯仰连接件之间采用正交结构，体积小巧，运动灵活，提高了复杂环境的通过性和操控性；4、本技术中的蛇头关节、多个蛇身关节以及蛇尾关节均采用由多种舵机组成的本体，当其中一个关节损坏时，可以便捷的进行替换与维修，而且，用于连接不同关节的关节连接件的结构也完全相同，进一步降低了维修时的成本与难度；5、本技术采用自动和人工相结合的运行方式，其中，通过多传感器融合系统对井下的工作环境实时进行检测，并通过树莓派和Arduino控制板自动做出反应，当井下的情况比较复杂时，工作人员也可通过远程终端对井下的工作环境进行判断并手动控制本技术在井下运动，自动化程度高，可替代工作人员进行井下巡检等工作，解放了人力，并降低了井下工作时的难度与风险；6、本技术在每一个关节的顶部均设置有一个用于检测三维姿态的陀螺仪传感器，然后通过树莓派和Arduino控制板来调整机体姿态，以防机体倾覆。附图说明图1是本技术一种主动双驱式模块化多传感器融合蛇形机器人的整体结构示意图；图2是一种主动双驱式模块化多传感器融合蛇形机器人中蛇头关节的结构示意图；图3是单个蛇身关节与关节连接件的连接关系示意图；图4是本技术中控制模块的原理框图；图中标记：1、蛇头关节，2、蛇身关节，3、蛇尾关节，4、俯仰舵机，5、偏航舵机，6、驱动舵机，7、驱动轮，8、关节连接件，801、俯仰连接件，802、偏航连接件，803、舵盘，804、连接件，9、盖体，901、上合盖，902、下合盖，10、陀螺仪传感器，11、视觉传感器模块，12、红外传感器，13、激光雷达传感器，14、温湿度传感器，15、烟雾传感器，16、LED灯。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。主动双驱式模块化多传感器融合蛇形机器人，如图1所示，包括通过多个关节连接件8依次首尾连接的一个蛇头关节1、多个蛇身关节2和一个蛇尾关节3，蛇身关节2是实现本机器人动作的主体结构，是蛇头关节1和蛇尾关节3的载体，本技术的蛇头关节与蛇身关节之间、蛇尾关节与蛇身关节之间以及各个蛇身关节关节之间均通过相同的关节连接件实现可拆卸连接，从而可任意增加或减少蛇身的长度，拓展了蛇形机器人的应用范围。所述的蛇头关节1、多个蛇身关节2和蛇尾关节3均包括水平转动输出的俯仰舵机4、竖直转动输出的偏航舵机5以及用于驱动蛇身关节2行走的驱动舵机6，每一个驱动舵机6的两侧均连接有驱动轮7，如图2所示，所述蛇头关节1的前端还设置有用于检测该蛇形机器人所处环境信息的多传感器融合系统；如图3所示，所述关节连接件8由沿水平方向设置的俯仰连接件801和沿竖直方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.主动双驱式模块化多传感器融合蛇形机器人，包括通过多个关节连接件（8）依次首尾连接的一个蛇头关节（1）、多个蛇身关节（2）和一个蛇尾关节（3），其特征在于：所述的蛇头关节（1）、多个蛇身关节（2）和蛇尾关节（3）均包括水平转动输出的俯仰舵机（4）、竖直转动输出的偏航舵机（5）以及用于驱动蛇身关节（2）行走的驱动舵机（6），每一个驱动舵机（6）的两侧均连接有驱动轮（7），所述蛇头关节（1）的前端还设置有用于检测该蛇形机器人所处环境信息的多传感器融合系统；/n所述关节连接件（8）由沿水平方向设置的俯仰连接件（801）和沿竖直方向设置的偏航连接件（802）组成，偏航连接件（802）和俯仰连接件（801）均为由平板折成的U形结构，其中，偏航连接件（802）安装并扣合在偏航舵机（5）的两端，俯仰连接件（801）安装并扣合在俯仰舵机（4）的两端，偏航连接件（802）与俯仰连接件（801）固定连接且两者构成正交结构。/n

【技术特征摘要】
1.主动双驱式模块化多传感器融合蛇形机器人，包括通过多个关节连接件（8）依次首尾连接的一个蛇头关节（1）、多个蛇身关节（2）和一个蛇尾关节（3），其特征在于：所述的蛇头关节（1）、多个蛇身关节（2）和蛇尾关节（3）均包括水平转动输出的俯仰舵机（4）、竖直转动输出的偏航舵机（5）以及用于驱动蛇身关节（2）行走的驱动舵机（6），每一个驱动舵机（6）的两侧均连接有驱动轮（7），所述蛇头关节（1）的前端还设置有用于检测该蛇形机器人所处环境信息的多传感器融合系统；
所述关节连接件（8）由沿水平方向设置的俯仰连接件（801）和沿竖直方向设置的偏航连接件（802）组成，偏航连接件（802）和俯仰连接件（801）均为由平板折成的U形结构，其中，偏航连接件（802）安装并扣合在偏航舵机（5）的两端，俯仰连接件（801）安装并扣合在俯仰舵机（4）的两端，偏航连接件（802）与俯仰连接件（801）固定连接且两者构成正交结构。


2.根据权利要求1所述的主动双驱式模块化多传感器融合蛇形机器人，其特征在于：所述偏航舵机（5）和俯仰舵机（4）分布在驱动舵机（6）的前、后两侧，且偏航舵机（5）、俯仰舵机（4）以及驱动舵机（6）三者的外侧共同设置有一可拆卸的盖体（9）。


3.根据权利要求2所述的主动双驱式模块化多传感器融合蛇形机器人，其特征在于：所述的偏航舵机（5）、俯仰舵机（4）以及驱动舵机（6）三者的输出端均设置有舵盘（803），且驱动舵机（6）的输出端上设置的舵盘（803）与驱动轮（7）之间还设置有与舵盘（803）相配合的连接件（804）。


4.根据权利要求3所述的主动双驱式模块化多传感器融合蛇形机器人，其特征在于：所述偏航舵机（5）与俯仰舵机（4）的输出方向在空间中垂直正交。


5.根据权利要求4所述的主动双驱式模块化多传感器融合蛇形机器人，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伏，陈自均，赵晨阳，张朝臣，鲍若飞，庞卓，候肖博，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：新型
国别省市：河南;41