本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，尤其是一種可以進(jìn)行災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)的機(jī)器人。

背景技術(shù)：

由于我國(guó)國(guó)土面積較大，省份較多，所以發(fā)生的自然災(zāi)害較多，比如泥石流， 地震等等， 同時(shí)其他一些危險(xiǎn)情況也存在著未知的環(huán)境。還有些救援情況，由于待檢測(cè)或待救援的有效區(qū)域較小，救援人員以及以往的救援或探測(cè)機(jī)器人體積相對(duì)較大，且移動(dòng)能力相對(duì)較差，都難以進(jìn)行施救作業(yè)或探測(cè)工作。

因此，救援系統(tǒng)的改善優(yōu)化以及現(xiàn)代救援探測(cè)機(jī)器人的改良顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種體積小巧，運(yùn)動(dòng)靈活可以進(jìn)入各種惡劣災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行待救援人員的情況探測(cè)， 并通過(guò)熱成像儀確定其生命體征，同時(shí)將視頻信號(hào)告知搜救人員， 以提供給待救援人員最佳救助機(jī)會(huì)的一種具有二軸自穩(wěn)云臺(tái)的自平衡探測(cè)機(jī)器人。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種具有二軸自穩(wěn)云臺(tái)的自平衡探測(cè)機(jī)器人，包括兩輪式電動(dòng)平衡車、設(shè)置在所述兩輪式電動(dòng)平衡車上的二軸自穩(wěn)云臺(tái)、固定在所述二軸自穩(wěn)云臺(tái)上的探測(cè)儀器，所述的兩輪式電動(dòng)平衡車包括底盤、受所述底盤驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)麥克納姆輪，所述的底盤內(nèi)設(shè)置有底盤主控芯片，用于發(fā)送探測(cè)儀器采集的數(shù)據(jù)、根據(jù)所接收的手持設(shè)備或上位機(jī)的參數(shù)控制兩個(gè)麥克納姆輪轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)變速及轉(zhuǎn)向。

進(jìn)一步地，所述的底盤主控芯片集成有用于實(shí)時(shí)確定機(jī)器人的準(zhǔn)確位置的GPS模塊、根據(jù)車體姿態(tài)的變化保持車體平衡的三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)、無(wú)線圖像傳輸模塊，無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，所述無(wú)線圖像傳輸模塊用于獲取并分析探測(cè)儀器采集的數(shù)據(jù)，所述無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊用于同手持設(shè)備或上位機(jī)之間進(jìn)行信號(hào)接收和發(fā)送。

進(jìn)一步地，所述的探測(cè)儀器包括用于實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)采集的工業(yè)攝像機(jī)和用于采集待救援人員信息的熱成像儀。

進(jìn)一步地，所述工業(yè)攝像機(jī)由FPGA驅(qū)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)，所述FPGA驅(qū)動(dòng)控制器與所述底盤主控芯片電路連接，由所述底盤主控芯片控制啟動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述的FPGA驅(qū)動(dòng)控制器通過(guò)LVDS總線將工業(yè)攝像機(jī)采集的信號(hào)并行傳輸給底盤主控芯片。

進(jìn)一步地，所述的底盤內(nèi)設(shè)置有電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述底盤主控芯片通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制兩個(gè)電機(jī)帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)麥克納姆輪。

進(jìn)一步地，所述的二軸自穩(wěn)云臺(tái)通過(guò)云臺(tái)支架設(shè)在所述底盤上，包括兩向的控制電機(jī)、集成有用于自穩(wěn)控制的三軸陀螺儀傳感器的云臺(tái)部分主控芯片，所述云臺(tái)部分主控芯片與兩向的控制電機(jī)電路連接。

進(jìn)一步地，所述兩向的控制電機(jī)包括X向控制電機(jī)和Y相控制電機(jī)，各個(gè)控制電機(jī)均帶有電調(diào)。

進(jìn)一步地，所述底盤內(nèi)設(shè)置有用于供電的電池。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的具有二軸自穩(wěn)云臺(tái)的自平衡探測(cè)機(jī)器人可以解決以往救援機(jī)器人體積過(guò)大、難以探測(cè)某些狹小區(qū)域的災(zāi)害信息及人員受災(zāi)待救援等情況，兩向麥克納姆輪的選用使得縱向的移動(dòng)變的方便，底盤的運(yùn)動(dòng)不再受限，兩個(gè)車輪的設(shè)計(jì)縮小了車身體積， 可以極好的達(dá)到上述效果。同時(shí)較小的體積有利于機(jī)器人的運(yùn)輸，更加符合救災(zāi)情況的需求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的主視示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)面示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的俯視示意圖。

圖中：1-麥克納姆輪；2-麥克納姆輪；3-底盤主體結(jié)構(gòu)；4-底盤主控芯片；5-電機(jī)；6-電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；7-云臺(tái)支架；8-X向控制電機(jī)；9-Y向控制電機(jī)；10-云臺(tái)部分主控芯片；11-工業(yè)攝像機(jī)；12-熱成像儀；13-電池。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，而所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。所有實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖 1 至圖4所示，一種具有二軸自穩(wěn)云臺(tái)的自平衡探測(cè)機(jī)器人，包括兩輪式電動(dòng)平衡車、設(shè)置在所述兩輪式電動(dòng)平衡車上的二軸自穩(wěn)云臺(tái)、固定在所述二軸自穩(wěn)云臺(tái)上的探測(cè)儀器，所述的探測(cè)儀器包括用于實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)采集的工業(yè)攝像機(jī)11和用于采集待救援人員信息的熱成像儀12。所述的兩輪式電動(dòng)平衡車包括底盤3、受所述底盤驅(qū)動(dòng)的第一麥克納姆輪1和第二麥克納姆輪2，所述的底盤3內(nèi)設(shè)置有底盤主控芯片4，用于發(fā)送探測(cè)儀器采集的數(shù)據(jù)、根據(jù)所接收的手持設(shè)備或上位機(jī)的參數(shù)控制兩個(gè)麥克納姆輪轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)變速及轉(zhuǎn)向。同時(shí)所述底盤3內(nèi)設(shè)置有用于供電的電池13，以滿足野外作業(yè)的需要，電池13可采用鋰電池，體積小重量輕。

具體而言，所述的底盤主控芯片4集成有用于實(shí)時(shí)確定機(jī)器人的準(zhǔn)確位置的GPS模塊、根據(jù)車體姿態(tài)的變化保持車體平衡的三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)、無(wú)線圖像傳輸模塊，無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，所述無(wú)線圖像傳輸模塊用于獲取并分析探測(cè)儀器采集的數(shù)據(jù)，所述無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊用于同手持設(shè)備或上位機(jī)之間進(jìn)行信號(hào)接收和發(fā)送。

所述的底盤3內(nèi)設(shè)置有電機(jī)5及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6，所述底盤主控芯片4通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6控制兩個(gè)電機(jī)5帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)麥克納姆輪。

所述底盤主控芯片4通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6控制兩個(gè)電機(jī)5帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)底盤車輪工作，同時(shí)底盤主控芯片4實(shí)時(shí)采集三軸陀螺儀的信號(hào)以計(jì)算機(jī)器人當(dāng)前相對(duì)地面的姿態(tài)及加速度、角速度，并通過(guò)姿態(tài)融合，卡爾曼濾波及PID控制等算法分析計(jì)算出保持平衡狀態(tài)所需的車輪轉(zhuǎn)速。并通過(guò)PWM脈寬調(diào)制改變占空比的方法得到維持機(jī)體平衡所需的轉(zhuǎn)速。同時(shí)通過(guò)此種方法控制兩輪的轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)變速及轉(zhuǎn)向等動(dòng)作。GPS模塊用于實(shí)時(shí)確定機(jī)器人的準(zhǔn)確位置，由于救援現(xiàn)場(chǎng)情況的多變性與不確定性，位置的確定顯得尤為重要。

信息的探測(cè)主要通過(guò)攜帶在二軸自穩(wěn)云臺(tái)上的工業(yè)攝像機(jī)11實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)的采集，熱成像儀12用于采集待救援人員的信息，工業(yè)攝像機(jī)的驅(qū)動(dòng)采用所述底盤主控芯片4和 FPGA控制器相結(jié)合的方式， 所述FPGA驅(qū)動(dòng)控制器由所述底盤主控芯片4控制啟動(dòng)，F(xiàn)PGA 控制器負(fù)責(zé)相機(jī)的驅(qū)動(dòng)、信號(hào)采集，同時(shí)通過(guò)LVDS總線將信號(hào)并行傳輸給底盤主控芯片4用于分析圖像數(shù)據(jù)。底盤主控芯片4分析工業(yè)相機(jī)及探測(cè)傳感器采集到的圖像信息及其他信息，通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊傳送給手持設(shè)備或上位機(jī)。

所述的二軸自穩(wěn)云臺(tái)通過(guò)云臺(tái)支架7設(shè)在所述底盤3上，包括兩向的控制電機(jī)、集成有用于自穩(wěn)控制的三軸陀螺儀傳感器的云臺(tái)部分主控芯片10，所述云臺(tái)部分主控芯片10與兩向的控制電機(jī)電路連接，所述兩向的控制電機(jī)包括X向控制電機(jī)8和Y相控制電機(jī)9，各個(gè)控制電機(jī)均帶有電調(diào)。

二軸自穩(wěn)云臺(tái)部分的控制，主要靠陀螺儀采集數(shù)據(jù)，通過(guò)姿態(tài)融合，并加以濾波，獲得穩(wěn)定的數(shù)據(jù)信息，以上述方法獲得運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)角度，并與目標(biāo)角度進(jìn)行PID算法的處理，以達(dá)到穩(wěn)定云臺(tái)的效果及上位機(jī)控制的目的。

本實(shí)施例的機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)兩種探測(cè)模式：自動(dòng)探測(cè)模式、手動(dòng)探測(cè)模式，而其中，自動(dòng)探測(cè)模式是通過(guò)機(jī)器人本體上設(shè)置的底盤主控芯片4來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的，而手動(dòng)探測(cè)模式是通過(guò)手持設(shè)備或上位機(jī)實(shí)施其控制。所述無(wú)線收發(fā)模塊、無(wú)線圖像傳輸模塊與上位機(jī)、手持等設(shè)備對(duì)應(yīng)，用于輸入各種調(diào)整參數(shù)，在調(diào)試設(shè)備與手動(dòng)探測(cè)模式時(shí)使用。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的，本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所做的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。