本發(fā)明涉及機器人領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于機器視覺的災(zāi)后救援機器人及其控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

近年來由于世界各地地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，給人類的生產(chǎn)生活帶來了巨大的破壞。災(zāi)害搜救工作的復(fù)雜性、危險性和緊迫性給救援工作帶來了極大的困難。在救災(zāi)過程中，救援人員需要在較短的時間內(nèi)及時地發(fā)現(xiàn)和解救幸存者，否則幸存者存活的幾率就會下降。為此需要有一款能夠在復(fù)雜而危險的環(huán)境中協(xié)助救援人員實時救援的機器人。

越障救援機器人是機器人發(fā)展的新興領(lǐng)域，屬于危險性作業(yè)的機器人。目前越障救援機器人主要有輪式、腿式和履帶式結(jié)構(gòu)。輪式救援機器人結(jié)構(gòu)簡易、重量輕、行走快，但在越障方面有一定的局限；腿式救援機器人能很好地適應(yīng)復(fù)雜地形，但是行走速度慢且結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜；履帶式援機器人對復(fù)雜地形具有很強的適應(yīng)能力并且動載小，但其重量大、耗能多。上述各種越障救援機器人功能較為簡單，在生命跡象探測和現(xiàn)場畫面實時傳輸?shù)确矫娲嬖趪?yán)重不足。本申請的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的越障機器人難以兼顧越障方便、行走靈活以及能夠?qū)ξｋU環(huán)境中有價值信息進行有效傳送，使得機器人的運用價值降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于機器視覺的災(zāi)后救援機器人，旨在改善救援機器人不能兼顧越障與靈活快速移動的問題。

本發(fā)明還提供了一種機器人控制系統(tǒng)，旨在改善救援機器人不易實現(xiàn)傳送實時有效的畫面以及轉(zhuǎn)向不便、移動不靈活的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

一種基于機器視覺的災(zāi)后救援機器人，所述機器人包括：

機身；

行走單元，包括兩組分別設(shè)于機身兩側(cè)的行走組件，所述行走組件包括第一車輪、第二車輪和第三車輪，所述第一車輪、所述第二車輪與所述第三車輪分別獨立驅(qū)動；所述第一車輪與所述第二車輪設(shè)在所述機身前端，所述第一車輪與所述第二車輪通過連桿連接，所述連桿與所述機身鉸接，所述連桿與所述機身之間設(shè)有彈性件；所述第三車輪設(shè)在所述機身的后端；

控制系統(tǒng)，與所述行走單元連接，所述控制系統(tǒng)控制所述行走單元的運動。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，所述機身朝向前端與后端分別伸出連接部。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，所述彈性件的一端連接至所述機身前端的連接部靠近第二車輪一側(cè)，所述彈性件的另一端連接至所述連桿靠近所述第二車輪一端上。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，所述機器人還包括抓取單元，所述抓取單元包括機械手、機械臂和舵機組，所述機械臂與所述機械手連接，所述機械手通過所述舵機組能夠?qū)崿F(xiàn)多個自由度的活動。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，所述機械臂包括依次鉸接的第一臂和第二臂，所述舵機組包括第一舵機、第二舵機、第三舵機和第四舵機；

所述第一舵機設(shè)在所述機身上，所述第一舵機驅(qū)動所述第一臂旋轉(zhuǎn)；所述第一臂與所述第一舵機鉸接，所述第二舵機驅(qū)動所述第一臂相對所述第一舵機旋轉(zhuǎn)；

所述第三舵機設(shè)在所述第二臂與所述第一臂的連接處，所述第三舵機驅(qū)動所述第二臂相對所述第一臂旋轉(zhuǎn)；所述第四舵機設(shè)在所述機械手與所述第二臂的連接處，所述第四舵機驅(qū)動所述機械手相對所述第二臂旋轉(zhuǎn)。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，所述舵機組還包括第五舵機，所述第五舵機連接所述機械手與所述第四舵機，所述第五舵機驅(qū)動所述機械手相對所述第四舵機旋轉(zhuǎn)；所述機械手包括若干個可展開或者收攏的機械爪，所述第五舵機驅(qū)動若干所述機械爪的展開或者收攏。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，所述控制系統(tǒng)包括生命探測模塊和畫面實時傳輸模塊，所述生命探測模塊用于探測行走過程周圍環(huán)境是否有生命跡象；所述畫面實時傳輸模塊包括畫面采集器，所述畫面采集器設(shè)在所述機身頂部。

一種機器人控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括主控制模塊、驅(qū)動模塊、超聲波模塊、生命探測模塊、畫面實時傳輸模塊以及輸出接口模塊，所述主控制模塊分別與所述驅(qū)動模塊、所述超聲波模塊、所述生命探測模塊、所述畫面實時傳輸模塊連接；所述主控制模塊通過所述輸出接口模塊控制被控制對象。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，所述畫面實時傳輸模塊包括畫面采集模塊和信息傳送模塊，所述畫面采集模塊與所述主控制模塊連接，所述畫面采集模塊通過所述信息傳送模塊向監(jiān)控裝置傳輸實時畫面。

一種機器人的控制方法，包括以下步驟：

s1，控制系統(tǒng)控制機器人行走；

s2，機器人在行走過程中遇到障礙時，控制系統(tǒng)的超聲波模塊檢測障礙高度；

s3，控制系統(tǒng)根據(jù)超聲波模塊的檢測結(jié)果判斷是否越障。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過上述設(shè)計得到的具有兩組行走組件的機器人，行走組件包括分別獨立驅(qū)動的第一車輪、第二車輪和第三車輪，使用時，車輪結(jié)構(gòu)的行走組件具有移動靈活以及在平地平穩(wěn)快速移動的優(yōu)點，各個車輪獨立驅(qū)動能夠使機器人靈活轉(zhuǎn)向。進一步的通過將第一車輪、第二車輪采用連桿連接，還將連桿與機身通過彈性件連接，使得越障時，第一車輪能夠別其他車輪推動進行攀爬，而第二車輪、第三車輪能夠在第一車輪的拉動下進行攀爬，具有較強的越障能力。彈性件通過彈力作用使得連桿在完成攀爬后復(fù)位，機器人恢復(fù)平穩(wěn)移動。本發(fā)明通過對行走單元的巧妙設(shè)計，使得機器人具有移動靈活、平穩(wěn)快速移動以及轉(zhuǎn)向方便的優(yōu)點，還具有越障能力強的優(yōu)點。使得機器人能夠在救援過程發(fā)揮更好的作用，為后續(xù)實時提供有效信息建立良好基礎(chǔ)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施方式的技術(shù)方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例，基于機器視覺的災(zāi)后救援機器人在第一視角下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例，基于機器視覺的災(zāi)后救援機器人在第二視角下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1所示的基于機器視覺的災(zāi)后救援機器人的抓取單元的立體圖；

圖4是本發(fā)明實施例，機器人控制系統(tǒng)的模塊示意圖；

圖5是是本發(fā)明實施例，機器人控制方法的流程圖；

圖標(biāo)：機身1；連接部11；控制系統(tǒng)；畫面采集器；行走單元3；連桿31；第一車輪32；第二車輪33；第三車輪34；彈性件35；驅(qū)動電機36；抓取單元4；機械臂41；舵機組42；機械手43；第一臂411；第二臂412；第一舵機421；第二舵機422；第三舵機423；第四舵機424；第五舵機425；轉(zhuǎn)盤426；機械爪431；齒輪4311。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施方式的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施方式中的附圖，對本發(fā)明實施方式中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式是本發(fā)明一部分實施方式，而不是全部的實施方式?；诒景l(fā)明中的實施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發(fā)明保護的范圍。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施方式的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施方式。基于本發(fā)明中的實施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的設(shè)備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

實施例1：

參照圖1和圖2所示，所述機器人包括機身、行走單元3和控制系統(tǒng)2，所述行走單元3設(shè)在所述機身上，所述控制系統(tǒng)2與行走單元3連接，所述控制系統(tǒng)2控制所述行走單元3。優(yōu)選的，所述機器人還包括抓取單元4，通過抓取單元4可以清理一些障礙物，能夠?qū)崿F(xiàn)對一些需要清除障礙物的處理工作，更好的進行救援。

參照圖1和圖2所示，行走單元3：

行走單元3包括兩組分別設(shè)于機身兩側(cè)的行走組件，使得所述機身兩側(cè)對稱設(shè)置，移動更平穩(wěn)。所述行走組件包括第一車輪32、第二車輪33和第三車輪34，所述第一車輪32、所述第二車輪33與所述第三車輪34分別獨立驅(qū)動。車輪結(jié)構(gòu)的行走組件具有移動靈活以及在平地平穩(wěn)快速移動的優(yōu)點，各個車輪獨立驅(qū)動能夠使機器人靈活轉(zhuǎn)向。優(yōu)選的，各個車輪分別連接驅(qū)動電機36，實現(xiàn)獨立驅(qū)動的功能，具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便的優(yōu)點?？刂葡到y(tǒng)2分別與驅(qū)動電機36連接來控制各個車輪的運動。

進一步，所述第一車輪32與所述第二車輪33設(shè)在所述機身前端，所述第一車輪32與所述第二車輪33通過連桿31連接，所述連桿31與所述機身鉸接，所述連桿31與所述機身之間設(shè)有彈性件35。所述第三車輪34設(shè)在所述機身的后端。使得越障時，第一車輪32能夠別其他車輪推動進行攀爬，而第二車輪33、第三車輪34能夠在第一車輪32的拉動下進行攀爬，具有較強的越障能力。彈性件35通過彈力作用使得連桿31在完成攀爬后復(fù)位，機器人恢復(fù)平穩(wěn)移動。

優(yōu)選的，所述機身朝向前端與后端分別伸出連接部11，所述連桿31連接在所述機身前端的連接部11，所述第三車輪34連接在所述機身后端的連接部11。通過設(shè)置連接部11，增加了行走單元3的設(shè)置空間，也適當(dāng)?shù)脑黾恿藱C身的高度便于畫面采集裝置的設(shè)置。

參照圖2所示，其中，彈性件35是一個復(fù)位彈性件35，用于對連桿31產(chǎn)生彈力進行復(fù)位。彈性件35可以采用伸縮彈簧，將彈性件35的一端連接機身，其另一端連接在連桿31上。當(dāng)然彈性件35也可以采用扭簧結(jié)構(gòu)，將彈性件35設(shè)在連桿31與機身的鉸接處。更優(yōu)選的，所述彈性件35的一端連接至所述機身前端的連接部11靠近第二車輪33一側(cè)，所述彈性件35的另一端連接至所述連桿31靠近所述第二車輪33一端上。采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置彈性件35，具有復(fù)位速度快的優(yōu)點，越障過程彈性件35的阻力適中的優(yōu)點。

抓取單元4：

參照圖1至圖3所示，所述抓取單元4包括機械手43、機械臂41和機械臂41，所述機械臂41與所述機械手43連接，所述控制系統(tǒng)2控制機械臂41，所述機械手43通過所述機械臂41能夠?qū)崿F(xiàn)多個自由度的活動。

參照圖3所示，優(yōu)選的，所述機械臂41包括依次鉸接的第一臂411和第二臂412，所述機械臂41包括第一舵機421、第二舵機422、第三舵機423和第四舵機424。所述第一舵機421設(shè)在所述機身上，所述第一舵機421驅(qū)動所述第一臂411旋轉(zhuǎn)；所述第一臂411與所述第一舵機421鉸接，所述第二舵機422驅(qū)動所述第一臂411相對所述第一舵機421旋轉(zhuǎn)；所述第三舵機423設(shè)在所述第二臂412與所述第一臂411的連接處，所述第三舵機423驅(qū)動所述第二臂412相對所述第一臂411旋轉(zhuǎn)；所述第四舵機424設(shè)在所述機械手43與所述第二臂412的連接處，所述第四舵機424驅(qū)動所述機械手43相對所述第二臂412旋轉(zhuǎn)。

更優(yōu)選的，所述第一舵機421通過轉(zhuǎn)盤426與第一臂411連接，第一舵機421驅(qū)動第一臂411隨轉(zhuǎn)盤426一起360度旋轉(zhuǎn)；所述第二舵機422通過旋轉(zhuǎn)軸與第一臂411鉸接，第二舵機422驅(qū)動第一臂411繞鉸接處旋轉(zhuǎn)；第三舵機423通過旋轉(zhuǎn)軸與第二臂412鉸接，第三舵機423驅(qū)動第二臂412繞鉸接處旋轉(zhuǎn)；第四舵機424通過旋轉(zhuǎn)軸與第二臂412的另一端鉸接，第四舵機424帶動機械手43相對第二臂412繞鉸接處旋轉(zhuǎn)。

參照圖3所示，優(yōu)選的，所述機械臂41還包括第五舵機425，所述第五舵機425連接所述機械手43與所述第四舵機424，機械手43固定在第五舵機425上。所述第五舵機425驅(qū)動所述機械手43相對所述第四舵機424旋轉(zhuǎn)，所述第五舵機425伸出旋轉(zhuǎn)軸與第四舵機424連接，第五舵機425帶動機械手43相對第四舵機424旋轉(zhuǎn)。

參照圖3所示，優(yōu)選的，所述機械手43包括若干個可展開或者收攏的機械爪431，所述第五舵機425驅(qū)動若干所述機械爪431的展開或者收攏。更優(yōu)選的，所述機械手43包括兩個機械爪431，所述兩個機械爪431齒輪4311嚙合，第五舵機425伸出旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動其中一個機械爪431的齒輪4311旋轉(zhuǎn)，兩個機械爪431通過齒輪4311的嚙合實現(xiàn)展開或者收攏。

控制系統(tǒng)2：

所述機身的頂面設(shè)有控制箱，用于收納控制系統(tǒng)2的全部模塊或者部分模塊。所述控制系統(tǒng)2包括生命探測模塊和畫面實時傳輸模塊，所述生命探測模塊用于探測行走過程周圍環(huán)境是否有生命跡象，生命探測模塊可以采用人體紅外傳感結(jié)構(gòu)；所述畫面實時傳輸模塊包括畫面采集器21，所述畫面采集器21設(shè)在所述機身頂部。通過生命探測模塊與畫面實時傳輸模塊，為救援提供有效、實時信息，使得救援機器人真正起到應(yīng)有的價值。

實施例2：

參照圖4所示，一種機器人控制系統(tǒng)用于實施例1中機器人的控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)包括主控制模塊、驅(qū)動模塊、超聲波模塊、生命探測模塊、畫面實時傳輸模塊以及輸出接口模塊，所述主控制模塊分別與所述驅(qū)動模塊、所述超聲波模塊、所述生命探測模塊、所述畫面實時傳輸模塊連接；所述主控制模塊通過所述輸出接口模塊控制被控制對象。

優(yōu)選的，所述超聲波模塊用于距離測試，非接觸式測量，越障時，首先通過超聲波模塊進行測量，判斷障礙物的高度，方便機器人合理選擇行走方式。所述生命探測模塊采用紅外傳感探測器，紅外傳感探測器設(shè)在機身外側(cè)壁上。具有靈敏度高、可靠性強、能夠低壓工作的優(yōu)點。

優(yōu)選的，輸出接口模塊分別與驅(qū)動電機、舵機組連接，所述驅(qū)動模塊通過輸出接口模塊控制驅(qū)動電機與舵機組。更優(yōu)選的，所述驅(qū)動模塊包括多個子模塊，每個子模塊控制兩個驅(qū)動電機，子模塊可以分別控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，具有抗干擾能力強的優(yōu)點，具有過電壓和過電流保護的特點，提高救援機器人的控制穩(wěn)定性。

優(yōu)選的，所述畫面實時傳輸模塊包括畫面采集模塊和信息傳送模塊，所述畫面采集模塊與所述主控制模塊連接，所述畫面采集模塊通過所述信息傳送模塊向監(jiān)控裝置傳輸實時畫面。

更優(yōu)選的，所述畫面采集模塊采用微型攝像機，信息傳送模塊包括發(fā)射機和接收機，所述發(fā)射機與微型攝像機連接。監(jiān)控裝置為遠程控制電腦設(shè)備等，監(jiān)控裝置包括顯示器等結(jié)構(gòu)，所述接收機與監(jiān)控裝置連接。畫面采集模塊實時錄像并將錄像信息傳送給監(jiān)控裝置，監(jiān)控裝置將實時錄像顯示，便于救援人員利用救援機器人傳送的信息及時實施有效、快速的救援。

實施例3：

參照圖5所示，一種機器人的控制方法，用于實施例1與實施例2的控制方法。包括以下步驟：

s1，控制系統(tǒng)控制機器人行走；

s2，機器人在行走過程中遇到障礙時，控制系統(tǒng)的超聲波模塊檢測障礙高度；

s3，控制系統(tǒng)根據(jù)超聲波模塊的檢測結(jié)果判斷是否越障。

在步驟1，控制系統(tǒng)控制機器人行走之前，控制系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)，使得控制系統(tǒng)根據(jù)需要進行控制行為。

在步驟3，超聲波模塊檢測到障礙物的高度距離，當(dāng)檢測結(jié)果超過預(yù)先設(shè)定值，機器人轉(zhuǎn)向避開障礙物行走；當(dāng)檢測結(jié)構(gòu)未超過預(yù)先設(shè)定值，機器人開始越障。

優(yōu)選的，在機器人行走過程中，畫面采集模塊實時采集周圍環(huán)境的畫面，通過信息傳送模塊向監(jiān)控裝置實時發(fā)送畫面，使得監(jiān)控裝置能夠通過畫面采集模塊與監(jiān)控裝置實時收到救援環(huán)境的信息，為救援過程提供有效的幫助。

優(yōu)選的，在機器人行走過程中，生命探測模塊實時探測周圍環(huán)境是否有生命跡象，生命探測模塊包括報警模塊，用于在探測到生命跡象時發(fā)出警告。當(dāng)探測到生命跡象時，啟動報警，便于救援人員及時實施救援。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。