技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地面遙控機(jī)器人的可視化導(dǎo)航系統(tǒng)，具體地說是一種通過改變導(dǎo)航視角及高度來獲得對地面更大區(qū)域的預(yù)知與路徑規(guī)劃的地面機(jī)器人。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有遙控或自主式地面機(jī)器人上，都裝有視頻裝置，以便為遙控或規(guī)劃路徑提供實(shí)時地面情況，以便實(shí)時修正或改變機(jī)器人的行駛路徑。視頻裝置一般布置在機(jī)器人前端和后端，也有在兩側(cè)、周邊及頂部都布置的。從操控端屏幕上看到的都是這些視頻裝置（攝像頭）傳回的圖像，當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入地面較為復(fù)雜，需要及時對環(huán)境做出判斷以及預(yù)知方向、路徑時，由于機(jī)器人所處位置的局限，如周邊雜草叢生、障礙物多且高，視頻裝置將不能獲取足以判斷方向和路徑的有效信息，操控端將無法作出正確行駛路線的決定，最終導(dǎo)致了機(jī)器人迷失方向而喪失效能。

采用自帶GPS系統(tǒng)，可以對地面機(jī)器人進(jìn)行定位與方向?qū)Ш?，但由于GPS系統(tǒng)無法提供更精確的定位和小區(qū)域地形狀態(tài)，地面機(jī)器人即便帶有GPS系統(tǒng)在上述情況下也同樣會喪失效能。

采用無人機(jī)在空中導(dǎo)航?？梢栽谝欢l件下解決導(dǎo)航問題，但無人機(jī)不能進(jìn)入室內(nèi)和樹林等高度受限空間狹小的環(huán)境，會受留空時間制約無法連續(xù)伴隨地面機(jī)器人，更不可能由單人操控實(shí)現(xiàn)空地導(dǎo)航，還會有空、地兩套操控系統(tǒng)之間信息共享所帶來的不便和滯后問題。

采用升降桿將攝像頭舉高。能有限的解決不太高障礙物后的導(dǎo)航問題，但機(jī)器人會受升降桿升高后重心提高所帶來的行駛穩(wěn)定性問題，不適合在地面有較大傾斜度的情況下使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有可變視場高度的地面機(jī)器人，能達(dá)到空中導(dǎo)航的效果，但卻不存在信息共享和滯后、高度受限、留空時間、多人操作等問題，使機(jī)器人操控端能對復(fù)雜地面情況作出準(zhǔn)確預(yù)判，進(jìn)而選擇正確的行駛路線；可以較好地解決地面機(jī)器人在小區(qū)域復(fù)雜環(huán)境中的導(dǎo)航問題，該地面機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)在各種復(fù)雜地面環(huán)境中的方向、可通過性甄別，而不會出現(xiàn)迷失方向喪失效能等問題。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種可變視場高度的地面機(jī)器人，飛行器架設(shè)于機(jī)器人運(yùn)動底盤頂部，并與機(jī)器人運(yùn)動底盤之間通過高強(qiáng)度線纜連接和固定；線纜對飛行器提供電源及控制信號，控制飛行器的回收和飛行高度，飛行器安裝有視頻采集設(shè)備和飛控系統(tǒng)，飛控系統(tǒng)控制飛行器實(shí)現(xiàn)上升、空中懸停和方向調(diào)整。

所述飛行器為具有垂直起降功能的飛行裝置，飛行器底部設(shè)有電纜固定接口。

所述飛行器優(yōu)選旋翼機(jī)、直升機(jī)或氦氣球。

所述飛行器上安裝有通信天線或通信電臺。

所述視頻采集設(shè)備采集的圖像信號通過線纜傳輸給機(jī)器人無線圖傳設(shè)備。

所述線纜為帶有滌綸線加強(qiáng)的高強(qiáng)度低重量電纜。

所述機(jī)器人運(yùn)動底盤優(yōu)選履帶或輪式機(jī)器人。

所述機(jī)器人運(yùn)動底盤頂部后方布置有停放飛行器的載臺，載臺頂面下部裝有壓力傳感器，通過壓力傳感器實(shí)現(xiàn)對線纜收放的自動控制；載臺內(nèi)部裝有線纜收放器；機(jī)器人運(yùn)動底盤內(nèi)部設(shè)有大容量動力電池、無線收發(fā)設(shè)備和綜合控制器，大容量動力電池為整個機(jī)器人系統(tǒng)供電，機(jī)器人操控系統(tǒng)通過綜合控制器發(fā)送控制指令給線纜收放器，控制線纜的收放；操控系統(tǒng)同時通過綜合控制器由線纜發(fā)送控制指令給飛行器內(nèi)的飛控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)飛行器的上升、空中懸停和方向調(diào)整；無線收發(fā)設(shè)備用于操控端控制機(jī)器人運(yùn)動底盤及飛行器的所有行為。

所述線纜收放器包括卷筒、導(dǎo)電滑環(huán)、導(dǎo)輪組、減速電機(jī)、自動摩擦離合器、行程傳感器和機(jī)座，導(dǎo)電滑環(huán)位于卷筒中心，自動摩擦離合器設(shè)置于卷筒軸上，線纜收放器控制減速電機(jī)驅(qū)動卷筒轉(zhuǎn)動，卷繞在卷筒上的線纜經(jīng)過導(dǎo)輪組進(jìn)行收放，行程傳感器計(jì)算線纜收放的長度。

所述載臺頂面上部設(shè)有與飛行器底部相匹配的凹坑。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：1、能實(shí)時準(zhǔn)確地了解周邊小區(qū)域內(nèi)的地面情況，為機(jī)器人規(guī)劃路徑提供現(xiàn)場實(shí)況，較完善地解決了機(jī)器人進(jìn)入小區(qū)域復(fù)雜環(huán)境中的導(dǎo)航問題；2、升空高度可依據(jù)地面環(huán)境適時調(diào)整，可適用于頂部高度受限制的場景，如室內(nèi)、樹林中等；3、能伴隨機(jī)器人實(shí)施長時間導(dǎo)航而無需顧忌留空時間、增加操控人員和系統(tǒng)；4、不會因?yàn)橐晥錾叨鴮?dǎo)致機(jī)器人重心的同步提高，因此不會影響機(jī)器人的通過能力；5、由于升起飛行器與機(jī)器人之間是柔性連接，視場不會受地面變化的影響；6、不必?fù)?dān)心飛丟和降落不準(zhǔn)等問題；7、有可能通過升高通信設(shè)備或天線來改善通信質(zhì)量，增大地面通信距離。

附圖說明

圖1是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明兩種工作狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參見圖1，本發(fā)明可變視場高度的地面機(jī)器人，包括機(jī)器人運(yùn)動底盤1、視頻采集設(shè)備4（高清攝像頭）、線纜收放器8、操控系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)等。飛行器3架設(shè)于機(jī)器人運(yùn)動底盤1頂部后端并與機(jī)器人運(yùn)動底盤1間通過高強(qiáng)度線纜5連接和固定，線纜對飛行器3提供電源及控制信號，也是回收和控制飛行器3高度的設(shè)施，飛行器3則依靠飛控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上升、空中懸停和方向調(diào)整。

所述飛行器3是一架具有垂直起降功能的帶有視頻采集設(shè)備4的飛行裝置（如旋翼機(jī)、直升機(jī)、氦氣球等等），底部有電纜固定接口，機(jī)內(nèi)不帶電池但配置有飛控系統(tǒng)。

所述機(jī)器人運(yùn)動底盤1由高通過能力的履帶或輪式機(jī)器人構(gòu)成，內(nèi)部帶有大容量動力電池、無線收發(fā)設(shè)備、綜合控制器、線纜收放器8等，頂部后方布置有停放飛行器3的載臺2，載臺2頂面下部裝有壓力傳感器7，通過壓力傳感器7能實(shí)現(xiàn)對線纜5收放行程的自動控制；所述線纜5由帶有滌綸線加強(qiáng)的高強(qiáng)度低重量電纜構(gòu)成并卷繞在收放機(jī)構(gòu)的線纜卷筒上，可通過控制系統(tǒng)實(shí)施收放；所述線纜收放器8由卷筒、導(dǎo)電滑環(huán)、導(dǎo)輪組6、減速電機(jī)、自動摩擦離合器、行程傳感器構(gòu)成，安置在機(jī)器人載臺2內(nèi)部并受操控系統(tǒng)的指令控制。圖像信號通過線纜5傳輸給機(jī)器人無線圖傳設(shè)備，遇到較高障礙物時操控端可控制飛行器3升空從障礙物上面更廣泛的視角來控制機(jī)器人，以擺脫高障礙物對操控的影響。當(dāng)然還可以利用飛行器3升空中繼控制信號以改善地面無線信號傳輸能力。

參見圖2，采用了本發(fā)明方案的地面機(jī)器人，在平坦及障礙物高度較低的地面行駛時，只需使用配置于機(jī)身上的視頻設(shè)備即能正常工作；而在進(jìn)入復(fù)雜地面環(huán)境行駛時，由于障礙物或地面不平，如很高的雜草、溝壑中、雜物堆積地、迷宮墻等，僅靠前述視頻設(shè)備會造成機(jī)器人短視甚至盲視，無法通過視頻圖像找到并判別路徑和方向。此時可通過操控端控制飛行器3升起一定高度（具體依據(jù)環(huán)境情況決定），將視角提升到障礙物上端，以居高臨下的視角來了解并判斷環(huán)境，可為操控機(jī)器人作出正確的路徑和方向預(yù)判，順利走出困境。

當(dāng)機(jī)器人脫離困境后，操控端可控制線纜收放器8回收線纜（向回卷繞線纜），由于此時飛行器3具有向上的升力，線纜向下牽引的結(jié)果是飛行器3平穩(wěn)而準(zhǔn)確的降落到機(jī)器人頂面上，隨著線纜的牽引飛行器3對頂面壓力不斷增大，直到觸動平臺壓力傳感器7，飛行器3及線纜收放器8停止工作，由于載臺2頂面上部設(shè)有與飛行器3底部相匹配的凹坑，此時飛行器3完成回收并可與載臺2頂面上部固定。

當(dāng)機(jī)器人因?yàn)榈孛嬲系K而導(dǎo)致通信不穩(wěn)定時，升起飛行器3將接收控制信號的通信天線拉高（需事先將通信天線或電臺安置在飛行器3上）可有效改善通信質(zhì)量，增大通信距離。