一種新型偵測(cè)機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型偵測(cè)機(jī)器人，其包括球形外殼、車體部分和全向輪，所述車體部分在球形外殼的內(nèi)部，用來(lái)承載全向輪和偵測(cè)器件；其控制部分包括信號(hào)采集部分、控制和驅(qū)動(dòng)部分，其中，所述信號(hào)采集部分其包括偵測(cè)器件和信號(hào)采集模塊，所述信號(hào)采集部分將車體運(yùn)動(dòng)狀況、全向輪的轉(zhuǎn)角信息和檢測(cè)的外圍環(huán)境信息傳輸至所述信號(hào)采集模塊中；所述信號(hào)采集模塊將信息傳輸至無(wú)線系統(tǒng)中，并且反饋至用戶；所述無(wú)線系統(tǒng)用于接收用戶的控制命令并向用戶反饋機(jī)器人當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。本發(fā)明提高了偵測(cè)機(jī)器人的靈活性，并且機(jī)器人環(huán)境是全封閉的，不易損壞，相對(duì)于惡劣的環(huán)境比如濕度極大或者空氣腐蝕性較強(qiáng)的地方也能夠輕松偵測(cè)到。
【專利說(shuō)明】一種新型偵測(cè)機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種在無(wú)法人為干預(yù)的極惡劣環(huán)境下適應(yīng)較復(fù)雜地形的新型偵測(cè)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]球形移動(dòng)機(jī)器人是指一類將運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、控制器、能源裝置安裝在一球形殼體內(nèi)的系統(tǒng)的總稱。由于這類機(jī)器人具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)平衡性，同時(shí)具有很好的密封性，可以行駛在無(wú)人、沙塵、潮濕、腐蝕性的惡劣環(huán)境中，并具有水陸兩棲功能；可應(yīng)用于行星探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、國(guó)防裝備、娛樂(lè)等領(lǐng)域。
[0003]目前沒(méi)有專門應(yīng)用在偵測(cè)領(lǐng)域的球型機(jī)器人，大多數(shù)應(yīng)用在了娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)等范圍內(nèi)?，F(xiàn)有偵測(cè)機(jī)器人現(xiàn)大多為輪式驅(qū)動(dòng)，少數(shù)存在仿生足式驅(qū)動(dòng)。輪式驅(qū)動(dòng)的環(huán)境適應(yīng)性弱，機(jī)動(dòng)性弱；而仿生式驅(qū)動(dòng)雖然機(jī)動(dòng)性較強(qiáng)，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易損壞，環(huán)境適應(yīng)性很差。
[0004]鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究和實(shí)踐終于獲得了本創(chuàng)作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種新型偵測(cè)機(jī)器人，用以克服上述技術(shù)缺陷。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種新型偵測(cè)機(jī)器人，其包括球形外殼、車體部分和全向輪，所述車體部分在球形外殼的內(nèi)部，用來(lái)承載全向輪和偵測(cè)器件；
[0007]其控制部分包括信號(hào)采集部分、控制和驅(qū)動(dòng)部分，其中，所述信號(hào)采集部分其包括偵測(cè)器件和信號(hào)采集模塊，所述信號(hào)采集部分將車體運(yùn)動(dòng)狀況、全向輪的轉(zhuǎn)角信息和檢測(cè)的外圍環(huán)境信息傳輸至所述信號(hào)采集模塊中；所述信號(hào)采集模塊將信息傳輸至無(wú)線系統(tǒng)中，并且反饋至用戶；
[0008]所述無(wú)線系統(tǒng)用于接收用戶的控制命令并向用戶反饋機(jī)器人當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；
[0009]所述控制和驅(qū)動(dòng)部分包括控制電路板、驅(qū)動(dòng)控制板和車體驅(qū)動(dòng)模塊，其中，所述控制電路板與無(wú)線系統(tǒng)連接，用于解析從無(wú)線系統(tǒng)接收的用戶命令成為車體驅(qū)動(dòng)模塊可理解的數(shù)據(jù)流，并根據(jù)從檢測(cè)系統(tǒng)反饋的信息對(duì)當(dāng)前控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正以準(zhǔn)確達(dá)到用戶目的。
[0010]進(jìn)一步，所述偵測(cè)器件包括加速度計(jì)、角度傳感器和攝像頭，其中，
[0011]所述加速度計(jì)位于機(jī)器人球體幾何中心，用于檢測(cè)車體運(yùn)動(dòng)狀況；所述角度傳感器位于輪軸處，用于反饋控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況；所述攝像頭，用來(lái)監(jiān)測(cè)外圍環(huán)境，便于人工遠(yuǎn)程控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)或機(jī)器人自主判斷后續(xù)運(yùn)動(dòng)操作。
[0012]進(jìn)一步，所述車體部分包括頂層支撐板、中部支撐板、底部支撐板和銅柱，其中，
[0013]所述頂層支撐板、中部支撐板和底部支撐板均為圓形板；所述銅柱共包括兩組，每組四個(gè)，分別連接所述頂部支撐板和中部支撐板，及所述中部支撐板和底部支撐板。
[0014]進(jìn)一步，所述車體部分還包括全向輪固定支架，其與所述中部支撐板連接，用以固定所述全向輪。
[0015]進(jìn)一步，所述全向輪包括四個(gè)在車體上正交分布的橡膠輪，與球形殼體緊密接觸，并且固定在車體部分的中央部位，由步進(jìn)電機(jī)直接帶動(dòng),驅(qū)使車體部分運(yùn)動(dòng)。
[0016]進(jìn)一步，所述車體驅(qū)動(dòng)模塊用于控制全向輪的運(yùn)動(dòng)以及攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0017]進(jìn)一步，所述球形外殼的材質(zhì)為透明的亞克力材料。
[0018]進(jìn)一步，所述車體部分為鋁合金框架，其形狀約為半徑略小于球形外殼的半球形。
[0019]進(jìn)一步，在車體部分還連接一可調(diào)節(jié)配重，用于降低機(jī)器人整體重心并對(duì)重心位置進(jìn)行微調(diào)使其達(dá)到最佳狀態(tài)。
[0020]進(jìn)一步，所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)采用模糊PID控制，用戶要求量與車體狀態(tài)參量進(jìn)行比較后得出待調(diào)參量，進(jìn)行模糊化與模糊推理后得出PID控制參數(shù)，制參數(shù)整合進(jìn)入PID控制器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換得到驅(qū)動(dòng)電路控制車體的控制參量。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比較本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提高了偵測(cè)機(jī)器人的靈活性，并且機(jī)器人環(huán)境是全封閉的，不易損壞，相對(duì)于惡劣的環(huán)境比如濕度極大或者空氣腐蝕性較強(qiáng)的地方也能夠輕松偵測(cè)到。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明新型偵測(cè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明新型偵測(cè)機(jī)器人的功能框圖；
[0024]圖3為本發(fā)明新型偵測(cè)機(jī)器人的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說(shuō)明。
[0026]請(qǐng)參閱圖1所示，其為本發(fā)明新型偵測(cè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖，所述偵測(cè)機(jī)器人為球形移動(dòng)機(jī)器人，其包括球形外殼10、車體部分和全向輪5，所述球形外殼10的材質(zhì)為透明的亞克力材料，質(zhì)輕而堅(jiān)固；所述車體部分，用來(lái)承載全向輪5和偵測(cè)器件7。
[0027]所述車體部分在球形外殼10的內(nèi)部，車體部分為鋁合金框架，其形狀約為半徑略小于球形外殼10的半球形；所述車體部分包括頂層支撐板1、中部支撐板2、底部支撐板3和銅柱4，其中，所述頂層支撐板1、中部支撐板和底部支撐板均為圓形板，在本實(shí)施例中，均為一個(gè)；所述銅柱共包括兩組，每組四個(gè)，分別連接所述頂部支撐板I和中部支撐板2，及所述中部支撐板2和底部支撐板3。所述車體部分還包括全向輪固定支架6，其與所述中部支撐板2連接，用以固定所述全向輪5。
[0028]在本發(fā)明中，所述全向輪5包括四個(gè)在車體上正交分布的橡膠輪，與球形殼體緊密接觸,并且固定在車體部分的中央部位，由步進(jìn)電機(jī)直接帶動(dòng),驅(qū)使車體部分運(yùn)動(dòng)。
[0029]在車體部分還連接一可調(diào)節(jié)配重，用于降低機(jī)器人整體重心并對(duì)重心位置進(jìn)行微調(diào)使其達(dá)到最佳狀態(tài)；最佳狀態(tài)為當(dāng)球體靜止車體能自由在球內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，車體平臺(tái)保持水平。
[0030]所述偵測(cè)器件7包括加速度計(jì)113、角度傳感器114和攝像頭115，其中，所述加速度計(jì)113位于機(jī)器人球體幾何中心，用于檢測(cè)車體運(yùn)動(dòng)狀況；所述角度傳感器114位于橡膠輪軸處，用于反饋控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況；所述攝像頭115，用來(lái)監(jiān)測(cè)外圍環(huán)境，便于人工遠(yuǎn)程控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)或機(jī)器人自主判斷后續(xù)運(yùn)動(dòng)操作。
[0031]在所述車體部分上還設(shè)置電路板8，以及信號(hào)采集卡。[0032]請(qǐng)參閱圖2所示，其為本發(fā)明新型偵測(cè)機(jī)器人的功能框圖，該偵測(cè)機(jī)器人包括信號(hào)采集部分12、控制和驅(qū)動(dòng)部分22，其包括設(shè)置在車體部分上的偵測(cè)器件7和信號(hào)采集模塊116，所述加速度計(jì)113、角度傳感器114和攝像頭115分別將車體運(yùn)動(dòng)狀況、全向輪的轉(zhuǎn)角信息和檢測(cè)的外圍環(huán)境信息傳輸至所述信號(hào)采集模塊116中。所述信號(hào)采集模塊16將信息傳輸至無(wú)線系統(tǒng)32中，并且反饋至用戶。
[0033]所述無(wú)線系統(tǒng)32用于接收用戶的控制命令并向用戶反饋機(jī)器人當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。在本發(fā)明中，用戶通過(guò)用戶端向機(jī)器人發(fā)送指令，該用戶端包括遙控器與顯示屏；所述信號(hào)采集和收集部分集成為一無(wú)線信號(hào)采集卡。
[0034]根據(jù)不同用戶的需求，可以對(duì)機(jī)器人的信號(hào)采集和收集部分進(jìn)行擴(kuò)充，比如光敏傳感器，熱敏傳感器等。
[0035]所述控制和驅(qū)動(dòng)部分22包括控制電路板213、驅(qū)動(dòng)控制板214和車體驅(qū)動(dòng)模塊215，其中，所述控制電路板213為整個(gè)電路板的核心，其與無(wú)線系統(tǒng)32連接，用于解析從無(wú)線系統(tǒng)32接收的用戶命令成為車體驅(qū)動(dòng)模塊215可理解的數(shù)據(jù)流，并根據(jù)從檢測(cè)系統(tǒng)反饋的信息對(duì)當(dāng)前控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正以準(zhǔn)確達(dá)到用戶目的。
[0036]所述車體驅(qū)動(dòng)模塊215用于控制全向輪5的運(yùn)動(dòng)以及攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0037]本發(fā)明中，球型機(jī)器人從靜止到運(yùn)動(dòng)的過(guò)程如下:用戶發(fā)送前進(jìn)命令，經(jīng)無(wú)線系統(tǒng)傳輸至所述驅(qū)動(dòng)控制板214，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述全向輪5運(yùn)動(dòng)，球殼內(nèi)整個(gè)車體產(chǎn)生前移，球體重心向前傾，重心的偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生向前作用的力矩推動(dòng)球體向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)控制電路板采用PID算法，對(duì)加速度計(jì)的信息進(jìn)行分析，控制全向輪的運(yùn)動(dòng)以保證球體重心位置穩(wěn)定，并保證在接收下一命令時(shí)有足夠的運(yùn)動(dòng)可操作性。
[0038]本發(fā)明機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)采用模糊PID控制，用戶要求量與車體狀態(tài)參量進(jìn)行比較后得出待調(diào)參量，進(jìn)行模糊化與模糊推理后得出PID控制參數(shù)，制參數(shù)整合進(jìn)入PID控制器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換得到驅(qū)動(dòng)電路控制車體的控制參量。
[0039]本發(fā)明的機(jī)器人分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，開(kāi)機(jī)后，用戶選擇手動(dòng)或自動(dòng)工作模式，在自動(dòng)工作模式下，用戶發(fā)送要求，機(jī)器人自主分析執(zhí)行要求，并記錄或反饋檢測(cè)數(shù)據(jù)，確定任務(wù)是否完成，若完成任務(wù)，則關(guān)機(jī)，若沒(méi)有完成任務(wù)，則返回，繼續(xù)由用戶發(fā)送請(qǐng)求，直到任務(wù)完成。
[0040]在手動(dòng)工作模式下，用戶發(fā)送控制數(shù)據(jù)，機(jī)器人執(zhí)行控制數(shù)據(jù)，然后用戶索求檢測(cè)數(shù)據(jù)，機(jī)器人返回檢測(cè)結(jié)果，確認(rèn)任務(wù)是否完成，若完成，則關(guān)機(jī)，若未完成，則用戶繼續(xù)發(fā)送控制數(shù)據(jù)，直到任務(wù)完成。
[0041]本發(fā)明提高了偵測(cè)機(jī)器人的靈活性，并且機(jī)器人環(huán)境是全封閉的，不易損壞，相對(duì)于惡劣的環(huán)境比如濕度極大或者空氣腐蝕性較強(qiáng)的地方也能夠輕松偵測(cè)到。
[0042]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對(duì)發(fā)明而言僅僅是說(shuō)明性的，而非限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對(duì)其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型偵測(cè)機(jī)器人，其特征在于，其包括球形外殼、車體部分和全向輪，所述車體部分在球形外殼的內(nèi)部，用來(lái)承載全向輪和偵測(cè)器件； 其控制部分包括信號(hào)采集部分、控制和驅(qū)動(dòng)部分，其中，所述信號(hào)采集部分其包括偵測(cè)器件和信號(hào)采集模塊，所述信號(hào)采集部分將車體運(yùn)動(dòng)狀況、全向輪的轉(zhuǎn)角信息和檢測(cè)的外圍環(huán)境信息傳輸至所述信號(hào)采集模塊中；所述信號(hào)采集模塊將信息傳輸至無(wú)線系統(tǒng)中，并且反饋至用戶； 所述無(wú)線系統(tǒng)用于接收用戶的控制命令并向用戶反饋機(jī)器人當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 所述控制和驅(qū)動(dòng)部分包括控制電路板、驅(qū)動(dòng)控制板和車體驅(qū)動(dòng)模塊，其中，所述控制電路板與無(wú)線系統(tǒng)連接，用于解析從無(wú)線系統(tǒng)接收的用戶命令成為車體驅(qū)動(dòng)模塊可理解的數(shù)據(jù)流，并根據(jù)從檢測(cè)系統(tǒng)反饋的信息對(duì)當(dāng)前控制數(shù)據(jù)進(jìn)行修正以準(zhǔn)確達(dá)到用戶目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型偵測(cè)機(jī)器人，其特征在于，所述偵測(cè)器件包括加速度計(jì)、角度傳感器和攝像頭，其中， 所述加速度計(jì)位于機(jī)器人球體幾何中心，用于檢測(cè)車體運(yùn)動(dòng)狀況；所述角度傳感器位于輪軸處，用于反饋控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況；所述攝像頭，用來(lái)監(jiān)測(cè)外圍環(huán)境，便于人工遠(yuǎn)程控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)或機(jī)器人自主判斷后續(xù)運(yùn)動(dòng)操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型偵測(cè)機(jī)器人，其特征在于，所述車體部分包括頂層支撐板、中部支撐板、底部支撐板和銅柱，其中， 所述頂層支撐板、中部支撐板和底部支撐板均為圓形板；所述銅柱共包括兩組，每組四個(gè)，分別連接所述頂部支撐板和中部支撐板，及所述中部支撐板和底部支撐板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型偵測(cè)機(jī)器人，其特征在于，所述車體部分還包括全向輪固定支架，其與所述中部支撐板連接，用以固定所述全向輪。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型偵測(cè)機(jī)器人，其特征在于，所述全向輪包括四個(gè)在車體上正交分布的橡膠輪，與球形殼體緊密接觸，并且固定在車體部分的中央部位，由步進(jìn)電機(jī)直接帶動(dòng)，驅(qū)使車體部分運(yùn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型偵測(cè)機(jī)器人，其特征在于，所述車體驅(qū)動(dòng)模塊用于控制全向輪的運(yùn)動(dòng)以及攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型偵測(cè)機(jī)器人，其特征在于，所述球形外殼的材質(zhì)為透明的亞克力材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型偵測(cè)機(jī)器人，其特征在于，所述車體部分為鋁合金框架，其形狀約為半徑略小于球形外殼的半球形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型偵測(cè)機(jī)器人，其特征在于，在車體部分還連接一可調(diào)節(jié)配重，用于降低機(jī)器人整體重心并對(duì)重心位置進(jìn)行微調(diào)使其達(dá)到最佳狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型偵測(cè)機(jī)器人，其特征在于，所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)采用模糊PID控制，用戶要求量與車體狀態(tài)參量進(jìn)行比較后得出待調(diào)參量，進(jìn)行模糊化與模糊推理后得出PID控制參數(shù)，制參數(shù)整合進(jìn)入PID控制器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換得到驅(qū)動(dòng)電路控制車體的控制參量。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK103914072SQ201410158550
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】徐智博, 張世達(dá), 徐浩 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)