专利名称：一种遥控轮式移动机器人平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种移动机器人平台，特别是涉及一种遥控轮式移动机器人平台。
背景技术：
遥控轮式移动机器人有其突出的优越性，它可以大大降低人们的劳动强度，提升 工作效率，尤其适用于一些性质危险的工作，如抢险、火灾、未知地域的探测和军事侦察等。 目前，遥控轮式移动机器人在军事上的用途日益广泛，民用相对较少，尤其对通用遥控轮式 移动机器人平台的研究较少。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可超视距遥控操作、可选配多种工作 装置的遥控轮式移动机器人平台。为了解决上述技术问题，本实用新型提供的遥控轮式移动机器人平台，包括平台 车架、车载电子设备和地面遥控控制台，所述的平台车架采用箱式结构，所述的车载电子设 备安装在所述的平台车架的箱体内，在所述的平台车架上设有工作装置支座，在所述的平 台车架内设有蓄电池，在所述的平台车架两侧分别设有通过传动轴传动的前后两个驱动 轮，在所述的平台车架两侧的所述的驱动轮分别有一个所述的驱动轮通过减速机与牵引电 机传动连接，所述的牵引电机设有牵引电机驱动器和电磁制动器，工作电机连接有工作电 机驱动器和液压泵，所述的液压泵连接有液压油箱和油源块，所述的牵引电机驱动器和工 作电机驱动器与所述的车载电子设备电连接。所述的车载电子设备为整车控制器、GPS系统、惯性导航系统、无线通讯系统、前置 IP摄像头、后置IP摄像头和前后安装的多个超声波传感器，所述的整车控制器通过CAN总 线与牵引电机驱动器、工作电机驱动器、GPS系统、惯性导航系统、无线通讯系统、前置IP摄 像头、后置IP摄像头和超声波传感器电相连，所述的整车控制器通过所述的无线通讯系统 与所述的地面遥控控制台无线连接。所述的牵引电机上安装有相对型旋转编码器，牵引电机、旋转编码器和电磁制动 器分别与电机驱动器相连接，所述的电机驱动器采集电机的转速和控制电机制动，并输出 U、V、W三相电流对电机进行变频控制。所述的前置IP摄像头和后置IP摄像头将光信号转变为视频信号再将其编码压缩 成MPEG4的数字格式，再通过无线网桥将编码压缩后的视频信号传输到所述的地面遥控控 制台，经过解码后将视频信号显示在所述的地面遥控控制台的屏幕上。所述的地面遥控控制台发出遥控信号，无线网桥接收后通过CAN/以太网转换模 块将遥控信号转化为CAN总线的数据格式，并通过CAN总线19传输给所述的整车控制器， 所述的整车控制器15再根据遥控信号发出执行命令，从而实现遥控操作。采用上述技术方案的遥控轮式移动机器人平台，包括平台车架、车载电子设备和地面遥控控制台组成。所述的平台车架采用箱式结构，内设有车载电子设备、电池箱体。平 台车架设有轮式四轮驱动行走装置，行走装置由牵引电机驱动器、牵引电动机、减速机、传 动轴和车轮组成。在所述的平台车架上设有工作装置支座，用来搭载选配的工作装置。所 述的车载电子设备安装在所述的平台车架箱体内，主要包括电机驱动器、超声波传感器、IP 摄像头、整车控制器、GPS、惯性导航系统、无线通讯系统。所述的地面遥控控制台主要包括 液晶显示器、操作手柄、状态显示仪表、急停按钮和输入键盘。本实用新型遥控轮式移动机 器人平台由于采用GPS和惯性导航系统相结合来观察机器人平台的位置和姿态，通过地面 遥控控制台发出的遥控指令控制机器人平台工作，完成前进、倒退、转向和驱动选配工作装 置动作等操作，特别是具有超视距遥控的功能。所述的机器人平台采用箱式结构和轮式四 轮驱动行走机构，移动性能强，环境适应性好，采用蓄电池供电，没有尾气排放，噪音小，震 动小。在使用时可通过搭载不同工作装置，实现不同的功能。民用上用于运输，地震、火灾 等危险环境下的侦察抢险，及搭载农药喷洒等农用装置，在军事上可用作执行侦察、巡逻、 搭载探测装置或武器等任务的工具。
图1是本实用新型遥控轮式移动机器人平台内部结构示意图；图2是地面遥控控制台结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。参见图1和图2，平台车架28采用箱式结构，在平台车架28上设有工作装置支座， 在平台车架28内设有蓄电池1，在平台车架28两侧分别设有通过传动轴2传动的前后两个 驱动轮29，在平台车架28两侧的驱动轮29分别有一个驱动轮29通过减速机6与牵引电机 4传动连接，牵引电机4设有牵引电机驱动器3和电磁制动器5，工作电机9连接有工作电 机驱动器10和液压泵11，液压泵11连接有液压油箱13和油源块12，在平台车架28内设 有电源模块14、整车控制器15、GPS系统17、惯性导航系统18和无线通讯系统20，平台车 架28还设有前置IP摄像头16、后置IP摄像头8、前后安装有多个超声波传感器7，整车控 制器15通过CAN总线19与牵引电机驱动器3、工作电机驱动器10、GPS系统17、惯性导航 系统18、无线通讯系统20、前置IP摄像头16、后置IP摄像头8和超声波传感器7电相连， 整车控制器15通过无线通讯系统20与地面遥控控制台27无线连接。牵引电机4上安装 有相对型旋转编码器，牵弓I电机14、旋转编码器和电磁制动器5分别与牵弓I电机驱动器3相 连接，牵引电机驱动器3采集牵引电机4的转速和控制电机制动，并输出U、V、W三相电流对 牵引电机4进行变频控制。参见图1和图2，蓄电池1通过牵引电机驱动器3和工作电机驱动器10分别向牵 引电机4和工作电机9供电，牵引电机4 一端与电磁制动器5相连，另一端与减速机6输入 端相连，减速机6的输出端通过传动轴2将扭矩和转速分配给前后两个驱动轮29，工作电机 9与液压泵11相连产生液压能，以便给选配的工作装置提供液压动力源。整车控制器15、 牵引电机驱动器3、工作电机驱动器10、GPS系统17、惯性导航系统18、无线通讯系统20通 过控制总线一CAN总线19 (Controller Area Network，即控制器局域网络)相连，整车控制器15将采集的车载传感器信号和车辆状态信息处理打包后通过CAN总线19传给无线通 讯系统20进而将CAN总线19数据、前置IP摄像头16和后置IP摄像头8采集的压缩视频 信号传输至地面遥控控制台27。地面遥控控制台27的遥控操作者通过参考传回的车辆状 态(由状态显示仪表23显示)和实时视频图像(由液晶显示屏21显示)来操作地面遥控 控制台27发出遥控操作信号。地面遥控控制台27的控制面板上主要有工作装置操作手柄 22、行走装置操作手柄24、急停按钮25和4X4键盘26。无线通讯系统20接收到地面遥控 控制台27的发出的遥控操作信号后将其通过CAN总线19传送至整车控制器15。整车控制 器15收到遥控操作信号后将对牵引电机驱动器3和工作电机驱动器10发出相应指令，以 分别驱动牵引电机4和工作电机9实现无级变频调速。这样牵引电机4驱动车轮实现了机 器人平台的移动；工作电机9驱动液压泵11为选配的工作装置提供了液压动力源。整车控 制器15预留有12通道PWM输出、8通道数字量输出、8通道模拟量输入、8通道数字量输入 和4通道高速脉冲输入等多种I/O接口，以用来驱动所选配的工作装置上电液比例阀等执 行装置，进而实现了对所选配工作装置的控制。如此，实现了对该移动机器人平台的遥控操 作。针对不同的工况所述的机器人平台的工作装置支座可安装多自由度机械手，反铲挖掘 装置、正铲装载装置、液压破碎锤、液压剪、螺旋钻等多种工作装置，即可在危险环境中实现 移除/销毁危险物、土方挖掘装载、石块破碎等工作的机器人化，安全可靠，能保证工作人 员的安全和健康。所述的机器人平台在民用上用于运输，地震、火灾等危险环境下的侦察抢 险，及搭载农药喷洒等农用装置，在军事上可用作执行侦察、巡逻、搭载探测装置或武器等 任务的工具。整车控制器15通过CAN总线与各车载电子设备相连接。具体是超声波传感器7、 牵引电机驱动器3、工作电机驱动器10、GPS系统17、惯性导航系统18、无线通讯系统20通 过CAN总线19分别将所采集的超声波传感器7工作状态及外部障碍信息、牵引电机驱动器 3、工作电机驱动器10及牵引电机4、工作电机9的工作状态、GPS系统17工作状态及所采 集的位姿信息、惯性导航系统18工作状态及所采集的位姿信息、无线通讯系统20的工作状 态及远程控制数据传送至整车控制器15。整车控制器15根据所采集的信息及收到的远程 控制数据进行数据处理并将相应配置命令、执行命令通过CAN总线19传送至各车载电子设 备中；将打包好的整车状态数据通过CAN总线19传送至无线通讯系统20，进而传送回地面 遥控控制台27。前置IP摄像头16和后置IP摄像头8将光信号转变为视频信号再将其编码压缩 成MPEG4的数字格式，再通过无线网桥将编码压缩后的视频信号传输到所述的地面遥控控 制台27，经过解码后将视频信号显示在所述的地面遥控控制台27的屏幕上。使用了 CAN总线19、CAN/以太网转换、无线网络传输等新技术实现遥控功能。具 体实现是地面遥控控制台27发出遥控信号，无线网桥接收后通过CAN/以太网转换模块将 遥控信号转化为CAN总线19的数据格式，并通过CAN总线19传输给整车控制器15，整车控 制器19再根据遥控信号发出执行命令，从而实现遥控操作。使用了 GPS结合惯性导航的组合导航方式，实现所述机器人平台的定位定向。其前端和后端安装了超声波传感器7，实现对周围障碍物的探测，从而可有效避免 碰撞事故的发生。预留有多路PWM/数字量信号输出接口和液压动力源装置，可选配多种配套的工作装置。本实用新型的优点1、采用蓄电池供电，使用变频调速技术驱动电机，无尾气排放，噪声小、振动小，调 速平稳，工作效率高。2、特有的四轮驱动行走机构，两台牵引电机分别独立驱动两侧车轮，可实现360 度原地转向，移动性能好，环境适应性强。3、采用电机再生制动，制动力矩大，制动过程平稳，同时采用电磁制动器以保证在 意外事故时紧急停车。4、前后安装有多个超声波传感器，能及时发现平台周围障碍物，并可通过整车控 制器发出自主避障命令或提示操作人员人工避障。5、配备有高性能IP摄像头，能实时编码压缩视频信号，并能实现在占用较小的无 线通讯带宽资源的条件下传输高质量的视频信号。6、配备有液压动力源装置和多路电控信号I/O接口，可驳接多种电液驱动的工作 装置，是集机、电、夜一体化的典型应用。7、采用GPS和惯性导航系统组合导航，可精确的对平台进行定位定向。
权利要求一种遥控轮式移动机器人平台，包括平台车架(28)、车载电子设备和地面遥控控制台(27)，其特征是所述的平台车架(28)采用箱式结构，所述的车载电子设备安装在所述的平台车架(28)的箱体内，在所述的平台车架(28)上设有工作装置支座，在所述的平台车架(28)内设有蓄电池(1)，在所述的平台车架(28)两侧分别设有通过传动轴(2)传动的前后两个驱动轮(29)，在所述的平台车架(28)两侧的所述的驱动轮(29)分别有一个所述的驱动轮(29)通过减速机(6)与牵引电机(4)传动连接，所述的牵引电机(4)设有牵引电机驱动器(3)和电磁制动器(5)，工作电机(9)连接有工作电机驱动器(10)和液压泵(11)，所述的液压泵(11)连接有液压油箱(13)和油源块(12)，所述的牵引电机驱动器(3)和工作电机驱动器(10)与所述的车载电子设备电连接。
2.根据权利要求1所述的遥控轮式移动机器人平台，其特征是所述的车载电子设备 为整车控制器(15)、GPS系统(17)、惯性导航系统(18)、无线通讯系统(20)、前置IP摄像头 (16)、后置IP摄像头(8)和前后安装的多个超声波传感器(7)，所述的整车控制器(15)通 过CAN总线(19)与牵引电机驱动器(3)、工作电机驱动器(10)、GPS系统(17)、惯性导航系 统(18)、无线通讯系统(20)、前置IP摄像头(16)、后置IP摄像头(8)和超声波传感器(7) 电相连，所述的整车控制器(15)通过所述的无线通讯系统(20)与所述的地面遥控控制台 (27)无线连接。
3.根据权利要求1或2所述的遥控轮式移动机器人平台，其特征是所述的牵引电机 (4)上安装有相对型旋转编码器，牵引电机、旋转编码器和电磁制动器分别与电机驱动器相 连接，所述的电机驱动器采集电机的转速和控制电机制动，并输出U、V、W三相电流对电机 进行变频控制。
4.根据权利要求2所述的遥控轮式移动机器人平台，其特征是所述的前置IP摄像头 (16)和后置IP摄像头(8)将光信号转变为视频信号再将其编码压缩成MPEG4的数字格式， 再通过无线网桥将编码压缩后的视频信号传输到所述的地面遥控控制台(27)，经过解码后 将视频信号显示在所述的地面遥控控制台(27)的屏幕上。
5.根据权利要求1或2所述的遥控轮式移动机器人平台，其特征是所述的地面遥控 控制台(27)发出遥控信号，无线网桥接收后通过CAN/以太网转换模块将遥控信号转化为 CAN总线(19)的数据格式，并通过CAN总线(19)传输给所述的整车控制器(15)，所述的整 车控制器(15)再根据遥控信号发出执行命令，从而实现遥控操作。
专利摘要本实用新型公开了一种遥控轮式移动机器人平台，平台车架采用箱式结构，内设有车载电子设备、电池箱体。平台车架设有轮式四轮驱动行走装置，由牵引电机来驱动。车载电子设备主要包括电机驱动器、超声波传感器、IP摄像头、整车控制器、GPS、惯性导航系统、无线通讯系统。在地面遥控控制台上可查看所述机器人平台前后的视频图像、平台位置坐标和准确姿态，并可通过控制手柄和按钮操作所述机器人平台进行工作。所述机器人平台前后均安装有超声波传感器，有一定的自动避障功能。机器人平台在民用上用于运输，地震、火灾等危险环境下的侦察抢险，及搭载农药喷洒等农用装置，在军事上可用作执行侦察、巡逻、搭载探测装置或武器等任务的工具。
文档编号B60L11/18GK201626318SQ201020119129
公开日2010年11月10日 申请日期2010年2月26日 优先权日2010年2月26日
发明者付静, 何清华, 刘心昊, 张大庆, 赵喻明 申请人:湖南山河智能机械股份有限公司