一种六履带四摆臂救援机器人及其自主行走控制方法与流程

文档序号:12336340阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种六履带四摆臂救援机器人,其特征在于:包括机器人本体、两个行走履带组件和四个摆臂履带组件,所述机器人本体包括下箱腔体(17)、上箱腔体(8)、传感器腔体(9)、三个齿轮腔体和两个支撑轮腔体,所述上箱腔体(8)设置在下箱腔体(17)的上部,所述传感器腔体(9)设置在上箱腔体(8)的上部前侧,三个所述齿轮腔体分别为前齿轮腔体(63)、左后齿轮腔体(64)和右后齿轮腔体(65),所述前齿轮腔体(63)设置在下箱腔体(17)的前侧,所述左后齿轮腔体(64)设置在下箱腔体(17)的后方左侧,所述右后齿轮腔体(65)设置在下箱腔体(17)的后方右侧,两个所述支撑轮腔体分别为左支撑轮腔体(2)和右支撑轮腔体(60),所述左支撑轮腔体(2)设置在下箱腔体(17)的左侧,所述右支撑轮腔体(60)设置在下箱腔体(17)的右侧;两个行走履带组件分别为设置在左支撑轮腔体(2)上的左行走履带组件(4)和设置在右支撑轮腔体(60)上的右行走履带组件(7),四个摆臂履带组件分别为设置在左支撑轮腔体(2)前侧的左前摆臂履带组件(1)、设置在左支撑轮腔体(2)后侧的左后摆臂履带组件(3)、设置在右支撑轮腔体(60)前侧的右前摆臂履带组件(10)和设置在右支撑轮腔体(60)后侧的右后摆臂履带组件(6);

所述下箱腔体(17)内设置有用于驱动左行走履带组件(4)的左行走电机(18)和用于驱动右行走履带组件(7)的右行走电机(41);以及用于驱动左前摆臂履带组件(1)的左前摆臂电机(19)、用于驱动左后摆臂履带组件(3)的左后摆臂电机(58)、用于驱动右前摆臂履带组件(10)的右前摆臂电机(56)和用于驱动右后摆臂履带组件(6)的右后摆臂电机(57);所述下箱腔体(17)的外部前侧设置有用于对救援机器人前方的障碍物进行检测的超声波传感器(59);

所述上箱腔体(8)内设置有控制计算机(23)、电池(21)、变压器(24)、电机驱动器组(22)和三维数字罗盘(20);所述电机驱动器组(22)包括左行走电机驱动器(22-2)、右行走电机驱动器(22-1)、左前摆臂电机驱动器(22-5)、右前摆臂电机驱动器(22-3)、左后摆臂电机驱动器(22-6)和右后摆臂电机驱动器(22-4),所述左行走电机驱动器(22-2)、右行走电机驱动器(22-1)、左前摆臂电机驱动器(22-5)、右前摆臂电机驱动器(22-3)、左后摆臂电机驱动器(22-6)和右后摆臂电机驱动器(22-4)均与控制计算机(23)的输出端连接,所述左行走电机(18)与左行走电机驱动器(22-2)的输出端连接,所述右行走电机(41)与右行走电机驱动器(22-1)的输出端连接,所述左前摆臂电机(19)与左前摆臂电机驱动器(22-5)的输出端连接,所述右前摆臂电机(56)与右前摆臂电机驱动器(22-3)的输出端连接,所述左后摆臂电机(58)与左后摆臂电机驱动器(22-6)的输出端连接,所述右后摆臂电机(57)与右后摆臂电机驱动器(22-4)的输出端连接;所述超声波传感器(59)与控制计算机(23)的输入端连接;所述控制计算机(23)上接有用于与远程监控计算机(25)进行无线连接并通信的无线通信模块(26),所述无线通信模块(26)上接有伸出上箱腔体(8)外部的天线(5);

所述传感器腔体(9)内设置有环境信息传感器(27)、双目视觉传感器(28)、激光雷达传感器(29)和照明灯(30);所述环境信息传感器(27)的输出端、双目视觉传感器(28)的输出端和激光雷达传感器(29)的输出端均与控制计算机(23)的输入端连接;

所述前齿轮腔体(63)内设置有用于将左前摆臂电机(19)的动力传递给左前摆臂履带组件(1)的左前摆臂齿轮传动组件、用于将右前摆臂电机(56)的动力传递给右前摆臂履带组件(10)的右前摆臂齿轮传动组件、用于将左行走电机(18)的动力传递给左行走履带组件(4)的左行走齿轮传动组件和用于将右行走电机(41)的动力传递给右行走履带组件(7)的右行走齿轮传动组件;所述左后齿轮腔体(64)内设置有用于将左后摆臂电机(58)的动力传递给左后摆臂履带组件(3)的左后摆臂齿轮传动组件,所述右后齿轮腔体(65)内设置有用于将右后摆臂电机(58)的动力传递给右后摆臂履带组件(3)的右后摆臂齿轮传动组件;

所述左支撑轮腔体(2)内设置有左减震支架(49)和安装在左减震支架(49)上的左减震支撑轮组件,所述左支撑轮腔体外部设置有用于对救援机器人左侧的障碍物进行检测的左红外传感器(62);所述右支撑轮腔体(60)内设置有右减震支架(42)和安装在右减震支架(42)上的右减震支撑轮组件,所述右支撑轮腔体(60)外部设置有用于对救援机器人右侧的障碍物进行检测的右红外传感器(61);所述左红外传感器(62)和右红外传感器(61)均与控制计算机(23)的输入端连接。

2.按照权利要求1所述的一种六履带四摆臂救援机器人,其特征在于:所述环境信息传感器(27)包括温度传感器(27-1)、氧气传感器(27-2)、甲烷传感器(27-3)和一氧化碳传感器(27-4)。

3.按照权利要求1所述的一种六履带四摆臂救援机器人,其特征在于:所述左前摆臂履带组件(1)、右前摆臂履带组件(10)、左后摆臂履带组件(3)和右后摆臂履带组件(6)的结构相同且均包括摆臂轴(31)、摆臂支架(32)以及转动连接在摆臂支架(32)前端的摆臂前轮(33)和转动连接在摆臂支架(32)后端的摆臂驱动轮(34),所述摆臂轴(31)通过花键与摆臂支架(32)连接,所述摆臂支架(32)的中部转动连接有上下相对设置的摆臂上支撑轮(35)和摆臂下支撑轮(36),所述摆臂前轮(33)的直径小于摆臂驱动轮(34)的直径,所述摆臂前轮(33)、摆臂上支撑轮(35)、摆臂驱动轮(34)和摆臂下支撑轮(36)上跨接有摆臂橡胶履带(37),所述摆臂轴(31)上通过轴承(38)转动连接有摆臂套筒轴(39),所述摆臂驱动轮(34)固定连接在摆臂套筒轴(39)上。

4.按照权利要求3所述的一种六履带四摆臂救援机器人,其特征在于:所述左前摆臂齿轮传动组件、右前摆臂齿轮传动组件、左后摆臂齿轮传动组件和右后摆臂齿轮传动组件的结构相同且均包括摆臂电机锥齿轮(11)和与摆臂电机锥齿轮(11)啮合的摆臂轴锥齿轮(12),所述摆臂电机锥齿轮(11)固定连接在左前摆臂电机(19)、右前摆臂电机(56)、左后摆臂电机(58)或右后摆臂电机(57)的输出轴上,所述摆臂轴锥齿轮(12)与摆臂轴(31)固定连接。

5.按照权利要求3所述的一种六履带四摆臂救援机器人,其特征在于:所述左行走履带组件(4)和右行走履带组件(7)的结构相同且均包括主动行走轮(14)和从动行走轮(16),以及跨接在所述主动行走轮(14)和所述从动行走轮(16)上的行走橡胶履带(40),所述右行走履带组件(7)中的主动行走轮(14)固定连接在右前摆臂履带组件(10)中的摆臂套筒轴(39)上,所述右行走履带组件(7)中的从动行走轮(16)固定连接在右后摆臂履带组件(6)中的摆臂套筒轴(39)上,所述左行走履带组件(4)中的主动行走轮(14)固定连接在左前摆臂履带组件(1)中的摆臂套筒轴(39)上,所述左行走履带组件(4)中的从动行走轮(16)固定连接在左后摆臂履带组件(3)中的摆臂套筒轴(39)上。

6.按照权利要求5所述的一种六履带四摆臂救援机器人,其特征在于:所述左行走齿轮传动组件和右行走齿轮传动组件的结构相同且均包括行走电机锥齿轮(13)和与行走电机锥齿轮(13)啮合的行走轮锥齿轮(15),所述行走电机锥齿轮(13)固定连接在左行走电机(18)或右行走电机(41)的输出轴上,所述行走轮锥齿轮(15)与摆臂套筒轴(39)固定连接。

7.按照权利要求1所述的一种六履带四摆臂救援机器人,其特征在于:所述左减震支撑轮组件包括三个左减震支撑轮组(55),每个所述左减震支撑轮组(55)均包括与左减震支架(49)固定连接的左减震轮固定板(50)和与左减震轮固定板(50)通过左减震轮旋转轴(51)转动连接的左减震轮连接板(52),所述左减震轮连接板(52)的两端各转动连接有一个左减震轮(53),三个所述左减震支撑轮组(55)中的其中两个设置在左减震支架(49)的下部,三个所述左减震支撑轮组(55)中的另外一个设置在左减震支架(49)的上部,所述左减震支架(49)上固定连接有罩住三个左减震支撑轮组(55)的左减震护板(54)。

8.按照权利要求1所述的一种六履带四摆臂救援机器人,其特征在于:所述右减震支撑轮组件包括三个右减震支撑轮组(48),每个所述右减震支撑轮组(48)均包括与右减震支架(42)固定连接的右减震轮固定板(43)和与右减震轮固定板(43)通过右减震轮旋转轴(44)转动连接的右减震轮连接板(45),所述右减震轮连接板(45)的两端各转动连接有一个右减震轮(46),三个所述右减震支撑轮组(48)中的其中两个设置在右减震支架(42)的下部,三个所述右减震支撑轮组(48)中的另外一个设置在右减震支架(42)的上部,所述右减震支架(42)上固定连接有罩住三个右减震支撑轮组(48)的右减震护板(47)。

9.一种如权利要求1所述六履带四摆臂救援机器人的自主行走控制方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

步骤一、数据采集及传输:环境信息传感器(27)对救援机器人所处环境信息进行检测并将检测到的信号传输给控制计算机(23),双目视觉传感器(28)对救援机器人前方的道路环境图像进行检测并将检测到的信号传输给控制计算机(23),激光雷达传感器(29)对救援机器人与前方障碍物的距离进行检测并将检测到的信号传输给控制计算机(23),左红外传感器(62)对救援机器人左侧的障碍物进行检测并将检测到的信号传输给控制计算机(23),右红外传感器(61)对救援机器人右侧的障碍物进行检测并将检测到的信号传输给控制计算机(23),超声波传感器(59)用于对救援机器人前方的障碍物进行检测并将检测到的信号传输给控制计算机(23),三维数字罗盘(20)对救援机器人的姿态进行检测并将检测到的信号传输给控制计算机(23);控制计算机(23)将其接收到的环境信息传感器(27)输出的环境信息和双目视觉传感器(28)输出的救援机器人前方的道路环境图像通过无线通信模块(26)传输给远程监控计算机(25);

步骤二、数据分析处理,具体过程为:

步骤201、控制计算机(23)对其接收到的超声波传感器(59)输出的信号进行分析处理,判断出救援机器人行走环境中的前方是否有障碍物,并对其接收到的激光雷达传感器(29)输出的信号进行分析处理,判断出救援机器与前方障碍物的距离;

步骤202、控制计算机(23)对其接收到的左红外传感器(62)输出的信号进行分析处理,判断出救援机器人行走环境中的左侧是否有障碍物;

步骤203、控制计算机(23)对其接收到的右红外传感器(61)输出的信号进行分析处理,判断出救援机器人行走环境中的右侧是否有障碍物;

步骤204、控制计算机(23)对其接收到的三维数字罗盘(20)输出的救援机器人的姿态信号进行分析处理,判断出救援机器人行走环境为平坦路面、上斜坡还是下斜坡;

步骤三、机器人运动控制:控制计算机(23)根据步骤二中的数据分析处理结果,判断出救援机器人行走环境为平坦路面、上斜坡还是下斜坡,并判断出救援机器人行走环境中是否有障碍物及障碍物的方位,根据行走环境不同输出对左行走电机(18)、右行走电机(41)、左前摆臂电机(19)、左后摆臂电机(58)、右前摆臂电机(56)和右后摆臂电机(57)的控制信号,控制救援机器人行走;

当救援机器人行走环境为平坦路面时,所述控制计算机(23)通过左行走电机驱动器(22-2)驱动左行走电机(18),并通过右行走电机驱动器(22-1)驱动右行走电机(41),使左行走电机(18)和右行走电机(41)的转速相等,进行直线行驶;

当救援机器人行走环境为上斜坡时,所述控制计算机(23)通过左行走电机驱动器(22-2)驱动左行走电机(18),通过右行走电机驱动器(22-1)驱动右行走电机(41),通过左后摆臂电机驱动器(22-6)驱动左后摆臂电机(58),并通过右后摆臂电机驱动器(22-4)驱动右后摆臂电机(57),使左行走履带组件(4)中的主动行走轮(14)和右行走履带组件(7)中的主动行走轮(14)均接触地面,同时使左后摆臂履带组件(3)和右后摆臂履带组件(6)均支起接触地面,使救援机器人机身水平,左行走电机(18)的转速等于右行走电机(41)的转速,进行直线行驶;

当救援机器人行走环境为下斜坡时,所述控制计算机(23)通过左前摆臂电机驱动器(22-5)驱动左前摆臂电机(19),并通过右前摆臂电机驱动器(22-3)驱动右前摆臂电机(56),使左前摆臂履带组件(1)和右前摆臂履带组件(10)支起接触地面,同时使左行走履带组件(4)中的主动行走轮(14)和右行走履带组件(7)中的主动行走轮(14)均离开地面,使左行走履带组件(4)中的从动行走轮(16)和右行走履带组件(7)中的从动行走轮(16)均接触地面,使救援机器人机身水平,左行走电机(18)的转速等于右行走电机(41)的转速,进行直线行驶;

当救援机器人行走环境中前方有障碍物、右侧有障碍物或前方与右侧均有障碍物时,所述控制计算机(23)通过左行走电机驱动器(22-2)驱动左行走电机(18),并通过右行走电机驱动器(22-1)驱动右行走电机(41),先使右行走电机(41)的转速大于左行走电机(18)的转速,进行左拐弯行驶,再使左行走电机(18)的转速大于右行走电机(41)的转速,进行右拐弯行驶,使行驶路线呈半圆弧,绕过前方障碍物,最后再使左行走电机(18)和右行走电机(41)的转速相等,进行直线行驶;

当救援机器人行走环境中左侧有障碍物或前方与左侧均有障碍物时,所述控制计算机(23)通过左行走电机驱动器(22-2)驱动左行走电机(18),并通过右行走电机驱动器(22-1)驱动右行走电机(41),先使左行走电机(18)的转速大于右行走电机(41)的转速,进行右拐弯行驶,再使右行走电机(41)的转速大于左行走电机(18)的转速,进行左拐弯行驶,使行驶路线呈半圆弧,绕过左侧障碍物,最后再使左行走电机(18)和右行走电机(41)的转速相等,进行直线行驶;

当救援机器人行走环境中左侧与右侧均有障碍物时,所述控制计算机(23)通过左行走电机驱动器(22-2)驱动左行走电机(18),并通过右行走电机驱动器(22-1)驱动右行走电机(41),使左行走电机(18)和右行走电机(41)的转速相等,进行直线行驶;

当救援机器人行走环境中前方、左侧与右侧均有障碍物时,所述控制计算机(23)先通过左前摆臂电机驱动器(22-5)驱动左前摆臂电机(19),通过左后摆臂电机驱动器(22-6)驱动左后摆臂电机(58),通过右前摆臂电机驱动器(22-3)驱动右前摆臂电机(56),并通过右后摆臂电机驱动器(22-4)驱动右后摆臂电机(57),使救援机器人的左前摆臂履带组件(1)、左后摆臂履带组件(3)、右前摆臂履带组件(10)和右后摆臂履带组件(6)均转动,竖直支撑在地面上,所述控制计算机(23)再通过左行走电机驱动器(22-2)驱动左行走电机(18),并通过右行走电机驱动器(22-1)驱动右行走电机(41),使左行走电机(18)和右行走电机(41)的转速相等,进行直线行驶,越过障碍物,最后再使救援机器人的左前摆臂履带组件(1)、左后摆臂履带组件(3)、右前摆臂履带组件(10)和右后摆臂履带组件(6)放平,使左行走电机(18)和右行走电机(41)的转速相等,进行直线行驶。

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