本发明涉及科考机器人领域，尤其是涉及一种室内科考机器人。
背景技术：
室内科考机器人主要用于人类不便于进入的洞穴、墓葬、裂谷、塌陷区或危险环境的科学考察或文物抢救挖掘。现有的室内科考机器人一般是科考人员通过有线或者无线遥控来控制科考机器人前进、后退或转向。但是由于机器人左右侧履带或者轮胎与地面间的摩擦力始终不相等的原因，会造成反复的自动偏离操作方向，操作人员需要不断调整前进方向，很容易因操作失误而导致机器或科考对象受损。同时，洞穴等科考现场环境大多不是平面，现有的科考机器人多数只采用电子指南针或收发器进行方向识别，无法对机器人在非平面的位姿进行识别或调整。
科考现场中，对现场目标及环境信息的完整收集是保证科考内容准确性的重要环节，然而传统科考机器人对于布满灰尘泥土的环境无法清理并做出进一步探究而错过重要的科考内容，导致科考内容的准确性降低。此外，对于标本采集作业，可同时实现固体目标和液体目标采集的科考机器人较少，且采集效率偏低。
传统科考机器人不具有自主巡航科考能力，人工操作成本较高，科考进度慢。而由于传统科考机器人大多只携带摄像机，通过摄像机拍摄的图像控制机器人考察，使科考区域视野受到限制，对障碍物的分布及边界无法进行实时的科考任务规划设计，对科考进度有一定的影响。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有效防止机器人运动跑偏、提高科考准确性及科考效率的室内科考机器人。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种室内科考机器人，该科考机器人包括：
机器人本体；
控制计算机，用于对机器人本体发送控制指令及规划运动路径；
工控机，设于机器人本体内，并与控制计算机无线连接，用于接收或发布控制指令，所述的工控机设有wifi模块和发射天线；
底层驱动电路板，与工控机通过串口连接，用于对科考机器人的活动进行控制；
运动修正模块，与底层驱动电路板连接，用于对科考机器人的运动偏移进行修正，所述的运动修正模块包括电子指南针和imu，电子指南针和imu分别与底层驱动电路板连接；
清洁模块，固定在机器人本体前端，并与底层驱动电路板连接，用于对科考机器人所在的科考区域进行清洁或清理，所述的清洁模块包括支架、风力清洁机构和水流清洁机构；
采集模块，与底层驱动电路板连接，用于实现科考机器人对液体目标或固体目标的采集；
监控模块，与工控机连接，用于实现科考机器人的自动避障巡航；
感知模块，设于机器人本体的前端及后端，并与底层驱动电路板连接，用于检测科考机器人周围的障碍物信息；
运动模块，设于机器人本体上，并与底层驱动电路板连接，用于完成科考机器人的行驶及转向。
优选地，所述的风力清洁机构包括风机及与风机连接的出风管道，所述的水流清洁机构包括自吸泵及与自吸泵连接的水流管道，所述的风机固定在支架顶部，所述的自吸泵设于支架侧壁上，所述的水流管道固定在支架上，风机、自吸泵分别与底层驱动电路板连接。
优选地，所述的支架上设有向下倾斜的坡度端，出风管道的出风口与水流管道的喷水口分别架设在坡度端上。
优选地，所述的采集模块包括固液采集器、推杆电机、采集模块驱动单元和采集器电机，所述的固液采集器的一端与推杆电机通过固定螺栓固定，另一端与采集器电机连接，所述的采集器电机、推杆电机分别通过采集模块驱动单元与底层驱动电路板连接。
优选地，所述的固液采集器包括螺旋输送结构和扁钻头，所述的螺旋输送结构与采集器电机连接，螺旋输送结构的四周设有轴芯，所述的扁钻头固定在螺旋输送结构的底部，固液采集器的出口端设有橡胶塞。
优选地，所述的监控模块包括摄像机和激光雷达，所述的摄像机设于机器人本体四周，所述的激光雷达固定在机器人本体上，摄像机与激光雷达分别通过usb接口与工控机连接。
优选地，所述的自动避障巡航通过激光雷达对周围环境扫描并建立包括障碍物分布在内的科考区域全局地图，结合工控机的d*算法对环境地图处理后实现。
优选地，所述的运动模块包括履带电机驱动单元、设于机器人本体两侧的左履带、右履带以及分别与左履带、右履带连接的左履带电机和右履带电机，所述的左履带电机和右履带电机分别与履带电机驱动单元连接，所述的履带电机驱动单元与底层驱动电路板连接。
优选地，所述的感知模块包括设于机器人本体前侧的前端红外传感器及设于机器人本体后侧的后端红外传感器，前端红外传感器与后端红外传感器分别与底层驱动电路板连接，当前端红外传感器与后端红外传感器检测到障碍物时，履带电机驱动单元控制左履带电机与右履带电机首先停止转动，并立即向相反方向转动，直至前端红外传感器与后端红外传感器检测不到障碍物时，左履带电机与右履带电机停止转动。
优选地，所述的水流管道通过管卡固定在支架上。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明利用电子指南针及imu对科考机器人跑偏进行修正，电子指南针可对科考机器人进行方向识别，imu可对科考机器人进行位姿识别，imu获取位姿数据后，电子指南针再确定科考机器人的方向，能够更加有效的防止机器人自动跑偏的发生；
(2)本发明自带清洁模块，清洁模块及时利用风机和水流对考察环境的灰尘淤泥进行清理，避免错过重要的科考细节，提高科考内容的准确性；
(3)本发明的科考机器人配备固液采集器进行标本采集，推杆电机与固液采集器采用固定螺栓连接方便拆解，当进行采集操作时，利用推杆电机将固液采集器伸出，无需采集作业时可通过推杆电机将固液采集器收回，操作方便且节省空间；
(4)本发明采集模块的固液采集器采用了钻探式结构，利用扁钻头旋转采集固体标本，固体标本变成粉末后，拔掉橡胶塞即可倒出标本，结构简单，采集效率高；
(5)相比于传统的人工遥控更加智能便捷，本发明的科考机器人通过激光雷达对周围环境扫描并建立包括障碍物分布在内的科考区域全局地图，结合工控机的d*算法实现机器人的自动避障巡航，控制计算机通过全局地图进行路径规划，并将规划后的路径控制指令发送给科考机器人，提高了科考进度；
(6)本发明利用红外传感器检测科考机器人附近的障碍物，当科考机器人检测到障碍物时，可及时让小车停止运动并转向行驶至无障碍物区域，能够有效防止设备损害或科考目标被破坏。
附图说明
图1为本发明室内科考机器人的结构示意图；
图2为本发明室内科考机器人的采集模块的结构示意图；
图3为本发明室内科考机器人的清洁模块的主视结构示意图；
图4为本发明室内科考机器人的清洁模块的侧视结构示意图；
图中标号所示：
1、左履带电机，2、右履带电机，3、推杆电机，4、采集器电机，5、自吸泵，6、风机，7、履带电机驱动单元，8、采集模块驱动单元，9、清洁模块驱动单元，10、底层驱动电路板，11、电子指南针，12、imu，13、调压器，14、工控机，15、前端红外传感器，16、后端红外传感器，17、激光雷达，18、摄像机，19、锂电池，20、固定螺栓，21、固液采集器的出口端，22、橡胶塞，23、轴芯，24、螺旋输送结构，25、扁钻头，26、水流管道，261、喷水口，262、进水口，27、出风管道，271、出风口，28、支架，281、坡度端，29、管卡。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明涉及一种室内科考机器人，包括机器人本体、工控机14、控制计算机、底层驱动电路板10、运动修正模块、运动模块、采集模块、清洁模块、监控模块、感知模块和供电模块。
工控机14固定在机器人本体内，并设有wifi模块和发射天线。底层驱动电路板10与工控机14采用串口通信。运动修正模块包括电子指南针11和imu12(inertialmeasurementunit，惯性测量单元)，二者分别与底层驱动电路板10连接，用于对科考机器人跑偏进行修正，防止机器人自动跑偏的发生。
采集模块包括固液采集器、推杆电机3、采集模块驱动单元8和采集器电机4。采集模块驱动单元8的信号端与底层驱动电路板10连接，推杆电机3、采集器电机4分别与采集模块驱动单元8连接。推杆电机3设于固液采集器顶部，固液采集器包括轴芯23、螺旋输送结构24和扁钻头25，固液采集器与推杆电机3通过固定螺栓20固定，轴芯23与采集器电机4连接，扁钻头25固定在轴芯23的底部，轴芯23的四周设有螺旋输送机构24。固液采集器的出口端21设有橡胶塞22。
清洁模块包括自吸泵5、水流管道26、风机6、出风管道27、清洁模块驱动单元9和支架28。支架28固定在机器人本体的前端，支架28为柱形结构。支架28上设有向下倾斜的坡度端281。水流管道26通过管卡29固定在支架28上，且水流管道26的喷水口261位于坡度端281上，水流管道26的进水口262可以连接水箱或考察环境外的水容器。自吸泵5固定在支架28靠近水流管道26的进水口262侧。风机6固定在支架28的顶部，并与出风管道27连接，出风管道27的出风口271位于坡度端281上。自吸泵5和风机6分别与清洁模块驱动单元9连接，清洁模块驱动单元9与底层驱动电路板10连接。
运动模块设于机器人本体上，包括履带电机驱动单元7、设于机器人本体两侧的左履带、右履带以及与二者对应连接的左履带电机1和右履带电机2，履带电机驱动单元7的信号端与底层驱动电路板10连接，左履带电机1和右履带电机2分别与履带电机驱动单元7连接。
监控模块包括设于机器人本体四周的摄像机18和机器人本体前、后端的激光雷达17，摄像机18与激光雷达17分别通过usb接口与工控机14连接。摄像机18上设有光源和驱动其转动的电机，既可在暗光科考，又可通过转动摄像机18获取不同角度的场景。激光雷达17对周围环境扫描并建立包括障碍物分布在内的科考区域全局地图，结合工控机14的d*算法(d-star算法)对全局地图进行处理后实现机器人的自动避障巡航；控制计算机通过wifi模块接收全局地图进行路径规划，并将规划后的路径控制指令发送给科考机器人。
感知模块包括设于机器人本体前侧的前端红外传感器15及设于机器人本体后侧的后端红外传感器16，前端红外传感器15与后端红外传感器16分别与底层驱动电路板10连接。前端红外传感器15与后端红外传感器16可以检测机器人前后放安全距离内的障碍物。当前端红外传感器15与后端红外传感器16检测到障碍物(安全区出现障碍物)时，底层驱动电路板10控制履带电机驱动单元7，使左履带电机1、右履带电机2先停止转动，随即控制两部履带电机向相反方向转动(倒车)，两个传感器感知的障碍物消失后，两部履带电机再次停止，表明科考机器人已经在安全区域，随即等候下一步命令，包括控制计算机发布的运动指令或新的路径控制指令。
供电模块采用锂电池19，工控机14、履带电机驱动单元7、采集模块驱动单元8、清洁模块驱动单元9由锂电池19直接供电；锂电池19通过调压器13与底层驱动电路板10连接。
控制计算机与工控机14通过wifi模块进行远程通信。
控制计算机下达控制指令至科考机器人，控制指令经过wifi模块传到工控机14，并通过串口通信到达底层驱动电路板10中，底层驱动电路板10对命令进行处理后，向履带电机驱动单元7发出控制电平，使科考机器人两侧的左履带电机1和右履带电机2单独完成正转或反转动作，电机驱动履带转动，机器人行驶，两部电机的差速可使机器人完成转向运动。
底层驱动电路板10根据电子指南针11及imu12判断机器人的行驶方向是否偏离控制命令的方向，如果偏离，则通过控制左右侧履带电机的差速来调整方向，从而有效防止机器人自动跑偏。底层驱动电路板10根据前端红外传感器15与后端红外传感器16的信号停止左右侧电机的转动，避免机器人与障碍物碰撞。
对于需要清洁或清理的区域，控制计算机下达风机或水流清洁命令，命令通过wifi模块传输到工控机14，工控机14解析命令后通过串口向底层驱动电路板10发出控制信号，底层驱动电路板10向清洁模块驱动单元9发出驱动指令，独立或者同时控制自吸泵5、风机6工作。
固液采集器具有伸缩功能，利用螺旋输送结构24传送固体液体标本，采集固体时，扁钻头25钻探固体，固体被打碎经螺旋装置进入采集器保存，采集液体时可直接伸到液体采集。控制计算机下达标本采集指令，经过工控机14传到底层驱动电路板10，底层驱动电路板10首先令推杆电机3伸出，将采集装置弹出，然后启动采集器电机4开始采集，如果结束采集，则停止采集器电机4的转动，推杆电机3收缩，采集器被回收。固体标本变成粉末，液体标本不改变状态，拔掉橡胶塞22即可倒出标本。
工控机14上通过usb接口连接了激光雷达17，激光雷达17向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，激光雷达17自带驱动电机，通过自行转动扫描获取科考机器人360度范围的障碍物分布情况，并利用建图算法建立周围环境的地图，这个地图结合工控机14里的d*算法用于实现机器人的自动避障巡航，同时，地图通过wifi模块传回控制计算机，通过扫描地图进行科考任务规划。
本实施例优选的工控机14为nano赛扬四核j1900工控主机；优选的底层驱动电路板10为stm32单片机；采用的履带电机驱动单元7为l298n履带电机驱动单元，l298n履带电机驱动单元的信号端连接stm32单片机；优选的监控模块包括尚视通sst-n96摄像机和思岚rplidara2激光雷达；锂电池19采用乐德20000毫安时12v锂电池，通过调压器13为stm32单片机提供3.3v电源。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。