一种基于智能交互的分体式全景探测机器人及其方法

本发明属于机器人，具体涉及一种基于智能交互的分体式全景探测机器人及其方法。

背景技术：

1、近年来，随着科技的发展，四足机器人协同无人机工作在灾难救援事故发生时，迅速采集信息并完成有效救援发挥着重要作用，但是，在大型事故现场，启用多架机器人和无人机执行任务时，为了以最快的速度完成信息收集，如何防止混乱情况的发生，并实现无人机安全起飞和精准启停仍待解决和优化。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于智能交互的分体式全景探测机器人及其方法，用于解决多架四足机器人和无人机执行任后返回舱室的智能识别、四足机器狗舱门开启指令接收、多架无人机回舱无序混乱的技术问题。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种基于智能交互的分体式全景探测机器人，包括四足机器人，四足机器人负责完成低空探测；四足机器人上设置有停机舱，停机舱内放置有无人机，无人机和四足机器人之间通过无线通信与北斗导航连接，无人机用于获取四足机器人视角受限下的前行道路路况信息；当四足机器人遇障时，配合无人机共同完成高空探测任务；四足机器人上安装有太阳能板，太阳能板分别连接电源模块。

4、具体的，四足机器人包括机器人躯体，机器人躯体的前后两端分别通过支持框架结构连接对应的摄像头，机器人躯体的两侧对称设置有四个机器人足，停机舱设置在机器人躯体的顶部。

5、进一步的，机器人躯体内设置有主控板，主控板分别连接用于驱动机器人足运动的直流电机，以及摄像头。

6、更进一步的，主控板上载有微处理器和惯性测量模块，惯量测量模块用于测量四足机器人的位姿状态信息，微处理器通过驱动模块连接对应的直流电机，通过无线通信模块与无人机连接，并分别连接电源模块和摄像头。

7、具体的，机器人足包括第一舵机，第一舵机设置在机器人躯体上，依次经第二舵机、连接杆和轴承与腿杆连接，腿杆的一端设置有半球形结构的足底。

8、具体的，无人机选用四旋翼电驱动无人机。

9、具体的，停机舱为下沉式结构，停机舱内设置有无人机底座，无人机底座上对应旋翼设置有销钉；停机舱内设置有电磁吸合装置，电磁吸合装置通电后产生电磁吸力，使销钉与机器人躯干紧固连接。

10、具体的，停机舱的上方设置有舱盖，舱盖的一侧与带轨弧形齿轮杆的一端连接，带轨弧形齿轮杆的另一端通过齿轮与步进电机连接，带轨弧形齿轮杆上设置有圆柱形卡扣。

11、本发明的另一技术方案是，一种基于智能交互的分体式全景探测机器人的工作方法，包括以下步骤：

12、s1、四足机器人探测环境，判断机器人探测视觉是否受阻；当探测视觉受阻后，记录当前位置信息；

13、s2、无人机启动探测环境信息，获取环境信息回传至四足机器人；

14、s3、四足机器人接收步骤s2得到的信息，采用dwa动态窗口法进行路径规划避开障碍物或原地待命转由无人机完成探测任务；

15、s4、四足机器人避开障碍物或无人机完成探测任务后，通过无线传输模块发送定位申请，导航系统定位无人机和四足机器人的位置信息，并确定对接汇合点，通过无线传输模块将汇合点位置信息发送至无人机和四足机器人；

16、s5、无人机返回四足机器人，智能识别四足机器人上的合作标志，锁定后开启舱门并降落；

17、s6、重复步骤s2继续探测，或者通过北斗导航发送指定位置信息返回。

18、具体的，步骤s2中，首先建立世界坐标系(u,v,w)和无人机的机体坐标系(x1,y1,z1)，建立—种地面上的世界系与无人机机体坐标系之间的转换关系；然后推导无人机旋转部分运动学方程，通过给定移动升力以及旋转俯仰角横滚角θ以及偏航角ψ控制无人机的起飞过程。

19、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

20、(1)本发明实施例提供的基于智能交互的分体式全景探测机器人，无人机可飞行至一定高度，在视觉传感器的帮助下具有全局视野的优势，可以弥补四足机器人在地面空间视野受限的劣势；同样地，四足机器人的快速定位地面目标的优势与长续航高负载的优势，可以弥补无人机在空中续航时间短、负载能力小的劣势；通过四足机器人和两架无人机协同交互，在短时间内完成对事故现场信息的采集。

21、(2)多个四足机器人协同无人机工作，无人机回舱时，通过对舱盖上合作标志的有效识别完成对目标机器人的锁定，完成两者的智能匹配后，位于机器人背部的双电容传感器有效识别无人机飞行动作后打开舱门，无人机回舱。能够有效防止误匹配，提高降落的可靠性。

22、(3)两架无人机同时返回时，通过对无人机的角色限定，分为主中心人机和邻居无人机，完成角色分配后，中心无人机根据其邻居的位置、速度等位置信息进行回舱路径规划，在保障安全的前提下顺利返回，一定程度上减少了因无人机集群工作导致的混乱。

23、综上所述，本发明实现了无人机与四足机器人智能全景探测的功能，增强了多架无人机与四足机器人协同交互功能，完善了无人机返回舱室时的智能识别，通过主从机角色分配使两架无人机安全、稳定降落至舱室，有利于在短时间内完成信息采集，提高了无人机回舱的安全性。

24、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种基于智能交互的分体式全景探测机器人，其特征在于，包括四足机器人，四足机器人负责完成低空探测；四足机器人上设置有停机舱(2)，停机舱(2)内放置有无人机，无人机和四足机器人之间通过无线通信与北斗导航连接，无人机用于获取四足机器人视角受限下的前行道路路况信息；当四足机器人遇障时，配合无人机共同完成高空探测任务；四足机器人上安装有太阳能板，太阳能板分别连接电源模块。

2.根据权利要求1所述的基于智能交互的分体式全景探测机器人，其特征在于，四足机器人包括机器人躯体(4)，机器人躯体(4)的前后两端分别通过支持框架结构(6)连接对应的摄像头(3)，机器人躯体(4)的两侧对称设置有四个机器人足(5)，停机舱(2)设置在机器人躯体(4)的顶部。

3.根据权利要求2所述的基于智能交互的分体式全景探测机器人，其特征在于，机器人躯体(4)内设置有主控板，主控板分别连接用于驱动机器人足(5)运动的直流电机，以及摄像头(3)。

4.根据权利要求3所述的基于智能交互的分体式全景探测机器人，其特征在于，主控板上载有微处理器和惯性测量模块，惯量测量模块用于测量四足机器人的位姿状态信息，微处理器通过驱动模块连接对应的直流电机，通过无线通信模块与无人机连接，并分别连接电源模块和摄像头(3)。

5.根据权利要求1所述的基于智能交互的分体式全景探测机器人，其特征在于，机器人足(5)包括第一舵机(7)，第一舵机(7)设置在机器人躯体(4)上，依次经第二舵机(12)、连接杆(8)和轴承(9)与腿杆(11)连接，腿杆(11)的一端设置有半球形结构的足底(10)。

6.根据权利要求1所述的基于智能交互的分体式全景探测机器人，其特征在于，无人机选用四旋翼电驱动无人机。

7.根据权利要求1所述的基于智能交互的分体式全景探测机器人及其方法，其特征在于，停机舱(2)为下沉式结构，停机舱(2)内设置有无人机底座(17)，无人机底座(17)上对应旋翼设置有销钉(18)；停机舱(2)内设置有电磁吸合装置，电磁吸合装置通电后产生电磁吸力，使销钉(18)与机器人躯干(4)紧固连接。

8.根据权利要求1所述的基于智能交互的分体式全景探测机器人及其方法，其特征在于，停机舱(2)的上方设置有舱盖(19)，舱盖(19)的一侧与带轨弧形齿轮杆(20)的一端连接，带轨弧形齿轮杆(20)的另一端通过齿轮(23)与步进电机(21)连接，带轨弧形齿轮杆(20)上设置有圆柱形卡扣(22)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述基于智能交互的分体式全景探测机器人的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的基于智能交互的分体式全景探测机器人工作方法，其特征在于，步骤s2中，首先建立世界坐标系(u,v,w)和无人机的机体坐标系(x1,y1,z1)，建立一种地面上的世界系与无人机机体坐标系之间的转换关系；然后推导无人机旋转部分运动学方程，通过给定移动升力以及旋转俯仰角横滚角θ以及偏航角ψ控制无人机的起飞过程。

技术总结
本发明公开了一种基于智能交互的分体式全景探测机器人及其方法，在智能四足机器人内部增加了翻盖式停机坞设计，智能四足机器人可以同时收纳两个无人机进舱和启停工作，通过步进电机控制的翻盖式结构使无人机能够停入机器狗内部，提高二者的协调性；在机器人舱盖上设计合作标志，完成了四足机器人和无人机的智能匹配，通过设计于机器人背部的非电容式传感器识别无人机飞行动作打开舱门完成进舱，实现了无人机对目标机器人的锁定，有效防止误匹配，提高了降落的可靠性。该机器人结合了四足机器人与无人机二者各自的优点，使得机器人整体抗干扰、避障等能力加强，智能交互更加灵活，并在一定程度上扩大了探测范围和探测精度。

技术研发人员：林海,程荣荣,章煜,沈成硕,李童尧,白镇赫,路锐行,冯英镔,严毅航,董媛,王博
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7