的爬坡轮22,所述爬坡轮22 与驱动轮21联动连接，且还通过一摆臂23连接。
[0023] 通过采用上述技术方案，在救援机器人进行救援的过程中，在平坦的路面时，摆臂 23带动爬坡轮22向上翘起，不予地面接触，这时驱动轮21快速转动，驱动机器人在煤矿 内的地面上快速移动，这样就可以有效的避免【背景技术】中履带式机器人移动速度过慢的问 题，当遇到上坡或是阶梯时，摆臂23摆动，将爬坡轮22放置到上坡的高处或者是机器人所 在阶梯的更高一阶梯，之后爬坡轮22转动，将机器人带到坡的高处或是更高一阶梯，这样 就可以有效的完成爬坡或是爬阶梯的动作，相比于现有的轮式机器人，通过摆臂23和爬坡 轮22的设置就可以有效适应多种地形，因而本实施例的救援机器人比现有的履带式和轮 式机器人更能够适用于煤矿的救援工作。
[0024] 参照图4所示，本实施例所采用的第一主控芯片71为AT89C51单片机，由于驱动 轮21是开环控制的，因而只采用一个51单片机控制两边的驱动轮21，如图所示，第一开关 电路72中的主控元件为单刀双掷开关，其余元件为辅助元件，本实施例中的驱动电机3设 有2个，分别相对设置在机器人的两侧，同时每一驱动电机3配套设置两个单刀双掷开关作 为控制元件，其中的一个单刀双掷开关控制供给驱动电机3的正向电流，另一个单刀双掷 开关控制供给驱动电机3的反向电流，因而本实施例所采用的驱动电机3为无刷电机，这 样在需要驱动机器人前进的时候，第一主控芯片71输出信号到单刀双掷开关（本实施例所 采用的单刀双掷开关为磁保持继电器，其线圈耦接至如图中所示的PlO ;P11 ;P3. 2 ;P3. 3， 通过单片机的这四个引脚来控制磁保持继电器的通断，一个引脚控制两个磁保持继电器线 圈）处，信号从51单片机发出，经过如图所示的由3个三极管组成的多级放大电路将这个 信号进行放大，在信号放大之后输入到IGBT单管进行PWM调制，然后再与单刀双掷开关相 配合来驱动驱动电机3,若是此时四个线圈同时控制单刀双掷开关接通电机的正向电路，那 么就会出现同时提供给两个驱动电机3正转的PWM波，那么两个驱动电机3就会同时正转， 这样机器人就会前进移动，当机器人需要后退的时候，第一主控芯片71输出信号到单刀双 掷开关处，同时提供给两个驱动电机3反转的PWM波，这时两个驱动电机3就会同时反转， 这样机器人就会倒退，当主控芯片输出信号到单刀双掷开关处，提供一个驱动电机3正转 PWM波，提供另一个驱动电机3反转PWM波，这样机器人就会转弯，这样通过驱动电机3驱动 电路的设置，就可以有效的驱动机器人前进、后退和转弯了。
[0025] 当上述驱动电机3转动之后，第一联动机构4就会动作，在本实施例中，第一联动 机构4设有两个，分别相对设置在机器人的相对两侧，对应联动对应侧的驱动轮21，如图2 所示，在驱动电机3转动的时候，驱动电机3就会带动传动小齿轮43转动，传动小齿轮43 进一步带动传动大齿轮42转动，之后传动大齿轮42带动行星齿轮减速器的输入轴转动，行 星齿轮减速器将这个转动减速后从输出轴输出，由于本实施例中链轮44是同轴固定在行 星减速器41输出轴上的，所以链轮44就会转动，同时由于每个驱动轮21和爬坡轮22上都 设有链轮44,且各个链轮44之间通过链条连接，所以在行星减速器41输出轴上的链轮44 转动的时候，就会带动驱动轮21以及爬坡轮22转动，这样就可以有效的驱动机器人前进、 后退以及转弯了。
[0026] 参照图5所示，本实施例的摆动电机5驱动电路包括第二主控芯片81和第二开关 电路82,本实施例中，鉴于煤矿防爆要求，摆动电机5仅设置一个，同时根据摆臂23的角度 需要，该电机同样为无刷电机，其正转；反转以及调速的原理与驱动电机3驱动电路相同， 因而不再赘述，不同之处在于，如图所示，将单片机的P3. 2 ;P3. 3和P3. 4均连接至一轴角编 码器，作为轴角编码器的A ;B ;C三相电流，因为A相连接外中断P3. 2引脚INTO,所以摆臂 转动引起的每一个电压脉冲都会触发单片机的外部中断。通过编制INTO中断子函数（此 处采用INTO的上升沿中断），就可以实现对轴角编码器输出脉冲个数的准确计算，经换算 后即得转动轴转过的精确角位移。
[0027] 轴角编码器与机器人的摆臂同轴安装，因此，通过对轴角编码器所输出的相位差 90度的两路电压脉冲信号A和B进行鉴相，就能够判别摆臂正转或反转。正转时，A信号的 相位超前B信号90度，A信号上升沿时，B信号为低电平。反转时，A信号的相位延后B信 号90度，A信号上升沿时，B信号为高电平。因此，通过中INTO中断子函数中读取B信号的 电压高低，就可以判别轴角编码器的转向，亦即摆臂的转向，正转时脉冲计数加 1，反转时脉 冲计数减1。
[0028] I相连接外中断INT1，所以摆臂转动经过零点时，会触发单片机的外部中断INT1。 通过编制INTl中断子函数（此处采用INTl的上升沿中断），可以实现对摆臂零度点的校 正，以修正角位移的偏差。
[0029] 摆臂角位移计算公式为：
[0030]
【主权项】
1. 一种自适应地形的多自由度救援机器人，包括机器人本体（1)以及设置在下方用于 驱动机器人本体（1)运动的驱动装置（2)，其特征在于：所述驱动装置（2)包括设置在机器 人本体（1)下方的驱动轮（21)和设置在机器人本体（1) 一侧的爬坡轮（22)，所述爬坡轮 (22)与驱动轮（21)联动连接，且还通过一摆臂（23)连接，所述机器人本体（1)内设有驱动 电机（3)，所述驱动电机（3)与驱动轮（21)通过第一联动机构（4)联动，所述机器人本体 (1)内还设有驱动电机驱动电路（7)，所述驱动电机驱动电路（7)与驱动电机（3)耦接，所 述驱动电机驱动电路（7)包括： 第一主控芯片（71)，为AT89C51单片机，该单片机的PlO 口耦接一电阻后耦接一三极 管的基极，且该三极管的集电极耦接一电感后接电源，其中该电感还并联有一二极管，该单 片机的Pll 口耦接一电阻后耦接一三极管的基极，且该三极管的集电极耦接一电感后接 电源，其中该电感还并联有一二极管，且该单片机的P3. 2 口耦接一电阻后接一三极管基 极，且该三极管的集电极耦接一电感后接电源，其中该电感还并联有一二极管，该单片机的 P3. 3 口耦接一电阻后耦接一三极管的基极，且该三极管的集电极耦接一电感后接电源，其 中该电感还并联有一二极管； 第一开关电路（72)，包括四个单刀双掷开关，其中每两个开关为一组其一端均与一个 驱动电机（3)电连接，另一端均电连接至电源，同时还耦接有一二极管，该二极管的阴极与 单刀双掷开关耦接，阳极耦接有两个相互并联的开关管，两个开关管的栅极相互连接后与 两个三极管耦接，其中一个三极管的发射极与另一个三极管的集电极耦接后与开关管栅极 耦接，两个三极管的基极相互连接后耦接一电阻后接电源，同时还耦接一个三极管的集电 极，该三极管的发射极接地，基极耦接至上述AT89C51单片机的I/O 口； 所述机器人本体（1)内设有摆动电机（5)，所述摆动电机（5)与摆臂（23)通过第二联 动机构（6)联动，所述机器人本体（1)内还设有摆动电机驱动电路（8)，所述摆动电机驱动 电路⑶与摆动电机（5)耦接，所述摆动电机驱动电路⑶包括： 第二主控芯片（81)，为AT89C51单片机，该单片机的PlO 口该单片机的PlO 口耦接一电 阻后耦接一三极管的基极，且该三极管的集电极耦接一电感后接电源，其中该电感还并联 有一二极管，该单片机的Pll 口耦接一电阻后耦接一三极管的基极，且该三极管的集电极 耦接一电感后接电源，其中该电感还并联有一二极管，该单片机的P3. 2和P3. 3 口均耦接有 一编码器； 第二开关电路（82)，包括两个单刀双掷开关，其一端均与一个驱动电机（3)电连接， 另一端均电连接至电源，同时还耦接有一二极管，该二极管的阴极与单刀双掷开关耦接，阳 极耦接有开关管，开关管的栅极与两个三极管耦接，其中一个三极管的发射极与另一个三 极管的集电极耦接后与开关管栅极耦接，两个三极管的基极相互连接后耦接一电阻后接电 源，同时还耦接一个三极管的集电极，该三极管的发射极接地，基极耦接至上述AT89C51单 片机的P2. 0 口； 所述第一联动机构（4)包括行星减速器（41)、与行星减速器（41)输入轴同轴固定的传 动大齿轮（42)、套接在驱动电机（3)转轴上的传动小齿轮（43)以及用于与驱动轮（21)链 条传动的链轮（44)，所述传动大齿轮（42)与传动小齿轮（43)相啮合； 所述第二联动机构（6)包括传动轴（61)、与传动轴（61)同轴固定的链轮（44)以及套 设在传动轴(61)上的轴承(62)，所述摆臂（23)与轴承(62)套固定连接，所述轴承(62)套 上同轴固定有大齿轮（63)，所述大齿轮（63)上啮合有小齿轮（64)，且小齿轮（64)与摆动 电机（5)转轴同轴固定。
2.根据权利要求1所述的自适应地形的多自由度救援机器人，其特征在于：所述爬坡 轮（22)和驱动轮（21)均为充气轮胎。
【专利摘要】本发明公开了一种自适应地形的多自由度救援机器人，包括机器人本体以及设置在下方用于驱动机器人本体运动的驱动装置，所述驱动装置包括设置在机器人本体下方的驱动轮和设置在机器人本体一侧的爬坡轮，所述爬坡轮与驱动轮联动连接，且还通过一摆臂连接。本发明的自适应地形的多自由度救援机器人，通过驱动轮的设置就可以使得机器人能够快速有效的运动，通过爬坡轮的设置就可以有效的增强机器人的地形适应能力。
【IPC分类】B60K25-06, B60K17-04, B62D57-02
【公开号】CN104828167
【申请号】CN201510243076
【发明人】何涛, 庞继红, 孙树峰, 王微科, 张洁
【申请人】温州大学瓯江学院
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月13日