本發(fā)明涉及自動(dòng)機(jī)械裝置領(lǐng)域，特別是一種通用輪式機(jī)器人。

背景技術(shù)：

輪式移動(dòng)機(jī)器人在道路情況良好的條件下，能夠發(fā)揮其移動(dòng)速度快的優(yōu)勢，但是驅(qū)動(dòng)輪通常和底盤是剛性連接，即車輪直接固定在車架上，當(dāng)?shù)孛娓叩筒黄蕉疖囕喺饎?dòng)，車輪震動(dòng)會直接傳遞給機(jī)器人，使其顛簸嚴(yán)重，導(dǎo)致越野性能不足。

履帶式行走結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的越野性能，但存在移動(dòng)速度慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高、成本高等缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種通用輪式機(jī)器人，可以在野外復(fù)雜環(huán)境下具有較好的越障性能以及較高的行走速度。

本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種通用輪式機(jī)器人，包括機(jī)器人車體、綜合控制系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)以及傳感器系統(tǒng)；所述機(jī)器人車體為長方體上下兩層結(jié)構(gòu)，所述行走機(jī)構(gòu)設(shè)置在下層，所述綜合控制系統(tǒng)以及傳感器系統(tǒng)設(shè)置在上層；

所述行走機(jī)構(gòu)為雙側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述機(jī)器人車體的兩側(cè)每側(cè)均安裝有后驅(qū)動(dòng)齒輪、前驅(qū)動(dòng)齒輪、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、對準(zhǔn)齒輪、鏈輪、傳動(dòng)鏈條、前驅(qū)動(dòng)輪、后驅(qū)動(dòng)輪、減速器以及聯(lián)軸器；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過減速器、聯(lián)軸器將動(dòng)力輸出在電機(jī)軸上，并通過對準(zhǔn)齒輪與后驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合，所述后驅(qū)動(dòng)齒輪和所述鏈輪同軸，所述鏈輪帶動(dòng)傳動(dòng)鏈條將驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的扭矩傳遞給前驅(qū)動(dòng)齒輪；

所述綜合控制系統(tǒng)包括嵌入式工控主板，所述綜合控制系統(tǒng)與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器、傳感器系統(tǒng)相連；

所述傳感器系統(tǒng)包括攝像頭，拾音器，超聲波傳感器，gps模塊、激光傳感器以及wifi模塊；所述攝像頭、激光傳感器和gps模塊均連接至所述嵌入式工控主板。

進(jìn)一步地，所述行走機(jī)構(gòu)還包括有懸掛擺臂、獨(dú)立懸掛以及減震箱，所述前驅(qū)動(dòng)齒輪和傳動(dòng)鏈條安裝于所述減震箱內(nèi)，所述減震箱通過所述獨(dú)立懸掛和懸掛擺臂分別固定于所述機(jī)器人車體的上層和下層。

進(jìn)一步地，所述減震箱的左、右兩側(cè)與上側(cè)分別通過獨(dú)立懸掛固定于所述機(jī)器人車體上。

進(jìn)一步地，所述行走機(jī)構(gòu)中，安裝在同一側(cè)的前驅(qū)動(dòng)輪與后驅(qū)動(dòng)輪之間的軸距大于輪距的1.25倍。

進(jìn)一步地，安裝在左、右兩側(cè)的對準(zhǔn)齒輪關(guān)于后輪軸線對稱布置，用以保證電機(jī)輸出動(dòng)力在同一軸線上。

進(jìn)一步地，所述攝像頭為工業(yè)ccd相機(jī)，所述拾音器為標(biāo)準(zhǔn)音頻接頭。

進(jìn)一步地，所述綜合控制系統(tǒng)包括四路usb串口，兩路usb串口分別與左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器連接，一路與所述wifi模塊鏈接，一路與攝像頭連接。

進(jìn)一步地，所述通用輪式機(jī)器人的轉(zhuǎn)向方式采用差速轉(zhuǎn)向。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人車體的上層還設(shè)置有電源模塊，所述電源模塊包括鋰電池組與電源管理模塊，所述鋰電池組通過所述電源管理模塊連接至所述綜合控制系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果：

1、本發(fā)明采用雙側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，電機(jī)通過對準(zhǔn)齒輪帶動(dòng)后驅(qū)動(dòng)齒輪，后驅(qū)動(dòng)齒輪和鏈輪同軸來傳遞動(dòng)力，鏈輪帶動(dòng)傳動(dòng)鏈條將動(dòng)力傳遞給前驅(qū)動(dòng)齒輪，前驅(qū)動(dòng)齒輪輪和鏈條安裝在減震箱內(nèi)，使機(jī)器人既具有輪式移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)迅速的特點(diǎn)，又具有履帶式移動(dòng)機(jī)器人跨越障礙物的能力。

2、本發(fā)明采用機(jī)器人的軸距是輪距的1.25倍，這使得機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎性能進(jìn)一步提高。

3、本發(fā)明配備ccd相機(jī)，工控主板、超聲波避障以及wifi模塊等，能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在未知環(huán)境的局部的地圖重建、自主避障和傳輸實(shí)時(shí)的環(huán)境信息到終端設(shè)備，使其可以實(shí)現(xiàn)全天候未知環(huán)境的偵查。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的行走機(jī)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的電控原理示意圖。

圖中：1為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，2為機(jī)器人車體，3為減速器，4為聯(lián)軸器，5為對準(zhǔn)齒輪，6為后車輪，7為gps模塊，8為超聲波傳感器，9為激光傳感器，10為攝像頭，11為wifi模塊，12為鋰電池組，13為綜合控制系統(tǒng)，14為拾音器，15為獨(dú)立懸掛，16為后驅(qū)動(dòng)齒輪，17為后驅(qū)動(dòng)輪軸，18為鏈輪，19為電機(jī)軸，20為鏈條，21為懸掛支座，22為懸掛擺臂，23為前驅(qū)動(dòng)軸，24為減震箱。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

本實(shí)施例提供一種通用輪式機(jī)器人，整個(gè)結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要由由機(jī)器人車體、綜合控制系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)、傳感器系統(tǒng)構(gòu)成。

本實(shí)施例的移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，主要由機(jī)器人車體、前后驅(qū)動(dòng)齒輪、前后驅(qū)動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、鋰電池組、傳感器系統(tǒng)及綜合控制系統(tǒng)等具體零部件組成。機(jī)器人車體2采用長方體上下兩層結(jié)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)分布在車架下層，行走機(jī)構(gòu)采用雙側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，電機(jī)通過對準(zhǔn)齒輪帶動(dòng)后驅(qū)動(dòng)齒輪，后驅(qū)動(dòng)齒輪和鏈輪同軸來傳遞動(dòng)力，鏈輪帶動(dòng)傳動(dòng)鏈條將動(dòng)力傳遞給前驅(qū)齒輪，前驅(qū)動(dòng)齒輪與前驅(qū)動(dòng)輪同軸，用以保證機(jī)器人有足夠的驅(qū)動(dòng)力。前驅(qū)動(dòng)齒輪和鏈條安裝在減震箱內(nèi)，減震箱上側(cè)通過獨(dú)立懸掛與上層車架固定，上層車架安裝有攝像頭、激光傳感器、wifi模塊、鋰電池組、綜合控制系統(tǒng)等。

在本實(shí)施例中，如圖2所示，所述行走機(jī)構(gòu)具體為：

所述行走機(jī)構(gòu)采用輪式行走機(jī)構(gòu)，采用鏈條傳動(dòng)方式，其主要包括鏈輪18、傳動(dòng)鏈條20、后驅(qū)動(dòng)齒輪16、懸掛擺臂22、獨(dú)立懸掛15、減震箱24、驅(qū)動(dòng)電機(jī)1。所述移動(dòng)機(jī)器人的車體每側(cè)安裝對準(zhǔn)齒輪5、鏈輪18、懸掛擺臂22、獨(dú)立懸掛15、減震箱24，減速器3、聯(lián)軸器4，驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過減速器、聯(lián)軸器將動(dòng)力輸出在電機(jī)軸19上，通過對準(zhǔn)齒輪5和后驅(qū)動(dòng)齒輪16嚙合，后驅(qū)動(dòng)齒輪16和鏈輪18同軸，該鏈輪18帶動(dòng)傳動(dòng)鏈條20將驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的扭矩傳遞給前驅(qū)動(dòng)齒輪23，前驅(qū)動(dòng)齒輪23和鏈條20安裝于減震箱內(nèi)，減震箱通過獨(dú)立懸掛和懸掛擺臂分別固定于車架上。采用這種布置使得移動(dòng)機(jī)器人有更好的越障性能。對準(zhǔn)齒輪關(guān)于后輪軸線對稱布置，使電機(jī)輸出動(dòng)力在同一軸線上，同時(shí)軸距大于輪距的1.25倍，采用此種輪距和軸距能使得機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)滑移轉(zhuǎn)向，即可使機(jī)器人具有輪式機(jī)器人移動(dòng)迅速的特點(diǎn)，又具有履帶式機(jī)器人越野的能力，整體提升了機(jī)器人的通過能力、越野能力和轉(zhuǎn)向靈活性。所述前驅(qū)動(dòng)齒輪與后驅(qū)動(dòng)齒輪分別與前車輪與后車輪6剛性相連，用以控制同側(cè)車輪以相同速度轉(zhuǎn)動(dòng)。

在本實(shí)施例中，所述傳感器系統(tǒng)具體為：

包括：攝像頭10，拾音器14，超聲波傳感器8，gps模塊7、激光傳感器9。其中，激光傳感器為激光測距儀。攝像頭、激光測距儀和gps模塊與嵌入式工控主板連接，嵌入式工控主板根據(jù)現(xiàn)有的信息實(shí)現(xiàn)局部地圖重建，有利于自主導(dǎo)航和規(guī)劃路徑，進(jìn)行機(jī)器人的視覺導(dǎo)航與定位、目標(biāo)識別，完成視頻偵查；同時(shí)將視頻信號通過嵌入式工控主板將其壓縮后的視頻信號傳輸給在局域網(wǎng)內(nèi)的各個(gè)終端，經(jīng)過解壓縮處理，顯示在終端顯示器中；拾音器采用標(biāo)準(zhǔn)的音頻接頭連接到工控板，采集機(jī)器人周圍的環(huán)境聲音信息，通過wifi模塊11發(fā)送音頻信息到終端，完成機(jī)器人的音頻偵查；多組超聲波傳感器采用發(fā)射超聲波來探測機(jī)器人移動(dòng)過程中的障礙物以避免發(fā)生碰撞；gps模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的導(dǎo)航定位，當(dāng)無線通信發(fā)生故障或是受到干擾，為了防止平臺在野外環(huán)境中發(fā)生丟失，采用gps對機(jī)器人進(jìn)行定位。

較佳的，所述傳感器系統(tǒng)還可以根據(jù)實(shí)際需要搭載更多不同類型的傳感器，例如溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器等。

在本實(shí)施例中，所述綜合控制系統(tǒng)13具體為：

以嵌入式工控主板為基礎(chǔ)構(gòu)成，并與機(jī)器人所搭載裝置相連，如：電機(jī)控制器、攝像頭、wifi模塊、激光測距儀、紅外傳感器等。綜合控制系統(tǒng)設(shè)置有有四路usb串口，兩路usb串口通過usb轉(zhuǎn)rs485分別控制左右兩側(cè)電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器，用來實(shí)現(xiàn)控制機(jī)器人行走，一路usb與ccd相機(jī)鏈接完成視頻采集，一路usb與wifi板相連接，把圖像信息、發(fā)送機(jī)器人的狀態(tài)信息、電池電量、電機(jī)控制器故障信息等發(fā)送給終端，同時(shí)完成接收指控終端的指令信息，如機(jī)器人的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、中心轉(zhuǎn)向、視頻切換等。如圖3所示，綜合控制系統(tǒng)內(nèi)配置有電池電量采集模塊、速度傳感器模塊、溫度傳感器模塊、煙霧傳感器模塊，實(shí)時(shí)采集鋰電池剩余電量、機(jī)器人的工作速度、工作環(huán)境的溫度和濕度等，為機(jī)器人的感知外部環(huán)境提供參考依據(jù)。同時(shí)工控主板有豐富的資源，可以做更高程度的自主控制算法，方便以后的功能擴(kuò)展和產(chǎn)品升級。

特別的，在本實(shí)施例中，所述通用輪式機(jī)器人的轉(zhuǎn)向方式采用差速轉(zhuǎn)向。所述機(jī)器人車體的上層還設(shè)置有電源模塊，所述電源模塊包括鋰電池組12與電源管理模塊，所述鋰電池組通過所述電源管理模塊連接至所述綜合控制系統(tǒng)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。