一種具有二軸自穩云臺的自平衡探測機器人的制作方法

本發明涉及一種機器人，尤其是一種可以進行災害現場探測的機器人。

背景技術：

由于我國國土面積較大，省份較多，所以發生的自然災害較多，比如泥石流， 地震等等， 同時其他一些危險情況也存在著未知的環境。還有些救援情況，由于待檢測或待救援的有效區域較小，救援人員以及以往的救援或探測機器人體積相對較大，且移動能力相對較差，都難以進行施救作業或探測工作。

因此，救援系統的改善優化以及現代救援探測機器人的改良顯得尤為重要。

技術實現要素：

本發明的目的在于解決上述現有技術存在的缺陷，提出一種體積小巧，運動靈活可以進入各種惡劣災害現場，進行待救援人員的情況探測， 并通過熱成像儀確定其生命體征，同時將視頻信號告知搜救人員， 以提供給待救援人員最佳救助機會的一種具有二軸自穩云臺的自平衡探測機器人。

本發明通過以下技術方案實現：

一種具有二軸自穩云臺的自平衡探測機器人，包括兩輪式電動平衡車、設置在所述兩輪式電動平衡車上的二軸自穩云臺、固定在所述二軸自穩云臺上的探測儀器，所述的兩輪式電動平衡車包括底盤、受所述底盤驅動的兩個麥克納姆輪，所述的底盤內設置有底盤主控芯片，用于發送探測儀器采集的數據、根據所接收的手持設備或上位機的參數控制兩個麥克納姆輪轉速實現變速及轉向。

進一步地，所述的底盤主控芯片集成有用于實時確定機器人的準確位置的GPS模塊、根據車體姿態的變化保持車體平衡的三軸陀螺儀和三軸加速度計、無線圖像傳輸模塊，無線數據收發模塊，所述無線圖像傳輸模塊用于獲取并分析探測儀器采集的數據，所述無線數據收發模塊用于同手持設備或上位機之間進行信號接收和發送。

進一步地，所述的探測儀器包括用于實現圖像信號采集的工業攝像機和用于采集待救援人員信息的熱成像儀。

進一步地，所述工業攝像機由FPGA驅動控制器驅動，所述FPGA驅動控制器與所述底盤主控芯片電路連接，由所述底盤主控芯片控制啟動。

進一步地，所述的FPGA驅動控制器通過LVDS總線將工業攝像機采集的信號并行傳輸給底盤主控芯片。

進一步地，所述的底盤內設置有電機及電機驅動器，所述底盤主控芯片通過電機驅動器控制兩個電機帶動對應的兩個麥克納姆輪。

進一步地，所述的二軸自穩云臺通過云臺支架設在所述底盤上，包括兩向的控制電機、集成有用于自穩控制的三軸陀螺儀傳感器的云臺部分主控芯片，所述云臺部分主控芯片與兩向的控制電機電路連接。

進一步地，所述兩向的控制電機包括X向控制電機和Y相控制電機，各個控制電機均帶有電調。

進一步地，所述底盤內設置有用于供電的電池。

相比現有技術，本發明提供的具有二軸自穩云臺的自平衡探測機器人可以解決以往救援機器人體積過大、難以探測某些狹小區域的災害信息及人員受災待救援等情況，兩向麥克納姆輪的選用使得縱向的移動變的方便，底盤的運動不再受限，兩個車輪的設計縮小了車身體積， 可以極好的達到上述效果。同時較小的體積有利于機器人的運輸，更加符合救災情況的需求。

附圖說明

圖1為本發明實施例的立體結構示意圖。

圖2為本發明實施例的主視示意圖。

圖3為本發明實施例的側面示意圖。

圖4為本發明實施例的俯視示意圖。

圖中：1-麥克納姆輪；2-麥克納姆輪；3-底盤主體結構；4-底盤主控芯片；5-電機；6-電機驅動器；7-云臺支架；8-X向控制電機；9-Y向控制電機；10-云臺部分主控芯片；11-工業攝像機；12-熱成像儀；13-電池。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述，而所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。所有實施例，都屬于本發明保護的范圍。

如圖 1 至圖4所示，一種具有二軸自穩云臺的自平衡探測機器人，包括兩輪式電動平衡車、設置在所述兩輪式電動平衡車上的二軸自穩云臺、固定在所述二軸自穩云臺上的探測儀器，所述的探測儀器包括用于實現圖像信號采集的工業攝像機11和用于采集待救援人員信息的熱成像儀12。所述的兩輪式電動平衡車包括底盤3、受所述底盤驅動的第一麥克納姆輪1和第二麥克納姆輪2，所述的底盤3內設置有底盤主控芯片4，用于發送探測儀器采集的數據、根據所接收的手持設備或上位機的參數控制兩個麥克納姆輪轉速實現變速及轉向。同時所述底盤3內設置有用于供電的電池13，以滿足野外作業的需要，電池13可采用鋰電池，體積小重量輕。

具體而言，所述的底盤主控芯片4集成有用于實時確定機器人的準確位置的GPS模塊、根據車體姿態的變化保持車體平衡的三軸陀螺儀和三軸加速度計、無線圖像傳輸模塊，無線數據收發模塊，所述無線圖像傳輸模塊用于獲取并分析探測儀器采集的數據，所述無線數據收發模塊用于同手持設備或上位機之間進行信號接收和發送。

所述的底盤3內設置有電機5及電機驅動器6，所述底盤主控芯片4通過電機驅動器6控制兩個電機5帶動對應的兩個麥克納姆輪。

所述底盤主控芯片4通過電機驅動器6控制兩個電機5帶動對應的兩個底盤車輪工作，同時底盤主控芯片4實時采集三軸陀螺儀的信號以計算機器人當前相對地面的姿態及加速度、角速度，并通過姿態融合，卡爾曼濾波及PID控制等算法分析計算出保持平衡狀態所需的車輪轉速。并通過PWM脈寬調制改變占空比的方法得到維持機體平衡所需的轉速。同時通過此種方法控制兩輪的轉速可實現變速及轉向等動作。GPS模塊用于實時確定機器人的準確位置，由于救援現場情況的多變性與不確定性，位置的確定顯得尤為重要。

信息的探測主要通過攜帶在二軸自穩云臺上的工業攝像機11實現圖像信號的采集，熱成像儀12用于采集待救援人員的信息，工業攝像機的驅動采用所述底盤主控芯片4和 FPGA控制器相結合的方式， 所述FPGA驅動控制器由所述底盤主控芯片4控制啟動，FPGA 控制器負責相機的驅動、信號采集，同時通過LVDS總線將信號并行傳輸給底盤主控芯片4用于分析圖像數據。底盤主控芯片4分析工業相機及探測傳感器采集到的圖像信息及其他信息，通過無線收發模塊傳送給手持設備或上位機。

所述的二軸自穩云臺通過云臺支架7設在所述底盤3上，包括兩向的控制電機、集成有用于自穩控制的三軸陀螺儀傳感器的云臺部分主控芯片10，所述云臺部分主控芯片10與兩向的控制電機電路連接，所述兩向的控制電機包括X向控制電機8和Y相控制電機9，各個控制電機均帶有電調。

二軸自穩云臺部分的控制，主要靠陀螺儀采集數據，通過姿態融合，并加以濾波，獲得穩定的數據信息，以上述方法獲得運動的姿態角度，并與目標角度進行PID算法的處理，以達到穩定云臺的效果及上位機控制的目的。

本實施例的機器人可以實現兩種探測模式：自動探測模式、手動探測模式，而其中，自動探測模式是通過機器人本體上設置的底盤主控芯片4來實現控制的，而手動探測模式是通過手持設備或上位機實施其控制。所述無線收發模塊、無線圖像傳輸模塊與上位機、手持等設備對應，用于輸入各種調整參數，在調試設備與手動探測模式時使用。

最后應當說明的，本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。