本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，具體是一種用于高危作業(yè)的機(jī)器人。

背景技術(shù)：

鑒于主從遙控操作機(jī)器人技術(shù)的重大意義和廣闊的應(yīng)用前景，美、日和歐洲各國(guó)競(jìng)相開(kāi)發(fā)相關(guān)的技術(shù)。美國(guó)NASA針對(duì)空間遙控作業(yè)研制出具有初步臨場(chǎng)感的過(guò)程機(jī)械手FTS系統(tǒng)和DTF-I系統(tǒng)，并于1993年將其載入航天飛機(jī)中。1993年，德國(guó)研制的空間遙操作機(jī)器ROTEX首次在哥倫比亞航天飛機(jī)上進(jìn)行了太空飛行試驗(yàn)，ROTEX由遙控機(jī)器人和手套式人機(jī)接口以及具有預(yù)見(jiàn)顯示能力的立體圖像系統(tǒng)構(gòu)成。在應(yīng)用較多的海洋開(kāi)發(fā)中，作業(yè)級(jí)遙控?zé)o人水下機(jī)器人(ROV)研究較為廣泛，1999年底，埃及航空公司的990航班在美國(guó)紐約附近海域墜毀，就是由美國(guó)海軍的“深潛7200(Deep Drone)”型ROV將飛機(jī)的黑匣子打撈上來(lái)。伴隨著通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的遙操作機(jī)器人技術(shù)的研究逐漸發(fā)展起來(lái)，改變了互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)男畔⒅皇侨祟?lèi)視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)可以感知的文字、圖像和聲音等信息的局面，使互聯(lián)網(wǎng)成為人類(lèi)動(dòng)作行為的載體，從而可實(shí)現(xiàn)人類(lèi)操作功能的延伸。1994年8月，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的Goldberg首次將一臺(tái)SCARA型工業(yè)機(jī)器人通過(guò)服務(wù)器連接到網(wǎng)絡(luò)上，這是世界上第一臺(tái)基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程操作機(jī)器人，它允許操作者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制該機(jī)器人在充滿(mǎn)沙子的空間中進(jìn)行挖掘作業(yè)。1995年，澳大利亞的Taylor成功地建立了“Australian Tele robot On the Web”，成為當(dāng)今最成功的網(wǎng)上機(jī)器人。當(dāng)遠(yuǎn)程操作者獲得授權(quán)后，可用計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制在澳大利亞實(shí)驗(yàn)室中的機(jī)器人。更有實(shí)用意義的是1998年美國(guó)NASA的Backes等人建立的WITS系統(tǒng)，分布在各地的專(zhuān)家都可使用該系統(tǒng)對(duì)火星漫游機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程規(guī)劃和遠(yuǎn)程操作。英國(guó)則積極利用遠(yuǎn)程操作技術(shù)改造傳統(tǒng)的機(jī)電系統(tǒng)，并成功地研制了具有力反饋感知功能的遠(yuǎn)程挖掘機(jī)械手。美國(guó)和日本則根據(jù)遠(yuǎn)程醫(yī)療的需要，先后開(kāi)發(fā)出外科手術(shù)輔助遠(yuǎn)程機(jī)器人系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)對(duì)主從式高危作業(yè)機(jī)器人的研究還處于進(jìn)階發(fā)展階段。我國(guó)的“863”計(jì)劃中，自動(dòng)化領(lǐng)域智能機(jī)器人主題以及航天領(lǐng)域空間機(jī)器人專(zhuān)題在1993年就開(kāi)始將遙操作機(jī)器人技術(shù)列為關(guān)鍵技 術(shù)加以研究，國(guó)內(nèi)有關(guān)高校和科研機(jī)構(gòu)也先后開(kāi)展了遠(yuǎn)程操作機(jī)器人技術(shù)的理論和應(yīng)用研究?！鞍恕の濉逼陂g，由兩所兩校共同承擔(dān)研制的“智水一II”型AUV搭載有華中理工大學(xué)研制的智能兩功能水下機(jī)械手，并于海洋環(huán)境完成自主模擬系掛炸藥包，切割纜繩的作業(yè)演示。在中船總的領(lǐng)導(dǎo)與組織下，自行研制的以援潛救生為背景的“8A4”型ROV，潛器裝有兩個(gè)功能強(qiáng)大的機(jī)械手，帶有多種工具，潛水深度可達(dá)600米，可進(jìn)行各種不同的作業(yè)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所研制出的主從式遙控微操作機(jī)器人力反饋控制系統(tǒng)，當(dāng)主機(jī)械手控制從機(jī)械手抓取物體或進(jìn)行裝置時(shí)，從機(jī)械手可將接觸物體時(shí)的接觸感覺(jué)和抓取物體的重力感覺(jué)等反饋到主機(jī)械手.并通過(guò)主機(jī)械手上的力觸覺(jué)反饋系統(tǒng)，使操作者能夠獲得持續(xù)而穩(wěn)定的接觸力感覺(jué)，為進(jìn)一步的微操作機(jī)器人實(shí)驗(yàn)研究奠定了基礎(chǔ)。這是主從式機(jī)器人在微操作領(lǐng)域比較成功的范例，但在面臨高危操作的復(fù)雜環(huán)境中，設(shè)備的操作性能的研究應(yīng)較分析性能占有高一點(diǎn)的比重。

在其它領(lǐng)域中，醫(yī)療方面，為防止射線(xiàn)對(duì)醫(yī)生的危害，常搭建信號(hào)傳輸距離很短的主從機(jī)器人系統(tǒng)，如外國(guó)的da Vinci robot，這類(lèi)機(jī)器人系統(tǒng)具有精度高延時(shí)小的特點(diǎn)。有效地結(jié)合了手術(shù)醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)和機(jī)器人定位精確、運(yùn)行穩(wěn)定和操作精度高的特性，可以協(xié)助醫(yī)生完成精細(xì)的手術(shù)動(dòng)作，減少手術(shù)中因?yàn)槠诋a(chǎn)生的誤操作和手部的震顫造成的損傷，從而提高手術(shù)質(zhì)量與安全性，縮短治療時(shí)間，減低醫(yī)療成本。軍事方面?！懊酪痢睉?zhàn)爭(zhēng)中，美國(guó)派出一批可偵查的高度智能機(jī)器人，由于完全由機(jī)器人“自作主張”，對(duì)一些并非可疑的對(duì)象進(jìn)行襲擊，一個(gè)月后便被全部撤回?？梢?jiàn)機(jī)器人自主操作是具有盲目性、程序化的。尤其是在排爆，高危險(xiǎn)復(fù)雜的環(huán)境中研究主從式機(jī)器人憑借人思維控制的優(yōu)勢(shì)配以和諧便捷的控制結(jié)構(gòu)是十分必要的。

所以，追求模塊的精準(zhǔn)化，控制的人性化，操作的實(shí)時(shí)化，交互的遠(yuǎn)程化，功能的創(chuàng)新化就成為了我們主要的研究方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用人手臂及手部動(dòng)作來(lái)直觀(guān)、簡(jiǎn)單的用于高危作業(yè)的機(jī)器人，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種用于高危作業(yè)的機(jī)器人，包括機(jī)器人車(chē)體、機(jī)械臂與頭盔；

機(jī)器人車(chē)體，包括機(jī)器人機(jī)械臂、履帶底盤(pán)、太陽(yáng)能帆板與攝像頭裝置，機(jī)器人機(jī)械臂、太陽(yáng)能帆板均放置在履帶底盤(pán)上，太陽(yáng)能帆板的中部位置設(shè)有支撐桿，且支撐桿固定在履帶底盤(pán)上，支撐桿頂端設(shè)有攝像頭裝置；

機(jī)器人機(jī)械臂包括大軸承、小斜桿、斜桿、橫軸、機(jī)械手、電鉆與舵機(jī)裝置，舵機(jī)裝置包括機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)、機(jī)械臂肘部舵機(jī)、手腕拍動(dòng)舵機(jī)、功能轉(zhuǎn)換舵機(jī)、機(jī)械手張合舵機(jī)與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)，小斜桿安裝在大軸承上的轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)上，大軸承內(nèi)部設(shè)有機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)，且機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)連接轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)；小斜桿上通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接斜桿，小斜桿與斜桿的連接處還設(shè)有機(jī)械臂肘部舵機(jī)，斜桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接橫軸，斜桿與橫軸的連接處設(shè)有手腕轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)，橫軸的另一端設(shè)有機(jī)械手、電鉆，橫軸的另一端設(shè)有手腕拍動(dòng)舵機(jī)、功能轉(zhuǎn)換舵機(jī)，機(jī)械手的下方設(shè)有機(jī)械手張合舵機(jī)；

攝像頭裝置包括攝像頭、第一天線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)圖傳、第一舵機(jī)、第二舵機(jī)、二自由度舵機(jī)云臺(tái)，二自由度舵機(jī)云臺(tái)安裝在支撐桿頂端，二自由度舵機(jī)云臺(tái)的下方設(shè)有第一舵機(jī)，二自由度舵機(jī)云臺(tái)的上方通過(guò)第二舵機(jī)連接無(wú)線(xiàn)圖傳，攝像頭設(shè)置在無(wú)線(xiàn)圖傳上，無(wú)線(xiàn)圖傳的另一側(cè)設(shè)有第一天線(xiàn)；

機(jī)械臂包括右手機(jī)械臂與左手機(jī)械臂；右手機(jī)械臂包括右手套、右肘套與右控制裝置；右手套與右肘套通過(guò)右控制裝置連接；右控制裝置由第一慣導(dǎo)模塊、電位器、第一單片機(jī)控制板與第一電源組成；第一慣導(dǎo)模塊、電位器、第一電源均與第一單片機(jī)控制板連接；第一慣導(dǎo)模塊、電位器安裝在右手套上，第一單片機(jī)控制板與第一電源安裝在右肘套上；第一單片機(jī)控制板包括第二天線(xiàn)、第一無(wú)線(xiàn)模塊、第二慣導(dǎo)模塊、第一單片機(jī)、供電端子，第二天線(xiàn)、第一無(wú)線(xiàn)模塊、第二慣導(dǎo)模塊、供電端子均與第一單片機(jī)連接；左手機(jī)械臂包括左手套、左肘套與左控制裝置；左控制裝置包括第二單片機(jī)控制板、傾角傳感器和無(wú)線(xiàn)串口模塊、第二電源、單片機(jī)使能開(kāi)關(guān)；第二單片機(jī)控制板分別與傾角傳感器、無(wú)線(xiàn)串口模塊、第二電源、單片機(jī)使能開(kāi)關(guān)連接；左手套上設(shè)有傾角傳感器與單片機(jī)使能開(kāi)關(guān)；左 肘套上安裝第二單片機(jī)控制板、傾角傳感器、無(wú)線(xiàn)串口模塊；

右控制裝置的控制利用第一慣導(dǎo)模塊、第二慣導(dǎo)模塊采集到的人的手、手臂不同姿勢(shì)的角度信息，通過(guò)第一無(wú)線(xiàn)模塊傳輸?shù)綑C(jī)器人機(jī)械臂的舵機(jī)裝置，使得機(jī)器人機(jī)械臂能夠根據(jù)人手臂及手部的姿勢(shì)，實(shí)現(xiàn)主從式同步動(dòng)作；機(jī)械手利用第一單片機(jī)的AD功能，電位器用于遙控機(jī)械手張合舵機(jī)，電位器的轉(zhuǎn)動(dòng)能采集到其線(xiàn)性變化的數(shù)據(jù)，第一單片機(jī)將這些數(shù)據(jù)換算成舵機(jī)裝置各角度的脈沖，使機(jī)械手的張合與人手同步；

頭盔包括頭盔本體、攝像頭視頻顯示屏、電池、第三慣導(dǎo)模塊、第三單片機(jī)、第二無(wú)線(xiàn)模塊、第三舵機(jī)、工作狀態(tài)指示燈，頭盔本體上設(shè)有安裝攝像頭視頻顯示屏的面罩，攝像頭視頻顯示屏的兩側(cè)設(shè)有工作狀態(tài)指示燈，頭盔本體內(nèi)部設(shè)有電池、第三單片機(jī)、第二無(wú)線(xiàn)模塊、第三舵機(jī)，頭盔本體頂部設(shè)有第三慣導(dǎo)模塊，用其采集操作者頭部的姿態(tài)信息，第三單片機(jī)均與電池、第二無(wú)線(xiàn)模塊、第三舵機(jī)、第三慣導(dǎo)模塊連接；第三單片機(jī)將信息無(wú)線(xiàn)發(fā)送至攝像頭裝置的第一舵機(jī)、第二舵機(jī)，達(dá)到攝像頭裝置動(dòng)作與操作者頭部動(dòng)作同步。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：履帶底盤(pán)上設(shè)有直流電機(jī)、傾角傳感器，當(dāng)機(jī)器人車(chē)體任意方向的角度傾斜超過(guò)30°便強(qiáng)制關(guān)閉太陽(yáng)能帆板。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：無(wú)線(xiàn)圖傳采用NRF24L01。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：第一慣導(dǎo)模塊與第二慣導(dǎo)模塊均采用GY-953。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：第一單片機(jī)采用IAP15F2K61S2。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：第一無(wú)線(xiàn)模塊采用NRF24L01。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：攝像頭視頻顯示屏采用1602液晶屏。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明主要應(yīng)用了高速單片機(jī)STC15控制技術(shù)、慣導(dǎo)模塊GY-953控制技術(shù)、利用現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)以及圖像傳輸技術(shù)?？刂撇糠质潜咀髌返暮诵牟糠?，本作品提出了一種不同于以往的控制方式，拋棄了原有的鍵盤(pán)、搖桿等非直觀(guān)控制方式，選擇了用人手臂及手部動(dòng)作來(lái)直觀(guān)、簡(jiǎn)單的控制機(jī)器人。

機(jī)器人車(chē)體的機(jī)器人機(jī)械臂，利用慣導(dǎo)模塊采集到的人手臂不同姿勢(shì)的角度信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊傳輸?shù)蕉鏅C(jī)裝置，使得機(jī)械臂能夠根據(jù)人手臂及手部的姿勢(shì)，實(shí)現(xiàn)主從式同步動(dòng)作。履帶底盤(pán)的移動(dòng)利用傾角傳感器采取手勢(shì)操控，便于穿戴和靈活控制。機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)采用履帶結(jié)構(gòu)，能跨越10cm高的障礙，轉(zhuǎn)彎半徑小于1m。

機(jī)器人的機(jī)械手部分利用單片機(jī)的AD功能，電位器的轉(zhuǎn)動(dòng)能采集到線(xiàn)性變化的數(shù)據(jù)，手指關(guān)節(jié)的動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，只有手值拍動(dòng)這一個(gè)動(dòng)作，采用電位器固定在手指處采集轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)，在不影響精確性的情況下這是最經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的方法。

機(jī)器人車(chē)體具有一只四自由度機(jī)械手，作業(yè)的最大高度達(dá)到30cm。機(jī)械臂最低可水平伸出距地面0.2m，可抓取可疑物品；機(jī)械臂縱向旋轉(zhuǎn)180°，機(jī)械腕橫向旋轉(zhuǎn)360°，以適應(yīng)不同位置、不同角度放置物體的抓取。抓取器最大開(kāi)度達(dá)15cm。突出特點(diǎn)是具有遙控移動(dòng)探測(cè)及抓取、銷(xiāo)毀爆炸物多種作業(yè)功能，可根據(jù)使用要求裝切割器、水炮槍、X光機(jī)等多種作業(yè)工具和裝置。

機(jī)器人車(chē)體裝有具有攝像云臺(tái)的攝像頭裝置，用于觀(guān)察環(huán)境和控制作業(yè)，通過(guò)佩戴一個(gè)具有內(nèi)置液晶顯示器的頭盔，操作者可觀(guān)察機(jī)器人移動(dòng)和作業(yè)狀況。頭盔頂部安裝慣導(dǎo)模塊采集操作者頭部姿態(tài)信息，利用無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送至機(jī)器人，使機(jī)器人攝像頭16與操作者頭部動(dòng)作同步。這樣，一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不僅提供給操作者遠(yuǎn)方工作現(xiàn)場(chǎng)的3D視圖，還能夠?qū)崟r(shí)地操作遠(yuǎn)程系統(tǒng)，幫助操作者完成各種復(fù)雜的任務(wù)，保障使用者的安全。照明系統(tǒng)采用了硅晶體照明燈，具有體積小、重量輕、功耗低、亮度高、更為可靠的特點(diǎn)。

為了提高續(xù)航能力，在作業(yè)機(jī)器人中增加太陽(yáng)能帆板為電池充電。在光強(qiáng)達(dá)到可充電值時(shí)，太陽(yáng)能帆板自動(dòng)打開(kāi)進(jìn)行充電。這樣的設(shè)計(jì)拓寬了機(jī)械手的使用范圍，增強(qiáng)了機(jī)械手的操控性，使此機(jī)械手可以適用于比較危險(xiǎn)、復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域(如搬運(yùn)對(duì)人體有害的化學(xué)物品)，軍事領(lǐng)域(如戰(zhàn)場(chǎng)巡邏)或者防爆(如拆除炸彈)等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1是機(jī)器人車(chē)體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是無(wú)線(xiàn)圖傳的電路圖；

圖3是右控制裝置的電路圖；

圖中：1-機(jī)器人機(jī)械臂、2-履帶底盤(pán)、3-太陽(yáng)能帆板、4-攝像頭裝置、5-大軸承、6-小斜桿、7-斜桿、8-橫軸、9-機(jī)械手、10-電鉆、11-機(jī)械臂肘部舵機(jī)、12-手腕轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)、13-手腕拍動(dòng)舵機(jī)、14-功能轉(zhuǎn)換舵機(jī)、15-機(jī)械手張合舵機(jī)、16-攝像頭、17-第一天線(xiàn)、18-無(wú)線(xiàn)圖傳、19-第一舵機(jī)、20-第二舵機(jī)、21-二自由度舵機(jī)云臺(tái)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例中，一種用于高危作業(yè)的機(jī)器人，包括機(jī)器人車(chē)體、機(jī)械臂與頭盔。

一、機(jī)器人車(chē)體

機(jī)器人車(chē)體，包括機(jī)器人機(jī)械臂1、履帶底盤(pán)2、太陽(yáng)能帆板3與攝像頭裝置4，機(jī)器人機(jī)械臂1、太陽(yáng)能帆板3均放置在履帶底盤(pán)2上，太陽(yáng)能帆板3的中部位置設(shè)有支撐桿，且支撐桿固定在履帶底盤(pán)2上，支撐桿頂端設(shè)有攝像頭裝置4。

機(jī)器人機(jī)械臂1包括大軸承5、小斜桿6、斜桿7、橫軸8、機(jī)械手9、電鉆10與舵機(jī)裝置，舵機(jī)裝置包括機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)、機(jī)械臂肘部舵機(jī)11、手腕拍動(dòng)舵機(jī)13、功能轉(zhuǎn)換舵機(jī)14、機(jī)械手張合舵機(jī)15與手腕轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)12，小斜桿6安裝在大軸承5上的轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)上，大軸承5內(nèi)部設(shè)有機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)，且機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)連接轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)，控制轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)。小斜桿6上通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接斜桿7，小斜桿6與斜桿7的連接處還設(shè)有機(jī)械臂肘部舵機(jī)11，斜桿7的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接橫軸8，斜桿7與橫軸8的連接處設(shè)有手腕轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)12，橫軸8的另一端設(shè)有機(jī)械手9、電鉆10，橫軸8的另一端設(shè)有手腕拍動(dòng)舵機(jī)13、功能轉(zhuǎn)換舵機(jī)14，可以隨時(shí)進(jìn)行電鉆功能與機(jī)械手功能的替換，且機(jī)械手9與電鉆10相對(duì)設(shè)置， 機(jī)械手9的下方設(shè)有機(jī)械手張合舵機(jī)15。

履帶底盤(pán)2上設(shè)有直流電機(jī)，機(jī)器人車(chē)體由四個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用差速轉(zhuǎn)向。履帶底盤(pán)2的結(jié)構(gòu)易于翻越障礙，同時(shí)具有減震功能。為了提高機(jī)器人本體的續(xù)航能力，為機(jī)器人車(chē)體增加了太陽(yáng)能帆板3。在光強(qiáng)值足夠達(dá)到電池充電要求時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)太陽(yáng)能帆板3。同時(shí)考慮到路況崎嶇復(fù)雜時(shí)太陽(yáng)能帆板3會(huì)受到磕碰，在履帶底盤(pán)2上增加了傾角傳感器，當(dāng)機(jī)器人車(chē)體任意方向的角度傾斜超過(guò)30度便強(qiáng)制關(guān)閉太陽(yáng)能帆板3。

攝像頭裝置4包括攝像頭16、第一天線(xiàn)17、無(wú)線(xiàn)圖傳18、第一舵機(jī)19、第二舵機(jī)20、二自由度舵機(jī)云臺(tái)21，二自由度舵機(jī)云臺(tái)21安裝在支撐桿頂端，二自由度舵機(jī)云臺(tái)21的下方設(shè)有第一舵機(jī)19，二自由度舵機(jī)云臺(tái)21的上方通過(guò)第二舵機(jī)20連接無(wú)線(xiàn)圖傳18，攝像頭16設(shè)置在無(wú)線(xiàn)圖傳18上，無(wú)線(xiàn)圖傳18的另一側(cè)設(shè)有第一天線(xiàn)17。無(wú)線(xiàn)圖傳18將攝像頭16采集的圖像無(wú)線(xiàn)傳輸至頭盔的顯示屏上。二自由度舵機(jī)云臺(tái)21使攝像頭16靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，全方位呈現(xiàn)機(jī)器人操作現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面。無(wú)線(xiàn)圖傳18采用NRF24L01，其輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過(guò)SPI接口進(jìn)行設(shè)置。幾乎可以連接到各種單片機(jī)芯片，并完成無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳送工作。具體的連接關(guān)系如圖2所示。

機(jī)器人兩側(cè)的太陽(yáng)能帆板3可根據(jù)光的強(qiáng)度開(kāi)合進(jìn)行充電。當(dāng)遇到斜坡等不平路面等復(fù)雜路況導(dǎo)致機(jī)器人車(chē)體傾斜時(shí)，機(jī)器人車(chē)體可自動(dòng)關(guān)合太陽(yáng)能帆板3以保證機(jī)器人車(chē)體的穩(wěn)定。

二、機(jī)械臂

機(jī)械臂包括右手機(jī)械臂與左手機(jī)械臂。右手機(jī)械臂用于控制機(jī)器人機(jī)械臂1的動(dòng)作，左手機(jī)械臂用于控制履帶底盤(pán)2的動(dòng)作。

1.右手機(jī)械臂包括右手套、右肘套與右控制裝置。右手套與右肘套通過(guò)右控制裝置連接。

右控制裝置由第一慣導(dǎo)模塊、電位器、第一單片機(jī)控制板與第一電源組成。第一慣導(dǎo)模塊、電位器、第一電源均與第一單片機(jī)控制板連接。第一慣導(dǎo)模塊、電位器安裝在右手套上，第一單片機(jī)控制板與第一電源安裝在右肘套上。第一單片機(jī)控制板包括第二天線(xiàn)、 第一無(wú)線(xiàn)模塊、第二慣導(dǎo)模塊、第一單片機(jī)、供電端子。具體的電路連接關(guān)系如圖3所示。

第一慣導(dǎo)模塊與第二慣導(dǎo)模塊均采用GY-953。

第一單片機(jī)采用IAP15F2K61S2。第一無(wú)線(xiàn)模塊采用NRF24L01。

其中電位器用于遙控機(jī)械手張合舵機(jī)15：右控制裝置的控制利用第一慣導(dǎo)模塊、第二慣導(dǎo)模塊采集到的人的手、手臂不同姿勢(shì)的角度信息，通過(guò)第一無(wú)線(xiàn)模塊傳輸?shù)綑C(jī)器人機(jī)械臂1的舵機(jī)裝置，使得機(jī)器人機(jī)械臂1能夠根據(jù)人手臂及手部的姿勢(shì)，實(shí)現(xiàn)主從式同步動(dòng)作。機(jī)械手9部分利用第一單片機(jī)的AD功能，電位器的轉(zhuǎn)動(dòng)能采集到其線(xiàn)性變化的數(shù)據(jù)，第一單片機(jī)將這些數(shù)據(jù)換算成舵機(jī)裝置各角度的脈沖，另機(jī)械手9的張合與人手同步。

在機(jī)器人機(jī)械臂1的前端有一個(gè)機(jī)械手9和電鉆10，二者在一個(gè)功能轉(zhuǎn)換舵機(jī)14控制下可自由切換，用來(lái)抓取炸彈和破拆障礙物。(a)通過(guò)執(zhí)行轉(zhuǎn)換器進(jìn)行抓手與電鉆功能的切換。(b)電鉆10高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行障礙破除。(c)電鉆10穿透障礙物。(d)行駛路線(xiàn)上障礙破除完成，機(jī)器人可順利通過(guò)。

由于人的小臂和手腕，手腕和手掌均在直線(xiàn)上保持相對(duì)靜止，手腕拍動(dòng)的角度是以手臂拍動(dòng)角度為參考的。所以，為機(jī)械臂手腕的拍動(dòng)增加了一個(gè)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償：在小臂佩帶一個(gè)第二慣導(dǎo)模塊，手腕上佩帶的第一慣導(dǎo)模塊以小臂為參考，兩個(gè)慣導(dǎo)模塊在手腕進(jìn)行拍動(dòng)時(shí)角度進(jìn)行角度相減。

其中右手套的手掌處的控制器由3D打印成型，巧妙地將各個(gè)功能控制鍵植入其中。

2.左手機(jī)械臂包括左手套、左肘套與左控制裝置。左控制裝置由第二單片機(jī)控制板、傾角傳感器和無(wú)線(xiàn)串口模塊組成。左控制裝置還包括第二電源、單片機(jī)使能開(kāi)關(guān)。第二單片機(jī)控制板分別與傾角傳感器、無(wú)線(xiàn)串口模塊、第二電源、單片機(jī)使能開(kāi)關(guān)連接。

左手套上設(shè)有傾角傳感器與單片機(jī)使能開(kāi)關(guān)。左肘套上安裝第二單片機(jī)控制板、傾角傳感器、無(wú)線(xiàn)串口模塊。

左控制裝置的控制利用傾角傳感器采集人手的傾斜角度，當(dāng)某一方向的傾斜角度大于設(shè)定值時(shí)，機(jī)器人便會(huì)向該方向移動(dòng)。達(dá)到手勢(shì)操作的目的，如(a)手腕下傾，機(jī)器人向前移動(dòng)；(b)手腕上傾，機(jī)器人向后移動(dòng)；(c)手腕左旋，機(jī)器人向左轉(zhuǎn)彎；(d) 手腕右旋，機(jī)器人向右轉(zhuǎn)彎。

三、頭盔

頭盔包括頭盔本體、攝像頭視頻顯示屏、電池、第三慣導(dǎo)模塊、第三單片機(jī)、第二無(wú)線(xiàn)模塊、第三舵機(jī)、工作狀態(tài)指示燈，頭盔本體上設(shè)有安裝攝像頭視頻顯示屏的面罩，攝像頭視頻顯示屏的兩側(cè)設(shè)有工作狀態(tài)指示燈，頭盔本體內(nèi)部設(shè)有電池、第三單片機(jī)、第二無(wú)線(xiàn)模塊、第三舵機(jī)。頭盔本體頂部設(shè)有第三慣導(dǎo)模塊。攝像頭視頻顯示屏采用1602液晶屏。

第三慣導(dǎo)模塊：采集操控者頭部姿態(tài)信息。

第二無(wú)線(xiàn)模塊：將第三慣導(dǎo)模塊的姿態(tài)信息傳輸給操控者右控制裝置，再由其中繼至機(jī)器人車(chē)體接收端。

第三單片機(jī)：發(fā)送PWM脈沖至第三舵機(jī)，控制第三舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使面罩升降。點(diǎn)亮工作狀態(tài)指示燈，顯示工作狀態(tài)。

工作狀態(tài)指示燈：當(dāng)面罩降下，操控者開(kāi)始工作時(shí)工作狀態(tài)指示燈亮以示工作。面罩升起工作狀態(tài)指示燈滅。

攝像頭視頻顯示屏：接收機(jī)器人的無(wú)線(xiàn)車(chē)體圖傳發(fā)送的攝像頭畫(huà)面并利用VR(虛擬現(xiàn)實(shí))技術(shù)3D顯示。

顯示頭盔頂部裝有第三慣導(dǎo)模塊，用其采集操作者頭部的姿態(tài)信息，第三單片機(jī)將信息無(wú)線(xiàn)發(fā)送至攝像頭裝置4的第一舵機(jī)19、第二舵機(jī)20，達(dá)到攝像頭裝置動(dòng)作與操作者頭部動(dòng)作同步的效果。

顯示頭盔的攝像頭視頻顯示屏的成像是利用了VR(虛擬現(xiàn)實(shí))技術(shù)，將攝像頭16采集到的信息轉(zhuǎn)化為可成像的虛擬三維操作界面，提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒(méi)有限制地觀(guān)察三度空間內(nèi)的事物，更加直觀(guān)的完成控制機(jī)器人完成高危作業(yè)的任務(wù)。其中由于虛擬現(xiàn)實(shí)是的所呈現(xiàn)出的圖像是是一個(gè)三維的圖像，照片無(wú)法捕捉到，這里就將只給出攝像頭16采集到未經(jīng)頭盔VR技術(shù)處理的圖像。

本發(fā)明核心控制芯片采用了IAP15f2k61s2-SKDIP28(STC15系列)單片機(jī)和STC15F104E-DIP8單片機(jī)。

STC15系列單片機(jī)是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/高可靠/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，用第八代加密技術(shù)，加密性超強(qiáng)，指令代碼完全指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成高精度R/C時(shí)鐘(0.03％)，±1％溫飄(-40℃～+85℃)，常溫下溫飄±0.6％(-20℃～+65℃)，5MHz～35MHz寬范圍可設(shè)置，可徹底省掉外部昂貴的晶振和外部復(fù)位電路(內(nèi)部已集成高可靠復(fù)位電路，ISP編程時(shí)8級(jí)復(fù)位門(mén)檻電壓可選)。3路CCP/PWM/PCA，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(30萬(wàn)次/秒)，內(nèi)置2K字節(jié)大容量SRAM，2組高速異步串行通信端口(UART1/UART2，可在5組管腳之間進(jìn)行切換，分時(shí)復(fù)用可作5組串口使用)，1組高速同步串行通信端口SPI，針對(duì)多串行口通信針對(duì)多串行口通信多串行口通信/電機(jī)控制/強(qiáng)干擾場(chǎng)合。

慣導(dǎo)模塊的選用

慣導(dǎo)模塊(AHRS)采用三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)與三軸磁力計(jì)進(jìn)行慣性測(cè)量單元的組建。使用者帶上裝有此模塊的手臂組件，將手臂運(yùn)動(dòng)的信息轉(zhuǎn)換成可被其他模塊識(shí)別的姿態(tài)數(shù)據(jù)?？紤]到精度和干擾以及運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，采用了兩塊GY953模塊，相關(guān)參數(shù)如下：

模塊尺寸：15.5mm*15.5mm

通信方式：1.串口(9600，115200)，2.SPI通信(4線(xiàn))

供電電源：3v-5v 15ma

輸出更新頻率：100HZ，

分辨率：0.1度

直接輸出：

1.歐拉角(YAW ROLL PITCH)；

2.九軸傳感器原始數(shù)據(jù)(加速度，陀螺儀，磁力計(jì))；

3.四元素輸出。

本發(fā)明的控制模塊的主要控制芯片為GY953，實(shí)質(zhì)是電子羅盤(pán)帶傾斜補(bǔ)償模塊。

GY953是一款低成本AHRS模塊。工作電壓3-5v功耗小，體積小。其工作原理是通過(guò)陀螺儀與加速度傳，磁場(chǎng)感器經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)融合算法最后得到直接的角度數(shù)據(jù)。此模塊，有兩種方式讀取數(shù)據(jù)，即串口(TTL電平)或者SPI(4線(xiàn))通信方式。該產(chǎn)品精度高，穩(wěn)定性高。能夠在任意位置得到準(zhǔn)確的角度，

數(shù)據(jù)計(jì)算方法：

歐拉角計(jì)算方法：角度＝高8位<<8|低8位(結(jié)果為實(shí)際角度乘以100)

例：一幀數(shù)據(jù)

<0x5A -0x5A -0x45-0x06 -0x00-0x64-0x03-0XE8-0x27-0x10-0x85>

表示歐拉角：Roll＝1.00度，Pitch＝10.00度，Yaw＝100.00度

陀螺儀磁場(chǎng)加速度原始數(shù)據(jù)計(jì)算方法：原始數(shù)據(jù)＝高8位<<8|低8位

例：一幀數(shù)據(jù)

<0x5A -0x5A -0x15-0x06 -0x00-0x64-0x03-0xE8-0x27-0x10-0x55>

表示加速度原始數(shù)據(jù)：

X＝0x0064，Y＝0x03E8，Z＝0x2710

四元素計(jì)算方法：數(shù)據(jù)＝高8位<<8|低8位(結(jié)果為實(shí)際乘以10000)

例：一幀數(shù)據(jù)

<0x5A -0x5A -0x15-0x08 -0x00-0x64-0x03-0xE8-0x03-0xE8-0x03-0xE8-0xF6>

表示四元素?cái)?shù)據(jù)：

q0＝0.01，q1＝0.1，q2＝0.1，q3＝0.1。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。