專利名稱：爬樓梯機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人，特別是一種爬樓梯機(jī)器人。
背景技術(shù)：
目前機(jī)器人的移動(dòng)方式有輪式、腿式和履帶式三種。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，輪式和腿式機(jī)器人能夠滿足某些特殊的性能要求，但是由于腿式結(jié)構(gòu)自由度太多，控制比較復(fù)雜，應(yīng)用受到一定的限制。現(xiàn)有技術(shù)中的很多機(jī)器人都是在平坦的路面上行走，不能很好地適應(yīng)地面的變化，尤其是還沒有專門針對(duì)爬樓梯設(shè)計(jì)的機(jī)器人。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種可以攀爬樓梯、適應(yīng)復(fù)雜路面、能躲避障礙物的爬樓梯機(jī)器人。本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種爬樓梯機(jī)器人，設(shè)有車體，在車體的兩側(cè)設(shè)有履帶式行走機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是履帶式行走機(jī)構(gòu)包括履帶，在履帶內(nèi)設(shè)有車前鏈輪、車后鏈輪和行星輪，行星輪設(shè)置在車前鏈輪的前部，在車前鏈輪和車后鏈輪之間設(shè)有平衡臂，所述的行星輪與一根擺臂的前端部鉸接，擺臂的后端與平衡臂鉸接，車體上裝有擺臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述擺臂為前后兩段式結(jié)構(gòu)，在擺臂的前后兩段之間設(shè)有履帶撐緊機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，所述的履帶撐緊機(jī)構(gòu)為彈簧。本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，在車體內(nèi)設(shè)有自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)包括單片機(jī)、視頻探測(cè)器、驅(qū)動(dòng)控制模塊、傳感器、無(wú)線通信模塊和電源，傳感器包括設(shè)置在車體兩側(cè)的測(cè)距傳感器、設(shè)在車體上的熱釋電傳感器、設(shè)在車體頂部的煙霧傳感器。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)控制擺臂的動(dòng)作可實(shí)現(xiàn)攀爬樓梯及能躲避障礙物的功能，能適應(yīng)復(fù)雜路面。還可以將現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的圖像回傳到指揮中心，為進(jìn)一步控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向、制定下一步救災(zāi)的方案提供決策依據(jù)。該機(jī)器人還能進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，監(jiān)測(cè)事故現(xiàn)場(chǎng)(如溫度、瓦斯以及有害氣體的濃度)的變化，防止事故的二次發(fā)生。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖2為傳動(dòng)原理圖。圖3為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
一種爬樓梯機(jī)器人，設(shè)有車體，在車體的兩側(cè)設(shè)有履帶式行走機(jī)構(gòu)，履帶式行走機(jī)構(gòu)包括履帶2，在履帶2內(nèi)設(shè)有車前鏈輪3、車后鏈輪1和行星輪4，行星輪4設(shè)置在車前鏈輪3的前部，在車前鏈輪3和車后鏈輪1之間設(shè)有平衡臂6，所述的行星輪4與一根擺臂5 的前端部鉸接，擺臂5的后端與平衡臂6鉸接，車體上裝有擺臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)13，所述擺臂5為前后兩段式結(jié)構(gòu)，在擺臂的前后兩段之間設(shè)有履帶撐緊機(jī)構(gòu)7。所述的履帶撐緊機(jī)構(gòu)7為彈簧或壓力缸。在車體內(nèi)設(shè)有自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)包括單片機(jī)10、視頻探測(cè)器8、驅(qū)動(dòng)控制模塊12、傳感器9、無(wú)線通信模塊11和電源，傳感器9包括設(shè)置在車體兩側(cè)的測(cè)距傳感器、設(shè)在車體上的熱釋電傳感器、設(shè)在車體頂部的煙霧傳感器。機(jī)器人的視頻探測(cè)器(CCD攝像頭)具有信息直觀、能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助控制等特點(diǎn)，可以將現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的圖像返回到指揮中心，為進(jìn)一步控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向、制定下一步救災(zāi)的方案提供決策依據(jù)。該機(jī)器人利用傳感器通過(guò)探測(cè)被困者體溫信息能找到他們的位置。該機(jī)器人還能進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，監(jiān)測(cè)事故現(xiàn)場(chǎng)(如溫度、瓦斯以及有害氣體的濃度)的變化，防止事故的二次發(fā)生。車體設(shè)計(jì)主要根據(jù)樓梯的高度及坡度，同時(shí)滿足強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)合適的車體；電機(jī)選擇主要根據(jù)機(jī)器人整體的重量及爬樓梯過(guò)程中需要的動(dòng)力選擇合適的電機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)部分根據(jù)車體及電機(jī)的尺寸，進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度計(jì)算，選擇適合的傳動(dòng)系統(tǒng)。單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由AT89S51單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成，它是系統(tǒng)中控制部分關(guān)鍵的組成部分；電機(jī)控制模塊主要接收單片機(jī)的信號(hào)，控制電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作；傳感器主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集；無(wú)線傳輸模塊主要由紅外遙控器及配套接收器、 HAC-UP無(wú)線接收模塊、串口通信電路，實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制；電源部分則為各個(gè)部分提供工作電源。軟件設(shè)計(jì)部分主要由兩大部分構(gòu)成即主程序的編寫與調(diào)試、基于VB軟件開發(fā)的串行通信控制軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試；主程序主要由電機(jī)控制部分、邏輯運(yùn)算部分延時(shí)函數(shù)等組成，完成對(duì)傳感器發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行分析運(yùn)算，輸出相應(yīng)的信號(hào)；串行通信控制軟件由窗體、控件、VB代碼組成，實(shí)現(xiàn)打開計(jì)算機(jī)串口、鍵盤ASC II識(shí)別、信號(hào)發(fā)送等功能。該機(jī)器人所用履帶的構(gòu)形可以根據(jù)地形條件和作業(yè)要求進(jìn)行適當(dāng)變化。該機(jī)器人的主體部分是兩條形狀可變的履帶，分別由兩個(gè)主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)兩條履帶的速度相同時(shí)， 機(jī)器人實(shí)現(xiàn)直線前進(jìn)或后退移動(dòng)；當(dāng)兩條履帶的速度不同時(shí)，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)擺臂擺動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)履帶的不同構(gòu)形，以適應(yīng)不同的運(yùn)動(dòng)和作業(yè)環(huán)境。在車身的兩側(cè)放置測(cè)距傳感器，以即時(shí)反映與墻壁的距離，從而根據(jù)設(shè)定距離進(jìn)行調(diào)整車身與障礙物的距離。在車身上設(shè)置熱釋電傳感器，能夠檢測(cè)人類生命跡象，當(dāng)發(fā)生災(zāi)難時(shí)，能協(xié)助救援人員發(fā)現(xiàn)被困人群。在車體的頂部放有煙霧傳感器，可以檢測(cè)機(jī)器人所在環(huán)境的煙霧濃度，當(dāng)超過(guò)一定的濃度時(shí)，機(jī)器人就會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。履帶由橡膠和金屬?gòu)澃彐湗?gòu)成。橡膠接觸地面，避免過(guò)大的沖擊噪聲，又增強(qiáng)了與地面的接觸摩擦。金屬鏈作為連接塊，增強(qiáng)了履帶的耐用性。機(jī)器人的控制系統(tǒng)是由上位機(jī)——計(jì)算機(jī)和下位機(jī)——單片機(jī)構(gòu)成。機(jī)器人的控制指令由計(jì)算機(jī)發(fā)出，計(jì)算機(jī)與單片機(jī)間的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收，是由無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)的，無(wú)線模塊即可接收計(jì)算機(jī)中發(fā)送的信息，使其傳送到單片機(jī)，控制機(jī)器人的動(dòng)作；同時(shí)也可以把機(jī)器人檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)信息發(fā)送回計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)VB控制軟件接收信號(hào)，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令。爬樓梯機(jī)器人下位機(jī)是基于AT89S51單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)采集、視頻信號(hào)無(wú)線傳輸、自動(dòng)避障等功能?？刂葡到y(tǒng)由視頻采集電路、視頻無(wú)線傳輸電路、 紅外測(cè)距傳感檢測(cè)電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成。 該爬樓梯機(jī)器人可以在手動(dòng)模式、自動(dòng)模式及上位機(jī)模式下實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的爬樓梯負(fù)重、自動(dòng)避障、可燃性氣體報(bào)警、生命檢測(cè)等功能；主要有自動(dòng)避障程序、電機(jī)控制程序、 手動(dòng)控制程序等。
權(quán)利要求1.一種爬樓梯機(jī)器人，設(shè)有車體，在車體的兩側(cè)設(shè)有履帶式行走機(jī)構(gòu)，其特征在于履帶式行走機(jī)構(gòu)包括履帶，在履帶內(nèi)設(shè)有車前鏈輪、車后鏈輪和行星輪，行星輪設(shè)置在車前鏈輪的前部，在車前鏈輪和車后鏈輪之間設(shè)有平衡臂，所述的行星輪與一根擺臂的前端部鉸接，擺臂的后端與平衡臂鉸接，車體上裝有擺臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述擺臂為前后兩段式結(jié)構(gòu)，在擺臂的前后兩段之間設(shè)有履帶撐緊機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爬樓梯機(jī)器人，其特征在于所述的履帶撐緊機(jī)構(gòu)為彈簧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爬樓梯機(jī)器人，其特征在于在車體內(nèi)設(shè)有自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)包括單片機(jī)、視頻探測(cè)器、驅(qū)動(dòng)控制模塊、傳感器、無(wú)線通信模塊和電源，傳感器包括設(shè)置在車體兩側(cè)的測(cè)距傳感器、設(shè)在車體上的熱釋電傳感器、設(shè)在車體頂部的煙霧傳感器。
專利摘要一種爬樓梯機(jī)器人，設(shè)有車體，在車體的兩側(cè)設(shè)有履帶式行走機(jī)構(gòu)，履帶式行走機(jī)構(gòu)包括履帶，在履帶內(nèi)設(shè)有車前鏈輪、車后鏈輪和行星輪，行星輪設(shè)置在車前鏈輪的前部，在車前鏈輪和車后鏈輪之間設(shè)有平衡臂，所述的行星輪與一根擺臂的前端部鉸接，擺臂的后端與平衡臂鉸接，車體上裝有擺臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述擺臂為前后兩段式結(jié)構(gòu)，在擺臂的前后兩段之間設(shè)有履帶撐緊機(jī)構(gòu)。在車體內(nèi)設(shè)有自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)包括單片機(jī)、視頻探測(cè)器、驅(qū)動(dòng)控制模塊、傳感器、無(wú)線通信模塊和電源，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)控制擺臂的動(dòng)作可實(shí)現(xiàn)攀爬樓梯及能躲避障礙物的功能，能適應(yīng)復(fù)雜路面。還可以將現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的圖像回傳到指揮中心，還能進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，監(jiān)測(cè)事故現(xiàn)場(chǎng)的變化。
文檔編號(hào)B62D57/024GK202320576SQ20112045998
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者喬斌, 劉明芹, 張艷輝, 文西芹, 王春嶺, 胡曉軍, 趙帥 申請(qǐng)人:淮海工學(xué)院