專利名稱：一種陸空兩棲任務組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于多機器人應用領域，具體涉及到一種陸空兩棲任務組。
背景技術：
20世紀末，隨著計算機技術、傳感技術、控制理論的不斷發(fā)展，以及社會對于特種機器人需求的不斷増大，機器人所能完成的工作已從單純的エ業(yè)生產(chǎn)轉化到復雜的戰(zhàn)場偵察、防暴處突、災難救援、資源勘探、醫(yī)療援助和家庭服務等各個方面。無論是在戰(zhàn)火紛飛的阿富汗戰(zhàn)場還是在震驚世界的福島核泄漏事件中人們都能看到特種機器人的身影。近年來，“疆獨分子”、“藏獨分子”等反動勢カ利用我國西部地區(qū)復雜的地形頻繁騷擾居民的正常生活，嚴重影響了我國改革開放的穩(wěn)定大局。捜索這些恐怖分子的藏身之處并給予其致命打擊極其重要；我國疆域遼闊，自然災害頻發(fā)地區(qū)眾多，毎年都會發(fā)生各種自然災害，災難救援的好壞直接影響到能否將人民群眾的生命與財產(chǎn)損失降到最低程度。而對災后環(huán)境的重新評估能為救援工作提供正確的指導；隨著資源問題的凸顯，我國資源勘探向著位置更加偏遠、環(huán)境更加惡劣、情況更加不明的地區(qū)推迸，利用現(xiàn)代化的設備對資源進行勘探不僅能降低成本，而且能減少在此過程中人員的傷亡。特種機器人由于其具有的操控距離遠、 適應能力強、探索手段多等特點成為解決上述問題的一把利器。隨著機器人技術的發(fā)展，單個機器人的能力、魯棒性、可靠性、效率等都有很大的提升；但面對一些復雜的、需要高效率的、并行完成的任務時，還是需要通過多個機器人之間的協(xié)調工作。世界各地的學者紛紛建立起了實驗平臺對多機器人進行研究，計算機仿真系統(tǒng)有美國的Pennsylvania大學和巴西的Federal de Minas Gerais大學共同開發(fā)的 MuRoS多機器人仿真系統(tǒng)和美國Southern California大學的Player/Stage平臺等。實物平臺有美國Oak Ridge國家實驗室的的CESAR Nomads機器人系統(tǒng)，加拿大Alberta大學的 Collective Robotics實驗系統(tǒng)，以及中科院沈陽自動化所的MRCAS系統(tǒng)等。由于多機器人系統(tǒng)上應用的巨大前景，近年來許多國內外學者對此展開了研究。 任孝平和蔡自興提出了一種基于移動自組網(wǎng)的多機器人遠程監(jiān)控方案，這種監(jiān)控方案可以使離控制臺較遠的機器人合作探測，并將探測信息傳回控制臺?？刂婆_通過探測數(shù)據(jù)，遠程監(jiān)控現(xiàn)場環(huán)境，并對機器人進行適當?shù)目刂?。但由于試驗所使用的自組網(wǎng)帶寬的限制以及鏈路的不穩(wěn)定性，并沒有實現(xiàn)視頻信息的實時采集。為了解決機器人實時編隊控制問題Yi ^iang等將多機器人編隊中的引導與跟隨控制方法，増加了跟隨機器人對引導機器人的信息反饋。仿真結果表明，這種方法能夠有效的避免跟隨機器人在自主避障后與引導機器人失去聯(lián)系的情況發(fā)生。然而這些研究大多只是在計算機中進行模擬仿真，不能很好的反映現(xiàn)實環(huán)境，從而無法保證現(xiàn)實中的可行性。同時當今多機器人系統(tǒng)研究主要集中在ニ維平面內進行研究，很少涉及三維空間中多機器人系統(tǒng)的研究。中國專利文獻CN 101382429B公布了 “ー種地空異構多機器人搜救系統(tǒng)”，該系統(tǒng)包括一臺直升機無人機，地面多臺救援機器人、圖像處理計算機、圖像采集卡、監(jiān)控計算機、 搜救指揮人員、無線數(shù)傳電臺、無線圖傳電臺、障礙物、待救援目標等?？罩袡C器人負責偵查，并將探測信息直接傳回控制人員，控制人員根據(jù)這些信息指揮地面機器人執(zhí)行搜救任務。由于飛行機器人對載荷苛刻的限制，使得其上攜帯的電池有限，執(zhí)行任務的時間極短， 任務半徑極小。同時由于電池和載荷的限制，飛行機器人的通信系統(tǒng)比較簡陋，通信距離受到很大的限制。而在飛行機器人和地面機器人之間沒有直接的信息交流，不能稱之為多機器人的協(xié)調。

發(fā)明內容
本發(fā)明的內容在于提供ー種陸空兩棲任務組。陸空任務組是由一臺地面無人機動平臺和若干飛行機器人組成的多機器人系統(tǒng)。執(zhí)行任務時，機動平臺搭載飛行機器人到達任務區(qū)域，然后通過自動脫放機構放飛飛行機器人，通過機動平臺與飛行機器人的協(xié)作配合完成災難救援、戰(zhàn)場偵察、資源勘探等任務。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，ー種陸空兩棲任務組系統(tǒng)由地面無人機動平臺，若干飛行機器人以及連接二者的脫放機構組成。其特征在于任務組以地面無人機動平臺作為陸基母艦，搭載多臺飛行機器人，形成陸空兩棲任務組，用以在復雜多變的環(huán)境中高效的執(zhí)行任務。任務組內部由地面無人機動平臺處于領導地位，其上搭載高性能的機載計算機，并配有無線自組網(wǎng)終端以及定位導航設備。飛行機器人處于被領導地位，其上裝有微型自組網(wǎng)終端以及位姿傳感器。無人機動平臺搭載任務組到達任務區(qū)域后，與飛行機器人迅速建立自組網(wǎng)進行通信?？刂迫藛T向無人機動平臺發(fā)出起飛命令，并按照一定的控制策略來控制飛行機器人的軌跡。機動平臺收到命令后會自動打開脫放機構，飛行機器人起飛與機動平臺脫離執(zhí)行任務。飛行機器人將位姿信息反饋給無人機動平臺。機動平臺上的機載計算機將這些信息與期望位姿信息進行對比后，調整飛行機器人的姿態(tài)以實現(xiàn)閉環(huán)控制。整個任務組的信息傳遞路徑所示。任務組采用寬帶自組網(wǎng)技術進行通信，其帶寬不僅能夠保證任務組內控制和傳感信息的傳遞，還能傳輸流暢的視頻信號。無人機動平臺屬于履帶式移動機器人，能夠在非結構環(huán)境下實現(xiàn)快速突入。由于其具有履帶式結構能實現(xiàn)跨越壕溝、攀爬階梯、快速轉向等動作。同時無人機動平臺上配有 GPS定位系統(tǒng)和多個攝像頭，它運動時的位置信號和圖像信號能實時傳給控制中心。無人機動平臺上配有大功率的自組網(wǎng)絡終端能夠在網(wǎng)絡基礎設施薄弱的地方利用移動自組網(wǎng)進行通信。自動脫放機構固定在機動平臺上端，由支架、護板、托盤、彈簧、滑輪、移動體、鋼絲繩、連接板、電動缸、軸、螺母等組成。在任務組行進過程中，護板依靠彈簧的弾力將飛行機器人夾住，減少行進過程中飛行機器人所受到的沖擊。在任務組到達任務地域展開吋，電動缸帶動鋼絲繩向下運動，鋼絲繩經(jīng)過滑輪變向后牽引護板運動，使護板向外打開。在護板打開到合適角度時，飛行機器人即可以完成起飛動作了。飛行機器人采用球籠型構造，工程塑料作為外売，大大減輕了機器人的質量，從而提高了機器人的負載能力。飛行機器人由電機帶動的螺旋槳作為驅動元件，通過調整8塊舵板的位置來調整飛行機器人飛行姿態(tài)。飛行機器人能夠實現(xiàn)空中懸停、低速盤旋和高速巡航等動作。飛行機器上配有IMU慣性測量系統(tǒng)，能實時檢測位姿信號，并將此信號傳給機動平臺，機動平臺在分析信號后向飛行機器人發(fā)出調整控制命令。由于地面機動平臺的巡航速度快、續(xù)航時間長，因此整個任務組能夠獲得較大的任務半徑。機動平臺載重量比較大可以配備大功率的自組網(wǎng)絡終端用于實現(xiàn)與控制中心的遠距離、高質量的通信。同時由于機動平臺搭載飛行機器人前往目的地點，節(jié)省了飛行機器人前往目的地的能源，可以將更多能源用到擴展偵察范圍和提高通信質量上面。飛行機器人上載有小功率的通信終端，能與機動平臺直接進行通信，井能通過機動平臺的跳板作用， 將偵察到的視頻信號傳給控制中心。飛行機器人具有運動形式靈活、觀察視角廣闊的特點， 這大大擴展了任務組執(zhí)行任務的效率。本發(fā)明的優(yōu)點在干(1)任務組將無人地面機動平臺與飛行機器人相結合，形成了陸空兩棲多機器人任務組。將無人機動平臺越野能力強、負載能力大的優(yōu)點和飛行機器人探測范圍廣、運動靈活的特點結合到了一起。(2)任務組采用移動自組網(wǎng)技術進行通信，不受網(wǎng)絡基礎設施的影響，并能通過多跳方式擴展了通信距離。多個任務組之間也可進行協(xié)調互動。(3)任務組內機動平臺和飛行機器人相連采用的自動脫放機構，既能保證任務組結合行進過程中飛行機器人能夠牢固的固定在機動平臺上，又能保證任務組展開執(zhí)行任務時飛行機器人能夠順利的起飛。(4)任務組采用立體協(xié)調控制策略，使得任務組成員在三維空間內進行協(xié)作，能夠完成偵察、捜索、勘探等多種任務。拓展了執(zhí)行任務的范圍，提高了執(zhí)行任務的效率。


附圖1陸空兩棲任務組整體示意圖；附圖2陸空兩棲任務組展開執(zhí)行任務的示意圖；附圖3自動脫放機構組成示意圖；附圖4陸空兩棲任務組信息流動圖；附圖中1-地面無人機動平臺，2-自動脫放機構，3-飛行機器人，4-彈簧，5-支架，6-護板，7-連接板，8-托盤，9-滑輪，10-軸，11-螺母，12-鋼絲繩，13-電動缸，14-移動塊。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明中ー個地面機動平臺搭載4個飛行機器人的特例做進ー 步說明。從附圖1可以看出陸空兩棲任務組由地面無人機動平臺1作為陸基母艦，上面通過自動脫放機構2搭載了 4個飛行機器人3 ；此時為任務組的行進狀態(tài)，自動脫放機構2夾緊飛行機器人3以保證飛行機器人不會失穩(wěn)而與無人機動平臺脫落分離；任務組以行進狀態(tài)進入任務區(qū)域從而擴展了任務組的任務半徑，節(jié)省了飛行機器人3的能源，延長了飛行機器人3的工作時間，提高了整個任務組執(zhí)行任務的能力。附圖2所示為任務組抵達任務區(qū)域后，展開并執(zhí)行任務的狀態(tài)；地面無人機動平臺1接到控制中心的展開命令，自動脫放機構2隨即展開；在展開完畢整個平臺穩(wěn)定后，控制人員通過地面無人機動平臺1對飛行機器人3下達起飛命令，飛行機器人接到無人機動平臺1的命令起飛執(zhí)行任務。
附圖3為自動脫放機構的結構示意圖，兩塊連接板7中部鉸接在支架5上，并沿其軸線成中心對稱布置；托盤8固定在支架5上，護板6固定在連接板7上，二者共同完成對球形飛行機器人3的固定。兩個連接板7有槽的一端從移動塊14中間空隙穿過，軸10分別穿過移動塊14和連接板7內的槽從而使自己實現(xiàn)受槽限制的上下直線運動，軸10的一端為階梯軸限位，另一端被螺母固定在移動塊14上；彈簧4的一端固定在支架5上，另一端固定在移動塊14上，在任務組行進狀態(tài)中由彈簧4提供移動塊14向下的力，并通過軸10帶動兩個連接板7向內加緊飛行機器人3 ；任務組展開吋，電動缸13接到命令后伸縮桿開始收縮并牽引鋼絲繩12向下運動，鋼絲繩12經(jīng)過滑輪8后改變了方向，拉動移動塊14向上運動；此時移動塊14通過軸10帶動兩塊連接板7向外展開，從而使飛行機器人3與護板6 脫離接觸，飛行機器人3只受托盤8在下部支撐作用，在接到起飛命令后，飛行機器人3就能順利的起飛了。附圖4則表示了整個任務組的信息流動方式，控制人員通過人機接ロ進行命令輸入，并通過移動自組網(wǎng)將命令傳遞給地面無人機動平臺，無人機動平臺在整個任務組中處于領導地位，其上搭載了高性能的計算機以及大功率的自組織網(wǎng)絡終端，能夠在網(wǎng)絡基礎設施匱乏的區(qū)域實現(xiàn)遠距離的無線通信；無人機動平臺接受控制人員的命令并將自己的 GPS位置信號和圖像信號傳回控制人員，以便控制人員能夠順利的將任務組引導至任務區(qū)域；到達目標區(qū)域后，控制人員通過自組網(wǎng)命令任務組展開，機動平臺與飛行機器人建立起自組網(wǎng)絡通信后，將命令傳給飛行機器人，并接受飛行機器人的位姿反饋信號從而實現(xiàn)對其的精確控制；控制人員以機動平臺為介質與飛行機器人進行信息交流，完成飛行機器人視頻信號的回傳等功能。
權利要求
1.一種陸空兩棲任務組，其特征在干整個任務組由地面無人機動平臺(1)、自動脫放機構( 和飛行機器人( 構成；自動脫放機構( 通過螺釘固定在無人機動平臺上；在任務組行進過程中，飛行機器人(3)固定在自動脫放機構O)中，任務組執(zhí)行任務展開吋，自動脫放機構(2)打開，從而使得飛行機器人起飛并脫離地面無人機動平臺(1)。
2.如權利要求1所述的自動脫放機構O)，其特征在干機構由彈簧G)、支架(5)、護板(6)、連接板(7)、托盤(8)、滑輪(9)、軸(10)、螺母(11)、鋼絲繩(12)、電動缸(13)、移動塊(14)；支架( 通過螺釘固定在地面無人機動平臺(1)上；連接板(7)中間鉸接在支架 (5)上，一端與護板(6)通過螺釘相連；托盤(8)固定在支架上，與兩個護板共同完成固定飛行機器人⑶的任務；軸(10)依次穿過移動塊(14)和兩個連接板(7)端部的溝槽，并由螺母(11)固定在移動塊(14)上；彈簧的一端與支架相連，另一端與移動塊(7)相連，為脫放機構提供夾緊カ；滑輪(9)固定在支架上；鋼絲繩的一端與移動塊(7)相連，通過滑輪 (9)改變方向，另一端與電動缸(1 相連，通過電動缸(1 的牽引來抵抗彈簧彈力從而打開自動脫放機構O)。
全文摘要
本發(fā)明為一種陸空兩棲任務組。該任務組由一臺地面無人機動平臺和若干飛行機器人組成。地面無人機動平臺通過其上的自動脫放機構實現(xiàn)與飛行機器人的結合和分離。在執(zhí)行任務時，飛行機器人通過自動脫放機構固結在地面無人機動平臺上，控制人員通過無線通信對機動平臺進行遠程操控，根據(jù)機動平臺上的GPS位置信號和傳回的圖像信號將整個任務組引導至任務區(qū)域。到達任務區(qū)域后，控制人員對機動平臺發(fā)出放飛命令，自動脫放機構打開后機動平臺對飛行機器人發(fā)出起飛命令，飛行機器人隨即起飛執(zhí)行任務。飛行機器人將位姿信號和探測信息實時傳回無人機動平臺。機動平臺根據(jù)飛行機器人的位姿信號對其進行調控，并將飛行機器人的探測信息傳回控制中心。通過組內成員之間的協(xié)調配合實現(xiàn)戰(zhàn)地偵察、資源勘探、災難救援等任務。
文檔編號B62D57/02GK102530256SQ20121006448
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月13日 優(yōu)先權日2012年3月13日
發(fā)明者常青, 李歡飛, 羅慶生, 韓寶玲, 馬朋 申請人:北京理工大學