智能保安巡邏機(jī)器人及其控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)，具體涉及一種智能保安巡邏機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的高速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，人們對(duì)生活的便利性、安全性和生產(chǎn)的高效性也提出了更高的要求，因此應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的智能機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。在很多行業(yè)，尤其是高危行業(yè)，通過(guò)采用智能機(jī)器人，人們可以從危險(xiǎn)繁重的勞動(dòng)中解放出來(lái)，而智能保安機(jī)器人因其在現(xiàn)實(shí)生活中具有重大的應(yīng)用價(jià)值，是最近幾年在機(jī)器人領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注的一類(lèi)機(jī)器人。
[0003]機(jī)器人分為固定式和自主移動(dòng)式。只能固定在一定位置操作的固定式機(jī)器人，其功能和應(yīng)用范圍均受到一定的限制。而自主移動(dòng)機(jī)器人則可移動(dòng)到固定機(jī)器人無(wú)法到達(dá)的位置，具有更好的機(jī)動(dòng)性和適應(yīng)性，完成更復(fù)雜的操作任務(wù)。智能保安機(jī)器人屬于自主移動(dòng)機(jī)器人，能通過(guò)傳感器來(lái)感知環(huán)境和自身狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在有障礙的環(huán)境中面向目標(biāo)的自主運(yùn)動(dòng)，從而完成一定作業(yè)功能的機(jī)器人系統(tǒng)。
[0004]現(xiàn)有的智能保安機(jī)器人除具有自身定位、路徑導(dǎo)航和目標(biāo)定位的功能外，更重要的是具有自我保護(hù)、數(shù)據(jù)采集和報(bào)警方面的功能?，F(xiàn)有的智能保安機(jī)器人往往存在以下問(wèn)題:智能保安機(jī)器人不能以傷害和攻擊對(duì)方為目的來(lái)實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)，所以現(xiàn)有的智能保安機(jī)器人都采用較大的體積(通常與人身高相仿，占地面積是人的4-5倍)，并且采用實(shí)體結(jié)構(gòu)，具有較大的重量，以便引起注意來(lái)避免碰撞，并采用較重的重量來(lái)避免被人搬動(dòng)，從而需要更大的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，因而，大功率的電機(jī)和電池是必不可少的，這進(jìn)一步增加了機(jī)器人本身的重量，增加了機(jī)器人本身能量的消耗，增加了機(jī)器人本身運(yùn)動(dòng)的難度，增加了智能保安機(jī)器人的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一是提供一種小型化、輕便型、低成本的智能保安巡邏機(jī)器人。
[0006]本發(fā)明方案如下:智能保安巡邏機(jī)器人，包括用于行走的機(jī)架和可拆卸設(shè)置在機(jī)架上的主機(jī)，機(jī)架上設(shè)有行走驅(qū)動(dòng)模塊，所述的主機(jī)采用陀螺儀，陀螺儀包括陀羅回轉(zhuǎn)框，設(shè)置在陀羅回轉(zhuǎn)框內(nèi)的第一萬(wàn)向平衡環(huán)，所述第一萬(wàn)向平衡環(huán)所在平面與所述陀羅回轉(zhuǎn)框所在平面垂直，第一萬(wàn)向平衡環(huán)與所述陀羅回轉(zhuǎn)框之間的連接件的軸線所在直線與陀羅回轉(zhuǎn)框的直徑在同一直線上，在第一萬(wàn)向平衡環(huán)內(nèi)設(shè)有與該第一萬(wàn)向平衡環(huán)所在平面垂直的第二萬(wàn)向平衡環(huán)，第二萬(wàn)向平衡環(huán)與第一萬(wàn)向平衡環(huán)之間的連接件的軸線所在直線與所述第一萬(wàn)向平衡環(huán)的直徑在同一直線上，所述第二萬(wàn)向平衡環(huán)與陀羅回轉(zhuǎn)框所在平面垂直，在第二萬(wàn)向平衡環(huán)內(nèi)沿第二萬(wàn)向平衡環(huán)的直徑方向設(shè)有自旋軸，所述自旋軸與第一萬(wàn)向平衡環(huán)所在平面垂直，在所述自旋軸上設(shè)有旋轉(zhuǎn)體；
在所述旋轉(zhuǎn)體上設(shè)有主機(jī)箱和兼作配重的電池組，主機(jī)箱內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)控制模塊、驅(qū)動(dòng)電池模塊和功能模塊，所述驅(qū)動(dòng)控制模塊與所述行走驅(qū)動(dòng)模塊無(wú)線通訊，所述功能模塊包括報(bào)警裝置，在主機(jī)箱上設(shè)有立體的傳感器陣列，主機(jī)箱底部設(shè)有地面短距離傳感器，所述驅(qū)動(dòng)控制模塊分別與所述驅(qū)動(dòng)電池模塊、功能模塊、傳感器陣列和地面短距離傳感器電連接;
所述驅(qū)動(dòng)控制模塊包括主控機(jī)以及設(shè)置在主控機(jī)上的驅(qū)動(dòng)控制通信接口、遠(yuǎn)程寬帶通信接口、本地?zé)o線寬帶接口、衛(wèi)星定位通信接口、高速USB集線器和驅(qū)動(dòng)電池模塊接口。
[0007]本發(fā)明的原理及有益效果如下:
說(shuō)明，本發(fā)明智能保安巡邏機(jī)器人，以下簡(jiǎn)稱機(jī)器人。
[0008]1.本發(fā)明智能保安巡邏機(jī)器人主要由運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部分、運(yùn)動(dòng)的控制部分和安保功能三個(gè)部分組成，形成模塊化的設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊都可以具有自己的智能化主控部件，可獨(dú)立更新、升級(jí)、迭代、應(yīng)用。
[0009]2.在動(dòng)態(tài)的未知的環(huán)境中，本發(fā)明智能保安巡邏機(jī)器人通過(guò)采用立體的傳感器陣列，在驅(qū)動(dòng)控制模塊的控制下，采集不同的距離數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位。并且，立體的傳感器陣列使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對(duì)外部環(huán)境的更多感知，來(lái)提供更多、更全面的綜合信息數(shù)據(jù)。
[0010]3.由于在驅(qū)動(dòng)控制模塊的主控機(jī)上設(shè)置了驅(qū)動(dòng)控制通信接口、遠(yuǎn)程寬帶通信接口、本地?zé)o線寬帶接口和衛(wèi)星定位通信接口，因此，可采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)系統(tǒng)，作為其巡邏路徑和行進(jìn)目標(biāo)的指引。驅(qū)動(dòng)控制通信接口用于機(jī)架的行走驅(qū)動(dòng)模塊的無(wú)線控制的接口 ；遠(yuǎn)程寬帶通信接口，通過(guò)遠(yuǎn)程通信的4G網(wǎng)絡(luò)，用于智能保安巡邏機(jī)器人在沒(méi)有本地?zé)o線寬帶接口(W1-fi)時(shí)與后臺(tái)平臺(tái)的遠(yuǎn)程視頻圖像傳輸、遠(yuǎn)程報(bào)警信息和遠(yuǎn)程互動(dòng)操控的輔助通信；本地?zé)o線寬帶接口(W1-Fi)，通過(guò)本地?zé)o線的寬帶W1-Fi網(wǎng)絡(luò)，用手機(jī)可對(duì)智能保安巡邏機(jī)器人實(shí)現(xiàn)無(wú)線近程遙控管理；衛(wèi)星定位通信接口，GPS是智能保安巡邏機(jī)器人的主要定位方式，用于智能保安巡邏機(jī)器人室外大范圍和遠(yuǎn)距離的定位。
[0011]4.本發(fā)明采用陀螺儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)連接機(jī)器人的控制機(jī)構(gòu)和行走驅(qū)動(dòng)模塊，陀螺儀可與具有不同驅(qū)動(dòng)形式的機(jī)架連接，通過(guò)改變控制機(jī)構(gòu)中的控制方式即可實(shí)現(xiàn)不同機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)。同時(shí)，由于機(jī)架和主機(jī)是可拆卸連接的，因此根據(jù)不同需要，機(jī)架可選擇具有不同功能的結(jié)構(gòu)，如在室外選擇具有避障、繞行、跨越、爬坡、下坡、翻越和防跌落功能的機(jī)架，本發(fā)明通過(guò)選擇不同的機(jī)架，可實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)和室外都能進(jìn)行智能保安巡邏。
[0012]5.驅(qū)動(dòng)控制模塊與機(jī)架的行走驅(qū)動(dòng)模塊之間采用無(wú)線通訊，減少了陀螺儀與驅(qū)動(dòng)控制模塊之間的連線，簡(jiǎn)化了陀螺儀與驅(qū)動(dòng)控制模塊之間的連接方式，使得本發(fā)明機(jī)器人結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，外觀更簡(jiǎn)潔。
[0013]6.置于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的電池組，作為旋轉(zhuǎn)體的配置，可使旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)始終保持水平，同時(shí)配重面始終朝向地面。
[0014]7.置于主機(jī)箱底部的地面短距離傳感器，用于在本發(fā)明機(jī)器人非自控模式下遠(yuǎn)離地面(如側(cè)翻或被人拿起)時(shí)的報(bào)警檢測(cè)，將檢測(cè)信號(hào)傳遞給驅(qū)動(dòng)控制模塊的主控機(jī)，由主控制機(jī)控制發(fā)出或發(fā)送報(bào)警信息，達(dá)到機(jī)器人自保的目的。
[0015]綜上，由于本發(fā)明機(jī)器人的主機(jī)采用陀螺儀結(jié)構(gòu)，由于陀螺儀結(jié)構(gòu)小巧，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的機(jī)器人同時(shí)兼具自保、小巧、輕便的特點(diǎn)，因此無(wú)需較大的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，成本更低，實(shí)用性高，具有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
[0016]一種優(yōu)選方式是，自旋軸、第二萬(wàn)向平衡環(huán)、第一萬(wàn)向平衡環(huán)和陀羅回轉(zhuǎn)框形成供電電路，用于電連接電池組與行走驅(qū)動(dòng)模塊。通過(guò)上述設(shè)計(jì)，本發(fā)明的行走驅(qū)動(dòng)模塊可直接由電池組進(jìn)行供電，而無(wú)需額外安裝其他驅(qū)動(dòng)電源，進(jìn)一步減輕本發(fā)明的重量，降低本發(fā)明的成本。
[0017]另一種優(yōu)選方式是，所述行走驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，自旋軸、第二萬(wàn)向平衡環(huán)、第一萬(wàn)向平衡環(huán)和陀羅回轉(zhuǎn)框形成供電電路，用于將電機(jī)產(chǎn)生的電能同時(shí)供給驅(qū)動(dòng)控制模塊、驅(qū)動(dòng)電池模塊、功能模塊、傳感器陣列和地面短距離傳感器。當(dāng)電池組的電量耗盡時(shí)，可通過(guò)機(jī)架上的電機(jī)給主機(jī)箱供電。
[0018]進(jìn)一步，所述的主機(jī)箱為六面箱體，傳感器陣列有五組，其中四組分別設(shè)置在主機(jī)箱的四個(gè)豎面上，另一組設(shè)置在主機(jī)箱的頂面上，每組傳感器陣列均包括超聲波測(cè)距模塊、攝像頭、微波移動(dòng)傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、光電傳感器和煙霧傳感器。上述傳感器陣列的設(shè)計(jì)形式，形成全方位立體的感知空間，可感知更多的信息，信息更全面。超聲波測(cè)距模塊用于測(cè)距，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所在地點(diǎn)周?chē)h(huán)境大致的三維定位；紅外攝像頭用于機(jī)器人的圖像數(shù)據(jù)的采集；微波移動(dòng)傳感器用于探測(cè)周邊環(huán)境中是否有移動(dòng)的物體，用作預(yù)警。
[0019]本發(fā)明的另一目的是提供一種智能保安巡邏機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括設(shè)置在陀螺儀的旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的驅(qū)動(dòng)控制模塊、驅(qū)動(dòng)電池模塊、電池組、功能模塊、設(shè)置在陀螺儀旋轉(zhuǎn)體上的傳感器陣列和地面短距離傳感器；
所述的驅(qū)動(dòng)控制模塊包括主控機(jī)以及設(shè)置在主控機(jī)上的驅(qū)動(dòng)控制通信接口、遠(yuǎn)程寬帶通信接口、本地?zé)o線寬