專利名稱：遙控輪式移動機(jī)器人平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種移動機(jī)器人平臺，特別是涉及一種遙控輪式移動機(jī)器人平臺。
背景技術(shù)：
遙控輪式移動機(jī)器人有其突出的優(yōu)越性，它可以大大降低人們的勞動強(qiáng)度，提升 工作效率，尤其適用于一些性質(zhì)危險(xiǎn)的工作，如搶險(xiǎn)、火災(zāi)、未知地域的探測和軍事偵察等。 目前，遙控輪式移動機(jī)器人在軍事上的用途日益廣泛，民用相對較少，尤其對通用遙控輪式 移動機(jī)器人平臺的研究較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可超視距遙控操作、可選配多種工作裝置 的遙控輪式移動機(jī)器人平臺。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的遙控輪式移動機(jī)器人平臺，包括平臺車架、 車載電子設(shè)備和地面遙控控制臺，所述的平臺車架采用箱式結(jié)構(gòu)，所述的車載電子設(shè)備安 裝在所述的平臺車架的箱體內(nèi)，在所述的平臺車架上設(shè)有工作裝置支座，在所述的平臺車 架內(nèi)設(shè)有蓄電池，在所述的平臺車架兩側(cè)分別設(shè)有通過傳動軸傳動的前后兩個(gè)驅(qū)動輪，在 所述的平臺車架兩側(cè)的所述的驅(qū)動輪分別有一個(gè)所述的驅(qū)動輪通過減速機(jī)與牽引電機(jī)傳 動連接，所述的牽引電機(jī)設(shè)有牽引電機(jī)驅(qū)動器和電磁制動器，工作電機(jī)連接有工作電機(jī)驅(qū) 動器和液壓泵，所述的液壓泵連接有液壓油箱和油源塊，所述的牽引電機(jī)驅(qū)動器和工作電 機(jī)驅(qū)動器與所述的車載電子設(shè)備電連接。所述的車載電子設(shè)備為整車控制器、GPS系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、前置 IP攝像頭、后置IP攝像頭和前后安裝的多個(gè)超聲波傳感器，所述的整車控制器通過CAN總 線與牽引電機(jī)驅(qū)動器、工作電機(jī)驅(qū)動器、GPS系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、前置IP攝 像頭、后置IP攝像頭和超聲波傳感器電相連，所述的整車控制器通過所述的無線通訊系統(tǒng) 與所述的地面遙控控制臺無線連接。所述的牽引電機(jī)上安裝有相對型旋轉(zhuǎn)編碼器，牽引電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器和電磁制動 器分別與電機(jī)驅(qū)動器相連接，所述的電機(jī)驅(qū)動器采集電機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制電機(jī)制動，并輸出 U、V、W三相電流對電機(jī)進(jìn)行變頻控制。所述的前置IP攝像頭和后置IP攝像頭將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號再將其編碼壓縮 成MPEG4的數(shù)字格式，再通過無線網(wǎng)橋?qū)⒕幋a壓縮后的視頻信號傳輸?shù)剿龅牡孛孢b控控 制臺，經(jīng)過解碼后將視頻信號顯示在所述的地面遙控控制臺的屏幕上。所述的地面遙控控制臺發(fā)出遙控信號，無線網(wǎng)橋接收后通過CAN/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模 塊將遙控信號轉(zhuǎn)化為CAN總線的數(shù)據(jù)格式，并通過CAN總線19傳輸給所述的整車控制器， 所述的整車控制器15再根據(jù)遙控信號發(fā)出執(zhí)行命令，從而實(shí)現(xiàn)遙控操作。采用上述技術(shù)方案的遙控輪式移動機(jī)器人平臺，包括平臺車架、車載電子設(shè)備和 地面遙控控制臺組成。所述的平臺車架采用箱式結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)有車載電子設(shè)備、電池箱體。平臺車架設(shè)有輪式四輪驅(qū)動行走裝置，行走裝置由牽引電機(jī)驅(qū)動器、牽引電動機(jī)、減速機(jī)、傳 動軸和車輪組成。在所述的平臺車架上設(shè)有工作裝置支座，用來搭載選配的工作裝置。所 述的車載電子設(shè)備安裝在所述的平臺車架箱體內(nèi)，主要包括電機(jī)驅(qū)動器、超聲波傳感器、IP 攝像頭、整車控制器、GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)。所述的地面遙控控制臺主要包括 液晶顯示器、操作手柄、狀態(tài)顯示儀表、急停按鈕和輸入鍵盤。本發(fā)明遙控輪式移動機(jī)器人 平臺由于采用GPS和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合來觀察機(jī)器人平臺的位置和姿態(tài)，通過地面遙控 控制臺發(fā)出的遙控指令控制機(jī)器人平臺工作，完成前進(jìn)、倒退、轉(zhuǎn)向和驅(qū)動選配工作裝置動 作等操作，特別是具有超視距遙控的功能。所述的機(jī)器人平臺采用箱式結(jié)構(gòu)和輪式四輪驅(qū) 動行走機(jī)構(gòu)，移動性能強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)性好，采用蓄電池供電，沒有尾氣排放，噪音小，震動小。 在使用時(shí)可通過搭載不同工作裝置，實(shí)現(xiàn)不同的功能。民用上用于運(yùn)輸，地震、火災(zāi)等危險(xiǎn) 環(huán)境下的偵察搶險(xiǎn)，及搭載農(nóng)藥噴灑等農(nóng)用裝置，在軍事上可用作執(zhí)行偵察、巡邏、搭載探 測裝置或武器等任務(wù)的工具。


圖1是本發(fā)明遙控輪式移動機(jī)器人平臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是地面遙控控制臺結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。參見圖1和圖2，平臺車架28采用箱式結(jié)構(gòu)，在平臺車架28上設(shè)有工作裝置支座， 在平臺車架28內(nèi)設(shè)有蓄電池1，在平臺車架28兩側(cè)分別設(shè)有通過傳動軸2傳動的前后兩個(gè) 驅(qū)動輪29，在平臺車架28兩側(cè)的驅(qū)動輪29分別有一個(gè)驅(qū)動輪29通過減速機(jī)6與牽引電機(jī) 4傳動連接，牽引電機(jī)4設(shè)有牽引電機(jī)驅(qū)動器3和電磁制動器5，工作電機(jī)9連接有工作電 機(jī)驅(qū)動器10和液壓泵11，液壓泵11連接有液壓油箱13和油源塊12，在平臺車架28內(nèi)設(shè) 有電源模塊14、整車控制器15、GPS系統(tǒng)17、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)18和無線通訊系統(tǒng)20，平臺車 架28還設(shè)有前置IP攝像頭16、后置IP攝像頭8、前后安裝有多個(gè)超聲波傳感器7，整車控 制器15通過CAN總線19與牽引電機(jī)驅(qū)動器3、工作電機(jī)驅(qū)動器10、GPS系統(tǒng)17、慣性導(dǎo)航 系統(tǒng)18、無線通訊系統(tǒng)20、前置IP攝像頭16、后置IP攝像頭8和超聲波傳感器7電相連， 整車控制器15通過無線通訊系統(tǒng)20與地面遙控控制臺27無線連接。牽引電機(jī)4上安裝 有相對型旋轉(zhuǎn)編碼器，牽弓I電機(jī)14、旋轉(zhuǎn)編碼器和電磁制動器5分別與牽弓|電機(jī)驅(qū)動器3相 連接，牽引電機(jī)驅(qū)動器3采集牽引電機(jī)4的轉(zhuǎn)速和控制電機(jī)制動，并輸出U、V、W三相電流對 牽引電機(jī)4進(jìn)行變頻控制。參見圖1和圖2，蓄電池1通過牽引電機(jī)驅(qū)動器3和工作電機(jī)驅(qū)動器10分別向牽 引電機(jī)4和工作電機(jī)9供電，牽引電機(jī)4 一端與電磁制動器5相連，另一端與減速機(jī)6輸入 端相連，減速機(jī)6的輸出端通過傳動軸2將扭矩和轉(zhuǎn)速分配給前后兩個(gè)驅(qū)動輪29，工作電機(jī) 9與液壓泵11相連產(chǎn)生液壓能，以便給選配的工作裝置提供液壓動力源。整車控制器15、 牽引電機(jī)驅(qū)動器3、工作電機(jī)驅(qū)動器10、GPS系統(tǒng)17、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)18、無線通訊系統(tǒng)20通 過控制總線一CAN總線19 (Controller Area Network，即控制器局域網(wǎng)絡(luò))相連，整車控 制器15將采集的車載傳感器信號和車輛狀態(tài)信息處理打包后通過CAN總線19傳給無線通訊系統(tǒng)20進(jìn)而將CAN總線19數(shù)據(jù)、前置IP攝像頭16和后置IP攝像頭8采集的壓縮視頻 信號傳輸至地面遙控控制臺27。地面遙控控制臺27的遙控操作者通過參考傳回的車輛狀 態(tài)(由狀態(tài)顯示儀表23顯示)和實(shí)時(shí)視頻圖像(由液晶顯示屏21顯示)來操作地面遙控 控制臺27發(fā)出遙控操作信號。地面遙控控制臺27的控制面板上主要有工作裝置操作手柄 22、行走裝置操作手柄24、急停按鈕25和4X4鍵盤26。無線通訊系統(tǒng)20接收到地面遙控 控制臺27的發(fā)出的遙控操作信號后將其通過CAN總線19傳送至整車控制器15。整車控制 器15收到遙控操作信號后將對牽引電機(jī)驅(qū)動器3和工作電機(jī)驅(qū)動器10發(fā)出相應(yīng)指令，以 分別驅(qū)動牽引電機(jī)4和工作電機(jī)9實(shí)現(xiàn)無級變頻調(diào)速。這樣牽引電機(jī)4驅(qū)動車輪實(shí)現(xiàn)了機(jī) 器人平臺的移動；工作電機(jī)9驅(qū)動液壓泵11為選配的工作裝置提供了液壓動力源。整車控 制器15預(yù)留有12通道PWM輸出、8通道數(shù)字量輸出、8通道模擬量輸入、8通道數(shù)字量輸入 和4通道高速脈沖輸入等多種I/O接口，以用來驅(qū)動所選配的工作裝置上電液比例閥等執(zhí) 行裝置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對所選配工作裝置的控制。如此，實(shí)現(xiàn)了對該移動機(jī)器人平臺的遙控操 作。針對不同的工況所述的機(jī)器人平臺的工作裝置支座可安裝多自由度機(jī)械手，反鏟挖掘 裝置、正鏟裝載裝置、液壓破碎錘、液壓剪、螺旋鉆等多種工作裝置，即可在危險(xiǎn)環(huán)境中實(shí)現(xiàn) 移除/銷毀危險(xiǎn)物、土方挖掘裝載、石塊破碎等工作的機(jī)器人化，安全可靠，能保證工作人 員的安全和健康。所述的機(jī)器人平臺在民用上用于運(yùn)輸，地震、火災(zāi)等危險(xiǎn)環(huán)境下的偵察搶 險(xiǎn)，及搭載農(nóng)藥噴灑等農(nóng)用裝置，在軍事上可用作執(zhí)行偵察、巡邏、搭載探測裝置或武器等 任務(wù)的工具。整車控制器15通過CAN總線與各車載電子設(shè)備相連接。具體是超聲波傳感器7、 牽引電機(jī)驅(qū)動器3、工作電機(jī)驅(qū)動器10、GPS系統(tǒng)17、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)18、無線通訊系統(tǒng)20通 過CAN總線19分別將所采集的超聲波傳感器7工作狀態(tài)及外部障礙信息、牽引電機(jī)驅(qū)動器 3、工作電機(jī)驅(qū)動器10及牽引電機(jī)4、工作電機(jī)9的工作狀態(tài)、GPS系統(tǒng)17工作狀態(tài)及所采 集的位姿信息、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)18工作狀態(tài)及所采集的位姿信息、無線通訊系統(tǒng)20的工作狀 態(tài)及遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)傳送至整車控制器15。整車控制器15根據(jù)所采集的信息及收到的遠(yuǎn)程 控制數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并將相應(yīng)配置命令、執(zhí)行命令通過CAN總線19傳送至各車載電子設(shè) 備中；將打包好的整車狀態(tài)數(shù)據(jù)通過CAN總線19傳送至無線通訊系統(tǒng)20，進(jìn)而傳送回地面 遙控控制臺27。前置IP攝像頭16和后置IP攝像頭8將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號再將其編碼壓縮 成MPEG4的數(shù)字格式，再通過無線網(wǎng)橋?qū)⒕幋a壓縮后的視頻信號傳輸?shù)剿龅牡孛孢b控控 制臺27，經(jīng)過解碼后將視頻信號顯示在所述的地面遙控控制臺27的屏幕上。使用了 CAN總線19、CAN/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)刃录夹g(shù)實(shí)現(xiàn)遙控功能。具 體實(shí)現(xiàn)是地面遙控控制臺27發(fā)出遙控信號，無線網(wǎng)橋接收后通過CAN/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊將 遙控信號轉(zhuǎn)化為CAN總線19的數(shù)據(jù)格式，并通過CA N總線19傳輸給整車控制器15，整車 控制器19再根據(jù)遙控信號發(fā)出執(zhí)行命令，從而實(shí)現(xiàn)遙控操作。使用了 GPS結(jié)合慣性導(dǎo)航的組合導(dǎo)航方式，實(shí)現(xiàn)所述機(jī)器人平臺的定位定向。其前端和后端安裝了超聲波傳感器7，實(shí)現(xiàn)對周圍障礙物的探測，從而可有效避免 碰撞事故的發(fā)生。預(yù)留有多路PWM/數(shù)字量信號輸出接口和液壓動力源裝置，可選配多種配套的工 作裝置。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、采用蓄電池供電，使用變頻調(diào)速技術(shù)驅(qū)動電機(jī)，無尾氣排放，噪聲小、振動小，調(diào) 速平穩(wěn)，工作效率高。2、特有的四輪驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)，兩臺牽引電機(jī)分別獨(dú)立驅(qū)動兩側(cè)車輪，可實(shí)現(xiàn)360 度原地轉(zhuǎn)向，移動性能好，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。3、采用電機(jī)再生制動，制動力矩大，制動過程平穩(wěn)，同時(shí)采用電磁制動器以保證在 意外事故時(shí)緊急停車。4、前后安裝有多個(gè)超聲波傳感器，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)平臺周圍障礙物，并可通過整車控 制器發(fā)出自主避障命令或提示操作人員人工避障。5、配備有高性能IP攝像頭，能實(shí)時(shí)編碼壓縮視頻信號，并能實(shí)現(xiàn)在占用較小的無 線通訊帶寬資源的條件下傳輸高質(zhì)量的視頻信號。6、配備有液壓動力源裝置和多路電控信號I/O接口，可駁接多種電液驅(qū)動的工作 裝置，是集機(jī)、電、夜一體化的典型應(yīng)用。7、采用GPS和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)組合導(dǎo)航，可精確的對平臺進(jìn)行定位定向。
權(quán)利要求
一種遙控輪式移動機(jī)器人平臺，包括平臺車架(28)、車載電子設(shè)備和地面遙控控制臺(27)，其特征是所述的平臺車架(28)采用箱式結(jié)構(gòu)，所述的車載電子設(shè)備安裝在所述的平臺車架(28)的箱體內(nèi)，在所述的平臺車架(28)上設(shè)有工作裝置支座，在所述的平臺車架(28)內(nèi)設(shè)有蓄電池(1)，在所述的平臺車架(28)兩側(cè)分別設(shè)有通過傳動軸(2)傳動的前后兩個(gè)驅(qū)動輪(29)，在所述的平臺車架(28)兩側(cè)的所述的驅(qū)動輪(29)分別有一個(gè)所述的驅(qū)動輪(29)通過減速機(jī)(6)與牽引電機(jī)(4)傳動連接，所述的牽引電機(jī)(4)設(shè)有牽引電機(jī)驅(qū)動器(3)和電磁制動器(5)，工作電機(jī)(9)連接有工作電機(jī)驅(qū)動器(10)和液壓泵(11)，所述的液壓泵(11)連接有液壓油箱(13)和油源塊(12)，所述的牽引電機(jī)驅(qū)動器(3)和工作電機(jī)驅(qū)動器(10)與所述的車載電子設(shè)備電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙控輪式移動機(jī)器人平臺，其特征是所述的車載電子設(shè)備 為整車控制器(15)、GPS系統(tǒng)(17)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(18)、無線通訊系統(tǒng)(20)、前置IP攝像頭 (16)、后置IP攝像頭(8)和前后安裝的多個(gè)超聲波傳感器(7)，所述的整車控制器(15)通 過CAN總線(19)與牽引電機(jī)驅(qū)動器(3)、工作電機(jī)驅(qū)動器(10)、GPS系統(tǒng)(17)、慣性導(dǎo)航系 統(tǒng)(18)、無線通訊系統(tǒng)(20)、前置IP攝像頭(16)、后置IP攝像頭(8)和超聲波傳感器(7) 電相連，所述的整車控制器(15)通過所述的無線通訊系統(tǒng)(20)與所述的地面遙控控制臺 (27)無線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的遙控輪式移動機(jī)器人平臺，其特征是所述的牽引電機(jī) (4)上安裝有相對型旋轉(zhuǎn)編碼器，牽引電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器和電磁制動器分別與電機(jī)驅(qū)動器相 連接，所述的電機(jī)驅(qū)動器采集電機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制電機(jī)制動，并輸出U、V、W三相電流對電機(jī) 進(jìn)行變頻控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的遙控輪式移動機(jī)器人平臺，其特征是所述的前置IP攝 像頭(16)和后置IP攝像頭(8)將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號再將其編碼壓縮成MPEG4的數(shù)字 格式，再通過無線網(wǎng)橋?qū)⒕幋a壓縮后的視頻信號傳輸?shù)剿龅牡孛孢b控控制臺(27)，經(jīng)過 解碼后將視頻信號顯示在所述的地面遙控控制臺(27)的屏幕上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的遙控輪式移動機(jī)器人平臺，其特征是所述的地面遙控 控制臺(27)發(fā)出遙控信號，無線網(wǎng)橋接收后通過CAN/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊將遙控信號轉(zhuǎn)化為 CAN總線(19)的數(shù)據(jù)格式，并通過CAN總線(19)傳輸給所述的整車控制器(15)，所述的整 車控制器(15)再根據(jù)遙控信號發(fā)出執(zhí)行命令，從而實(shí)現(xiàn)遙控操作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種遙控輪式移動機(jī)器人平臺，平臺車架采用箱式結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)有車載電子設(shè)備、電池箱體。平臺車架設(shè)有輪式四輪驅(qū)動行走裝置，由牽引電機(jī)來驅(qū)動。車載電子設(shè)備主要包括電機(jī)驅(qū)動器、超聲波傳感器、IP攝像頭、整車控制器、GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)。在地面遙控控制臺上可查看所述機(jī)器人平臺前后的視頻圖像、平臺位置坐標(biāo)和準(zhǔn)確姿態(tài)，并可通過控制手柄和按鈕操作所述機(jī)器人平臺進(jìn)行工作。所述機(jī)器人平臺前后均安裝有超聲波傳感器，有一定的自動避障功能。機(jī)器人平臺在民用上用于運(yùn)輸，地震、火災(zāi)等危險(xiǎn)環(huán)境下的偵察搶險(xiǎn)，及搭載農(nóng)藥噴灑等農(nóng)用裝置，在軍事上可用作執(zhí)行偵察、巡邏、搭載探測裝置或武器等任務(wù)的工具。
文檔編號G08C17/02GK101850727SQ20101011472
公開日2010年10月6日 申請日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者付靜, 何清華, 劉心昊, 張大慶, 趙喻明 申請人:湖南山河智能機(jī)械股份有限公司