專利名稱：便攜式多自由度小型爆炸物處理智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多自由度智能移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，特別是公開一種便攜式多自由度小型爆 炸物處理智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
排爆機(jī)器人主要用于代替人工，直接在案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行偵察、排除和處理爆炸物，以及其 他危險(xiǎn)品，也可以對(duì)一些持槍的恐怖分子及犯罪分子實(shí)施有效攻擊，是反恐專業(yè)隊(duì)伍中必不 可少的重要裝備。隨著遙控和局部自主移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，用于反恐偵察及排爆的地面移動(dòng)機(jī) 器人開始得到應(yīng)用。地面移動(dòng)機(jī)器人主要有履帶式、輪式以及兩者的組合等幾種方式。近年來恐怖主義活動(dòng)日漸猖獗，各國為了維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定和政治需求，對(duì)研究開發(fā)反恐防 爆的技術(shù)和裝備給予了極大地重視和較多的投入。尤其是"911"以來，各國更加強(qiáng)了對(duì)反恐 排爆機(jī)器人的研制工作。其中，以色列、美國、英國、法國、日本等國家處于領(lǐng)先地位。英 國早在60年代就成功研制出排爆機(jī)器人，AB Precision Limited (ABP)專為英國國防部生產(chǎn)和 供應(yīng)EOD爆炸品解拆裝置。其生產(chǎn)的排爆機(jī)器人有Cyclops、 BisonTM、 Groundhog , Lynx 等型號(hào)。美國REMOTEC公司是Northrop Grumman的子公司，作為傳統(tǒng)的警用排爆機(jī)器人 生產(chǎn)商，REMOTEC生產(chǎn)的防爆機(jī)器人包括Andros F6-A、 Wheelbarrow MK8 Plus II、 Wheelbarrow Super M、 Andros Wolverine、 Andros Mini II、 Andros V-Al、 Swordfish and Marlin cutting systems等。美國iRobot公司也生產(chǎn)爆炸物處理的機(jī)器人，代表型號(hào)為Packbot-EOD。與國外相比，我國的排爆機(jī)器人起步較晚。2004年自行研制的第一代智能化反恐防爆機(jī) 器人"反恐一號(hào)"可攀爬角度小于35。的斜坡和樓梯，可自由鉆洞，可跨躍0.4米高的路障， 還可根據(jù)使用要求裝備爆炸物銷毀器、連發(fā)霰彈槍及催淚彈等各種武器并完成相應(yīng)功能。廣 州衛(wèi)富機(jī)器人有限公司將其產(chǎn)業(yè)化，衛(wèi)富生產(chǎn)的排爆機(jī)器人有PXJ-I (特)、PXJ-II (大) 和PXJ-III (中)三種型號(hào)。北京瑞琦偉業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司主要生產(chǎn)Dragon IV型EOD排爆 機(jī)器人及RT3-EOD小型多功能安檢排爆機(jī)器人。京金吾主要生產(chǎn)JW9系列排爆機(jī)器人。文獻(xiàn)"掛車式防爆筒機(jī)械手"(專利申請(qǐng)?zhí)?3115111.6)描述了一種掛車式防爆筒機(jī)械 手，通過操作員遙操作，使可疑物品自動(dòng)從防爆筒外轉(zhuǎn)移到防爆筒內(nèi)，需要時(shí)再從防爆筒內(nèi) 轉(zhuǎn)移到防爆筒外。文獻(xiàn)"一種排爆機(jī)器人的靈活排爆手臂"(專利申請(qǐng)?zhí)?00420077979.4) 描述了一種排爆機(jī)器人手臂。文獻(xiàn)"排爆排險(xiǎn)機(jī)器人"(專利申請(qǐng)?zhí)?00710175389.3)描述 了一種帶云臺(tái)攝像機(jī)的小型排爆排險(xiǎn)機(jī)器人。通過分析表明，現(xiàn)有的產(chǎn)品多是大中型的排爆排險(xiǎn)機(jī)器人，任務(wù)執(zhí)行能力高，但體積大， 重量大，尤其是大中型地面移動(dòng)機(jī)器人的行進(jìn)部分多采用輪腿復(fù)合式，后部擁有足夠大的配 重，造成結(jié)構(gòu)龐大而復(fù)雜，后部過重不利于機(jī)器人在翻越樓梯時(shí)的穩(wěn)定性。有關(guān)小型爆炸物 處理的機(jī)器人研究較少，iRobot的Packbot-EOD性能穩(wěn)定，屬于尖端的排爆機(jī)器人產(chǎn)品。國 內(nèi)現(xiàn)有的產(chǎn)品地形適應(yīng)能力較差，作業(yè)能力不足，作業(yè)不夠可靠，還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段， 實(shí)用性不足。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，公開一種便攜式多自由度小型爆炸物處理智能移 動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)。本發(fā)明重量輕，攜帶方便；具有8個(gè)自由度排除爆炸物的機(jī)械手臂，機(jī)械手 臂模塊節(jié)點(diǎn)與主控制器間通過以太網(wǎng)或者CAN總線連接；機(jī)器人一共有12個(gè)自由度，可自 主運(yùn)行和遠(yuǎn)程視頻控制；可全天候、全地形運(yùn)行、作業(yè)直觀可靠、操作簡(jiǎn)單方便，能應(yīng)用于 實(shí)戰(zhàn)領(lǐng)域。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種便攜式多自由度小型爆炸物處理智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，包括 機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分、電氣控制部分，其特征在于機(jī)器人系統(tǒng)包含控制單元模塊、移動(dòng)平臺(tái)模塊、 能源模塊、機(jī)械手臂模塊、圖像傳感器模塊和遠(yuǎn)程控制模塊，各個(gè)獨(dú)立功能模塊采用標(biāo)準(zhǔn)的 機(jī)械接口相互連接，控制單元模塊來用嵌入式的計(jì)算機(jī)APM7作為主控制器，控制單元的 各個(gè)CPU與機(jī)械手臂的各個(gè)CPU之間通過以太網(wǎng)或者CAN總線連接；控制單元CPU 之間的協(xié)調(diào)工作、控制單元對(duì)機(jī)械手臂模塊的控制以及機(jī)械手臂模塊給控制單元的姿態(tài)信息 反饋都是通過標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行，所有CPU之間采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議或者CAN協(xié)議通信。所述的控制單元模塊采用嵌入式的計(jì)算機(jī)作為主控制器，集成了嵌入式的操作系統(tǒng)，通 過編程使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主行走，自主導(dǎo)航，傳感器信息處理及機(jī)械手臂的伸展和抓取等功能。所述的移動(dòng)平臺(tái)模塊包括機(jī)器人框架、履帶機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)等。機(jī) 器人能夠全地形運(yùn)行。所述機(jī)器人框架包含機(jī)器人的底盤、支架及腔體；履帶機(jī)構(gòu)包括一條 履帶、 一個(gè)主動(dòng)輪、 一個(gè)從動(dòng)輪及若干個(gè)輔助輪；履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括直流電機(jī)、電機(jī)編碼器、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及軸承翻轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)包括一條履帶、 一個(gè)主動(dòng)輪和一個(gè)從動(dòng)輪； 翻轉(zhuǎn)臂驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括翻轉(zhuǎn)電機(jī)、電機(jī)編碼器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及軸承。所 述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用PWM方式控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，每個(gè)電機(jī)帶有一個(gè)編碼器，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控 制采用開環(huán)和閉環(huán)兩種方式，閉環(huán)包含速度環(huán)、位置環(huán)和電流環(huán)。所述的能源模塊包括可充電電池系統(tǒng)和電源管理電路，為機(jī)器人提供能源，該機(jī)器人可 裝1到4塊電池。機(jī)器人可以由電池供電，亦可由外接直流電源供電，電源管理電路可以實(shí)現(xiàn)外接直流電源和電池相互切換的功能。上述的移動(dòng)平臺(tái)模塊、控制單元模塊和能源模塊構(gòu)成機(jī)器人本體。所述的機(jī)械手臂模塊具有8個(gè)自由度，采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)方式，采用密度低、高比強(qiáng)度 和模量的鋁合金制作。機(jī)械手臂能夠方便地伸展和收縮，多個(gè)自由度和較大的伸展范圍保證 了作業(yè)的靈活性。每個(gè)機(jī)械手臂的關(guān)節(jié)由一個(gè)單獨(dú)的CPU控制，每個(gè)關(guān)節(jié)作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)控制 節(jié)點(diǎn)與主控制模塊相連，相互之間通過標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)或者CAN總線與機(jī)械手臂模塊通信。所述的圖像傳感器模塊包含是指裝在機(jī)器人本體上的攝像機(jī)和裝在機(jī)械手臂上的攝像 機(jī)。安裝在本體上的攝像機(jī)具有一個(gè)自由度，能夠俯仰擺動(dòng)，機(jī)器人可從看到的環(huán)境圖像來 判斷所處的位置，周圍景物，并尋找作業(yè)目標(biāo)。安裝在機(jī)械手臂上的攝像機(jī)具有旋轉(zhuǎn)和俯仰 擺動(dòng)兩個(gè)自由度，能夠精確地采集到目標(biāo)的信息，使機(jī)器人作業(yè)直觀、操作簡(jiǎn)單方便。所述的遠(yuǎn)程控制模塊由一臺(tái)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)、無線通訊模塊、遙控器組成。遠(yuǎn)程控制模塊與 機(jī)器人主控制器之間的無線通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議。采用遙控模式時(shí)，操作者通過遙控 器或者遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的鍵盤發(fā)送控制命令，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送給主控制器，由主控制器來控制 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)及其他操作。機(jī)器人獲得的視頻等信息由主控制器通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送給遠(yuǎn)程計(jì) 算機(jī)。操作者可以實(shí)時(shí)看到機(jī)器人所處的環(huán)境，獲得機(jī)器人的狀態(tài)信息，從而能夠精確操作 機(jī)器人。本發(fā)明的有益效果是-1、 本發(fā)明機(jī)器人系統(tǒng)的各個(gè)獨(dú)立功能模塊采用標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口相互連接，組成整體的機(jī) 器人系統(tǒng)。功能模塊可以選配、替換，以便完成特定的功能。模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方便模塊間 的安裝，可以根據(jù)不同用戶的需求迅速的組裝機(jī)器人平臺(tái)，降低了機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、擴(kuò)展、 集成、安裝、維修、更新?lián)Q代的成本。2、 本發(fā)明機(jī)器人系統(tǒng)每個(gè)外接的傳感器模塊和機(jī)械手的每個(gè)關(guān)節(jié)都由單獨(dú)CPU控制。 各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間以及主控制器與節(jié)點(diǎn)之間通過以太網(wǎng)或CAN總線連接，連接接口和總線通信協(xié) 議具有相同的特征。模塊的優(yōu)先級(jí)可以預(yù)先設(shè)定并根據(jù)需要修改。標(biāo)準(zhǔn)電子模塊接口的特征 簡(jiǎn)化了機(jī)器人的控制設(shè)計(jì)，為實(shí)際使用中機(jī)器人的配件擴(kuò)展提供了方便。3、 本發(fā)明機(jī)器人系統(tǒng)可采用自主控制和遠(yuǎn)程控制兩種方式，無線視頻遙控系統(tǒng)能夠保證 作業(yè)的直觀性和方便性。4、 本發(fā)明機(jī)器人系統(tǒng)總共具有12個(gè)自由度，保證了機(jī)器人作業(yè)的靈活性。5、 本發(fā)明機(jī)器人系統(tǒng)面向?qū)崙?zhàn)領(lǐng)域，重量輕，速度快，負(fù)載能力強(qiáng)，可全天候、全地形 運(yùn)行。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖l是本發(fā)明機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖2是本發(fā)明遠(yuǎn)程控制單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖3是本發(fā)明移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖4是本發(fā)明履帶機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖;圖5是本發(fā)明翻轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖6是本發(fā)明機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖7是本發(fā)明CAN總線控制電路示意圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)附圖1、 2， 一種便攜式多自由度小型爆炸物處理智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，包括移動(dòng)平 臺(tái)模塊10、本體圖像傳感器模塊20、控制單元模塊30、機(jī)械手臂模塊40、手臂圖像傳感 器模塊50、遠(yuǎn)程控制單元60組成。遠(yuǎn)程控制單元60是一個(gè)單獨(dú)的控制單元塊，由一臺(tái)計(jì)算機(jī)， 一個(gè)無線通信模塊，天線、 支架和控制箱組成。遠(yuǎn)程控制單元與機(jī)器人無線通訊，安裝在機(jī)器人上的圖像等傳感器獲得 的信息以及機(jī)器人的位置、動(dòng)作信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制單元，操縱人員可以遠(yuǎn)程 控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和作業(yè)。根據(jù)附圖3，移動(dòng)平臺(tái)10包括機(jī)器人框架11、電源系統(tǒng)12、左履帶機(jī)構(gòu)14L、右履 帶機(jī)構(gòu)14R、左翻轉(zhuǎn)臂13L、右翻轉(zhuǎn)臂13R、左驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)15L、右驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 15R、翻轉(zhuǎn)臂驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)16等。根據(jù)附圖4，左右履帶機(jī)構(gòu)14L和14R分別包括一條履帶141， 一個(gè)主動(dòng)輪142、 一 個(gè)從動(dòng)輪143和12個(gè)輔助輪144。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括直流伺服電機(jī)、電機(jī)編碼器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括齒輪、軸承等。驅(qū)動(dòng)器從控制單元接收指令來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，經(jīng)由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)到達(dá)主 動(dòng)輪，再由主動(dòng)輪帶動(dòng)整個(gè)履帶運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)器人行走。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用PWM方式控制 電機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)控制單元模塊發(fā)出的信號(hào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。每個(gè)電機(jī)帶有一個(gè)500線 的增量型編碼器，采集位置信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的閉環(huán)控制。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制采用開環(huán) 和閉環(huán)兩種方式，閉環(huán)包含速度環(huán)、位置環(huán)和電流環(huán)。根據(jù)附圖5，左右翻轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)13L和13R分別包括一條履帶131、 一個(gè)主動(dòng)輪132和 一個(gè)從動(dòng)輪133。兩個(gè)翻轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)共有一個(gè)翻轉(zhuǎn)臂驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)16， 16由翻轉(zhuǎn)電機(jī)、電 機(jī)編碼器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及軸承組成。從控制單元模塊發(fā)出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)翻轉(zhuǎn)臂主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，從而使整個(gè)翻轉(zhuǎn)臂繞主動(dòng)輪軸旋轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)臂在機(jī)器人爬 樓梯、翻轉(zhuǎn)等動(dòng)作中起支撐作用，是使機(jī)器人適應(yīng)全地形作業(yè)的重要部件。根據(jù)附圖6，本體圖像傳感器模塊20是安裝在機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)模塊上的一個(gè)攝像機(jī)， 具有一個(gè)自由度，可俯仰擺動(dòng)，其作用是采集機(jī)器人前方的環(huán)境圖像，給機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)提供 信息。機(jī)械手臂40具有8個(gè)自由度，采用渦輪蝸桿傳動(dòng)方式，材料為鋁合金。機(jī)械手臂的全 伸展長度達(dá)1.8m，最大伸展時(shí)能夠抓取3kg的負(fù)載，多個(gè)自由度和較大的伸展范圍保證了 作業(yè)的靈活性。每個(gè)機(jī)械手的關(guān)節(jié)由一個(gè)單獨(dú)的控制器控制，每個(gè)關(guān)節(jié)作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)與 主控制模塊相連，采用CAN總線方式通信，保證了作業(yè)的可靠性，即使有某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障也 不會(huì)影響其他節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作。機(jī)械手臂40上安裝一個(gè)手臂圖像傳感器模塊50，具有兩個(gè)自由度，能夠俯仰擺動(dòng)和旋 轉(zhuǎn)，以便采集到目標(biāo)的信息，使作業(yè)直觀、操作簡(jiǎn)單方便。機(jī)械手臂40由肩關(guān)節(jié)41，肘關(guān)節(jié)42，肘關(guān)節(jié)43，腕關(guān)節(jié)44，手爪45，云臺(tái)46、 大臂47、前臂48、小臂49組成。機(jī)械臂一共有8個(gè)自由度肩關(guān)節(jié)41處有兩個(gè)自由度， 自由度1為相對(duì)于安裝基座的水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，自由度2為大臂47的擺動(dòng)。肘關(guān)節(jié)42處 有一個(gè)自由度3，為前臂47的擺動(dòng)。肘關(guān)節(jié)43處由一個(gè)自由度4，為小臂49擺動(dòng)。腕 關(guān)節(jié)44有一個(gè)自由度5，為手爪45的旋轉(zhuǎn)。手爪45有一個(gè)自由度6，為手爪的開合。 云臺(tái)46處有兩個(gè)自由度，自由度7為攝像機(jī)50的俯仰擺動(dòng)，自由度8為攝像機(jī)50的 旋轉(zhuǎn)。圖3中的自由度9為機(jī)器人本體上安裝的攝像機(jī)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人本體還有三個(gè) 自由度，因此排爆機(jī)器人系統(tǒng)總共有12個(gè)自由度?？刂茊卧K30采用嵌入式的計(jì)算機(jī)ARM7作為主控制器，集成了嵌入式的操作系 統(tǒng)，通過編程使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主行走，自主導(dǎo)航，傳感器信息處理，手臂伸展、抓取等功能。 控制單元模塊通過標(biāo)準(zhǔn)的CAN總線與手臂模塊通信。根據(jù)附圖7，控制單元模塊30共用了 三片CPU，主控CPU 31，運(yùn)動(dòng)控制CPU 32，通訊CPU 33。主控CPU 31負(fù)責(zé)整體的任 務(wù)規(guī)劃、決策算法、外圍傳感器及其他器件控制及管理、電源管理等。運(yùn)動(dòng)控制CPU 32負(fù) 責(zé)機(jī)器人的移動(dòng)、翻轉(zhuǎn)臂的動(dòng)作、機(jī)械臂的動(dòng)作等。通訊CPU 33負(fù)責(zé)所有CAN節(jié)點(diǎn)之間 的通信。機(jī)械手臂40的六個(gè)關(guān)節(jié)肩關(guān)節(jié)41，肘關(guān)節(jié)42，肘關(guān)節(jié)43，腕關(guān)節(jié)44，手爪 45，云臺(tái)46分別由一個(gè)CPU來控制。將控制單元模塊的三個(gè)CPU，機(jī)械手臂的六個(gè)CPU 之間通過CAN總線連接，通信環(huán)路水端接有終端電阻以抑制反射。所有CPU相互之 間采用標(biāo)準(zhǔn)CAN協(xié)議通信控制單元CPU之間的協(xié)調(diào)工作，控制單元對(duì)機(jī)械手臂模塊的 控制，以及機(jī)械手臂模塊給控制單元的反饋其姿態(tài)都是通過CAN總線進(jìn)行。這樣控制方式7的好處是控制算法簡(jiǎn)便，軟件更新容易；機(jī)械手臂模塊關(guān)節(jié)擴(kuò)展方便，可以根據(jù)需要增減 關(guān)節(jié)數(shù)目；某個(gè)關(guān)節(jié)的故障不會(huì)影響到其他關(guān)節(jié)的工作；采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，各個(gè) CAN節(jié)點(diǎn)關(guān)節(jié)模塊的優(yōu)先級(jí)可以設(shè)定并隨時(shí)調(diào)整；標(biāo)準(zhǔn)的CAN接口也可以擴(kuò)展傳感器和 其他執(zhí)行器件，使機(jī)器人的功能擴(kuò)展非常簡(jiǎn)便。本實(shí)施例構(gòu)建成的機(jī)器人系統(tǒng)重量小于30kg，速度2m/s，臂展1.8m，最大伸長負(fù)載 3kg，可爬40°樓梯，可全天候、全地形運(yùn)行，可單兵背負(fù)，是面向?qū)崙?zhàn)領(lǐng)域的可靠便攜式 爆炸物處理機(jī)器人平臺(tái)。
權(quán)利要求
1.一種便攜式多自由度小型爆炸物處理智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分、電氣控制部分，其特征在于機(jī)器人系統(tǒng)包含控制單元模塊、移動(dòng)平臺(tái)模塊、能源模塊、機(jī)械手臂模塊、圖像傳感器模塊和遠(yuǎn)程控制模塊，各個(gè)獨(dú)立功能模塊采用標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口相互連接，控制單元模塊采用嵌入式的計(jì)算機(jī)APM7作為主控制器，控制單元的各個(gè)CPU與機(jī)械手臂的各個(gè)CPU之間通過以太網(wǎng)或CAN總線連接；控制單元CPU之間的協(xié)調(diào)工作、控制單元對(duì)機(jī)械手臂模塊的控制以及機(jī)械手臂模塊給控制單元的反饋其姿態(tài)都是通過標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行，所有CPU之間采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP或CAN協(xié)議通信。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式多自由度小型爆炸物處理智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在 于所述的機(jī)械手臂模塊其機(jī)械手臂采用渦輪蝸桿傳動(dòng)，機(jī)械手臂共有8個(gè)自由度，每 個(gè)關(guān)節(jié)作為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)關(guān)節(jié)都由單獨(dú)CPU控制，并與主控制器相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式多自由度小型爆炸物處理智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在 于所述的移動(dòng)平臺(tái)模塊是機(jī)器人的機(jī)械運(yùn)功載體，包括機(jī)器人框架、左右兩個(gè)履帶機(jī) 構(gòu)、左右兩個(gè)翻轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)、左右兩個(gè)履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及左右兩個(gè)翻轉(zhuǎn)臂驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式多自由度小型爆炸物處理智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)器人框架包含機(jī)器人的底盤、支架及腔體；履帶機(jī)構(gòu)包括一條履帶、 一個(gè)主 動(dòng)輪、 一個(gè)從動(dòng)輪及若干個(gè)輔助輪；履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括直流電機(jī)、電機(jī)編碼器、電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和軸承；翻轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)包括一條履帶、 一個(gè)主動(dòng)輪和一個(gè)從動(dòng)輪；翻 轉(zhuǎn)臂驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括翻轉(zhuǎn)電機(jī)、電機(jī)編碼器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和軸承。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的便攜式多自由度小型爆炸物處理智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在 于所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用PWM方式控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，每個(gè)電機(jī)帶有一個(gè)編碼器，機(jī)器 人的運(yùn)動(dòng)控制采用開環(huán)和閉環(huán)兩種方式，閉環(huán)包含速度環(huán)、位置環(huán)和電流環(huán)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式多自由度小型爆炸物處理智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述嵌入式的計(jì)算機(jī)集成了嵌入式的操作系統(tǒng)，通過編程使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主行走、自由導(dǎo)航、傳感器信息處理和機(jī)械手臂的伸展及抓取功能。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式多自由度小型爆炸物處理智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在 于所述的圖像傳感器模塊包括設(shè)置在機(jī)器人本體移動(dòng)平臺(tái)具有俯仰擺動(dòng)一個(gè)自由度的攝像機(jī)和設(shè)置在機(jī)械手臂上具有旋轉(zhuǎn)和俯仰擺動(dòng)兩個(gè)自由度的攝像機(jī)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式多自由度小型爆炸物處理智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)器人系統(tǒng)采用自主控制和遠(yuǎn)程控制兩種方式，遠(yuǎn)程控制是采用一臺(tái)遠(yuǎn)程計(jì)算 機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)與機(jī)器人主控制器通信，進(jìn)行命令和視頻傳輸，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的遙控作業(yè)。
全文摘要
本發(fā)明為一種便攜式多自由度小型爆炸物處理智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分、電氣控制部分，其特征在于機(jī)器人系統(tǒng)包含控制單元模塊、移動(dòng)平臺(tái)模塊、能源模塊、機(jī)械手臂模塊、圖像傳感器模塊和遠(yuǎn)程控制模塊，各個(gè)獨(dú)立功能模塊采用標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口相互連接；采用嵌入式的計(jì)算機(jī)APM7作為主控制器，各個(gè)CPU之間通過以太網(wǎng)或CAN總線連接；所有CPU之間采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP或CAN協(xié)議通信，在機(jī)器人本體和手臂上各安裝一個(gè)攝像機(jī)。本發(fā)明重量輕，攜帶方便；采用具有8個(gè)自由度排除爆炸物的機(jī)械手臂，機(jī)器人一共有12個(gè)自由度，可自主運(yùn)行和遠(yuǎn)程視頻控制；可全天候、全地形運(yùn)行，能應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B25J19/00GK101259614SQ20081004325
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者付西光, 盧秋紅, 勇 周, 蔣金鵬 申請(qǐng)人:上海中為智能機(jī)器人有限公司