自旋式變結構多功能越障探測器的製作方法
2023-05-02 16:10:21
專利名稱：自旋式變結構多功能越障探測器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及探測器領域技術，尤其是指一種自旋式變結構多功能越障探測器。
背景技術：
人們為了科學研究或科學實驗，需要在一些人煙罕至的地方或星球表面進行無人監測，或者在人無法進入的災難現場，也需要實施無人監測。這些地方的地理環境特殊，不但無路行車，而且會出現如狹縫、崎嶇山窪等凹凸不平的地面環境。而現有常見的探測車一般以輪式或履帶式結構作為運動底盤，運動的適應環境受到較大制約，遇到凹凸不平地面環境，探測車難以順利前行，容易出現翻車現象，造成無法正常完成探測任務。因此，如何尋找一種可以克服凹凸不平的特殊地理環境，順利完成探測任務的新型探測器是相關技術人員的一項亟待解決的難題。
實用新型內容有鑑於此，本實用新型針對現有技術存在之缺失，其主要目的是提供一種自旋式變結構多功能越障探測器，能多自由度的變結構，更加靈巧地通過特殊地理環境，完成普通形態探測器所難以應付的任務。為實現上述目的，本實用新型採用如下之技術方案:一種自旋式變結構多功能越障探測器，包括第一組運動肢、第二組運動肢以及一大扭矩、低轉速的自旋電機，該第一組運動肢包括一個第一半圓殼體、兩個連接在第一半圓殼體外緣上的旋轉臂、以及兩個連接於兩旋轉臂的末端的萬向輪；該第二組運動肢包括一個第二半圓殼體、兩個連接在第二半圓殼體外緣上的旋轉臂、以及兩個連接於兩旋轉臂的末端的萬向輪；該第一半圓殼體和第二半圓殼體的內側左右正對，所述自旋電機的機體固定於第一半圓殼體，自旋電機的主軸伸出第一半圓殼體並固定於第二半圓殼體，由自旋電機驅動第二組運動肢相對第一組運動肢自由旋轉後，兩組運動肢整體形成平面結構或四面體的結構。優選的，所述第一、第二半圓殼體外緣的兩個旋轉臂之間形成的夾角相同。優選的，所述第一、第二半圓殼體外緣的兩個旋轉臂之間形成的夾角均為109。28'。優選的，所述第一、第二組運動肢的各萬向輪與對應旋轉臂的末端之間安裝有用於驅動萬向輪旋轉的肢體電機。優選的，所述萬向輪上設有用於感知萬向輪自身運動姿勢和運動狀態的加速度傳感器。優選的，所述第一半圓殼體或第二半圓殼體內設有主控單片機、無線通訊模塊以及電源，該主控單片機連接電機驅動晶片後與自旋電機電連接，且主控單片機還分別與四個旋轉臂末端的肢體電機、各個加速度傳感器以及無線通訊模塊連接。[0012]優選的，所述萬向輪上設有幫助識別探測器的狀態的LED指示燈。優選的，所述自旋電機的主軸上套設有滾珠軸承，且該滾珠軸承夾設於第一半圓殼體和第二半圓殼體之間。優選的，所述直流電機通過自製數字編碼盤實現轉動角度的閉環控制。優選的，所述萬向輪的表面固定有可增加摩擦作用的矽膠膜。本實用新型與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果，具體而言，由上述技術方案可知，其主要是通過一大扭矩、低轉速的自旋電機使第一組運動肢與第二組運動肢可以相對旋轉運動，以形成一種多自由度的變結構與功能的越障探測器，它有別於傳統的探測器，可通過自身旋轉在平面與四面體的形態中進行定量轉換，探測器在低矮的通道中快速穿行可以採用平面形態，以類似輪式的結構通過，而在複雜的起伏式障礙路面上可以採用四面體的結構，通過四輪輪替翻轉，實現機體變結構和多向行進功能，有效提高機器的越障能力和遠程科考救援能力，可靈巧地通過特殊地理環境，完成普通形態探測器所難以應付的任務。其次，通過在各個旋轉臂的末端設置肢體電機，肢體電機的轉軸連接萬向輪，快速轉動的萬向輪與地面摩擦可以為探測器在水平地面上快速移動提供動力。並且，萬向輪內置有加速度傳感器，由主控單片機控制而轉動，同時通過加速度傳感器感應本身的接觸面，自適應調節結構來維持平衡和運動。為更清楚地闡述本實用新型的結構特徵和功效，
以下結合附圖與具體實施例來對本實用新型進行詳細說明。
圖1是本實用新型之實施例的平面簡圖，圖中的探測器形成平面結構；圖2是本實用新型之實施例的立體簡圖，圖中的探測器形成四面體結構；圖3是本實用新型之實施例的具體結構示意圖；圖4是本實用新型之實施例的電路控制框圖；圖5是本實用新型之實施例的控制原理框圖。附圖標識說明:100、探測器10、自旋電機11、滾珠軸承20、第一組運動肢21、第一半圓殼體22、旋轉臂23、萬向輪24、肢體電機25、加速度傳感器26、LED指示燈30、第二組運動肢31、第二半圓殼體32、旋轉臂33、萬向輪40、主控單片機50、無線通訊模塊60、電源70、L298電機驅動晶片。
具體實施方式
[0035]請參照圖1至圖4所示，其顯示出了本實用新型之較佳實施例的具體結構，該探測器包括兩組運動肢20、30，該兩組運動肢20、30之間通過大扭矩、低轉速的自旋電機10連接，其中一組運動肢在自旋電機10的驅動下可相對另一組運動肢自由旋轉一定角度，以使探測器整體形成平面結構或四面體的結構。具體而言，該兩組運動肢分別為第一組運動肢20以及第二組運動肢30。如圖3所示，該第一組運動肢20包括一個第一半圓殼體21、兩個旋轉臂22以及兩個萬向輪23。該兩個旋轉臂22均連接在第一半圓殼體21的外緣上，兩旋轉臂22之間夾角為109° 28'。兩個萬向輪23均設成圓形，其分別連接於兩旋轉臂22的末端，各萬向輪23與對應旋轉臂22的末端之間安裝有肢體電機24，由肢體電機24帶動萬向輪23轉動。本實施例中，該肢體電機24為變速直流電機，快速轉動的萬向輪23與地面摩擦可以為探測器在水平地面上快速移動提供動力。為取得更好的運動效果，本實施例對萬向輪23表面進行了處理，利用矽膠膜固定在其表面，以增強摩擦。並且，該萬向輪23上還設有加速度傳感器25以及LED指示燈26，加速度傳感器25用於感知萬向輪23自身運動姿勢和運動狀態，LED指示燈26可以幫助識別探測器的狀態。該第二組運動肢30包括第二半圓殼體31、兩個旋轉臂32以及兩個萬向輪33，本實施例中，第二組運動肢30的各個組成部件分別與第一組運動肢20各個組成部件的結構基本相同。該第二半圓殼體31與前述第二半圓殼體31的內側左右對稱地連接在一起，整體形成的圓形的探測器主體。其中自旋電機10的機體固定在第一半圓殼體21內，自旋電機10的主軸伸出第一半圓殼體21並固定連接於第二半圓殼體31，優選的，還可以採用自製數字編碼盤實現對自旋電機10轉動角度的閉環控制，增加旋轉控制的精確性。另外，為了增強機械結構的穩定和可靠性，還採用滾珠軸承結構，該滾珠軸承套於自旋電機10的主軸夕卜，並夾設在第一半圓殼體21以及第二半圓殼體31之間。這樣自旋電機10轉動便可以帶動第二組運動肢30自由旋轉一定角度，使第二組運動肢30的各個旋轉臂22與第一組運動肢20的旋轉臂22錯開一定角度，形成四面體的結構(見圖2)。除此之外，該第一半圓殼體21或第二半圓殼體31內還設有主控單片機40、無線通訊模塊50以及電源60。該電源60採用高能鋰電池，為自旋電機10、各肢體電機24以及各晶片模塊供應電量。本料施例中，該主控單片機40選用STC12C5A60S2單片機，並且自旋電機10用L298電機驅動晶片70進行驅動控制，各肢體電機24分別用L293電機驅動晶片進行驅動控制。如圖4所示，本實用新型的電路設計如圖所示，探測器主體內的主控單片機40連接L298電機驅動晶片70後連接自旋電機10，並且主控單片機40還分別連接四個旋轉臂22末端的肢體電機24、各個加速度傳感器25以及無線通訊模塊50。如圖5所示，通過軟體設計使本探測器實現左轉、右轉、前進、後退、左變形、右變形以及無線數據發送等功能。綜合而言，該探測器的轉動可以分為一級轉動和二級轉動兩種方式，其控制原理如下:一級轉動:主控單片機40通過無線串口模塊與上位機實現通訊。主控單片機40實時採集加速度傳感器25數據，並對數據進行分析，掌握探測體的運動形態，根據所遇到的環境不同，利用探測器自身的結構對實施結構變體，如果在狹縫中則把自身平展，如果在大的凹凸不平的地面上則變身為四面體的結構，利用自身的兩對自旋式的肢體輪換運動，以不同的形態支撐整體，並向不同的方向行進。在探測器整體呈平面結構時，該第一組運動肢20與第二組運動肢30左右對稱，且兩組運動肢20、30位於同一水平面，相鄰兩個旋轉臂(即兩旋轉壁22之間、兩旋轉壁23之間)的夾角保持109° 28'，旋轉壁22與旋轉壁23之間的夾角為70° 32'。當探測器呈四面體的結構時，每個旋轉臂22與其它三個旋轉臂22之間的夾角均為109° 28'，此時在肢體電機24的動力作用下，四個萬向輪23輪替翻轉，輕易地通過凹出不平的地面環境。二級轉動:各旋轉臂22的末端是四個萬向輪23，內置驅動肢體電機24(直流電機)和加速度傳感器25，由主控單片機40控制而轉動，同時通過加速度傳感器25感應本身的接觸面，自適應調節結構來維持平衡和運動。綜上所述，本實用新型的設計重點在於，其主要是通過使第一組運動肢20與第二組運動肢30可以相對旋轉運動，以形成一種多自由度的變結構與功能的越障探測器，它有別於傳統的探測器，可通過自身旋轉在平面與四面體的形態中進行定量轉換，探測器在低矮的通道中快速穿行可以採用平面形態，以類似輪式的結構通過，而在複雜的起伏式障礙路面上可以採用四面體的結構，通過四輪輪替翻轉，實現機體變結構和多向行進功能，有效提高機器的越障能力和遠程科考救援能力，可靈巧地通過特殊地理環境，完成普通形態探測器所難以應付的任務。其次，通過在各個旋轉臂22的末端設置肢體電機24，肢體電機24的轉軸連接萬向輪23，快速轉動的萬向輪23與地面摩擦可以為探測器在水平地面上快速移動提供動力。並且，萬向輪內置有加速度傳感器25，由主控單片機40控制而轉動，同時通過加速度傳感器25感應本身的接觸面，自適應調節結構來維持平衡和運動。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型的技術範圍作任何限制，故凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。
權利要求1.一種自旋式變結構多功能越障探測器，其特徵在於:包括第一組運動肢、第二組運動肢以及一大扭矩、低轉速的自旋電機，該第一組運動肢包括一個第一半圓殼體、兩個連接在第一半圓殼體外緣上的旋轉臂、以及兩個連接於兩旋轉臂的末端的萬向輪；該第二組運動肢包括一個第二半圓殼體、兩個連接在第二半圓殼體外緣上的旋轉臂、以及兩個連接於兩旋轉臂的末端的萬向輪；該第一半圓殼體和第二半圓殼體的內側左右正對，所述自旋電機的機體固定於第一半圓殼體，自旋電機的主軸伸出第一半圓殼體並固定於第二半圓殼體，由自旋電機驅動第二組運動肢相對第一組運動肢自由旋轉後，兩組運動肢整體形成平面結構或四面體的結構。
2.根據權利要求1所述的自旋式變結構多功能越障探測器，其特徵在於:所述第一、第二半圓殼體外緣的兩個旋轉臂之間形成的夾角相同。
3.根據權利要求2所述的自旋式變結構多功能越障探測器，其特徵在於:所述第一、第二半圓殼體外緣的兩個旋轉臂之間形成的夾角均為109° 28』。
4.根據權利要求1所述的自旋式變結構多功能越障探測器，其特徵在於:所述第一、第二組運動肢的各萬向輪與對應旋轉臂的末端之間安裝有用於驅動萬向輪旋轉的肢體電機。
5.根據權利要求4所述的自旋式變結構多功能越障探測器，其特徵在於:所述萬向輪上設有用於感知萬向輪自身運動姿勢和運動狀態的加速度傳感器。
6.根據權利要求4所述的自旋式變結構多功能越障探測器，其特徵在於:所述第一半圓殼體或第二半圓殼體內設有主控單片機、無線通訊模塊以及電源，該主控單片機連接電機驅動晶片後與自旋電機電連接，且主控單片機還分別與四個旋轉臂末端的肢體電機、各個加速度傳感器以及無線通訊模塊連接。
7.根據權利要求1所述的自旋式變結構多功能越障探測器，其特徵在於:所述萬向輪上設有幫助識別探測器的狀態的LED指示燈。
8.根據權利要求1所述的自旋式變結構多功能越障探測器，其特徵在於:所述自旋電機的主軸上套設有滾珠軸承，且該滾珠軸承夾設於第一半圓殼體和第二半圓殼體之間。
9.根據權利要求1所述的自旋式變結構多功能越障探測器，其特徵在於:所述直流電機通過自製數字編碼盤實現轉動角度的閉環控制。
10.根據權利要求1所述的自旋式變結構多功能越障探測器，其特徵在於:所述萬向輪的表面固定有可增加摩擦作用的矽膠膜。
專利摘要本實用新型公開一種自旋式變結構多功能越障探測器，包括第一組運動肢、第二組運動肢以及一自旋電機，該第一組運動肢包括第一半圓殼體、兩個旋轉臂以及兩個萬向輪，該第二組運動肢包括第二半圓殼體、兩個旋轉臂以及兩個萬向輪，該第一半圓殼體和第二半圓殼體的內側左右正對，所述自旋電機的機體固定於第一半圓殼體，自旋電機的主軸伸出第一半圓殼體並固定於第二半圓殼體，由自旋電機驅動第二組運動肢相對第一組運動肢自由旋轉一定角度，兩組運動肢整體形成平面結構或四面體的結構，籍此，本實用新型能根據實際環境靈巧地變形，巧妙地翻越特殊地理環境，完成普通形態探測器所難以應付的任務。
文檔編號G05D1/02GK202995457SQ2012206406
公開日2013年6月12日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者陳曦 申請人:福建省泉州市第七中學