一種具有越障功能的巡邏機器人的製作方法

2023-05-12 11:05:47 1

本實用新型涉及巡邏機器人技術領域，尤其是一種具有越障功能的巡邏機器人。

背景技術：

機器人無疑是未來各行各業的主力軍，目前也有多處商家已經採用了機器人進行服務，比如餐飲服務機器人、家政機器人等等。服務機器人市場正在快速發酵，隨著社會的進步發展，目前服務機器人的應用已經擴展到很多領域。其中巡邏機器人在商場、倉庫、機場等大型場所的規模和數量不斷擴大。

現今在人員密集的場所，失竊案件、暴力案件也頻繁發生，各商場對於安保程度的需求也在日益增大。當意外事件發生時，保安或警察未必能夠及時到場進行處理，在某些情況下也會表現出人性中的軟弱和妥協。而國內現有服務機器人則大多有感知和認知技術上的瓶頸使用戶體驗差、開發難度大、供應鏈不完善所造成的產品遲遲不能上市等問題。其中重要的一點就是其大多只能在平整的地面上進行巡邏等操作。

技術實現要素：

本實用新型旨在提供一種具有一定的攀爬能力，適用範圍更加廣泛的具有越障功能的巡邏機器人。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：一種具有越障功能的巡邏機器人，包括外殼、車輪、電機、控制板和越障履帶，所述外殼包括頂蓋、底板、內側殼和外側殼，頂蓋安裝在底板的頂部，頂蓋和頂板的兩側分別設有一個外側殼，外側殼的內側設有內側殼，內側殼通過腳部平板連接頂蓋，外側殼與內側殼之間設有履帶輪，外側殼、內側殼和履帶輪之間通過螺栓連接；車輪包括兩個前輪和兩個後輪，位於外殼前端的兩個前輪通過聯軸器連接電機的輸出軸，位於外殼後端的兩個後輪通過輪軸連接外殼；前輪與後輪的外側均安裝有附屬履帶輪，前輪的附屬履帶輪、履帶輪、後輪的附屬履帶輪之間通過越障履帶連接；外殼內設有控制板、電機驅動、電池和電機，電機通過電機支架安裝到底板上，電池和電機驅動均固定在底板上；外殼上設有四個紅外測距傳感器，位於外殼前端的紅外測距傳感器通過3D列印件固定在底板上，位於外殼左側、右側和後端的紅外測距傳感器安裝於頂蓋的三個折彎處；外殼的後端設有光電傳感器，光電傳感器通過鈑金支架固定在底板上；外殼的上方設有攝像頭，攝像頭通過底座安裝到底板上。

作為本實用新型的進一步方案：所述外側殼的兩端均呈弧形，並向上翹起。

作為本實用新型的進一步方案：所述控制板包括MCU，MCU的型號為STM32F103。

作為本實用新型的進一步方案：所述電機驅動是雙路60A大功率H橋，設有兩個電流反饋檢測接口、一個內邏輯取電選擇端、四個上拉電阻選擇端、兩路直流電機接口、四線兩相步進電機接口、控制電機方向指示燈和四個標準固定安裝孔。

作為本實用新型的進一步方案：所述光電開關的型號為E18-D80NK。

作為本實用新型的進一步方案：所述紅外測距傳感器的型號為GP2Y0A21YK0FF。

作為本實用新型的進一步方案：所述紅外測距傳感器和光電傳感器替換為超聲波傳感器。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：該具有越障功能的巡邏機器人履帶與車輪使用同一電機驅動，通過履帶越至較高巡邏平臺，來達到越障巡邏的預期效果。其可適用於更為複雜的地形，優勢顯而易見，大幅減少路況對巡邏車的限制，從而提高機器人的機動能力，弧形外殼支持對小階梯火車小坡的攀爬及越過障礙，設定好路線，就能自主偵查、巡邏，具有廣闊的市場前景，值得大力推廣。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為本實用新型的頂蓋的整體示意圖；

圖3為本實用新型的基本控制原理圖；

圖4為本實用新型的紅外測距傳感器工作原理圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

請參閱圖1-4，本實用新型實施例中，一種具有越障功能的巡邏機器人，包括外殼、車輪、電機8、控制板10和越障履帶9，所述外殼包括頂蓋1、底板2、內側殼3和外側殼4，頂蓋1安裝在底板2的頂部，頂蓋1和頂板的兩側分別設有一個外側殼4，外側殼4的內側設有內側殼3，內側殼3通過腳部平板連接頂蓋1，外側殼4與內側殼3之間設有兩個履帶輪5，外側殼4、內側殼3和履帶輪5之間通過螺栓連接；車輪包括兩個前輪6和兩個後輪7，位於外殼前端的兩個前輪6通過聯軸器連接電機8的輸出軸，位於外殼後端的兩個後輪7通過輪軸連接外殼；前輪6與後輪7的外側均安裝有附屬履帶輪5，前輪6的附屬履帶輪5、履帶輪5、後輪7的附屬履帶輪5之間通過越障履帶9連接。

外殼內設有控制板10、電機驅動11、電池12和電機8，電機8通過電機支架安裝到底板2上，電池12和電機驅動11均固定在底板2上。

外殼上設有四個紅外測距傳感器13，位於外殼前端的紅外測距傳感器13通過3D列印件14固定在底板2上，位於外殼左側、右側和後端的紅外測距傳感器13安裝於頂蓋1的三個折彎處。

外殼的後端設有光電傳感器15，光電傳感器15通過鈑金支架16固定在底板2上；

外殼的上方設有攝像頭17，攝像頭17通過底座安裝到底板2上。

上述，外側殼4的兩端均呈弧形，並向上翹起。

上述，控制板10包括MCU，主控採用基於cotex-m3架構的STM32，結合所研究機器人的工作環境以及處理速度，採用STM32F103為MCU能夠做到性價比高、配置豐富靈活、低功耗等。

上述，電機驅動11是雙路60A大功率H橋，電機驅動11部分採用電機驅動11模塊雙路60A大功率H橋，此模塊設有2個電流反饋檢測接口、內邏輯取電選擇端、4個上拉電阻選擇端、2路直流電機接口和四線兩相步進電機接口、控制電機方向指示燈、4個標準固定安裝孔。該驅動板體積小，重量輕，而且具有強大的驅動能力，其峰值電流和峰值電壓分別為2A和46V。在使用過程中可額外安裝散熱片使運行更加穩定。

上述，光電開關為E18-D80NK型號的漫反射式避障傳感器模塊接近開關。該傳感器具有探測距離遠、受可見光幹擾小、價格便宜、易於裝配、使用方便等特點，能夠有效的避免了可見光的幹擾。而透鏡的使用，也使得這款傳感器最遠可以檢測80釐米距離的問題（由於紅外光的特性，不同顏色的物體，能探測的最大距離也有不同；白色物體最遠，黑色物體最近）。

上述，紅外測距傳感器13為紅外測距傳感器模塊GP2Y0A21YK0FF，紅外測距由紅外測距傳感器13模塊GP2Y0A21YK0FF實現，它由一個集成組合PSD（位置敏感探測器），IRED（紅外發光二極體）和信號處理電路組成。測量方法採用三角測量法，所以各種對象的反射率，環境溫度和工作時間不容易影響到距離檢測。此器件輸出的電壓即對應的檢測距離。因此，這種傳感器也可以用來作為接近傳感器。如圖所示紅外測距傳感器13包括紅外線131發射器、CCD檢測器132和濾鏡133，採用三角測量法。

為更好表達圖中零件及裝配關係，圖中未顯示內容有導線（杜邦線，電機8線等）若干，螺栓螺母若干。

進一步，本機器所使用的的履帶越障結構，斜面平板結構也可實現。因此斜面平板結構為替代方案。

進一步，本機器所使用的整體車頂蓋1，可通過拆分散件，如3D列印件14，定製鋁（鋼，塑料）板材等由螺栓螺母連接件連接所代替，因此，通過拆分散件拼裝車頂蓋1為替代方案。

進一步，本機器所使用的紅外測距傳感器13，光電傳感器15進行檢測路障。可通過超聲波傳感器等實現，因此超聲波傳感器為替代方案。

本實用新型的結構特點及其優點：一、本實用新型利用紅外傳感和測距技術，實現對周圍物體的時時捕捉，從而確定目標所在位置，傳感器把信號反饋給控制板10，控制板10及時對信息作出處理，判斷地形的基本特徵，通過對電機8的控制改變車輪速度，進而控制履帶使機器完成相應的動作，達到越障礙巡邏的目的，其對巡邏環境的要求就少很多，特別是倉庫等地方，其地形複雜，適合本實用新型所述的具有強適應能力的巡邏小車。

一、本實用新型特點在於，在遇到障礙時，可直接依靠履帶從而順利的跨越障礙，達到巡邏不受地形的影響的效果。本實用新型是基於stm32控制的可越障的巡邏機器人。對於校園這種人員密集的場所在沒有人幹預、無需對環境做任何規定和改變的條件下有目的的移動和完成相應的任務。本實用新型利用紅外傳感和測距技術，實現對周圍物體的時時捕捉，從而確定目標所在位置，傳感器把信號反饋給控制板10，控制板10及時對信息作出處理，通過對電機8的控制改變車輪速度，進而使機器完成相應的動作，達到越障礙巡邏的目的。

本實用新型的工作原理及其使用方法：製作越障巡邏機器人的整體結構，前面依靠兩側的車輪，同時帶動履帶，當傳感器返回的狀態符合越障要求時，依靠履帶來達到越障巡邏的預期效果，可通過履帶越至較高巡邏平臺，每側的履帶由四個齒輪位（兩個履帶輪5、兩個附屬履帶輪5）帶動。在車體前端安裝有紅外測距傳感器13模塊，此器件輸出的電壓對應的檢測距離，用於感知機器與前方障礙的距離。車身內裝有雙路60A大功率H橋，雙路60A大功率H橋上設有2個電流反饋檢測接口、內邏輯取電選擇端、4個上拉電阻選擇端、2路直流電機接口和四線兩相步進電機接口、控制電機方向指示燈、4個標準固定安裝孔，以實現整體驅動。

本實用新型的工作流程：機器人通過循跡進行巡邏工作，在巡邏過程中，通過前後左右四個方向的傳感器檢測規定範圍內的超標障礙物，並通過攝像頭17雲臺實時傳輸圖像數據。當在巡邏途中遇到適當大小的障礙物（與車頂蓋1高比例為1：1，並且非三中所述障礙物）可通過同步履帶裝置進行越障，繼續進行正常巡邏。

對於本領域技術人員而言，顯然本實用新型不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本實用新型的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本實用新型的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本實用新型內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。