專利名稱：一種多功能越障機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，特別是一種多功能越障機(jī)器人。
背景技術(shù)：
進(jìn)入21世紀(jì)，機(jī)械行業(yè)又會(huì)以新的姿態(tài)隆重登場(chǎng)。以大規(guī)模集成電路和微電子計(jì)算機(jī)為代表的微電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，并迅速應(yīng)用到機(jī)械行業(yè)中，出現(xiàn)了種類繁多的計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械、儀器、設(shè)備。隨著出現(xiàn)了具有柔性功能的自動(dòng)化車間或工廠，大幅度提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，適應(yīng)了市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的多樣化要求，豐富了人類的物質(zhì)文明。傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)發(fā)生了深刻的變化，出現(xiàn)了人類夢(mèng)想的“機(jī)械文明的新時(shí)代”，即機(jī)電一體化時(shí)代，促進(jìn)了機(jī)械與電子相互結(jié)合，共同繁榮的新局面。在這欣欣向榮的新局面中，有一類機(jī)電一體化產(chǎn)品將備受人類青睞，那就是機(jī)器人。近幾十年來，各國(guó)都爭(zhēng)先恐后投入大量資金進(jìn)行研究，使得機(jī)器人發(fā)展迅速，種類繁多，已形成了近百萬(wàn)人的“王國(guó)”。目前，已有大部分機(jī)器人應(yīng)用于各種自動(dòng)化的生產(chǎn)線上，工農(nóng)業(yè)中和生活中。如核事故機(jī)器人，仿生機(jī)器人，消防機(jī)器人，舞蹈機(jī)器人，警用機(jī)器人，機(jī)器人服務(wù)員等。由于它們的出色表現(xiàn)，機(jī)器人已被人類稱為“最忠實(shí)的伴侶”。所以機(jī)器人是科技進(jìn)步的重要標(biāo)志。但這些機(jī)器人專業(yè)性太強(qiáng)，造價(jià)昂貴，尤其是對(duì)障礙物偵測(cè)與躲避、越障方法的研究不多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的多功能越障機(jī)器人。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，一種多功能越障機(jī)器人，其特點(diǎn)是它設(shè)有一個(gè)車體，車體下部為行走機(jī)構(gòu)，在車體上部設(shè)有越障機(jī)構(gòu)，所述的越障機(jī)構(gòu)設(shè)有與車體鉸接的前后兩條擺臂，兩條擺臂的轉(zhuǎn)軸分別與擺臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相接，后擺臂的外端裝有隨動(dòng)滾輪，前擺臂的外端裝有驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪與裝在前擺臂上的越障驅(qū)動(dòng)電機(jī)相接，它還設(shè)有裝在車體內(nèi)的智能操控裝置以及一個(gè)手持操控面板，智能操控裝置設(shè)有主控單片機(jī)，在車體前部裝有超聲波測(cè)障探頭和接近觸點(diǎn)開關(guān)，在車體的下部前后各裝有一個(gè)光電檢測(cè)開關(guān)，在車體的上部裝有擺臂行程開關(guān)，接近觸點(diǎn)開關(guān)、光電檢測(cè)開關(guān)、擺臂行程開關(guān)通過輸入接口接入主控單片機(jī)，超聲波測(cè)障探頭通過超聲波測(cè)障模塊接入主控單片機(jī)的輸入接口，主控單片機(jī)通過輸出接口與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分別與行走機(jī)構(gòu)、擺臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及越障驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)相接。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題還可以通過以下技術(shù)方案來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，手持操控面板上設(shè)有運(yùn)動(dòng)控制按扭和手動(dòng)、自動(dòng)切換開關(guān)，手持操控面板設(shè)有紅外發(fā)射裝置，單片機(jī)上相應(yīng)的連接有紅外接收裝置。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題還可以通過以下技術(shù)方案來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，主控單片機(jī)上連接有聲音提示模塊。
首先，機(jī)器人由超聲波測(cè)障探頭檢測(cè)出前方有障礙物并分析是否可以翻越，如果可以，則減速繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)接近觸點(diǎn)開關(guān)接近到障礙物，停止前進(jìn)，向后退回一段距離，退回的距離是為保證機(jī)器人在跨越路肩過程中中間車體不與路肩發(fā)生碰撞，此時(shí)擺臂展開，并向下?lián)纹疖圀w，設(shè)在車體下部前面的光電檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)車體是否超過障礙物，當(dāng)超過障礙物，擺臂停止動(dòng)作，越障驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，帶動(dòng)車體前行，當(dāng)設(shè)在車體下部后面的光電檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)出車體已越過障礙物時(shí)，擺臂開始返回，車體回落，前后兩擺臂相向交疊在車體上部，觸及擺臂行程開關(guān)，則完成越障，機(jī)器人繼續(xù)前進(jìn)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用微電子控制，使控制更靈活；軟件代替硬件的設(shè)計(jì)，使技術(shù)改造更新更方便。通過傳感器及各種控制裝置和語(yǔ)音提示裝置達(dá)到了環(huán)境-機(jī)器人-人之間的信息交換。其基本采用模塊化設(shè)計(jì)，便于標(biāo)準(zhǔn)化和流水線加工。由于較好的應(yīng)用了電子控制技術(shù)，使得機(jī)械部分得到極大的簡(jiǎn)化，減少了機(jī)械加工，減小了加工難度，縮短了制造周期。從而極大的降低了生產(chǎn)成本。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，可以廣泛應(yīng)用在跨越路肩或?qū)捙_(tái)階的各種場(chǎng)合，造價(jià)明顯低于其他同類產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)性好，適宜推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明越障時(shí)結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2為本發(fā)明越過障礙后收臂時(shí)結(jié)構(gòu)3為前后臂展開結(jié)構(gòu)傳動(dòng)示意圖。
圖4為本發(fā)明智能操控原理框圖。
具體實(shí)施例方式
一種多功能越障機(jī)器人，它設(shè)有一個(gè)車體3，車體3下部為行走機(jī)構(gòu)7，在車體3上部設(shè)有越障機(jī)構(gòu)，所述的越障機(jī)構(gòu)設(shè)有與車體3鉸接的前后兩條擺臂2、5，兩條擺臂2、5的轉(zhuǎn)軸分別與擺臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8相接，后擺臂2的外端裝有隨動(dòng)滾輪1，前擺臂5的外端裝有驅(qū)動(dòng)輪6，驅(qū)動(dòng)輪6與裝在前擺臂5上的越障驅(qū)動(dòng)電機(jī)9相接，它還設(shè)有裝在車體3內(nèi)的智能操控裝置以及一個(gè)手持操控面板14，智能操控裝置設(shè)有主控單片機(jī)17，在車體3前部裝有超聲波測(cè)障探頭13和接近觸點(diǎn)開關(guān)4，在車體3的下部前后各裝有一個(gè)光電檢測(cè)開關(guān)10，在車體3的上部裝有擺臂行程開關(guān)11，接近觸點(diǎn)開關(guān)4、光電檢測(cè)開關(guān)10、擺臂行程開關(guān)11通過輸入接口16接入主控單片機(jī)17，超聲波測(cè)障探頭13通過超聲波測(cè)障模塊12接入主控單片機(jī)17的輸入接口16，主控單片機(jī)17通過輸出接口18與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊19相接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊19分別與行走機(jī)構(gòu)7、擺臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)8以及越障驅(qū)動(dòng)電機(jī)9相接。手持操控面板14上設(shè)有運(yùn)動(dòng)控制按扭和手動(dòng)、自動(dòng)切換開關(guān)，手持操控面板14設(shè)有紅外發(fā)射裝置15，主控單片機(jī)17上相應(yīng)的連接有紅外接收裝置21。單片機(jī)17上連接有聲音提示模塊20。
機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)三種基本類型。綜合考慮三種驅(qū)動(dòng)類型，電氣驅(qū)動(dòng)輸出力矩大、維修簡(jiǎn)單、成本低、對(duì)環(huán)境無污染、市場(chǎng)上容易購(gòu)買且多數(shù)電機(jī)自帶減速裝置，故選擇直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)為了減輕機(jī)器人整體重量和保證車體內(nèi)有足夠的空間來放置電源及電控裝置，整個(gè)車體采用框架式結(jié)構(gòu)，車體框架采用純鋁材料制作，四周則采用輕質(zhì)材料包裝即可，考慮到部分結(jié)構(gòu)。所述的行走機(jī)構(gòu)設(shè)有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和一個(gè)從動(dòng)輪，每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪分別通過不同的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。如左邊輪轉(zhuǎn)動(dòng)右邊輪不轉(zhuǎn)動(dòng)則向右轉(zhuǎn)彎，反之則向做轉(zhuǎn)彎，此轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)較簡(jiǎn)單、方便，安裝起來也比較容易。
超聲波測(cè)距傳感器是機(jī)器人的眼睛，機(jī)器人通過其感知外部環(huán)境信息。超聲波是聲波大家族中的一員，人們把這種振動(dòng)頻率大于20KHz以上的，超出了人耳聽覺的上限(20000Hz)聽不見的聲波叫做超聲波。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在移動(dòng)機(jī)器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，在空氣中的傳播速度為340m/s左右。超聲波測(cè)距是基于超聲波發(fā)射原理，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就會(huì)立即被反射回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。利用發(fā)、收過程中產(chǎn)生的時(shí)間差，就可以計(jì)算出前方物體離機(jī)器人的實(shí)際距離。
在電機(jī)驅(qū)動(dòng)方面，我們采用了DF-MD V1.0模塊，該模塊采用了LGS公司優(yōu)秀的大功率電機(jī)專用芯片L298N，輸出有高速肖特基二極管作保護(hù)，可靠性好，有利于保證電路的穩(wěn)定性。
DF-MD V1.0模塊線路簡(jiǎn)潔、元件少、體積小，與我們簡(jiǎn)約的電路設(shè)計(jì)要求相通。充分利用已有電路模塊，體現(xiàn)了快速設(shè)計(jì)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)潮流。發(fā)聲控制電路采用APR9600語(yǔ)音錄放芯片，其音質(zhì)好、噪音低、不怕斷電。
機(jī)器人正常向前行走電機(jī)(2個(gè))的選擇機(jī)器人正常向前行走時(shí)所受的摩擦力f＝μG＝0.1*150＝15N(μ＝0.1G為機(jī)器人重力)所以向前行走功率p＝f*v＝15*0.452＝6.78W(v為機(jī)器人向前行走的速度)取電機(jī)損耗系數(shù)η＝90％則電機(jī)提供的功率P＝p/η＝6.78/0.9＝7.53W根據(jù)市場(chǎng)，購(gòu)買到功率為5W且自帶減速器的電機(jī)，則兩個(gè)這樣的電機(jī)可輸出10W功率，可滿足要求。
機(jī)器人越障機(jī)構(gòu)電機(jī)(2個(gè))的選擇機(jī)器人在越障過程中要克服較大的力矩，其中前端越障機(jī)構(gòu)所克服的力矩為M前＝(G/2)*L1＝75*0.604＝45.3N*M(L1為前端越障機(jī)構(gòu)受力點(diǎn)的力臂單位m)M后＝(G/2)*L2＝75*0.564＝42.3N*M(L2為后端越障機(jī)構(gòu)受力點(diǎn)的力臂單位m)所以需要輸出力矩較大的力矩電機(jī)。
力矩電機(jī)參數(shù)

權(quán)利要求
1.一種多功能越障機(jī)器人，其特征在于它設(shè)有一個(gè)車體(3)，車體(3)下部為行走機(jī)構(gòu)(7)，在車體(3)上部設(shè)有越障機(jī)構(gòu)，所述的越障機(jī)構(gòu)設(shè)有與車體(3)鉸接的前后兩條擺臂(2、5)，兩條擺臂(2、5)的轉(zhuǎn)軸分別與擺臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)相接，后擺臂(2)的外端裝有隨動(dòng)滾輪(1)，前擺臂(5)的外端裝有驅(qū)動(dòng)輪(6)，驅(qū)動(dòng)輪(6)與裝在前擺臂(5)上的越障驅(qū)動(dòng)電機(jī)(9)相接，它還設(shè)有裝在車體(3)內(nèi)的智能操控裝置以及一個(gè)手持操控面板(14)，智能操控裝置設(shè)有主控單片機(jī)(17)，在車體(3)前部裝有超聲波測(cè)障探頭(13)和接近觸點(diǎn)開關(guān)(4)，在車體(3)的下部前后各裝有一個(gè)光電檢測(cè)開關(guān)(10)，在車體(3)的上部裝有擺臂行程開關(guān)(11)，接近觸點(diǎn)開關(guān)(4)、光電檢測(cè)開關(guān)(10)、擺臂行程開關(guān)(11)通過輸入接口(16)接入主控單片機(jī)(17)，超聲波測(cè)障探頭(13)通過超聲波測(cè)障模塊(12)接入主控單片機(jī)(17)的輸入接口(16)，主控單片機(jī)(17)通過輸出接口(18)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(19)相接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(19)分別與行走機(jī)構(gòu)(7)、擺臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)以及越障驅(qū)動(dòng)電機(jī)(9)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能越障機(jī)器人，其特征在于手持操控面板(14)上設(shè)有運(yùn)動(dòng)控制按扭和手動(dòng)、自動(dòng)切換開關(guān)，手持操控面板(14)設(shè)有紅外發(fā)射裝置(15)，主控單片機(jī)(17)上相應(yīng)的連接有紅外接收裝置(21)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能越障機(jī)器人，其特征在于主控單片機(jī)(17)上連接有聲音提示模塊(20)。
全文摘要
一種多功能越障機(jī)器人，它設(shè)有一個(gè)車體，車體下部為行走機(jī)構(gòu)，在車體上部設(shè)有越障機(jī)構(gòu)，所述的越障機(jī)構(gòu)設(shè)有與車體鉸接的前后兩條擺臂，后擺臂的外端裝有隨動(dòng)滾輪，前擺臂的外端裝有驅(qū)動(dòng)輪，它還設(shè)有裝在車體內(nèi)的智能操控裝置以及一個(gè)手持操控面板，智能操控裝置設(shè)有主控單片機(jī)，在車體前部裝有超聲波測(cè)障探頭和接近觸點(diǎn)開關(guān)，在車體的下部前后各裝有一個(gè)光電檢測(cè)開關(guān)，在車體的上部裝有擺臂行程開關(guān)，本發(fā)明采用微電子控制，使控制更靈活；軟件代替硬件的設(shè)計(jì)，使技術(shù)改造更新更方便。通過傳感器及各種控制裝置和語(yǔ)音提示裝置達(dá)到了環(huán)境－機(jī)器人－人之間的信息交換。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，可以廣泛應(yīng)用在跨越路肩或?qū)捙_(tái)階的各種場(chǎng)合。
文檔編號(hào)B25J13/00GK1883886SQ20061008815
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月29日
發(fā)明者申屠留芳, 黃大志, 郭燕 申請(qǐng)人:淮海工學(xué)院