[发明专利]可绘制3D地图并实时传输图像的洞穴探测爬行机器人

说明书

本发明公开了一种可绘制3D地图并实时传输图像的洞穴探测爬行机器人，包括固定板支架和四条支腿，所述的支腿包括上部舵机、大臂连杆、中部舵机、小臂连杆、下部舵机和钳部；所述的固定底板支架上分别安装嵌入式控制模块、无线通信模块、运动模块、超声波测距模块和机器视觉模块。本发明通过让运动灵活的爬行机器人载有超声波测距器进入洞穴的未知区域中，在机器人的运动过程中，将超声波测距器测得的距离数据通过无线通信模块实时传输回上位机，利用上位机中的绘图软件处理后，实现了三维地图的实时绘制。本发明通过让运动灵活的爬行机器人载有机器视觉模块openMV进入被测区域中，实现了操作人员对未知区域的同步监测。

技术领域

本发明涉及陆地四足仿生爬行机器人领域，特别是一种可绘制3D地图并实时传输图像的洞穴探测爬行机器人。

背景技术

爬行机器人是移动机器人的一种，其对应于普通车轮机器人或履带机器人，具有更适应变化地形的特点。目前，爬行机器人多用于管道监测，可实现对于管网施工单位的工程自检，随时抽检施工动态，避免施工漏洞，为施工项目的竣工验收提供评估依据和在役管道的普查、养护、检修以及各种储罐、箱体等内部情况的检测，是水利、燃气、铁道通信、市政建设、工矿、基建等单位进行改造、维修、普查管线的必备设备之一。

由于管道内的工作面较为平坦、波动较小，因此，应用于管道内的的爬行机器人对地形的适应性通常较低；并且，管道机器人通常是在已知管道的构造以及走向的情况下，对管道进行监测检修，并不具有采集地形地貌实时信息及搜寻绘图的能力，所以在科研考古的洞穴探测中针对一些未知地形的探测时，现有的管道爬行机器人技术还不足以满足研究人员的使用要求。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能探测未知环境并绘制实时3D地图，传输实时图像的可绘制3D地图并实时传输图像的洞穴探测爬行机器人。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：可绘制3D地图并实时传输图像的洞穴探测爬行机器人，包括固定板支架和四条支腿，四条支腿分别安装在固定板支架的四个角上；四条支腿结构相同；所述的支腿包括上部舵机、大臂连杆、中部舵机、小臂连杆、下部舵机和钳部；所述的上部舵机依次与大臂连杆、中部舵机、小臂连杆、下部舵机和钳部串联，形成三关节三连杆的结构；所述的上部舵机与固定底板支架的一个角相连接。

所述的固定底板支架上分别安装嵌入式控制模块、无线通信模块、运动模块、超声波测距模块和机器视觉模块；

所述的嵌入式控制模块作为机器人的主控芯片，包括嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口、I/O接口、电源电路、时钟电路和存储器电路。

所述的运动模块包括四个上部舵机、四个中部舵机、四个下部舵机，每个舵机分别与主控芯片连接，主控芯片对所有舵机的转角进行控制。

所述的超声波测距模块有三个，分别安装在固定底板支架的上部和左右两侧，每个超声波测距模块结构相同，均包括超声波发射器、超声波接收器和测距控制电路。上部的超声波测距模块用于测量机器人中心到洞穴顶壁的距离；左右两侧的超声波测距模块分别用于测量机器人中心到洞穴左右侧壁的距离；三个超声波测距模块均与主控芯片相连，接受主控芯片的命令、向主控芯片反馈距离数据信息，主控芯片再通过无线通信模块将数据发送给上位机进行处理，通过labview软件进行3D地图绘制。

所述的机器视觉模块，包括openMV专用摄像头、摄像头底座和控制芯片，所述的控制芯片与主控芯片连接，openMV专用摄像头通过摄像头底座安装在固定底板支架上、朝向机器人运动的正前方，将机器人行走前方的道路图像进行实时传输，将视觉识别结果反馈给主控芯片，主控芯片通过无线通信模块将机器人接收到的图像结果发送给上位机进行处理，进行实时监控洞穴内部情况及机器人运动情况。