全文摘要
本实用新型公开了一种新型组合式陆空两栖环境监测机器人，它包含无人机系统、探测车系统和地面站系统，无人机系统包括机架、无刷电机、旋翼、供电模块、通信模块、实时图传模块、GPS模块、飞控核心单元、遥控器和载车系统；探测车系统包括车架、履带车轮、摄像头、驱动电机、无线通信模块、视频回传模块、自主避障模块、供电模块、环境监测模块和控制核心单元；地面站系统包括控制器、显示屏、供电模块、数据传输模块和视频接收模块。该机器人无人机和智能车技术集于一体，解决了因路面地形或空间限制等条件的影响而无法展开作业的问题；行动更加灵活，具备了良好的环境侦察探测功能；结构新颖、功能强大、实用性极强。
主设计要求
1.一种新型组合式陆空两栖环境监测机器人，其特征在于：包含无人机系统、探测车系统和地面站系统，所述的无人机系统包括机架、无刷电机、旋翼、摄像头a、供电模块、通信模块、六轴传感器模块、实时图传模块、GPS模块、电机驱动调速模块、飞控核心单元、遥控器和载车系统，所述的机架采用F550六轴飞行器机架，机架的每个力臂外端上部设有旋翼，旋翼采用无刷电机驱动，机架的底部设有摄像头a，机架的顶部中心位置设有载车系统，无人机系统通过通信模块与遥控器远程信号传输，六轴传感器模块搭配磁力计用于无人机的姿态检测；所述的探测车系统包括车架、履带车轮、摄像头b、驱动电机、无线通信模块、视频回传模块、自主避障模块、电机驱动模块、供电模块、环境监测模块和控制核心单元，所述的车架采用轻质铝合金板制造而成，车架底部两侧设有对称分布的履带车轮，履带车轮由驱动电机驱动，驱动电机设有个前后交叉式安置，车架前端安置摄像头b；所述的地面站系统包括控制器、显示屏、供电模块、数据传输模块和视频接收模块。
设计方案
1.一种新型组合式陆空两栖环境监测机器人，其特征在于：包含无人机系统、探测车系统和地面站系统，所述的无人机系统包括机架、无刷电机、旋翼、摄像头a、供电模块、通信模块、六轴传感器模块、实时图传模块、GPS模块、电机驱动调速模块、飞控核心单元、遥控器和载车系统，所述的机架采用F550六轴飞行器机架，机架的每个力臂外端上部设有旋翼，旋翼采用无刷电机驱动，机架的底部设有摄像头a，机架的顶部中心位置设有载车系统，无人机系统通过通信模块与遥控器远程信号传输，六轴传感器模块搭配磁力计用于无人机的姿态检测；
所述的探测车系统包括车架、履带车轮、摄像头b、驱动电机、无线通信模块、视频回传模块、自主避障模块、电机驱动模块、供电模块、环境监测模块和控制核心单元，所述的车架采用轻质铝合金板制造而成，车架底部两侧设有对称分布的履带车轮，履带车轮由驱动电机驱动，驱动电机设有个前后交叉式安置，车架前端安置摄像头b；
所述的地面站系统包括控制器、显示屏、供电模块、数据传输模块和视频接收模块。
2.根据权利要求1所述的一种新型组合式陆空两栖环境监测机器人，其特征在于：所述的载车系统由载车平台和车轮导轨构成，载车平台为一面开口三面设有挡板的塑料平台，载车平台开口一侧外端设有两条对称分布车轮导轨，车轮导轨位于机架的两个相邻旋翼之间。
3.根据权利要求1所述的一种新型组合式陆空两栖环境监测机器人，其特征在于：所述的无人机系统的飞控核心单元选用STM32F407VET6开发板，无人机系统的无刷电机采用恒拓920KV无刷电机，无人机系统的旋翼采用1047 碳纤维正反浆，无人机系统的遥控器采用乐迪AT9遥控器，无人机系统的供电模块采用狮子牌 5200mA的航模电池。
4.根据权利要求1所述的一种新型组合式陆空两栖环境监测机器人，其特征在于：所述的探测车系统的控制核心单元优选STM32f103控制器作为主控核心，探测车系统的无线通信模块优选带有功放元件的 NRF24L01 通信模块，探测车系统的视频回传模块优选5.8G图传收发模块 TS832和RC832与配备摄像头，接收端选用AV视频采集卡即可在电脑上位机上实时显示当前画面并且具备录像功能。
5.根据权利要求1所述的一种新型组合式陆空两栖环境监测机器人，其特征在于：所述的探测车系统的采用红外避障及超声波避障两种方式相结合进行简单的自主避障，使用角度传感器得到小车在构建的坐标系下的偏航角，在此基础通过路径记忆算法使得小车具有自主巡检的功能。
6.根据权利要求1所述的一种新型组合式陆空两栖环境监测机器人，其特征在于：所述的无人机系统的飞控核心单元与供电模块之间、探测车系统的控制核心单元与供电模块之间都设有德州仪器（TI）生产的3A电流输出降压开关型LM2596集成稳压芯片。
7.根据权利要求1所述的一种新型组合式陆空两栖环境监测机器人，其特征在于：所述的无人机系统的六轴传感器模块优选Inven Sense公司的MPU6050模块，包括三轴加速度、三轴角速度。
8.根据权利要求1所述的一种新型组合式陆空两栖环境监测机器人，其特征在于：所述的探测车系统的电机驱动模块优选东芝半导体公司生产的TB6612FNG型直流电机驱动模块，无需外加散热片。
9.根据权利要求1所述的一种新型组合式陆空两栖环境监测机器人，其特征在于：所述的探测车系统的环境监测模块包含温度传感器、湿度传感器、MQ-2烟雾传感器、MQ-9一氧化碳传感器，根据监测需要还可以扩展添加其他相应的检测传感器。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及一种环境监测机器人，具体为一种新型组合式陆空两栖环境监测机器人，属于智能监测装备技术领域。
背景技术
空气污染早已是全球的焦点问题，空气与人的重要关系不言而喻。环境空气中的气体成分、浓度时刻影响着人们的健康状况，同时也关系着一些生产工作的安全性。为了从源头上降低能耗，控制污染物排放总量，实时掌握环境空气中各种污染物的成分和浓度尤为重要。
目前的空气监测装置多是固定式或者是便携式。固定式的监测装置只能监测一定范围内的空气参数，使用中存在适用范围小、需考虑安装位置等因素。便携式装置需要人员携带，有时甚至需要进入危险的环境中进行监测，对人员的人身安全存在极大的隐患。现如今，最新出现的智能车由于运动方式的限制好多地方难以到达，例如较高的楼层，无人机监测虽然可以到达但是难以在现场维持较长时间，尤其是在火灾现场等视线模糊的区域无人机飞行存在较大的安全隐患。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种新型组合式陆空两栖环境监测机器人，能够实现对于危险复杂地理环境、高空环境等的监测，同时可提醒工作人员远离危险区，不仅扩大了监测范围，而且能够实现空气质量实时监测。
为了解决背景技术所存在的问题，本实用新型的技术方案如下：一种新型组合式陆空两栖环境监测机器人，它包含无人机系统、探测车系统和地面站系统，所述的无人机系统包括机架、无刷电机、旋翼、摄像头、供电模块、通信模块、六轴传感器模块、实时图传模块、GPS模块、电机驱动调速模块、飞控核心单元、遥控器和载车系统，所述的机架采用F550六轴飞行器机架，机架的每个力臂外端上部设有旋翼，旋翼采用无刷电机驱动，机架的底部设有摄像头，机架的顶部中心位置设有载车系统，无人机系统通过通信模块与遥控器远程信号传输，六轴传感器模块搭配磁力计用于无人机的姿态检测。
所述的探测车系统包括车架、履带车轮、摄像头、驱动电机、无线通信模块、视频回传模块、自主避障模块、电机驱动模块、供电模块、环境监测模块和控制核心单元，所述的车架采用轻质铝合金板制造而成，车架底部两侧设有对称分布的履带车轮，履带车轮由驱动电机驱动，驱动电机设有个前后交叉式安置，车架前端安置摄像头。
所述的地面站系统包括控制器、显示屏、供电模块、数据传输模块和视频接收模块。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的载车系统由载车平台和车轮导轨构成，载车平台为一面开口三面设有挡板的塑料平台，载车平台开口一侧外端设有两条对称分布车轮导轨，车轮导轨位于机架的两个相邻旋翼之间使探测车系统水平停放并且不会影响周围旋翼的正常转动。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的无人机系统的飞控核心单元选用STM32F407VET6开发板，该飞控核心单元是高性能的ARM-CortexM4 32bit内核，最高为168MHz的工作频率能够极大限度的满足飞行过程中的传感器信号的；无人机系统的无刷电机采用恒拓920KV无刷电机，无人机系统的旋翼采用1047 碳纤维正反浆，无人机系统的遥控器采用乐迪AT9遥控器，无人机系统的供电模块采用狮子牌 5200 毫安的航模电池以确保飞行的续航能力。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的探测车系统的控制核心单元优选STM32f103控制器作为主控核心，工作频率为72MHz，其丰富的增强型外设和 IO端口方便功能的扩展；探测车系统的无线通信模块优选带有功放元件的 NRF24L01 通信模块；探测车系统的视频回传模块优选5.8G图传收发模块 TS832和RC832与配备摄像头，接收端选用AV视频采集卡即可在电脑上位机上实时显示当前画面并且具备录像功能。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的探测车系统的采用红外避障及超声波避障两种方式相结合进行简单的自主避障，使用角度传感器得到小车在构建的坐标系下的偏航角，在此基础通过路径记忆算法使得小车具有自主巡检的功能。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的无人机系统的飞控核心单元与供电模块之间、探测车系统的控制核心单元与供电模块之间都设有德州仪器（TI）生产的3A电流输出降压开关型LM2596集成稳压芯片，具有完善的保护电路、电流限制、热关断电路等，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的无人机系统的六轴传感器模块优选InvenSense公司的MPU6050模块，包括三轴加速度、三轴角速度，其体积小巧、用途非常广，免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间，产品传输可透过最高至400kHz的IIC与控制器单元通信，并且功耗极低，3.3V下电流仅10mA。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的探测车系统的电机驱动模块优选东芝半导体公司生产的TB6612FNG型直流电机驱动模块，无需外加散热片，外围电路简单，只需外接电源滤波电容就可以直接驱动电机，利于减小系统尺寸。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的探测车系统的环境监测模块包含温度传感器、湿度传感器、MQ-2烟雾传感器、MQ-9一氧化碳传感器，根据监测需要还可以扩展添加其他相应的检测传感器。
本实用新型有益效果为：该新型组合式陆空两栖环境监测机器人弥补当前机器人一体式设计缺点，将无人机和智能车技术集于一体，实现了二者结合，根据任务需要使其既能够整体飞行，又能够分开各自执行任务，解决了因路面地形或空间限制等条件的影响而无法展开作业的问题；行动更加灵活，可同时完成陆空两用的任务，具备了良好的环境侦察探测功能；结构新颖、功能强大、实用性极强，值得在危险区域环境检测过程中大范围推广应用。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图。
图2为本实用新型的无人机系统结构示意图。
图3为本实用新型的探测车系统的结构示意图。
图4为本实用新型的载车系统的结构示意图。
图5为本实用新型的工作系统的结构控制框图。
附图标记说明：1.无人机系统、2.探测车系统、3.地面站系统；11.机架、12.无刷电机、13.旋翼、14.摄像头a、15.遥控器、16.载车系统；21.车架、22.履带车轮、23.摄像头b；161.载车平台、162.车轮导轨。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参见图1至图3，本具体实施方式采用如下技术方案：一种新型组合式陆空两栖环境监测机器人，包含无人机系统1、探测车系统2和地面站系统3，所述的无人机系统1包括机架11、无刷电机12、旋翼13、摄像头a 14、供电模块、通信模块、六轴传感器模块、实时图传模块、GPS模块、电机驱动调速模块、飞控核心单元、遥控器15和载车系统16，所述的机架11采用F550六轴飞行器机架，机架11的每个力臂外端上部设有旋翼13，旋翼13采用无刷电机12驱动，机架11的底部设有摄像头a 14，机架11的顶部中心位置设有载车系统16，无人机系统1通过通信模块与遥控器15远程信号传输，六轴传感器模块搭配磁力计用于无人机的姿态检测。
所述的探测车系统2包括车架21、履带车轮22、摄像头b 23、驱动电机、无线通信模块、视频回传模块、自主避障模块、电机驱动模块、供电模块、环境监测模块和控制核心单元，所述的车架21采用轻质铝合金板制造而成，车架21底部两侧设有对称分布的履带车轮22，履带车轮22由驱动电机驱动，驱动电机设有2个前后交叉式安置，车架21前端安置摄像头b 23。
所述的地面站系统3包括控制器、显示屏、供电模块、数据传输模块和视频接收模块。
进一步的，所述的载车系统16由载车平台161和车轮导轨162构成，载车平台161为一面开口三面设有挡板的塑料平台，载车平台161开口一侧外端设有两条对称分布车轮导轨162，车轮导轨162位于机架11的两个相邻旋翼13之间使探测车系统2水平停放并且不会影响周围旋翼的正常转动。
进一步的，所述的无人机系统1的飞控核心单元选用 STM32F407VET6开发板，该飞控核心单元是高性能的ARM-CortexM4 32bit内核，最高为 168MHz 的工作频率能够极大限度的满足飞行过程中的传感器信号的；无人机系统1的无刷电机12采用恒拓920KV无刷电机，无人机系统1的旋翼13采用1047 碳纤维正反浆，无人机系统1的遥控器15采用乐迪AT9遥控器，无人机系统1的供电模块采用狮子牌 5200 毫安的航模电池以确保飞行的续航能力。
进一步的，所述的探测车系统2的控制核心单元优选STM32f103控制器作为主控核心，工作频率为 72MHz，其丰富的增强型外设和 IO 端口方便功能的扩展；探测车系统2的无线通信模块优选带有功放元件的 NRF24L01 通信模块；探测车系统2的视频回传模块优选5.8G图传收发模块 TS832和RC832与配备摄像头，接收端选用 AV 视频采集卡即可在电脑上位机上实时显示当前画面并且具备录像功能。
进一步的，所述的探测车系统2的采用红外避障及超声波避障两种方式相结合进行简单的自主避障，使用角度传感器得到小车在构建的坐标系下的偏航角，在此基础通过路径记忆算法使得小车具有自主巡检的功能。
进一步的，所述的无人机系统1的飞控核心单元与供电模块之间、探测车系统2的控制核心单元与供电模块之间都设有德州仪器（TI）生产的 3A 电流输出降压开关型LM2596集成稳压芯片，具有完善的保护电路、电流限制、热关断电路等，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。
进一步的，所述的无人机系统1的六轴传感器模块优选InvenSense公司的MPU6050模块，包括三轴加速度、三轴角速度，其体积小巧、用途非常广， 免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间，产品传输可透过最高至400kHz的IIC与控制器单元通信，并且功耗极低，3.3V下电流仅10mA。
进一步的，所述的探测车系统2的电机驱动模块优选东芝半导体公司生产的TB6612FNG型直流电机驱动模块，无需外加散热片，外围电路简单，只需外接电源滤波电容就可以直接驱动电机，利于减小系统尺寸。
进一步的，所述的探测车系统2的环境监测模块包含温度传感器、湿度传感器、MQ-2烟雾传感器、MQ-9一氧化碳传感器，根据监测需要还可以添加其他相应的检测传感器。
本实用新型的工作原理：执行任务时，首先工作人员通过地面站系统3和遥控器15控制无人机系统1搭载探测车系统2到达任务现场。无人机系统1降落后通过远程遥控使探测车系统2与无人机系统1分离。无人机系统1通过摄像头14在空中航拍采集现场信息，并将信息传输到地面站系统。无人机系统1则进入指定区域，通过车载摄像头和环境检测模块对现场信息进行检测，并通过无线传输模块借助图传技术将信息传回地面站系统3。对于无人机系统1无法进入的区域的，可以探测车系统2由自行进入进行环境检测并信息回传。任务结束后通过地面站系统3远程遥控实现精确定位，将无人机系统1搭载探测车系统2返回。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920049473.9
申请日:2019-01-12
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:95(青岛)
授权编号:CN209479990U
授权时间:20191011
主分类号:B64C 39/02
专利分类号:B64C39/02;B62D55/06
范畴分类:32E;
申请人:山东科技大学
第一申请人:山东科技大学
申请人地址:266590 山东省青岛市黄岛区前湾港路579号山东科技大学
发明人:谭琪;王璐;王萍萍;黄兴康;崔现潮;许雨婷
第一发明人:谭琪
当前权利人:山东科技大学
代理人:代理机构:代理机构编号:优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计