CN108454463A - 一种巡检机器人的底盘及底盘的控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种巡检机器人的底盘，所述底盘包括：通信器，用于接收所述巡检机器人的移动路线；处理器，用于根据所述移动路线生成电机控制指令；信号转换器，用于根据所述电机控制指令输出对应的第一电机电流和第二电机电流；其中，所述第一电机电流为第一轮毂电机的工作电流和第二电机电流为第二轮毂电机的工作电流；第一轮毂电机，用于利用所述第一电机电流控制驱动第一轮毂转动；第二轮毂电机，用于利用所述第二电机电流控制驱动第二轮毂转动。本申请能够提高巡检机器人的灵活性、降低作业空间需求。本申请还公开了一种巡检机器人的底盘的控制方法，具有以上有益效果。

Description

一种巡检机器人的底盘及底盘的控制方法

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，特别涉及一种巡检机器人的底盘及一种巡检机器人的底盘控制方法。

背景技术

巡检机器人，主要是指利用业务设备，沿规划路径自动对沿途的各类终端设备进行数据采集，数据包含但不限于图像、温度、湿度、声音、有害气体等。与当前人工巡检相比，具有采集数据准确、自动化程度高、效率高、工作强度高、安全可靠等诸多优势，这些优势也使得室内巡检机器人技术成为了后续室内巡检工作、数据采集工作的重要技术。

现有技术中，巡检机器人底盘多采用四轮差速结构来实现巡检机器人的转向操作。但是，采用四轮差速结构的巡检机器人在原地转弯过程中，四轮旋转过程车轮相对于地面存在较大的相对滑动，不仅磨损轮胎、耗损自身能量，更会引发旋转过程中的车体抖动，严重影响了巡检机器人的工作效率。

因此，如何提高巡检机器人的灵活性、降低作业空间需求是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种巡检机器人的底盘及一种巡检机器人的底盘控制方法，能够提高巡检机器人的灵活性、降低作业空间需求。

为解决上述技术问题，本申请提供一种巡检机器人的底盘，该底盘包括：

通信器，用于接收所述巡检机器人的移动路线；

处理器，用于根据所述移动路线生成电机控制指令；

信号转换器，用于根据所述电机控制指令输出对应的第一电机电流和第二电机电流；其中，所述第一电机电流为第一轮毂电机的工作电流和第二电机电流为第二轮毂电机的工作电流；

第一轮毂电机，用于利用所述第一电机电流控制驱动第一轮毂转动；

第二轮毂电机，用于利用所述第二电机电流控制驱动第二轮毂转动。

可选的，还包括：

导航装置，用于根据待检设备的位置和所述巡检机器人的位置生成所述移动路线。

可选的，所述导航装置具体为设置有扫码相机和补光灯的装置，所述扫码相机安装于所述第一轮毂电机与所述第二轮毂电机的轴线的中心。

可选的，所述底盘的垂心与所述巡检机器人的重心在竖直方向上的投影重合。

可选的，还包括：

位于所述底盘前端的万向轮。

可选的，还包括：

供电装置，用于为所述通信器、所述处理器所述、信号转换器所述第一轮毂电机和所述第二轮毂电机供电。

可选的，还包括：

安全防护装置，用于当接收到急停指令时，执行停车操作。

可选的，所述安全防护装置包括：

急停防护器，用于当接收到用户发送的所述急停指令时，执行所述停车操作；

碰撞防护器，安装于所述底盘行进方向的前端，用于当所述底盘触碰到障碍物时，生成所述急停指令，执行所述停车操作；

停障防护器，用于判断所述底盘距离障碍物的距离是否小于预设值，若小于，则生成所述急停指令，执行所述停车操作。

可选的，还包括：

设置有温湿度传感器和/或气体传感器的业务装置，用于巡查所述待检设备。

本申请还提供了一种巡检机器人的底盘控制方法，该底盘控制方法包括：

接收所述巡检机器人的移动路线并根据所述移动路线生成电机控制指令；

根据所述电机控制指令输出对应的第一电机电流和第二电机电流；其中，所述第一电机电流为第一轮毂电机的工作电流和第二电机电流为第二轮毂电机的工作电流；

利用所述第一电机电流控制所述第一轮毂电机转动并所述第二电机电流控制所述第二轮毂电机转动，以便驱动所述巡检机器人移动。

本发明提供了一种巡检机器人的底盘，包括通信器，用于接收所述巡检机器人的移动路线；处理器，用于根据所述移动路线生成电机控制指令；信号转换器，用于根据所述电机控制指令输出对应的第一电机电流和第二电机电流；其中，所述第一电机电流为第一轮毂电机的工作电流和第二电机电流为第二轮毂电机的工作电流；第一轮毂电机，用于利用所述第一电机电流控制驱动第一轮毂转动；第二轮毂电机，用于利用所述第二电机电流控制驱动第二轮毂转动。

相对于现有技术中，采用四轮差速结构的巡检机器人底盘由于四轮差速结构的自身构造原因，会造成在转弯时车轮相对于地面存在较大的相对滑动的状况。而本发明通过使用控制两个轮毂电机的电流大小不同来实现巡检机器人底盘的转弯操作。进一步的，由于本申请是通过轮毂电机带动轮胎转动能够起到简化传动结构、提高传动效率的作用。本方案正是通过控制两轮毂电机的电流大小控制巡检机器人底盘移动，在旋转过程车轮相对于地面不会存在较大的相对滑动，也不会引发旋转过程中的车体抖动，能够提高巡检机器人的灵活性、降低作业空间需求。本申请同时还提供了一种巡检机器人的底盘控制方法，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种巡检机器人的底盘方法的结构示意图；

图2为在本申请实施例所提供的一种巡检机器人的实体示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种巡检机器人的底盘控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

下面请参见图1，图1为本申请实施例所提供的一种巡检机器人的底盘方法的结构示意图。

具体结构可以包括：

通信器100，用于接收所述巡检机器人的移动路线；

其中，本实施例中的通信器100是用来进行信息沟通的装置。当然，通信器可以通过有线的方式接收移动路线，也可以通过无线通信的方式接收移动路线。作为一种优选的实施方案，为了避免在巡检机器人移动过程中与通信线路相互干涉，可以选择无线通信的方式接受移动路线。无线通信的方式有很多，如蓝牙、WiFi网络和红外信号等，本领域的技术人员可以根据巡检机器人具体的工作场景选择适当的通信方式。

处理器200，用于根据所述移动路线生成电机控制指令；

当制定了移动路线后，需要底盘驱动整个巡检机器人按照移动路线进行移动，可以理解的是，移动路线可以通过直行、左转、右转和调头等操作来实现。不同的移动操作对应着不同的电机控制指令，例如：直行是关于左轮与右轮转速相同的电机控制命令，左转是关于右轮转速大于左轮转速的电机控制命令，右转是关于左轮转速大于右轮转速的电机控制命令。当然，具体的关于直行的速度、左转或右转的角度是由移动路线的具体情况而设定的。

可以理解的是，处理器200所执行的操作就是按照通信器100接收的移动路线生成巡检机器人左轮与右轮在移动过程中各个时刻中各自的转速。当然，上述提到的电机控制命令是关于电机转速的信息，而电机转速是可以通过电机中的大小来调节的，即电机控制指令就是巡检机器人在移动过程中各个时刻电机的电流大小的设定。

信号转换器300，用于根据所述电机控制指令输出对应的第一电机电流和第二电机电流；其中，所述第一电机电流为第一轮毂电机的工作电流和第二电机电流为第二轮毂电机的工作电流；

信号转换器是将处理器200中的电机控制指令输出成关于电机电流的电流大小。值得注意的是，此处不对上述提到的第一电机电流对应的第一轮毂电机的数量进行限定，同样也不对第二轮毂电机的数量进行限定。本领域的技术人员可以根据本方案的应用情况设置第一轮毂电机和第二轮毂电机的数量，即可以设置一个第一轮毂电机和一个第二轮毂电机，也可以设置多个第一轮毂电机和多个第二轮毂电机，总之位于底盘左右两侧分别存在有第一轮毂电机和第二轮毂电机即可。当以理解的是，每一个轮毂电机都对应着一个轮胎，上面的解释就是说可以存在预设数量个左轮和预设数量个右轮，其中预设数量大于或等于1。

第一轮毂电机400，用于利用所述第一电机电流控制驱动第一轮毂转动；

轮毂是轮胎内廓支撑轮胎的圆桶形的、中心装在轴上的金属部件。轮毂电机就是驱动轮毂转动的电机，本实施例默认轮毂上安装有适当的轮胎以便移动。

第二轮毂电机500，用于利用所述第二电机电流控制驱动第二轮毂转动。

由于第一电机电流和第二电机电流的变化，V1为左轮速度，V2为右轮速度，可以有以下几种移动方式：

(1)当两轮毂电机同向同转速，V1＝V2，底盘执行正向直行；

(2)当两轮毂电机同向同转速，V3＝V4，底盘执行反向直行；

(3)当两轮毂电机反向同转速，V1＝-V2，底盘执行顺(逆)时针原地旋转；

(4)当两轮毂电机通向不同转速，V1＞V2，底盘执行弧度右转弯；

(5)当两轮毂电机通向不同转速，V1＜V2，底盘执行弧度左转弯；

(6)当两轮毂电机通向不同转速，V3＞V4，底盘执行弧度左后方后退；

(7)当两轮毂电机通向不同转速，V3＜V4，底盘执行弧度右后方后退。

作为一种优选的实施方案，可以在底盘上安装两个万向脚轮，更加便于实现原地旋转。相对于传统的传动系统由于结构的复杂性，每一级传动都有传动效率的损失，总体累积传动效率的损失比较高。本实施例采用轮毂式电机结构，简化传动，效能提高。传动的移动机器人底盘多采用电机加减速器的方式，体积较大。而轮毂电机规避了减速器的应用，更易底盘结构的模块化。

相对于现有技术中，采用四轮差速结构的巡检机器人底盘由于四轮差速结构的自身构造原因，会造成在转弯时车轮相对于地面存在较大的相对滑动的状况。而本发明通过使用控制两个轮毂电机的电流大小不同来实现巡检机器人底盘的转弯操作。进一步的，由于本实施例是通过轮毂电机带动轮胎转动能够起到简化传动结构、提高传动效率的作用。本实施例正是通过控制两轮毂电机的电流大小控制巡检机器人底盘移动，在旋转过程车轮相对于地面不会存在较大的相对滑动，也不会引发旋转过程中的车体抖动，能够提高巡检机器人的灵活性、降低作业空间需求。

请参见图2，图2为在本申请实施例所提供的一种巡检机器人的实体示意图，其中1为处理器、2为信息转换器、3为驱动单元、4为无线网络接收器、5为电池组、6为碰撞防护器、7为自主充电机械机构、8为光电传感器、9为万向脚轮、10为第一或第二轮毂电机、11为温湿度传感器或气体传感器、12为扫码相机、13为继电器、14为警示灯。该实施例对上一实施例中提到的业务装置、驱动装置等进行了进一步的描述，其他结构与上一实施例基本一致，可以相互参见，此处不再赘述。

具体结构可以包括：

导航装置，用于根据待检设备的位置和所述巡检机器人的位置生成所述移动路线。

进一步的，所述导航装置具体为设置有扫码相机和补光灯的装置，所述扫码相机安装于所述第一轮毂电机与所述第二轮毂电机的轴线的中心。

其中，扫码相机可以安装于第一轮毂电机与第二轮毂电机轴线的中心位置，以实现车体原地旋转过程中扫码相机可持续采集二维码数据，相机数据帧率及分辨率应在满足移动、静态扫码识别的基础上满足车体配套网络带宽限制，以保证数据传输的准确性、时效性。扫码相机的安装高度与相机视野、二维码尺寸、车体运动偏差相对应。相机补光灯亮度可以根据二维码材质、反光特性进行确定及调节。在封闭的环境中采用扫码相机此种方式进行导航定位能够避免由于封闭环境等因素造成的信号屏蔽引起的卫星定位失效或精确度失准等。

进一步的，所述底盘的垂心与所述巡检机器人的重心在竖直方向上的投影重合。

其中，底盘的垂心与所述巡检机器人的重心在竖直方向上的投影重合可以规避不平整路面车体动力轮悬空造成打滑、非预期转向。电机驱动器具有良好的PID调节及龟速驱动能力，以配套轮毂电机较大的轮径。

进一步的，还包括：

位于所述底盘前端的万向轮。

作为一种优选的方案可以设置2只脚万向轮于底盘的前端。

进一步的，还包括：

供电装置，用于为所述通信器、所述处理器所述、信号转换器所述第一轮毂电机和所述第二轮毂电机供电。

其中，所述供电装置可以包括电池组、充电安全保护、自主充电机械机构、手动充电接口。供电装置采用36V直流输出供电方式，并在底盘设计中加入防短接保护，即在预期的自主充电时自主充电机构方与供电系统接通，以避免在非使用充电功能时造成的意外短路。手动充电口采用圆形卡槽连接器置于车体内部，外部增加封盖。

进一步的，还包括：

安全防护装置，用于当接收到急停指令时，执行停车操作。

进一步的，所述安全防护装置包括：

急停防护器，用于当接收到用户发送的所述急停指令时，执行所述停车操作；

碰撞防护器，安装于所述底盘行进方向的前端，用于当所述底盘触碰到障碍物时，生成所述急停指令，执行所述停车操作；

停障防护器，用于判断所述底盘距离障碍物的距离是否小于预设值，若小于，则生成所述急停指令，执行所述停车操作。

其中，急停防护器可以用于突发情况下的人为快速阻止车辆继续运动。碰撞防护器可以安装与车体行进方向(车体可前行、倒退则双向均可安装)，当触碰到障碍物后安全触边受挤压闭合，对底盘驱动部分进行电气切断，实现停车。停障防护器可以采用光电传感器或超声传感器作为障碍识别传感器，对光电传感器或超声传感器的识别距离进行设定，并可根据距离进行车体减速/停止的控制。

进一步的，还包括：

设置有温湿度传感器和/或气体传感器的业务装置，用于巡查所述待检设备。

作为一种优选的实施方案，可以在车体运动过程中，利用导航装置的扫码相机持续进行地面信息采集，并对所扫过的二维码进行数字标记、方向识别，运动过程中扫码获得的信息实时传递回处理器；处理器确认扫码信息与目标位置信息匹配，发送停止命令至信号转换器；信号转换器接收命令，停止驱动电流输出，车辆停止运动。

请参见图3，图3为本申请实施例所提供的一种巡检机器人的底盘控制方法的流程图；

具体步骤可以包括：

S101：接收所述巡检机器人的移动路线并根据所述移动路线生成电机控制指令；

S102：根据所述电机控制指令输出对应的第一电机电流和第二电机电流；其中，所述第一电机电流为第一轮毂电机的工作电流和第二电机电流为第二轮毂电机的工作电流；

S103：利用所述第一电机电流控制所述第一轮毂电机转动并所述第二电机电流控制所述第二轮毂电机转动，以便驱动所述巡检机器人移动。

由于底盘控制方法部分的实施例与底盘装置部分的实施例相互对应，因此底盘控制方法部分的实施例请参见底盘装置部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种巡检机器人的底盘，其特征在于，包括：

通信器，用于接收所述巡检机器人的移动路线；

处理器，用于根据所述移动路线生成电机控制指令；

信号转换器，用于根据所述电机控制指令输出对应的第一电机电流和第二电机电流；其中，所述第一电机电流为第一轮毂电机的工作电流和第二电机电流为第二轮毂电机的工作电流；

第一轮毂电机，用于利用所述第一电机电流控制驱动第一轮毂转动；

第二轮毂电机，用于利用所述第二电机电流控制驱动第二轮毂转动。

2.根据权利要求1所述底盘，其特征在于，还包括：

导航装置，用于根据待检设备的位置和所述巡检机器人的位置生成所述移动路线。

3.根据权利要求1所述底盘，其特征在于，所述导航装置具体为设置有扫码相机和补光灯的装置，所述扫码相机安装于所述第一轮毂电机与所述第二轮毂电机的轴线的中心。

4.根据权利要求1所述底盘，其特征在于，所述底盘的垂心与所述巡检机器人的重心在竖直方向上的投影重合。

5.根据权利要求1所述底盘，其特征在于，还包括：

位于所述底盘前端的万向轮。

6.根据权利要求1所述底盘，其特征在于，还包括：

供电装置，用于为所述通信器、所述处理器所述、信号转换器所述第一轮毂电机和所述第二轮毂电机供电。

7.根据权利要求1所述底盘，其特征在于，还包括：

安全防护装置，用于当接收到急停指令时，执行停车操作。

8.根据权利要求7所述底盘，其特征在于，所述安全防护装置包括：

急停防护器，用于当接收到用户发送的所述急停指令时，执行所述停车操作；

碰撞防护器，安装于所述底盘行进方向的前端，用于当所述底盘触碰到障碍物时，生成所述急停指令，执行所述停车操作；

停障防护器，用于判断所述底盘距离障碍物的距离是否小于预设值，若小于，则生成所述急停指令，执行所述停车操作。

9.根据权利要求1所述的底盘，其特征在于，还包括：

设置有温湿度传感器和/或气体传感器的业务装置，用于巡查所述待检设备。

10.一种巡检机器人的底盘控制方法，其特征在于，包括：

接收所述巡检机器人的移动路线并根据所述移动路线生成电机控制指令；

根据所述电机控制指令输出对应的第一电机电流和第二电机电流；其中，所述第一电机电流为第一轮毂电机的工作电流和第二电机电流为第二轮毂电机的工作电流；

利用所述第一电机电流控制所述第一轮毂电机转动并所述第二电机电流控制所述第二轮毂电机转动，以便驱动所述巡检机器人移动。