CN109015591A - 一种数字化安防侦查机器人 - Google Patents

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洪梓榕
杜福鹏
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Abstract

本发明属于机器人领域，具体涉及一种数字化安防侦查机器人，车身可保证本发明在特殊环境下的生存能力，底座内的转向装置、减震装置和传动装置能提升本发明行走性能，适应路面情况能力高，可在火灾现场和野外事故现场帮助救援人员对现场进行侦查，确认现场环境情况，并可以与需救助人员进行沟通交流，避免风险并制定合理救援方案，也可以代替人工和监控设备对危险场所如石油化工厂的无人产区进行全时段、无死角的监控工作，适用范围广，并且本发明结构简单，不仅能提高工作可靠性，还便于维修和检查，所用全部零部件均为常规物品，价格较低，因此生产、维修成本低，经济效益较高。

Description

一种数字化安防侦查机器人
技术领域
本发明属于机器人领域，具体涉及一种数字化安防侦查机器人。特别适合事故现场勘查。
背景技术
目前火灾现场和一些特殊的野外事故现场等，因为不了解内部环境情况，所以不能让救援人员贸然实施救援工作，以避免对被困人员造成二次伤害或对救援人员带来安全隐患，因此对救援工作带来严重的阻力。
石油化工为高危行业，生产厂区均为无人厂区，无人厂区的监控主要有以下两种方式：一是人防措施，由专业安防人员定时在厂区进行巡检，不能做到实时监控，而且个人的影响因素较大，准确性无法保证，同时对安防人员的人身安全存在安全隐患，发生事故后果严重；二是技防措施，主要是视频监控系统，安装复杂维护成本高，对陌生人员无法识别，存在死角或者盲区等问题，发生警情不能及时处理。
因此需要一种结构简单、能远程操控、适应能力强、生存能力强、适用范围广、侦查无死角、生产成本低的设备来代替人进行此类危险工作。
发明内容
为克服上述技术问题，本发明提供了一种生存能力强、使用寿命长、结构坚固牢靠的数字化安防侦查机器人。
以解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种数字化安防侦查机器人，包括底座、轮胎、车身、电池和控制箱；所述底座的底板上设有转向装置、减震装置、传动装置和电池；车身下边缘与底板外边缘扣合形成密封空腔，密封空腔包裹转向装置、减震装置、传动装置和电池；轮胎设在密封空腔外侧，轮胎通过联轴器与转向装置连接。
进一步所述转向装置包括轴固定座、轮轴、转向拉杆、羊角转向装置、丝杠装置、伞型齿轮组和步进电机；轮轴通过轴固定座设在底板上，轮轴两端设有羊角转向装置和联轴器，羊角转向装置通过联轴器与轮胎连接；羊角转向装置还与转向拉杆连接，转向拉杆与丝杠装置连接，丝杠装置通过伞型齿轮组与步进电机连接。
进一步所述减震装置包括固定减震支撑、减震器、轮支撑轴承、活动减震撑架和减震座；固定减震支撑设在底板上，活动减震撑架上设有减震座和轮支撑轴承，活动减震撑架的减震座通过减震器与固定减震支撑连接起来，活动减震撑架一端与底板连接，活动减震撑架另一端通过轮支撑轴承与轮胎连接。
进一步所述传动装置包括调速电机、伞型齿轮组、差速器、驱动轴和立座式轴承，调速电机连接伞型齿轮组，伞型齿轮组通过差速器与驱动轴连接，驱动轴通过立座式轴承固定在底板上。
进一步所述传动装置还包括同步皮带，驱动轴上设有两组同步皮带，每组同步皮带与一侧轮胎的转轴连接。
进一步所述转向装置设在底座前部，传动装置和减震装置设在底座后部。
进一步所述车身包括头部、无线收发装置、雨滴传感器、烟雾传感器、火焰传感器、旋转急停按钮、位置旋钮、激光雷达和超声波传感器；激光雷达和超声波传感器设在车身前端，无线收发装置、烟雾传感器、火焰传感器、旋转急停按钮、雨滴传感器、位置旋钮和激光雷达置于车身上端，头部与无线收发装置连接，头部通过转轴和轴承与车身连接实现360°转动。
进一步所述控制箱包括直流电机驱动模块、控制器主板、微型处理器、降压电源模块和智能网关。
进一步所述头部包括语音收发装置、摄像头、头部旋转框架、头部支撑框架和平板触摸屏，头部旋转框架通过转轴连接在头部支撑框架上，头部旋转框架沿转轴在头部支撑框架内360°旋转；平板触摸屏和摄像头设在头部旋转框架上，语音收发装置设在头部支撑框架上。
本发明的有益效果是：车身可保证本发明在特殊环境下的生存能力，底座内的转向装置、减震装置和传动装置能提升本发明行走性能，适应路面情况能力高，可在火灾现场和野外事故现场帮助救援人员对现场进行侦查，确认现场环境情况，并可以与需救助人员进行沟通交流，避免风险并制定合理救援方案，也可以代替人工和监控设备对危险场所如石油化工厂的无人产区进行全时段、无死角的监控工作，适用范围广，并且本发明结构简单，不仅能提高工作可靠性，还便于维修和检查，所用全部零部件均为常规物品，价格较低，因此生产、维修成本低，经济效益较高。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记简要说明：
图1是本发明外部结构示意图；
图2是本发明内部结构示意图；
图3是本发明转向装置结构示意图；
图4是本发明减震装置结构示意图；
图5是本发明动力装置结构示意图；
图6是本发明底板正面结构示意图；
图7是本发明底板背面结构示意图；
图8是本发明减震装置去掉轮胎底部结构示意图。
其中，1.底座，101.轮胎，102.联轴器，103.电池，104.底板，2.车身，201.超声波传感器，202.火焰传感器，203.雨滴传感器，204.位置旋钮，205.旋转急停按钮，206.烟雾传感器，207.激光雷达，208.无线收发装置，3.头部，301.头部支撑框架，302.头部旋转框架，303.平板触摸屏，304.摄像头，305.语音收发装置，4.控制箱，5.转向装置，501.轴固定座，502.轮轴，503.转向拉杆，504.羊角转向装置，505.丝杠装置，506.伞型齿轮组，507.步进电机，6.减震装置，601.减震支撑，602.减震器，603.轮支撑轴承，604.活动减震撑架，605.减震座，7.传动装置，701.调速电机，702.伞型齿轮组，703.差速器，704.驱动轴，705.立座式轴承，706.同步皮带。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种数字化安防侦查机器人，包括底座1、轮胎101、车身2、电池103和控制箱4；所述底座1的底板104上设有转向装置5、减震装置6、传动装置7和电池103；车身2下边缘与底板104外边缘扣合形成密封空腔，密封空腔包裹转向装置5、减震装置6、传动装置7和电池103；轮胎101设在密封空腔外侧，轮胎101通过联轴器102与转向装置5连接，车身2将底座1和控制箱4上部基本全部覆盖，底座1只有轮胎101和减震装置6裸露在外，对主要零部件起到较好的保护功能，车身2内部空间较大，不仅能起到隔热功能，若受到外力撞击，即使车身2局部凹陷也不会对内部行走部零部件造成损坏，因此能提升本发明的生存能力，能更好的完成侦查任务。
进一步所述转向装置5包括轴固定座501、轮轴502、转向拉杆503、羊角转向装置504、丝杠装置505、伞型齿轮组506和步进电机507；轮轴502通过轴固定座501设在底板104上，轮轴502两端设有羊角转向装置504和联轴器102，羊角转向装置504通过联轴器102与轮胎101连接；羊角转向装置504还与转向拉杆503连接，转向拉杆503与丝杠装置505连接，丝杠装置505通过伞型齿轮组506与步进电机507连接。
进一步所述转向装置5的工作原理是：步进电机507转动时通过伞型齿轮组506带动丝杠装置505转动，进而带动转向拉杆503轴向滑动，转向拉杆503拉动羊角转向装置504和轮胎101同步转动，以此实现转向功能，通过转向拉杆504能保证两个轮胎101转向时角度同步，减少两部电机转向时不同步带来的磨损。
进一步所述减震装置6包括固定减震支撑601、减震器602、轮支撑轴承603、活动减震撑架604和减震座605；固定减震支撑601设在底板104上，活动减震撑架604上设有减震座605和轮支撑轴承603，活动减震撑架604的减震座605通过减震器602与固定减震支撑601连接起来，活动减震撑架604一端与底板104连接，活动减震撑架604另一端通过轮支撑轴承603与轮胎101连接。
进一步所述减震装置6工作原理：所述减震装置6属于独立悬挂装置，经过凹陷路面时，轮胎101和活动减震撑架604在减震器602的张力作用下以驱动轴704为轴心向下运动，通过凹陷路面后轮胎101向上运动将减震器602压缩恢复原始状态，经过凸起路面时，轮胎101和活动减震撑架604以驱动轴704为轴心向上运动将减震器602压缩，通过凸起路面后，在减震器602的张力作用下轮胎101向下运动并恢复原始状态，通过减震装置6能有效提高一种数字化安防、侦查机器人对地形的适应能力，通过性高，同时在通过凹陷或凸起路面时能保证本发明整体的稳定性，减轻因路面问题引起的本发明的抖动，提升侦查能力的稳定性。
进一步所述传动装置7包括调速电机701、伞型齿轮组702、差速器703、驱动轴704和立座式轴承705，调速电机701连接伞型齿轮组702，伞型齿轮组702通过差速器703与驱动轴704连接，驱动轴704通过立座式轴承705固定在底板104上。
进一步所述传动装置7还包括同步皮带706，驱动轴704上设有两组同步皮带706，每组同步皮带706与一侧轮胎101的转轴连接，同步皮带706能保证两侧驱动力及转速一致，并且在遇到负载过大本发明无法正常行走的情况下，同步皮带706起到打滑作用，防止对传动装置7其它零部件的损伤。
进一步所述传动装置7工作原理：调速电机701通过伞型齿轮组702带动差速器703转动，差速器703带动驱动轴704转动，驱动轴704通过同步皮带706带动轮胎101转动，使轮胎101跟差速器703是同步转动，立座式轴承705将驱动轴704固定，同时两个立座式轴承705配合支撑中镶嵌的轴承减少了摩擦力，减少动力的损耗，差速器703使其在转弯时实现两边的轮胎101以不同的速率转动，消除转弯时产生的滑托及滑转的现象，减少对设备的损耗，提升设备的运转性能。
进一步所述转向装置5设在底座1前部，传动装置7和减震装置6设在底座1后部，设置为后置驱动，前置转向的方式能最大限度的提升本发明的行动能力。
进一步所述车身2包括头部3、无线收发装置208、雨滴传感器203、烟雾传感器206、火焰传感器202、旋转急停按钮205、位置旋钮204、激光雷达207和超声波传感器201，激光雷达207和超声波传感器201置于车身2前端，无线收发装置208、烟雾传感器206、火焰传感器202、旋转急停按钮205、雨滴传感器203、位置旋钮204和激光雷达207置于车身2上端，头部3置于无线收发装置208上端，头部3在无线收发装置208上能在水平方向360度转动。
进一步所述雨滴传感器203的型号SSMY-002、烟雾传感器206的型号311-H-DL、火焰传感器202的型号R2868、位置旋钮204的型号LA130-22D-11XJ、激光雷达207的型号LS01E、和超声波传感器201的型号KS103-485。
进一步所述头部3包括语音收发装置305、摄像头304、头部旋转框架302、头部支撑框架301和平板触摸屏303，头部旋转框架302通过转轴连接在头部支撑框架301上，头部旋转框架302沿转轴在头部支撑框架301内360°旋转；平板触摸屏303和摄像头304设在头部旋转框架302上，语音收发装置305设在头部支撑框架301上。
进一步所述摄像头304的型号为Kinect双目摄像头，该摄像头具有人脸识别功能，能对陌生面孔进行识别，同时通过语音收发装置305发出警告，并将警报数据回传至操纵者，起到防盗功能。
进一步火焰传感器202配合烟雾传感器206同时使用，在能检测到火焰的同时，也可以避免因为太阳光等产生的跟火焰光波相似波长的光波对火焰传感器202的影响所产生的误报警，同时，激光雷达207也能起到类似的效果，再结合摄像头304，可以准确直观的看到周围环境情况，雨滴传感器203配合温湿度检测可以判断是否处于下雨或者有水的地方，智能躲避，防止内部的电子器件受到损坏，摄像头304配合激光雷达207可在无人厂区自主设定巡检路线，无需人员操控，前方的超声波传感器201辅助激光雷达207进行自主避障，无线收发装置208将检测到的数据上传的专属云台，再由云台整合发送到电脑端或移动客户端，工作人员能实时的接收到设备传输的画面及数据，并且能让工作人员实时对本发明进行操控，语音收发装置305可让现场被困人员和工作人员进行实时对讲，头部3在无线收发装置208上的转动结合头部旋转框架302在头部支撑框架301内的转动能实现一个球形360度无死角旋转，对现场的侦查能做到无死角全覆盖的能力。
进一步所述控制箱4包括直流电机驱动模块、控制器主板、微型处理器、降压电源模块和智能网关。
进一步所述直流电机驱动模块的型号为AQMH3615NS、控制器主板的型号为ArduinoDUE R3 ARM3、微型处理器的型号为ROS系统NCU7i5BNH、降压电源模块的型号LM2596和智能网关的型号为ZigBee网关；分别与直流电机驱动模块和降压电源模块电连接，直流电机驱动模块和调速电机连接，降压电源模块与微型处理器、控制器主板和智能网关智能网关连接。
综上所述一种数字化安防、侦查机器人的有益效果是：车身2可保证本发明在特殊环境下的生存能力，底座1内的转向装置5、减震装置6和传动装置7能提升本发明行走性能，适应路面情况能力高，可在火灾现场和野外事故现场帮助救援人员对现场进行侦查，确认现场环境情况，并可以与需救助人员进行沟通交流，避免风险并制定合理救援方案，也可以代替人工和监控设备对危险场所如石油化工厂的无人产区进行全时段、无死角的监控工作，适用范围广，并且本发明结构简单，不仅能提高工作可靠性，还便于维修和检查，所用全部零部件均为常规物品，价格较低，因此生产、维修成本低，经济效益较高。

Claims (10)

1.一种数字化安防侦查机器人，包括底座（1）、轮胎（101）、车身（2）、电池（103）和控制箱（4）；其特征在于：所述底座（1）的底板（104）上设有转向装置（5）、减震装置（6）、传动装置（7）和电池（103）；车身（2）下边缘与底板（104）外边缘扣合形成密封空腔，密封空腔包裹转向装置（5）、减震装置（6）、传动装置（7）和电池（103）；轮胎（101）设在密封空腔外侧，轮胎（101）通过联轴器（102）与转向装置（5）连接。
2.根据权利要求1所述一种数字化安防侦查机器人，其特征在于：所述转向装置(5 )包括轴固定座（501）、轮轴（502）、转向拉杆（503）、羊角转向装置（504）、丝杠装置（505）、伞型齿轮组（506）和步进电机（507）；轮轴（502）通过轴固定座（501）设在底板（104）上，轮轴（502）两端设有羊角转向装置（504）和联轴器（102），羊角转向装置（504）通过联轴器（102）与轮胎（101）连接；
羊角转向装置（504）还与转向拉杆（503）连接，转向拉杆（503）与丝杠装置（505）连接，丝杠装置（505）通过伞型齿轮组（506）与步进电机（507）连接；步进电机（507）转动时通过伞型齿轮组（506）带动丝杠装置（505）转动，进而带动转向拉杆（503）轴向滑动，转向拉杆（503）拉动羊角转向装置（504）和轮胎（101）同步转动。
3.根据权利要求1所述一种数字化安防侦查机器人，其特征在于：所述减震装置（6）包括固定减震支撑（601）、减震器（602）、轮支撑轴承（603）、活动减震撑架（604）和减震座（605）；固定减震支撑（601）设在底板（104）上，活动减震撑架（604）上设有减震座（605）和轮支撑轴承（603），活动减震撑架（604）的减震座（605）通过减震器（602）与固定减震支撑（601）连接起来，活动减震撑架（604）一端与底板（104）连接，活动减震撑架（604）另一端通过轮支撑轴承（603）与轮胎（101）连接。
4.根据权利要求1所述一种数字化安防侦查机器人，其特征在于：所述传动装置（7）包括调速电机（701）、伞型齿轮组（702）、差速器（703）、驱动轴（704）和立座式轴承（705），调速电机（701）连接伞型齿轮组（702），伞型齿轮组（702）通过差速器（703）与驱动轴（704）连接，驱动轴（704）通过立座式轴承（705）固定在底板（104）上。
5.根据权利要求4所述一种数字化安防侦查机器人，其特征在于：所述传动装置（7）还包括同步皮带（706），驱动轴（704）上设有两组同步皮带（706），每组同步皮带（706）与一侧轮胎（101）的转轴连接。
6.根据权利要求1至5任一项所述一种数字化安防侦查机器人，其特征在于：所述转向装置(5)设在底座（1）前部，传动装置（7）和减震装置（6）设在底座（1）后部。
7.根据权利要求6所述一种数字化安防侦查机器人，其特征在于：所述车身（2）包括头部（3）、无线收发装置（208）、雨滴传感器（203）、烟雾传感器（206）、火焰传感器（202）、旋转急停按钮（205）、位置旋钮（204）、激光雷达（207）和超声波传感器（201）；
激光雷达（207）和超声波传感器（201）设在车身（2）前端，无线收发装置（208）、烟雾传感器（206）、火焰传感器（202）、旋转急停按钮（205）、雨滴传感器（203）、位置旋钮（204）和激光雷达（207）置于车身（2）上端，头部（3）与无线收发装置（208）连接，头部（3）通过转轴和轴承与车身（2）连接实现360°转动；
雨滴传感器（203）的型号SSMY-002、烟雾传感器（206）的型号311-H-DL、火焰传感器（202）的型号R2868、位置旋钮（204）的型号LA130-22D-11XJ、激光雷达（207）的型号LS01E、和超声波传感器（201）的型号KS103-485。
8.根据权利要求6所述一种数字化安防侦查机器人，其特征在于：所述控制箱（4）包括直流电机驱动模块、控制器主板、微型处理器、降压电源模块和智能网关；
直流电机驱动模块的型号为AQMH3615NS、控制器主板的型号为ArduinoDUE R3 ARM3、微型处理器的型号为ROS系统NCU7i5BNH、降压电源模块的型号LM2596和智能网关的型号为ZigBee网关；分别与直流电机驱动模块和降压电源模块电连接，直流电机驱动模块和调速电机连接，降压电源模块与微型处理器、控制器主板和智能网关智能网关连接。
9.根据权利要求6所述一种数字化安防侦查机器人，其特征在于：所述头部（3）包括语音收发装置（305）、摄像头（304）、头部旋转框架（302）、头部支撑框架（301）和平板触摸屏（303），头部旋转框架（302）通过转轴连接在头部支撑框架（301）上，头部旋转框架（302）沿转轴在头部支撑框架（301）内360°旋转；平板触摸屏（303）和摄像头（304）设在头部旋转框架（302）上，语音收发装置（305）设在头部支撑框架（301）上。
10.根据权利要求9所述一种数字化安防侦查机器人，其特征在于：摄像头（304）的型号为Kinect双目摄像头。
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