CN109398515B - 履带式冰面检测标记机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种履带式冰面检测标记机器人，包括驱动装置，检测装置和标记装置以及履带装置，驱动装置的四个步进电机安装在机器人壳的内部，分别通过联轴器与四个履带装置连接，控制装置和电源安装在机器人壳内部，检测装置和标记装置安装在机器人壳的内部，控制装置控制四个步进电机的转速从而控制机器人的前进，后退与转向。该发明机器人的使用能有效的减少在对大自然探索过程中意外的发生。在本发明机器人前进时，探测仪的探头会做往复的直线运动，加快了探伤检测工作的效率，本发明履带式冰面检测标记机器人与传统冰面机器人相比，体积小，质量轻，结构简单，便于携带，这更有利于探险活动。

Description

履带式冰面检测标记机器人

技术领域

本发明涉及一种行走检测机器人，特别是涉及一种冰面检测机器人，应用于冰面探测装置技术领域。

背景技术

人类对于大自然探索的脚步从未停止，而这过程中各种危险也是悄然跟随，尤其对于一些在冰面或雪地探险活动而言，冰层过薄或雪地下的冰裂缝往往都有着巨大的危险，倘若不慎跌落其中将危及生命。

履带式冰面检测标记机器人是一种可在冰面、雪地等各种恶劣环境下移动的自动化设备。现在有很多冰面机器人，但大多是体积较大，且大多是冰面作业的，对于这种为减少探险伤亡而专门用于冰面检测的机器人尚未出现。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种履带式冰面检测标记机器人，具有体积小，质量轻，结构简单，便于携带等优点，本发明采用四台步进电机分别驱动四条履带，这样大大加强了机器人的机动灵活性和可靠性，即使有一个甚至是两个电机发生故障时仍可正常运行，同时也增强了其防滑性能。履带轮有自动张紧功能，可防止机器人在作业时发生掉履带轮的现象。在该机器人前进时，当检测到有冰层过薄或有冰裂缝时，机器人停止运动，将涂料喷在危险区域。该发明机器人的使用能有效的减少在对大自然探索过程中意外的发生。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种履带式冰面检测标记机器人，包括机器人壳体、履带装置、驱动装置、检测装置和电源装置，电源装置为各电子器件提供电能，还包括标记装置，在机器人壳体内安装4个步进电机，各步进电机分别对应通过联轴器，对应与4个履带行走装置连接，形成由驱动装置驱动履带装置组成的4台套行走系统；控制装置和电源装置安装在机器人壳体内，控制装置能接收来自检测装置发出的信息，检测装置的测量检测探头对机器人壳体底部或邻近机器人壳体周边的冰面坚实状况进行检测，当检测装置检测到目标冰面区域不低于设定的坚实阈值时，控制装置继续控制步进电机的转速，从而控制机器人的前进、后退与转向，到达下一目标区域继续对下一目标区域冰面坚实状况进行检测；当检测装置检测到目标冰面区域超过设定的坚实阈值时，判断为冰面存在缺陷或安全风险，此时通过控制装置控制标记装置对该区域冰面进行可识别性标记，标记装置完成对该区域冰面标记任务后，控制装置继续控制步进电机的转速，从而控制机器人的前进、后退与转向，到达下一目标区域继续对下一目标区域冰面坚实状况进行检测，履带装置包含履带张紧机构。

作为本发明优选的技术方案，检测装置和标记装置包括超声波检测仪、第五步进电机、大齿轮、小齿轮、滚珠丝杠、导向杆、滚珠丝杠螺母、套环、涂料存储罐、喷墨泵、超声波检测仪探头、涂料喷头、喷料管、探头数据导线；第五步进电机安装在机器人壳体的内部，第五步进电机的输出轴同步转动连接大齿轮，大齿轮与小齿轮啮合组成轮组，小齿轮安装在滚珠丝杠的一端，第五步进电机通过驱动大齿轮和小齿轮，进而带动滚珠丝杠旋转；滚珠丝杠螺母与套环配合，套环又与固定在滚珠丝杠上方的导向杆滑动配合，导向杆与滚珠丝杠平行设置，并使套环不会随着滚珠丝杠螺母自转，滚珠丝杠螺母下端或者套环的下端与超声波检测仪探头连接，涂料喷头通过卡箍与超声波检测仪探头并列安装连接在一起，涂料喷头通过喷料管与设置于机器人壳体内部的喷墨泵连接，喷墨泵的涂料输送管与设置于机器人壳体内部的涂料存储罐连接，超声波检测仪探头通过探头数据导线与超声波检测仪连接，超声波检测仪探头与控制装置信号连接；在机器人工作时，超声波检测仪探头对冰面工作区域进行检查，第五步进电机驱动滚珠丝杠旋转，此时超声波检测仪探头随着滚珠丝杠螺母或者套环在进行直线运动时对冰面工作区域进行探伤，当检测到有缺陷的区域时，涂料喷头对该区域进行喷涂标记。

上述滚珠丝杠的轴线方向优选与步进电机的传动主轴轴线方向平行。

作为本发明优选的技术方案，各履带行走装置皆分别包括履带、履带轮支架、主动轮、主动轮套盖、张紧装置、张紧轮、承重轮，履带包覆在主动轮、张紧轮和至少两个承重轮组成轮组的外侧，履带轮支架的顶端通过主动轮套盖与主动轮转动配合，张紧轮通过张紧装置与履带轮支架配合，张紧装置能进行自由弹性伸缩，其中张紧装置的弹簧根据履带的张力自动改变张紧轮的位置，对履带起到张紧作用，张紧轮还作为导向轮装置，避免履带滑脱，各承重轮与履带轮支架的底端转动配合连接，作为机器人的承重制成部件。

上述各履带行走装置皆分别优选包括3个承重轮，分别为第一承重轮、第二承重轮、第三承重轮。

上述各步进电机分别优选通过独立电源进行独立供电，各独立电源由控制装置对电能进行管理控制。

上述张紧轮相比其他轮子优选设置于更靠近机器人前端或后端的位置处。

上述电源装置优选通过机器人壳体内设置的隔板与其他装置部件进行隔离设置。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明履带式冰面检测标记机器人，采用四驱四履带式运动，这大大提高了机器人的可靠性；

2.本发明装置在该机器人前进时，超声波探测仪的探头会做往复的直线运动，加快了探伤检测工作的效率；

3.本发明履带式冰面检测标记机器人与传统冰面机器人相比，体积小，质量轻，结构简单，便于携带，这更有利于探险活动。

附图说明

图1为本发明实施例一履带式冰面检测标记机器人的结构示意图。

图2为本发明实施例一履带式冰面检测标记机器人的检测装置运动机构和内置标记装置部分的结构示意图。

图3为本发明实施例一履带式冰面检测标记机器人的检测装置和标记装置结构示意图。

图4为本发明实施例一履带式冰面检测标记机器人的履带行走装置结构示意图。

图5为本发明实施例一履带式冰面检测标记机器人的控制系统原理图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

实施例一

在本实施例中，参见图1～5，一种履带式冰面检测标记机器人，包括机器人壳体7、履带装置、驱动装置、检测装置、电源装置、标记装置，电源装置为各电子器件提供电能，在机器人壳体7内安装4个步进电机1-A，1-B，1-C，1-D，各步进电机1-A，1-B，1-C，1-D分别对应通过联轴器2-A，2-B，2-C，2-D，对应与4个履带行走装置3-A，3-B，3-C，3-D连接，形成由驱动装置驱动履带装置组成的4台套行走系统；控制装置5和电源装置安装在机器人壳体7内，控制装置5能接收来自检测装置发出的信息，检测装置的测量检测探头对机器人壳体7底部的冰面坚实状况进行检测，当检测装置检测到目标冰面区域不低于设定的坚实阈值时，控制装置5继续控制步进电机1-A，1-B，1-C，1-D的转速，从而控制机器人的前进、后退与转向，到达下一目标区域继续对下一目标区域冰面坚实状况进行检测；当检测装置检测到目标冰面区域超过设定的坚实阈值时，判断为冰面存在缺陷或安全风险，此时通过控制装置5控制标记装置对该区域冰面进行可识别性标记，标记装置完成对该区域冰面标记任务后，控制装置5继续控制步进电机1-A，1-B，1-C，1-D的转速，从而控制机器人的前进、后退与转向，到达下一目标区域继续对下一目标区域冰面坚实状况进行检测，履带装置包含履带张紧机构。机器人行走的动力是靠履带与冰面的摩擦力转换而来的。本发明机器人采用类似爬壁式探伤检测机器人结构，采用四个步进电机1-A，1-B，1-C，1-D，分别通过联轴器2-A，2-B，2-C，2-D连接四个履带装置3-A，3-B，3-C，3-D，该套运动装置大大的提升了机器人的可靠性。

在本实施例中，参见图1～5，检测装置和标记装置包括超声波检测仪6、第五步进电机8、大齿轮9、小齿轮10、滚珠丝杠11、导向杆12、滚珠丝杠螺母13、套环14、涂料存储罐15、喷墨泵16、超声波检测仪探头17、涂料喷头18、喷料管19、探头数据导线20；第五步进电机8安装在机器人壳体7的内部，第五步进电机8的输出轴同步转动连接大齿轮9，大齿轮9与小齿轮10啮合组成轮组，小齿轮10安装在滚珠丝杠11的一端，第五步进电机8通过驱动大齿轮9和小齿轮10，进而带动滚珠丝杠11旋转；滚珠丝杠11的轴线方向与步进电机1-A，1-B，1-C，1-D的传动主轴轴线方向平行；滚珠丝杠螺母13与套环14配合，套环14又与固定在滚珠丝杠11上方的导向杆12滑动配合，导向杆12与滚珠丝杠11平行设置，并使套环14不会随着滚珠丝杠螺母13自转，滚珠丝杠螺母13下端与超声波检测仪探头17连接，涂料喷头18通过卡箍与超声波检测仪探头17并列安装连接在一起，涂料喷头18通过喷料管19与设置于机器人壳体7内部的喷墨泵16连接，喷墨泵16的涂料输送管与设置于机器人壳体7内部的涂料存储罐15连接，超声波检测仪探头17通过探头数据导线20与超声波检测仪6连接，超声波检测仪探头17与控制装置5信号连接；在机器人工作时，超声波检测仪探头17对冰面工作区域进行检查，第五步进电机8驱动滚珠丝杠11旋转，此时超声波检测仪探头17随着滚珠丝杠螺母13或者套环14在进行直线运动时对冰面工作区域进行探伤，当检测到有缺陷的区域时，涂料喷头18对该区域进行喷涂标记。在本实施例机器人前进时，超声波探测仪的探头会被转动滚珠丝杠带动做往复的直线运动，加快了探伤检测工作的效率。当检测到有冰层过薄或有冰裂缝时，机器人停止运动，将涂料喷在危险区域。

在本实施例中，参见图1、图2和图4，各履带行走装置3-A，3-B，3-C，3-D皆分别包括履带21、履带轮支架27、主动轮22、主动轮套盖23、张紧装置24、张紧轮25、承重轮26，各履带行走装置3-A，3-B，3-C，3-D皆分别包括3个承重轮26，分别为第一承重轮26-A、第二承重轮26-B、第三承重轮26-C，履带21包覆在主动轮22、张紧轮24和3个承重轮26组成轮组的外侧，履带轮支架27的顶端通过主动轮套盖23与主动轮22转动配合，张紧轮25通过张紧装置24与履带轮支架27配合，张紧装置24能进行自由弹性伸缩，其中张紧装置24的弹簧根据履带21的张力自动改变张紧轮25的位置，对履带21起到张紧作用，张紧轮25还作为导向轮装置，避免履带21滑脱；张紧轮25设置于更靠近机器人前端或后端的位置处；各承重轮26与履带轮支架27的底端转动配合连接，作为机器人的承重制成部件。三个承重轮26与履带轮支架27配合，起到机器人的承重作用。履带轮有自动张紧功能，可防止机器人在作业时发生掉履带轮的现象。采用四台步进电机分别驱动四条履带，这样大大加强了机器人的机动灵活性和可靠性，即使有一个甚至是两个电机发生故障时仍可正常运行，同时也增强了其防滑性能。

在本实施例中，参见图1、图2，各步进电机1-A，1-B，1-C，1-D分别通过独立电源4-A，4-B，4-C，4-D进行独立供电，各独立电源由控制装置5对电能进行管理控制。为电源控制提高多样化的解决方案，并作为电能供应冗余系统，有助于能源系统容灾功能的实现。

如图5所示，机器人运动控制系统原理图。当控制处理器控制驱动装置电机的转速，转向时，可控制机器人的前进，后退与转向。当机器人运行工作时，探测装置的步进电机通过滚珠丝杠带动探伤仪探头做直线运动对工作表面进行检测，当检测到危险区域时，标记装置对危险区域进行标记。

对比已有的冰面机器人，本发明具有体积小，质量轻，结构简单，便于携带等优点，本发明采用四台步进电机分别驱动四条履带，这样大大加强了机器人的机动灵活性和可靠性，即使有一个甚至是两个电机发生故障时仍可正常运行，同时也增强了其防滑性能。履带轮有自动张紧功能，可防止机器人在作业时发生掉履带轮的现象。在该机器人前进时，超声波探测仪的探头会被转动滚珠丝杠带动做往复的直线运动，加快了探伤检测工作的效率，当检测到有冰层过薄或有冰裂缝时，机器人停止运动，将涂料喷在危险区域。机器人在运行，采用2.4G高频无线技术对机器人进行控制。该发明机器人的使用能有效的减少在对大自然探索过程中意外的发生。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，检测装置的测量检测探头对邻近机器人壳体7周边的冰面坚实状况进行检测，当检测装置检测到目标冰面区域不低于设定的坚实阈值时，控制装置5继续控制步进电机1-A，1-B，1-C，1-D的转速，从而控制机器人的前进、后退与转向，到达下一目标区域继续对下一目标区域冰面坚实状况进行检测。检测装置的测量检测探头对邻近机器人壳体7周边的冰面坚实状况进行检测，可以实现近距离检测，对于高危险区域，机器人不需要抵达冰面缺陷位置上方，即能提前检测到危险源点，保证设备安全。

实施例三

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，套环14的下端与超声波检测仪探头17连接，也能实现对缺陷冰面的有效探测，本实施例是上述实施例的一种替代方案。

实施例四

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，电源装置通过机器人壳体7内设置的隔板与其他装置部件进行隔离设置。将电源设备隔离可以保证能量系统的安全性和工作稳定性，保证机器人执行冰面工作的稳定性、可持续性和安全性，保障执行任务顺利进行。

实施例五

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，带有一个总电源为各步进电机1-A，1-B，1-C，1-D和其他电子设备进行集中供电，简化了供电设备，降低了整机的重量，提高了机器人的灵活性。

总之，上述实施例带式冰面检测标记机器人，包括驱动装置，检测装置和标记装置以及履带装置，驱动装置的四个步进电机安装在机器人壳的内部，分别通过联轴器与四个履带装置连接，控制装置和电源通过挡板与螺钉安装在机器人壳内部，检测装置和标记装置安装在机器人壳的内部，控制装置控制四个步进电机的转速从而控制机器人的前进，后退与转向；机器人在运行，采用2.4G高频无线技术对机器人进行控制。该发明机器人的使用能有效的减少在对大自然探索过程中意外的发生。

上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明履带式冰面检测标记机器人的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种履带式冰面检测标记机器人，包括机器人壳体(7)、履带装置、驱动装置、检测装置和电源装置，所述电源装置为各电子器件提供电能，其特征在于：还包括标记装置，在所述机器人壳体(7)内安装4个步进电机(1-A，1-B，1-C，1-D)，各步进电机(1-A，1-B，1-C，1-D)分别对应通过联轴器(2-A，2-B，2-C，2-D)，对应与4个履带行走装置(3-A，3-B，3-C，3-D)连接，形成由驱动装置驱动履带装置组成的4套行走系统；控制装置(5)和电源装置安装在机器人壳体(7)内，所述控制装置(5)能接收来自检测装置发出的信息，所述检测装置的测量检测探头对所述机器人壳体(7)底部或邻近所述机器人壳体(7)周边的冰面坚实状况进行检测，当检测装置检测到目标冰面区域不低于设定的坚实阈值时，所述控制装置(5)继续控制步进电机(1-A，1-B，1-C，1-D)的转速，从而控制机器人的前进、后退与转向，到达下一目标区域继续对下一目标区域冰面坚实状况进行检测；当检测装置检测到目标冰面区域超过设定的坚实阈值时，判断为冰面存在缺陷或安全风险，此时通过所述控制装置(5)控制所述标记装置对该区域冰面进行可识别性标记，所述标记装置完成对该区域冰面标记任务后，所述控制装置(5)继续控制步进电机(1-A，1-B，1-C，1-D)的转速，从而控制机器人的前进、后退与转向，到达下一目标区域继续对下一目标区域冰面坚实状况进行检测，所述履带装置包含履带张紧机构。

2.根据权利要求1所述履带式冰面检测标记机器人，其特征在于：所述检测装置和标记装置包括超声波检测仪(6)、第五步进电机(8)、大齿轮(9)、小齿轮(10)、滚珠丝杠(11)、导向杆(12)、滚珠丝杠螺母(13)、套环(14)、涂料存储罐(15)、喷墨泵(16)、超声波检测仪探头(17)、涂料喷头(18)、喷料管(19)、探头数据导线(20)；

所述第五步进电机(8)安装在机器人壳体(7)的内部，所述第五步进电机(8)的输出轴同步转动连接大齿轮(9)，大齿轮(9)与小齿轮(10)啮合组成轮组，小齿轮(10)安装在滚珠丝杠(11)的一端，第五步进电机(8)通过驱动大齿轮(9)和小齿轮(10)，进而带动滚珠丝杠(11)旋转；所述滚珠丝杠螺母(13)与套环(14)配合，套环(14)又与固定在滚珠丝杠(11)上方的导向杆(12)滑动配合，导向杆(12)与滚珠丝杠(11)平行设置，并使套环(14)不会随着滚珠丝杠螺母(13)自转，滚珠丝杠螺母(13)下端或者套环(14)的下端与超声波检测仪探头(17)连接，涂料喷头(18)通过卡箍与超声波检测仪探头(17)并列安装连接在一起，所述涂料喷头(18)通过喷料管(19)与设置于机器人壳体(7)内部的喷墨泵(16)连接，所述喷墨泵(16)的涂料输送管与设置于机器人壳体(7)内部的涂料存储罐(15)连接，超声波检测仪探头(17)通过探头数据导线(20)与超声波检测仪(6)连接，超声波检测仪探头(17)与控制装置(5)信号连接；

在机器人工作时，超声波检测仪探头(17)对冰面工作区域进行检查，第五步进电机(8)驱动滚珠丝杠(11)旋转，此时超声波检测仪探头(17)随着滚珠丝杠螺母(13)或者套环(14)在进行直线运动时对冰面工作区域进行探伤，当检测到有缺陷的区域时，涂料喷头(18)对该区域进行喷涂标记。

3.根据权利要求2所述履带式冰面检测标记机器人，其特征在于：所述滚珠丝杠(11)的轴线方向与所述步进电机(1-A，1-B，1-C，1-D)的传动主轴轴线方向平行。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述履带式冰面检测标记机器人，其特征在于：各履带行走装置(3-A，3-B，3-C，3-D)皆分别包括履带(21)、履带轮支架(27)、主动轮(22)、主动轮套盖(23)、张紧装置(24)、张紧轮(25)、承重轮(26)，所述履带(21)包覆在主动轮(22)、张紧轮(25)和至少两个承重轮(26)组成轮组的外侧，所述履带轮支架(27)的顶端通过主动轮套盖(23)与主动轮(22)转动配合，张紧轮(25)通过张紧装置(24)与履带轮支架(27)配合，张紧装置(24)能进行自由弹性伸缩，其中张紧装置(24)的弹簧根据履带(21)的张力自动改变张紧轮(25)的位置，对履带(21)起到张紧作用，张紧轮(25)还作为导向轮装置，避免履带(21)滑脱，各承重轮(26)与履带轮支架(27)的底端转动配合连接，作为机器人的承重制成部件。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述履带式冰面检测标记机器人，其特征在于：各履带行走装置(3-A，3-B，3-C，3-D)皆分别包括3个承重轮(26)，分别为第一承重轮(26-A)、第二承重轮(26-B)、第三承重轮(26-C)。

6.根据权利要求1～3中任意一项所述履带式冰面检测标记机器人，其特征在于：各步进电机(1-A，1-B，1-C，1-D)分别通过独立电源(4-A，4-B，4-C，4-D)进行独立供电，各独立电源由控制装置(5)对电能进行管理控制。

7.根据权利要求1～3中任意一项所述履带式冰面检测标记机器人，其特征在于：张紧轮(25)设置于更靠近机器人前端或后端的位置处。

8.根据权利要求1～3中任意一项所述履带式冰面检测标记机器人，其特征在于：电源装置通过机器人壳体(7)内设置的隔板与其他装置部件进行隔离设置。

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