CN109719697A - 一种多自由度室内轨道智能检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多自由度室内轨道智能检测机器人，包括轨道和机器人，所述机器人包括移动小车、第一升降机构、立柱、第一检测组件、回转机构、伸缩机构和第二检测组件；所述第一升降机构固定在移动小车的底板上；所述立柱固定在第一滑块上；所述第一检测组件固定在回转机构上；所述伸缩机构固定在回转机构的下方；所述轨道的内壁上安装有齿条，所述齿条与齿轮相啮合。该机器人的升降机构采用两节线性模组组合方式，有效提高了升降行程；同时采用了轨道式水平伸缩机构，有效提高了伸缩行程。

Description

一种多自由度室内轨道智能检测机器人

技术领域

本发明属于室内智能检测技术领域，具体涉及一种可升降的多自由度室内轨道智能检测机器人。

背景技术

目前市面上的室内轨道机器人主要包括移动小车和升降部分，而升降部分多采用钢丝绳、打包带等绳索类柔性驱动，这样会造成末端检测组件部分刚性较差，需停顿几秒钟等检测组件不再晃动后才能进行图像采集，效率较低；如不停顿直接拍摄则容易产生由于晃动而造成的图像拍摄偏差。

另一方面，对于需要对设备进行声音采集、气体泄漏检测、局部放电检测等近距离检测或接触式检测的场合，常规室内巡检机器人由于只能实现非接触式检测。虽然也有部分室内巡检机器人（如专利号ZL201710880882.9）带有水平伸缩机构，但其行程较短，只能将轨道敷设至距离设备较近位置；对于复杂设备区的近距离检测和接触式检测，该机器人则无法满足要求。

发明内容

为解决上述现有技术问题，本发明提供了一种多自由度室内轨道智能检测机器人，该机器人升降机构采用两节线性模组组合方式，有效提高了升降行程；同时采用了轨道式水平伸缩机构，有效提高了伸缩行程。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多自由度室内轨道智能检测机器人，包括轨道和机器人，所述轨道包括第一凹槽、第一凸起、第二凹槽和第二凸起；所述机器人包括移动小车、第一升降机构、立柱、第一检测组件、回转机构、伸缩机构和第二检测组件；所述移动小车包括驱动臂、从动臂、底板、齿轮、驱动电机和电池；所述驱动臂和从动臂分别与底板通过转动副连接，所述电池固定在底板上；所述第一升降机构为线性模组；所述第一升降机构包括第一电机、第一滑块、配重和控制箱；所述立柱固定在第一滑块上；所述第一升降机构固定在移动小车的底板上；所述第一检测组件固定在回转机构上；所述伸缩机构固定在回转机构的下方；所述轨道的内壁上安装有齿条，所述齿条与齿轮相啮合；所述驱动电机通过第一支架固定在驱动臂上，所述驱动电机的输出轴与齿轮固定连接；所述电池用于为动力装置提供电力。

进一步的，所述轨道可进行拼接、折弯成圆弧状，可根据具体应用情况任意布置。

进一步的，所述驱动臂包括防倾覆轮、转向轴、导向轮、行走轮、第五支架和第六支架；所述第五支架、防倾覆轮、导向轮和行走轮分别为结构相同的两组，固定在驱动臂上，并沿轨道中心线对称分布；所述第六支架与底板通过转动副连接。

进一步的，所述从动臂包括防倾覆轮、转向轴、导向轮、行走轮、第三支架和第四支架；所述防倾覆轮在轨道的第一凹槽里运行；所述行走轮在轨道的第二凹槽里运行；所述导向轮在轨道的导向壁上运动；所述防倾覆轮、行走轮分别安装在第三支架上，所述导向轮通过支架安装在第三支架上；所述第三支架、防倾覆轮、导向轮和行走轮分别为结构相同的两组，并沿轨道中心线对称分布，所述第四支架与底板通过转动副连接。

进一步的，所述第一升降机构由第一电机驱动；所述第一电机通过带传动驱动第一滑块沿着第一升降机构的轴线方向运动。

进一步的，所述行走轮包括行走轮主体、导向球和螺杆；所述螺杆带有外螺纹，所述导向球通过弹簧固定在行走轮主体上，可在行走轮轴线方向进行一定量的浮动伸缩；所述导向球能够在轨道壁上滚动。

进一步的，所述回转机构包括回转电机和回转盘；所述回转盘包括固定部分和移动部分，所述回转电机和固定部分通过支架固定在立柱上；所述回转电机与移动部分通过行星齿轮传动机构相连接，用以驱动移动部分沿回转电机轴线转动。

进一步的，所述伸缩机构包括伸缩电机、驱动箱、伸缩轨道、固定块、从动带轮、驱动带轮和同步带；所述驱动箱固定在回转盘的移动机构上，在回转电机带动下，驱动箱带动伸缩机构沿回转盘轴线转动。

所述伸缩电机的输出轴与驱动带轮通过平键连接；所述驱动带轮和从动带轮安装在驱动箱内；所述从动带轮为结构相同的两组；所述驱动箱内还安装有第三滑块；所述伸缩轨道能够沿第三滑块进行水平滑动；所述同步带的两端分别通过固定块固定在伸缩轨道上，通过调节固定块的位置实现同步带的张紧；所述同步带在驱动箱内环绕，其中同步带的带齿侧与驱动带轮相啮合，无齿侧与从动带轮相配合。

进一步的，所述第一检测组件包括可见光摄像机与红外热像仪；所述第二检测组件包括声音采集器、局放传感器和气体检测仪。

进一步的，所述配重安装在第一升降机构上，起到调节机器人重心的作用；所述控制箱安装在移动小车的底部，能够控制驱动电机、第一电机、回转电机和伸缩电机的运动。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

（1）本发明升降机构采用两节模组方式，行程较大，刚度好，升降过程中不会造成检测组件的晃动；

（2）本发明采用轨道式伸缩机构，能够对距离轨道较远位置的设备进行近距离检测和接触式检测；

（3）本发明伸缩机构固定在回转机构上，能够随回转机构的转动而转动，大大提高了机器人近距离检测和接触式检测的范围；

（4）本发明配重和控制箱安装在第一升降机构上，有效调整了机器人的重心，保证机器人沿轨道运动时重心位于轨道中心线上；

（5）本发明移动小车采用了防倾覆轮和导向轮，行驶稳定性较高，不会发生机器人倾覆；

（6）本发明行走轮上带有导向球，行驶轮同时具备行走功能和导向功能，防止出现机器人运行时，行驶轮卡滞在轨道的第二凹槽内；

（7）本发明具备可见光检测、红外检测、局放检测、声音采集、气体检测功能，机器人功能全面，性能稳定，一机多用，智能化程度更高。

附图说明

图1为本发明轨道的截面示意图；

图2为本发明移动小车在轨道上的侧视图（移动小车去掉外壳）；

图3为本发明驱动臂的结构示意图；

图4为本发明从动臂的结构示意图；

图5为本发明行走轮的结构示意图；

图6为本发明初始状态的侧视图（移动小车带外壳）；

图7为本发明初始状态的正视图（移动小车带外壳）；

图8为本发明回转机构的结构示意图；

图9为本发明伸缩机构的结构示意图；

图10为本发明机器人控制结构框图；

图11为本发明第一升降机构下降、伸缩机构处于中间位置时的结构示意图；

图12为本发明第一升降机构下降、伸缩机构处于伸长状态时的结构示意图；

图13为本发明图12中回转机构运动180°时的结构示意图；

图14为本发明轨道在俯视状态下的布置图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、提出的技术方案更清晰明白，下面将结合附图对实施例的具体实施方案做进一步的说明，其他通过本实施例在不付出创造性劳动的前提下得到的其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1 一种多自由度室内轨道智能检测机器人，参照图1-14，包括轨道（1）和机器人，所述轨道（1）包括第一凹槽（101）、第一凸起（102）、第二凹槽（103）和第二凸起（104），结构如图1所示；其中，轨道（1）上的第一凸起(102)和第二凸起（104）用于增加轨道的强度和刚度，防止轨道长度太长时造成变形；轨道（1）上设置的第一凹槽（101）和第二凹槽（103），作为移动小车(3)的运行通道；轨道（1）通过吊架安装在室内的天花板或立柱上，轨道（1）可进行任意拼接、折弯成半径不同的圆弧，可根据现场的实际应用情况安装；轨道上安装有位置标签，用于对巡检设备进行定位；图14为轨道在俯视状态下的布置图。

所述机器人包括移动小车（3）、第一升降机构（5）、立柱（4）、第一检测组件（6）、回转机构（7）、伸缩机构（8）和第二检测组件（9）；

所述移动小车（3）包括驱动臂（312）、从动臂（313）、底板（307）、齿轮（302）、驱动电机（303）和电池（305）；所述驱动臂（312）和从动臂（313）分别与底板（307）通过转动副连接，所述电池（305）固定在底板（307）上，为机器人提供电源；

所述第一升降机构（5）为线性模组，为现有技术；所述第一升降机构（5）包括第一电机（504）、第一滑块（501）、配重（502）和控制箱（503）；所述第一升降机构（5）固定在移动小车（3）的底板（307）上；第一电机（504）通过带传动驱动第一滑块（501）沿着第一升降机构（5）的轴线方向运动。

所述立柱（4）固定在第一滑块（501）上，在第一电机（504）的带动下，立柱（4）能够沿着第一升降机构（5）的轴线方向运动。

所述第一检测组件（6）固定在回转机构（7）上；所述伸缩机构（8）固定在回转机构（7）的下方；

所述轨道（1）的内壁上安装有齿条（2），齿条（2）通过螺钉安装在轨道（1）的内壁上，轨道（1）上对应安装齿条（2）的位置加工螺纹孔，齿条通过第一凸起（102）在轨道上进行安装定位；所述齿条（2）与移动小车(3)上的齿轮（302）相啮合；所述驱动电机（303）通过第一支架（304）固定在驱动臂（312）上，所述驱动电机（303）的输出轴与齿轮（302）固定连接；所述电池（305）用于为动力装置提供电力。

具体地，所述驱动臂（312）包括防倾覆轮（308）、转向轴（306）、导向轮（310）、行走轮（311）、第五支架（320）和第六支架（321），结构如图3所示；所述第五支架（320）、防倾覆轮（308）、导向轮（310）和行走轮（311）分别为结构相同的两组，沿轨道中心线对称安装在驱动臂（312）上；所述第六支架（321）与底板（307）通过转动副连接。

具体地，所述从动臂包括防倾覆轮（308）、转向轴（306）、导向轮（310）、行走轮（311）、第三支架（314）和第四支架（315），结构如图4所示；所述防倾覆轮（308）、行走轮（311）分别安装在第三支架（314）上，所述导向轮（310）通过支架安装在第三支架（314）上；所述第三支架（314）、防倾覆轮（308）、导向轮（310）和行走轮（311）分别为结构相同的两组，并沿轨道中心线对称分布，所述第四支架（315）与底板（307）通过转动副连接。

其中，所述防倾覆轮（308）在轨道（1）的第一凹槽（101）里运行，第一凹槽起到运行通道作用；所述行走轮（311）在轨道（1）的第二凹槽（103）里运行，第二凹槽起到运行通道作用；所述导向轮（310）在轨道（1）的导向壁（105）上运动，其中，导向轮（310）与轨道（1）的导向壁（105）接触，沿导向壁（105）滚动，起到导向作用；

所述行走轮（311）包括行走轮主体（31102）、导向球（31103）和螺杆（31101）；所述螺杆（31101）带有外螺纹，所述导向球（31103）通过弹簧固定在行走轮主体（31102）上，可在行走轮（311）轴线方向进行一定量的浮动伸缩；所述导向球（31103）能够在导向壁上滚动，导向球（31103）能确保在转弯时行走轮（311）不会卡在第二凹槽（103）中，辅助导向轮（310）起到导向作用。结构如图5所示。

具体地，机器人沿轨道（1）运动时，电机（303）的输出动力传递到齿轮（302）上，齿轮（302）通过与安装在轨道（1）上的齿条（2）的啮合，带动机器人沿轨道（1）运行。电机（303）固定在驱动臂（312）上，其运动状态始终与驱动臂(312)一致，避免出现转向时由于驱动力方向与运动方向不一致造成驱动力不足的状况。电机（303）输出轴与齿轮（302）固定连接，另一侧安装在第一支架（304）上，第一支架（304）固定在第六支架（321）上。第四支架（315）和第六支架（321）分别与底板（307）通过转动副连接；机器人在转弯、通过轨道拼接缝隙时，两侧行走轮（311）、导向轮（310）和防倾覆轮（308）的运行速度不一致，通过转向轴（306）起到调节速度差的作用。

具体地，所述回转机构（7）包括回转电机（702）和回转盘（701）；所述回转盘（701）包括固定部分（7011）和移动部分（7012），所述回转电机（702）和固定部分（7011）分别通过支架固定在立柱（4）上；所述回转电机（702）与移动部分（7012）通过行星齿轮传动机构相连接，用以驱动移动部分沿回转电机（702）轴线转动，结构如图8所示。

具体地，所述伸缩机构（8）包括伸缩电机（801）、驱动箱（802）、伸缩轨道（803）、固定块（804）、从动带轮（805）、驱动带轮（806）和同步带（807）；所述驱动箱（802）固定在回转盘（701）的移动机构上，在回转电机（702）带动下，驱动箱带动伸缩机构沿回转盘（701）轴线转动，结构如图9所示。

所述伸缩电机（801）的输出轴与驱动带轮（806）通过平键连接；所述驱动带轮（806）和从动带轮（805）安装在驱动箱（802）内；所述从动带轮（805）为结构相同的两组；所述驱动箱（802）内还安装有第三滑块（未图示）；所述伸缩轨道（803）能够沿着第三滑块进行水平滑动；所述同步带（807）的两端分别通过固定块（804）固定在伸缩轨道上，通过调节固定块（804）的位置实现同步带的张紧；所述同步带（807）在驱动箱（802）内环绕，其中同步带（807）的带齿侧与驱动带轮（806）相啮合，无齿侧与从动带轮（805）相配合。

具体地，所述第一检测组件（6）包括可见光摄像机与红外热像仪，实现对室内设备的图像检测与温度检测，第一检测组件用于对设备的远距离或非接触式检测；所述第二检测组件（9）包括声音采集器（901）、局放传感器（902）和气体检测仪（903）；其中气体检测仪（903）为多合一气体检测仪，包括有毒气体检测传感器、可燃气体检测传感器、温湿度检测传感器、烟雾检测传感器；通过该机器人，能够对室内设备的外观、发热情况、异常噪声、局部放电、有毒气体、可燃气体、环境温湿度等进行实时检测，第二检测组件用于对设备的近距离或接触式检测。

具体地，所述第一检测组件（6）固定在回转盘（701）上，在回转电机（702）的驱动下，第一检测组件（6）能够沿着回转盘（701）的轴线转动，进而实现对轨道两侧的设备进行巡检。

所述配重（502）安装在第一升降机构（5）上，起到调节机器人重心的作用，防止机器人运动中行走轮和导向轮磨损不均。

所述控制箱（503）安装在移动小车（3）的底部，能够控制驱动电机（303）、第一电机（504）、回转电机（702）和伸缩电机（801）的运动，如图10所示为本发明控制箱中控制系统的结构框图。

本发明的工作过程如下所示：

（1）控制箱（503）控制驱动电机（303）转动，在齿轮齿条的传动下机器人沿轨道运行；

（2）当机器人沿轨道运行、到达指定的位置标签时，控制箱（503）控制第一电机（504）运动，第一电机（504）带动立柱（4）向下运动，立柱（4）带动回转机构（7）、伸缩机构（8）执行下降动作，如图11所示；第一检测组件对设备的外观和温度进行巡检；

（3）上述动作完成后，控制箱（503）控制伸缩机构（8）执行伸长运动，伸缩机构（8）带动第二检测组件（9）靠近设备，对设备运行时产生的气体、局部放电、噪声等信号进行检测，如图12所示；

（4）上述动作完成后，伸缩机构（8）执行缩回运动，伸缩机构运动至中间位置，如图11所示；

（5）当机器人在两排设备中间巡检时，如两侧的设备均需要巡检，则回转机构带动伸缩机构（8）和第一检测组件（6）转动180°，进而实现对另一侧设备的巡检，如图13所示。

（6）对于部分设备待检测点的位置距离较近，为减少移动小车（3）的运动，回转机构（7）带动伸缩机构（8）、第一检测组件（6）转动适当角度；动作完成后，伸缩机构（8）执行伸长运动靠近设备进行巡检。

（7）巡检动作结束后，控制箱（503）控制各电机复位、机器人处于初始状态，如图6和7所示。

（8）机器人恢复初始状态后，控制箱控制机器人继续沿轨道运行，寻找下一巡检点执行巡检任务。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种多自由度室内轨道智能检测机器人，包括轨道（1）和机器人，其特征在于，所述轨道（1）包括第一凹槽（101）、第一凸起（102）、第二凹槽（103）和第二凸起（104）；所述机器人包括移动小车（3）、第一升降机构（5）、立柱（4）、第一检测组件（6）、回转机构（7）、伸缩机构（8）和第二检测组件（9）；所述移动小车（3）包括驱动臂（312）、从动臂（313）、底板（307）、齿轮（302）、驱动电机（303）和电池（305）；所述驱动臂（312）和从动臂（313）分别与底板（307）通过转动副转动连接，所述电池（305）固定在底板（307）上；所述第一升降机构（5）为线性模组；所述第一升降机构（5）包括第一电机（504）、第一滑块（501）、配重（502）和控制箱（503）；所述第一升降机构（5）固定在移动小车（3）的底板（307）上；所述立柱（4）固定在第一滑块（501）上；所述第一检测组件（6）固定在回转机构（7）上；所述伸缩机构（8）固定在回转机构（7）的下方；所述第二检测组件（9）设置在伸缩机构（8）上；所述轨道（1）的内壁上安装有齿条（2），所述齿条（2）与齿轮（302）相啮合；所述驱动电机（303）通过第一支架（304）固定在驱动臂（312）上，所述驱动电机（303）的输出轴与齿轮（302）固定连接；所述电池（305）用于为动力装置提供电力。

2.根据权利要求1所述的多自由度室内轨道智能检测机器人，其特征在于，所述轨道（1）可进行拼接、折弯成圆弧状，可根据具体应用情况任意布置。

3.根据权利要求1所述的多自由度室内轨道智能检测机器人，其特征在于，所述驱动臂（312）包括防倾覆轮（308）、转向轴（306）、导向轮（310）、行走轮（311）、第五支架（320）和第六支架（321）；所述第五支架（320）、防倾覆轮（308）、导向轮（310）和行走轮（311）分别为结构相同的两组，固定在驱动臂（312）上，并沿轨道中心线对称分布；所述第六支架（321）与底板（307）通过转动副连接。

4.根据权利要求1所述的多自由度室内轨道智能检测机器人，其特征在于，所述从动臂包括防倾覆轮（308）、转向轴（306）、导向轮（310）、行走轮（311）、第三支架（314）和第四支架（315）；所述防倾覆轮（308）在轨道（1）的第一凹槽（101）里运行；所述行走轮（311）在轨道（1）的第二凹槽（103）里运行；所述导向轮（310）在轨道（1）的导向壁（105）上运动；所述防倾覆轮（308）、行走轮（311）分别安装在第三支架（314）上，所述导向轮（310）通过支架安装在第三支架（314）上；所述第三支架（314）、防倾覆轮（308）、导向轮（310）和行走轮（311）分别为结构相同的两组，并沿轨道中心线对称分布，所述第四支架（315）与底板（307）通过转动副连接。

5.根据权利要求1所述的多自由度室内轨道智能检测机器人，其特征在于，所述第一升降机构（5）由第一电机（504）驱动；所述第一电机（504）通过带传动驱动第一滑块（501）沿着第一升降机构（5）的轴线方向运动。

6.根据权利要求4所述的多自由度室内轨道智能检测机器人，其特征在于，所述行走轮（311）包括行走轮主体（31102）、导向球（31103）和螺杆（31101）；所述螺杆（31101）带有外螺纹，所述导向球（31103）通过弹簧固定在行走轮主体（31102）上，可在行走轮（311）轴线方向进行一定量的浮动伸缩；所述导向球（31103）能够在轨道壁上滚动。

7.根据权利要求1所述的多自由度室内轨道智能检测机器人，其特征在于，所述回转机构（7）包括回转电机（702）和回转盘（701）；所述回转盘（701）包括固定部分（7011）和移动部分（7012），所述回转电机（702）和固定部分（7011）分别通过支架固定在立柱（4）上；所述回转电机（702）与移动部分（7012）通过行星齿轮传动机构相连接，用以驱动移动部分沿回转电机（702）轴线转动。

8.根据权利要求7所述的多自由度室内轨道智能检测机器人，其特征在于，所述伸缩机构（8）包括伸缩电机（801）、驱动箱（802）、伸缩轨道（803）、固定块（804）、从动带轮（805）、驱动带轮（806）和同步带（807）；所述驱动箱（802）固定在回转盘（701）的移动机构上，在回转电机（702）带动下，驱动箱（802）带动伸缩机构（8）沿回转盘（701）轴线转动；

所述伸缩电机（801）的输出轴与驱动带轮（806）通过平键连接；所述驱动带轮（806）和从动带轮（805）安装在驱动箱（802）内；所述从动带轮（805）为结构相同的两组；所述驱动箱（802）内还安装有第三滑块；所述伸缩轨道（803）能够沿第三滑块进行水平滑动；所述同步带（807）的两端分别通过固定块（804）固定在伸缩轨道（803）上，通过调节固定块的位置实现同步带的张紧；所述同步带（807）在驱动箱（802）内环绕，其中同步带（807）的带齿侧与驱动带轮（806）相啮合，无齿侧与从动带轮（805）相配合。

9.根据权利要求1所述的多自由度室内轨道智能检测机器人，其特征在于，所述第一检测组件（6）包括可见光摄像机与红外热像仪；所述第二检测组件（9）包括声音采集器（901）、局放传感器（902）和气体检测仪（903）。

10.根据权利要求1所述的多自由度室内轨道智能检测机器人，其特征在于，所述配重（502）安装在第一升降机构（5）上，起到调节机器人重心的作用；所述控制箱（503）安装在移动小车（3）的底部，能够控制驱动电机（303）、第一电机（504）、回转电机（702）和伸缩电机（801）的运动。