CN109828563A - 一种用于巡检的机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于巡检的机器人系统，包括机体及设于机体的驱动装置、图像采集装置、声音采集装置、传感器组件、控制装置、无线通信装置及供电装置；驱动装置用于驱动机体移动，图像采集装置用于采集图像信息，声音采集装置用于采集音频信息，传感器组件用于采集周围环境信息，控制装置用于根据图像采集装置、声音采集装置和传感器组件采集的信息控制驱动装置，控制装置还通过无线通信装置与上位计算机相通信，供电装置用于为设于机体上的各用电部件供电；机体上还设有位置调整装置，位置调整装置包括旋转台及机械臂，图像采集装置安装在伸缩臂的外端。本发明能够有效扩大图像采集装置所采集图像信息的范围，减少采集盲区，提高巡检可靠性。

Description

一种用于巡检的机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人系统领域，尤其涉及一种用于巡检的机器人系统。

背景技术

用于巡检的机器人系统是以移动机器人作为载体，以可见光摄像机、红外热成像仪、其它检测仪器作为载荷系统，以机器视觉电磁场、GPS、GIS的多场信息融合作为机器人自主移动与自主巡检的导航系统，以嵌入式计算机作为控制系统的软硬件开发平台，具有障碍物检测识别与定位、自主作业规划、自主越障、自主巡检、巡检图像和数据的自动存储与远程无线传输、地面远程无线监控与遥控、电能在线实时补给、后台巡检作业管理与分析诊断等功能。

现有的用于巡检的机器人系统，一般包括机体及设于机体的驱动装置、图像采集装置、声音采集装置、传感器组件、控制装置、无线通信装置及供电装置，驱动装置用于驱动机体移动，图像采集装置用于采集图像信息，声音采集装置用于采集音频信息，传感器组件用于采集周围环境信息，控制装置用于根据图像采集装置、声音采集装置和传感器组件采集的信息控制驱动装置，控制装置还通过无线通信装置与上位计算机相通信，供电装置用于为设于机体上的各用电部件供电；图像采集装置一般采用高清摄像头其通常仅固定在机体上，当需要采集特定区域的图像信息时必须通过机体转动才能实现，而且还存在较大的采集盲区，容易造成漏检的情况，巡检可靠性不足。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于巡检的机器人系统，能够有效扩大图像采集装置所采集图像信息的范围，减少采集盲区，提高巡检可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于巡检的机器人系统，包括机体及设于机体的驱动装置、图像采集装置、声音采集装置、传感器组件、控制装置、无线通信装置及供电装置；所述驱动装置用于驱动机体移动，所述图像采集装置用于采集图像信息，声音采集装置用于采集音频信息，所述传感器组件用于采集周围环境信息，所述控制装置用于根据图像采集装置、声音采集装置和传感器组件采集的信息控制驱动装置，所述控制装置还通过无线通信装置与上位计算机相通信，所述供电装置用于为设于机体上的各用电部件供电；

所述机体上还设有位置调整装置；所述位置调整装置包括旋转台及机械臂；所述旋转台设在机体顶部，所述机械臂包括伸展臂Ⅰ、伸展臂Ⅱ及伸缩臂；所述伸展臂Ⅰ的下端转动连接于旋转台，所述伸展臂Ⅰ的上端转动连接于伸展臂Ⅱ的下端，所述伸展臂Ⅱ的上端转动连接于伸缩臂的内端，所述图像采集装置安装在伸缩臂的外端；所述旋转台与第一旋转电机相连并由第一旋转电机驱动旋转；所述伸展臂Ⅰ的下端与第二旋转电机相连并由第二旋转电机驱动旋转；所述伸展臂Ⅱ的下端与第三旋转电机相连并由第三旋转电机驱动旋转；所述伸缩臂的内端与第四旋转电机相连并由第四旋转电机驱动旋转；所述伸缩臂为电动推杆结构并与直线电机相连且由直线电机驱动伸缩；所述第一旋转电机、第二旋转电机、第三旋转电机、第四旋转电机及直线电机均与控制装置相连。

通过采用上述技术方案，本发明具有以下有益技术效果：通过控制装置对驱动装置进行控制，可以使驱动装置驱使巡检机器人沿预设路径移动；通过图像采集装置、声音采集装置和传感器组件，可以分别采集图像信息、音频信息以及巡检机器人的周围环境信息，控制装置可以根据所采集的信息进一步控制巡检机器人；通过设置供电装置可以向巡检机器人的各用电部件供电，从而使巡检机器人可以代替人工进行日常巡检工作；通过设置位置调整装置，图像采集装置安装在由旋转台、伸展臂Ⅰ、伸展臂Ⅱ及伸缩臂所组成的灵活机构上，通过对第一旋转电机、第二旋转电机、第三旋转电机、第四旋转电机及直线电机的控制能够使图像采集装置对焦于立体空间区域，从而能够有效扩大图像采集装置所采集图像信息的范围，减少了采集盲区，有效防止出现漏检的情况，提高了巡检可靠性；工作人员通过上位计算机可远程控制机器人，降低了工作人员的工作强度、提高了工作效率。

优选地，所述驱动装置包括两个并列设于机体底部左右两侧的链轮式履带行走机构，每一所述链轮式履带行走机构均包括行走电机、与行走电机的动力输出端相连的减速器、与减速器的动力输出端相连的链带驱动轮，所述链带驱动轮通过履带与从动轮传动连接；所述行走电机与控制装置相连。采用该结构，可应对较为复杂的非结构环境，保证移动的顺利。

优选地，所述传感器组件包括温湿度传感器、测距传感器、碰撞传感器、红外传感器、射频识别读写器和光电传感器，所述温湿度传感器用于检测温湿度，所述测距传感器和碰撞传感器用于检测障碍物，所述红外传感器、射频识别读写器和光电传感器用于检测预设路径。采用该结构，可充分获取巡检环境的信息。

优选地，所述供电装置为安装在机体内的蓄电池Ⅰ；所述蓄电池Ⅰ通过降压稳压器与各用电部件电连接。采用该结构，可提高机器人在使用过程中的便捷性。

优选地，所述系统还包括充电座；所述蓄电池Ⅰ连接一取电端子；所述充电座设有蓄电池Ⅱ，所述蓄电池Ⅱ的电输出端连接一用于与取电端子配合的充电端子；所述蓄电池Ⅱ的电力输入端与一太阳能发电装置相连并储存由太阳能发电装置所产生的电能。采用该结构，太阳能发电装置可将光能转化成电能并储存在蓄电池Ⅱ中，通过充电端子与取电端子的配合作用，这部分电能再储存到蓄电池Ⅰ中以供机器人使用，从而采用太阳能技术供电，提供适用性。

优选地，所述太阳能发电装置包括太阳能电池板及安装台；所述安装台的顶侧固定安装有调节电机，所述调节电机的输出轴通过联轴器固定安装有转动轴，所述转动轴的顶端固定安装有转动盘，所述转动盘的顶侧固定安装有两个支架，两个所述支架的顶侧固定安装有同一个U型架，所述U型架的四周活动套接有同一个安装框，所述安装框的顶侧固定安装有安装架，所述安装架的顶侧固定安装太阳能电池板；所述U型架的两侧内壁上均转动安装有转轴，两个所述转轴相互靠近的一端固定安装有同一个转块，所述转块的一侧开设有转孔，所述转孔内活动安装有活动轴，所述活动轴的两端均延伸至转孔外并分别转动安装在安装框的两侧内壁上；所述安装框相邻的两侧均固定安装有固定块，两个固定块的底侧均活动安装有顶杆，所述调节电机的四周均设有固定安装在安装台顶侧上的弧形块，所述弧形块位于转动盘的下方，所述顶杆的底端贯穿转动盘并与弧形块的顶侧相接触；所述U型架的两侧内壁上均开设有转槽，两个转轴相互远离的一端分别转动安装在两个转槽内；所述安装框的两侧内壁上均开设有活动槽，活动轴的两端分别活动安装在两个活动槽内；所述转动盘的顶侧开设有两个滑孔，两个顶杆的底端分别贯穿两个滑孔；所述顶杆的底端活动安装有滚轮，滚轮与弧形块的顶侧相接触；所述固定块的底侧开设有球形槽，球形槽内活动安装有球形块，顶杆的顶端固定安装在球形块的底侧上。采用这一结构，可提高太阳能发电装置的发电效率和能源利用率。

附图说明

图1为本发明的原理框图

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的充电座的结构示意图；

图4为本发明的太阳能供电装置的主视图；

图5为本发明的太阳能供电装置的俯视图；

图6为图4中A处放大图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1至图6所示：本实施例的一种用于巡检的机器人系统，包括机体1及设于机体1的驱动装置2、图像采集装置3、声音采集装置4、传感器组件5、控制装置6、无线通信装置7及供电装置8；所述驱动装置2用于驱动机体1移动，所述图像采集装置3用于采集图像信息，声音采集装置4用于采集音频信息，所述传感器组件5用于采集周围环境信息，所述控制装置6用于根据图像采集装置3、声音采集装置4和传感器组件5采集的信息控制驱动装置2，所述控制装置6还通过无线通信装置7与上位计算机10相通信，所述供电装置8用于为设于机体1上的各用电部件供电。

机体1可以是小车式结构；控制装置6可以为现有的单片机，具有数据处理及信号控制的功能，其设有相关的数据输入、输出接口；图像采集装置3可采用高清摄像头；声音采集装置4可采用麦克风；无线通信装置7例如可为WiFi模块；通过控制装置6对驱动装置2进行控制，可以使驱动装置2驱使巡检机器人沿预设路径移动；通过图像采集装置3、声音采集装置4和传感器组件5，可以分别采集图像信息、音频信息以及巡检机器人的周围环境信息，控制装置6可以根据所采集的信息进一步控制机器人；通过设置供电装置8可以向机器人的各用电部件供电，从而使机器人可以代替人工进行日常巡检工作。

所述机体1上还设有位置调整装置9；所述位置调整装置9包括旋转台91及机械臂；所述旋转台91设在机体1顶部；所述机械臂包括伸展臂Ⅰ92、伸展臂Ⅱ93及伸缩臂94；所述伸展臂Ⅰ92的下端转动连接于旋转台91，所述伸展臂Ⅰ92的上端转动连接于伸展臂Ⅱ93的下端，所述伸展臂Ⅱ93的上端转动连接于伸缩臂94的内端，所述图像采集装置安装在伸缩臂94的外端；所述旋转台91与第一旋转电机95相连并由第一旋转电机95驱动旋转；所述伸展臂Ⅰ92的下端与第二旋转电机96相连并由第二旋转电机96驱动旋转；所述伸展臂Ⅱ93的下端与第三旋转电机97相连并由第三旋转电机97驱动旋转；所述伸缩臂94的内端与第四旋转电机98相连并由第四旋转电机98驱动旋转；所述伸缩臂94为电动推杆结构并与直线电机99相连且由直线电机99驱动伸缩；所述第一旋转电机95、第二旋转电机96、第三旋转电机97、第四旋转电机98及直线电机99均与控制装置6相连。旋转台91可为圆台式结构，由第一旋转电机95驱动旋转，第一旋转电机95可设在机体1内部或者旋转台91上部，其通过传动机构与旋转台91相连；伸展臂Ⅰ92、伸展臂Ⅱ93为长直的板状结构；第一旋转电机95、第二旋转电机96与第三旋转电机97平行设置且均平行于水平面；上端、下端以图2所示方向为准；伸缩臂94的内端是指其靠近伸展臂Ⅱ93的一端、外端为伸缩结构的末端。

通过设置位置调整装置9，图像采集装置3安装在由旋转台91、伸展臂Ⅰ92、伸展臂Ⅱ93及伸缩臂94所组成的灵活机构上，通过对第一旋转电机95、第二旋转电机96、第三旋转电机97、第四旋转电机98及直线电机99的控制能够使图像采集装置3对焦于立体空间区域，从而能够有效扩大图像采集装置3所采集图像信息的范围，减少了采集盲区，有效防止出现漏检的情况，提高了巡检可靠性；工作人员通过上位计算机10可远程控制机器人，降低了工作人员的工作强度、提高了工作效率。

本实施例中，所述驱动装置2包括两个并列设于机体1底部左右两侧的链轮式履带行走机构，每一所述链轮式履带行走机构均包括行走电机21、与行走电机21的动力输出端相连的减速器(图中未示出)、与减速器的动力输出端相连的链带驱动轮22，所述链带驱动轮22通过履带23与从动轮24传动连接；所述行走电机21与控制装置6相连。链轮式履带行走机构可应对较为复杂的非结构环境，保证移动的顺利；行走电机21固定在机体1底部，其输出力矩经过减速器的减速增矩后驱动链带驱动轮22，链带驱动轮22通过履带驱动从动轮24转动，从而实现机器人的行走；各链轮式履带行走机构独立驱动，可实现机器人的行走及转向。

本实施例中，所述传感器组件5包括温湿度传感器51、测距传感器52、碰撞传感器53、红外传感器54、射频识别读写器55和光电传感器56，所述温湿度传感器用于检测温湿度，所述测距传感器和碰撞传感器用于检测障碍物，所述红外传感器、射频识别读写器和光电传感器用于检测预设路径。温湿度传感器51可以用于检测温湿度，如红外温度传感器或激光温度传感器；测距传感器52和碰撞传感器53可以用于检测障碍物，如超声波测距传感器，在巡检机器人沿预设路径移动的过程中，可以实现障碍物的躲避；红外传感器54、射频识别读写器55和光电传感器56用于检测预设路径，即通过对途经的标识物或轨道(滑台)上定位孔等进行识别，从而确定路径信息，如当前位置、移动方向等。图1中的传感器组件5仅仅是示意性的，且对传感器组件5在巡检机器人上的具体安装位置并不限制，只要能实现其上述功能即可；传感器组件5均使用现有的传感器即可。

本实施例中，所述供电装置8为安装在机体1内的蓄电池Ⅰ；所述蓄电池Ⅰ通过降压稳压器与各用电部件电连接；可提高巡检机器人在使用过程中的便捷性；蓄电池Ⅰ可在闲置时进行充电；当然，蓄电池Ⅰ还可以是感应线圈或电刷等充电结构，此时可以在预设路径上对应铺设供电电缆或滑触线，在巡检小车沿预设路径移动的过程中，感应线圈与供电电缆之间产生电能，或者电刷与滑触线之间产生电能，从而可以实现向巡检机器人供电。

本实施例中，所述系统还包括充电座11；所述蓄电池Ⅰ连接一取电端子8a；所述充电座11设有蓄电池Ⅱ12，所述蓄电池Ⅱ12的电输出端连接一用于与取电端子8a配合的充电端子12a；所述蓄电池Ⅱ12的电力输入端与一太阳能发电装置14相连并储存由太阳能发电装置14所产生的电能。采用该结构，太阳能发电装置14可将光能转化成电能并储存在蓄电池Ⅱ12中，通过充电端子12a与取电端子8a的配合作用，这部分电能再储存到蓄电池Ⅰ中以供机器人使用，从而采用太阳能技术供电，提供适用性；当然，蓄电池Ⅱ12也可与市电相连；电连接均通过导线实现；取电端子8a设在机体的外表面，当需要充电时，机体1移动至充电座11的位置，使取电端子8a与充电端子12a相接触即可。

本实施例中，所述太阳能发电装置14包括太阳能电池板1410及安装台1430；太阳能电池板1410与蓄电池Ⅱ12电连接，当然二者之间还可设置相关的变压稳压器，此为现有技术，在此不再赘述。安装台1411的顶侧固定安装有调节电机1412，调节电机1412为旋转电机结构；所述调节电机1412可与处理器相连，处理器可预设相关程序，使得调节电机1412可自动根据太阳方位进行追踪，也可由人工在远程对调节电机1412进行控制，例如处理器与上位计算机10相连。调节电机1412的输出轴通过联轴器固定安装有转动轴1421，转动轴1421的顶端固定安装有转动盘1414，转动盘1414的顶侧固定安装有两个支架1415，两个支架1415的顶侧固定安装有同一个U型架1416，U型架1416的四周活动套接有同一个安装框1417，安装框1417的顶侧固定安装有安装架1430，安装架1430的顶侧固定安装有太阳能电池板1410，U型架1416的两侧内壁上均转动安装有转轴1419，两个转轴1419相互靠近的一端固定安装有同一个转块1420，转块1420的一侧开设有转孔1413，转孔1413内活动安装有活动轴1422，活动轴1422的两端均延伸至转孔1413外并分别转动安装在安装框1417的两侧内壁上，安装框1417相邻的两侧均固定安装有固定块1424，两个固定块1424的底侧均活动安装有顶杆1427，调节电机1412的四周均设有固定安装在安装台1411顶侧上的弧形块1429，弧形块1429位于转动盘1414的下方，顶杆1427的底端贯穿转动盘1414并与弧形块1429的顶侧相接触。

U型架1416的两侧内壁上均开设有转槽1418，两个转轴1419相互远离的一端分别转动安装在两个转槽1418内，安装框1417的两侧内壁上均开设有活动槽1423，活动轴1422的两端分别活动安装在两个活动槽1423内，转动盘1414的顶侧开设有两个滑孔1428，两个顶杆1427的底端分别贯穿两个滑孔1428，顶杆1427的底端活动安装有滚轮，滚轮与弧形块1429的顶侧相接触，固定块1424的底侧开设有球形槽1425，球形槽1425内活动安装有球形块1426，顶杆1427的顶端固定安装在球形块1426的底侧上。

当需要根据太阳方位来调节太阳能电池板1410的角度时，启动调节电机1412，使得转动轴1421转动，转动轴1421转动带动转动盘1414转动，转动盘1414转动带动支架1415转动，支架1415转动带动U型架1416转动，U型架1416转动带动安装框1417旋转，安装框1417旋转通过安装架1430带动太阳能电池板1423旋转，同时安装框1417转动带动两个固定块1424转动，两个固定块1424转动分别带动两个顶杆1427转动，两个顶杆1427转动的同时其底端均沿着弧形块1429的顶侧上下移动，当一个顶杆1427移动带动安装框1417转动，安装框1417转动带动活动轴1422转动，活动轴1422转动在两个活动槽1423内转动，当另一个顶杆1427移动时，使得活动轴1422带动转块1420转动，转块1420通过两个转轴1419在两个转槽1418内转动，从而使得安装框1417转动通过安装架1430带动太阳能电池板1410翻转，使得太阳能电池板1410在旋转的同时能够便捷地调节其角度，从而使其能够充分地接收太阳光，提高其发电效率和能源利用率。

最后说明的是，本文应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，在不脱离本发明原理的情况下，还可对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于巡检的机器人系统，包括机体及设于机体的驱动装置、图像采集装置、声音采集装置、传感器组件、控制装置、无线通信装置及供电装置；

所述驱动装置用于驱动机体移动，所述图像采集装置用于采集图像信息，所述声音采集装置用于采集音频信息，所述传感器组件用于采集周围环境信息，所述控制装置用于根据图像采集装置、声音采集装置和传感器组件采集的信息控制驱动装置，所述控制装置还通过无线通信装置与上位计算机相通信，所述供电装置用于为设于机体上的各用电部件供电；其特征在于：

所述机体上还设有位置调整装置，所述位置调整装置包括旋转台及机械臂；

所述旋转台设在机体顶部，所述机械臂包括伸展臂Ⅰ、伸展臂Ⅱ及伸缩臂；所述伸展臂Ⅰ的下端转动连接于旋转台，所述伸展臂Ⅰ的上端转动连接于伸展臂Ⅱ的下端，所述伸展臂Ⅱ的上端转动连接于伸缩臂的内端，所述图像采集装置安装在伸缩臂的外端；所述旋转台与第一旋转电机相连并由第一旋转电机驱动旋转；所述伸展臂Ⅰ的下端与第二旋转电机相连并由第二旋转电机驱动旋转；所述伸展臂Ⅱ的下端与第三旋转电机相连并由第三旋转电机驱动旋转；所述伸缩臂的内端与第四旋转电机相连并由第四旋转电机驱动旋转；所述伸缩臂为电动推杆结构并与直线电机相连且由直线电机驱动伸缩；所述第一旋转电机、第二旋转电机、第三旋转电机、第四旋转电机及直线电机均与控制装置相连。

2.根据权利要求2所述的一种用于巡检的机器人系统，其特征在于：

所述驱动装置包括两个并列设于机体底部左右两侧的链轮式履带行走机构，每一所述链轮式履带行走机构均包括行走电机、与行走电机的动力输出端相连的减速器、与减速器的动力输出端相连的链带驱动轮，所述链带驱动轮通过履带与从动轮传动连接；所述行走电机与控制装置相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于巡检的机器人系统，其特征在于：

所述传感器组件包括温湿度传感器、测距传感器、碰撞传感器、红外传感器、射频识别读写器和光电传感器，所述温湿度传感器用于检测温湿度，所述测距传感器和碰撞传感器用于检测障碍物，所述红外传感器、射频识别读写器和光电传感器用于检测预设路径。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种用于巡检的机器人系统，其特征在于：

所述供电装置为安装在机体内的蓄电池Ⅰ；所述蓄电池Ⅰ通过降压稳压器与各用电部件电连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于巡检的机器人系统，其特征在于：

所述系统还包括充电座；所述蓄电池Ⅰ连接一取电端子；所述充电座设有蓄电池Ⅱ，所述蓄电池Ⅱ的电输出端连接一用于与取电端子配合的充电端子；所述蓄电池Ⅱ的电力输入端与一太阳能发电装置相连并储存由太阳能发电装置所产生的电能。

6.根据权利要求5所述的一种用于巡检的机器人系统，其特征在于：

所述太阳能发电装置包括太阳能电池板及安装台；所述安装台的顶侧固定安装有调节电机，所述调节电机的输出轴通过联轴器固定安装有转动轴，所述转动轴的顶端固定安装有转动盘，所述转动盘的顶侧固定安装有两个支架，两个所述支架的顶侧固定安装有同一个U型架，所述U型架的四周活动套接有同一个安装框，所述安装框的顶侧固定安装有安装架，所述安装架的顶侧固定安装太阳能电池板；

所述U型架的两侧内壁上均转动安装有转轴，两个所述转轴相互靠近的一端固定安装有同一个转块，所述转块的一侧开设有转孔，所述转孔内活动安装有活动轴，所述活动轴的两端均延伸至转孔外并分别转动安装在安装框的两侧内壁上；

所述安装框相邻的两侧均固定安装有固定块，两个固定块的底侧均活动安装有顶杆，所述调节电机的四周均设有固定安装在安装台顶侧上的弧形块，所述弧形块位于转动盘的下方，所述顶杆的底端贯穿转动盘并与弧形块的顶侧相接触；所述U型架的两侧内壁上均开设有转槽，两个转轴相互远离的一端分别转动安装在两个转槽内；

所述安装框的两侧内壁上均开设有活动槽，活动轴的两端分别活动安装在两个活动槽内；所述转动盘的顶侧开设有两个滑孔，两个顶杆的底端分别贯穿两个滑孔；所述顶杆的底端活动安装有滚轮，滚轮与弧形块的顶侧相接触；所述固定块的底侧开设有球形槽，球形槽内活动安装有球形块，顶杆的顶端固定安装在球形块的底侧上。