CN111390923A - 一种检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于检测领域、机器人领域，特别涉及一种用于大型粮仓的检测机器人，其具有一个中间连接件，和安装在中间连接件的左右两侧的两个夹架，以及夹持在所述夹架上的螺旋体，所述螺旋体用于在堆粮的表面螺旋推进所述检测机器人，并受控地钻入堆粮之中进行粮食的粮情检测。本发明利用螺旋体的螺旋推进可以轻松行驶于堆粮的松散表面，降低了机器人的能耗；在预定位置或指定位置可以释放螺旋体钻入堆粮深处进行探测；采用一套螺旋系统即可完成行走和探测两项功能，降低了制造难度和成本。

Description

一种检测机器人

技术领域

本发明属于检测领域、机器人领域，特别涉及一种用于粮仓内的粮情检测的 机器人。

背景技术

在粮食仓储领域，目前粮情数据获得主要是依靠在粮仓中预先埋设测温电缆 和温湿度传感器。而粮情监测传感器安装较为困难，无论采用装量前挂接预埋， 还是装粮后专用工具埋设。且传感器的体积不易过大，现一般只埋设测温电缆， 湿度、气体传感器的安装极不方便。同时，测量电缆需要满足抗腐蚀、抗拉伸等 要求。在实际应用中，往往达不到要求。在上粮、卸粮的过程中，由于粮仓内布 线复杂，容易发生故障，从而导致粮情监测系统失效，粮情系统的布设和维护的 成本高，并且会过于复杂的布线会影响通风作业，并由于线缆覆盖面大，易遭雷 电冲击导致损坏。“无线”通信也有着其自身的缺点，不仅要考虑网络带宽问题， 而且要考虑粮仓中每个节点的能耗需求，不能由于某一个或几个点发生故障或电 量不足而导致监测失效，并且长期与粮食接触难免会发生传感器失灵等现象。因此在信息传输上存在信息传输不可靠，干扰不易消除的缺陷。无论有线信号传输 和无线信号传输方式，布线距离太长，造成电源的电压和信号的不稳定。粮仓内 测量点的数量去决绝布设的传感器的数量，考虑到成本、空间等原因，使测量点 数量有限，不能全面探测粮仓内部的情况，特别是粮情危险点探测，造成对粮情 的误判和错误调控，造成严重的损失。二在粮仓内埋设粮情传感器及电源和信号 线，会影响到机械化进出粮作业，增加了劳动力的投入，降低了作业效率。

吉林大学的一种粮仓部信息探测仿生螺旋机器人部分解决了上述缺陷(参考 专利文献CN 105235771A)，其包括至少三组螺旋推进器，实现螺旋推进器在粮 仓内行走；传感器组，其设置于外壳外侧，用于检测粮仓内粮食的生态信息。但 是该发明在检测时必须始终让机器人以“钻地”的方式游走在堆粮之中，其始终 受到较大的来自于粮粒的阻力，对能耗是不友好的，也不利于粮粒的完整度。

河南工业大学的一种基于移动机器人技术的粮库粮情智能检测监控系统(参 考专利文献CN 105739579A)，虽然其中的巡检机器人可以行走于堆粮表面，并 向下“钻地”探测，但是由于其是分别采用了履带式行走系统和锥形螺旋探测系 统两套系统，造成整体的结构和控制复杂，制造难度和成本较高。

发明内容

本发明提供了一种检测机器人，在操作期间能够提高对粮仓内堆粮的粮情的 检测效率。

根据本发明的一方面，提供一种用于粮仓内的粮情检测的机器人，该机器人 具有一个中间连接件，和安装在中间连接件的左右两侧的两个夹架，以及夹持在 所述夹架上的螺旋体，所述螺旋体用于在堆粮的表面螺旋推进所述检测机器人， 并受控地钻入堆粮之中进行粮食的粮情检测，用于检测粮情的传感器设置于所述 螺旋体的端部。

所述夹架包括架体，分别位于架体两端的上夹臂和下夹臂，其中上夹臂与架 体是一体的，而下夹臂通过一个铰接件与架体可摆动地连接；在架体上的靠近下 夹臂的位置有一个转动连接部，在架体上的靠近上夹臂的位置有一对凹部。

所述上夹臂和下夹臂的相对面上分别设有一个空心圆柱形的承载部，且上夹 臂的承载部的中心还开有一个通孔。

所述中间连接件为一个具有容纳空间的盒体结构，在盒体的一端靠近下边沿 的位置设有一对对称的圆柱形的挡销，在盒体的另一端靠近下边沿的位置设有一 对开孔。

所述中间连接件还包括4个可伸缩的支脚，其在收起状态时容置于盒体的容 纳空间内。

所述螺旋体包括外壳体，外壳体上的螺旋片，与外壳体通过轴承连接的内壳 体，设于内壳体内并与内壳体固定连接的电池和电机，电机的输出轴与外壳体的 一个内端部固定连接，外壳的两个外端部上还分别有一个短柱销。

本发明的有益效果是：检测机器人利用螺旋体的螺旋推进可以轻松行驶于堆 粮的松散表面，降低了机器人的能耗；在预定位置或指定位置可以释放螺旋体钻 入堆粮深处进行探测；采用一套螺旋系统即可完成行走和探测两项功能，降低了 制造难度和成本。

附图说明

图1示出了本发明所述的检测机器人的主体结构图；

图2示出了夹架的主体结构图；

图3示出了中间连接件的主体结构图；

图4示出了螺旋体的结构示意图；

图5示出了缆索和短柱销的连接示意图；

图6示出了检测机器人在检测模式时的结构示意图；

图7示出了本发明所述的检测机器人的工作流程；

图8示出了另一种缆索和短柱销的连接示意图。

具体实施方式

下面参照附图，详细描述本发明的结构以及所实现的功能。

实施例一

如图1-4所示，本发明所述的检测机器人的主体结构包括一个中间连接件2， 和安装在中间连接件2的左右两侧的两个夹架1，以及夹持在所述夹架1上的螺 旋体3。

所述夹架1包括架体11，分别位于架体11两端的上夹臂12和下夹臂13， 其中上夹臂12与架体11是一体的，而下夹臂13通过一个铰接件14与架体11 可摆动地连接，在本实施例中，所述摆动是由一对伸缩杆16驱动的，伸缩杆16 的一端固定于架体11上，另一端固定于下夹臂13上；在架体11上的靠近下夹 臂13的位置有一个转动连接部18，在架体11上的靠近上夹臂12的位置有一对 凹部19。所述上夹臂12和下夹臂13的相对面上分别设有一个空心圆柱形的承 载部15，且上夹臂的承载部的中心还开有一个通孔17。

所述中间连接件2为一个具有容纳空间的盒体结构，在盒体的一端靠近下边 沿的位置设有一对对称的圆柱形的挡销21，在盒体的另一端靠近下边沿的位置 设有一对开孔22。所述中间连接件2还包括4个可伸缩的支脚23，其在收起状 态时容置于盒体的容纳空间内。

所述螺旋体3一方面用于在堆粮的表面螺旋推进所述检测机器人，另一方面 用于受控地钻入堆粮之中进行粮食的粮情检测。所述螺旋体3包括：外壳体31， 固定在外壳体31上的螺旋片32，以及内壳体33，所述外壳体31构造为两头是 锥台中间是圆柱的形状，所述内壳体33的内部设有与内壳体33固定的电池35 和电机36，电机36的输出轴37与外壳体31的一个内端部固定连接，外壳体31 与内壳体33通过一对轴承34连接，因此在电机36运转时，外壳体31和螺旋片32被带动旋转，而内壳体33及电池35、电机36保持相对静止；外壳31的两个 外端部上还分别有一个短柱销38。

用于检测粮情的传感器，包括但不限于温度传感器、湿度传感器，被安装在 所述螺旋体的端部，特别是短柱销和锥台的连接处。

所述一对短柱销38被间隙配合地安装在夹架1上的一对承载部15内，因而 螺旋体3被夹架1承载且可相对于夹架1自由转动。

螺旋体安装在夹架上，一根缆索的一端穿过所述通孔17与承载在所述上夹 臂12上的承载部15内的短柱销连接，缆索的另一端与容纳空间内的一个绞盘连 接。为了防止螺旋体旋转时缆索受绞，缆索与短柱销的连接不可以是焊接等固定 死的方式。图5给出了一种连接示例，在本实施例中，缆索S具有一个连接头， 所述连接头具有一个插入部和一个直径比插入部更大的球头，而短柱销38上开 有一个孔，孔的末端是一个球孔，孔径大于插入部的直径，孔深小于插入部的长 度，球孔径大于球头的直径，上述球头具有一定弹性，在安装时以一定压力将该 球头压入上述孔中，短柱销在旋转时，缆索S不会跟着转动，但在缆索S受拉 时，连接头能够带动短柱销。

夹架1上的转动连接部18与中间连接件2上的开孔22同心地布置，转动连 接部18与安置在中间连接件2的容纳空间内的旋转驱动机连接；夹架1上的凹 部19与中间连接件2上的挡销21相抵接，也即夹架1的前段搭在挡销21上受 挡销21的支撑。在本实施例中，旋转驱动机可以是一个旋转电机，通过其与转 动连接部18上设置的齿轮副的啮合驱动转动连接部和支架进行旋转。

除了上述旋转驱动机，中间连接件2的容纳空间内还安装有用于执行所述伸 缩杆16和支脚23的伸缩动作的伸缩驱动机(包括但不限于液压式的或气动式 的)。

作为一个机器人的重要组成部分，控制组件和数据组件也可以安置于所述容 纳空间内，所述控制组件至少包括控制所述电机36、伸缩驱动机、旋转驱动机、 绞盘的运行的单元，所述数据组件至少包括数据传输(例如天线)或数据存储的 单元。

图7示出了所述检测机器人的工作流程：

首先，检测机器人在行驶模式下沿着控制组件所规划的路径由螺旋体螺旋推 进地行驶在堆粮的表面，所述行驶模式是指两个夹架处于同一个平面且其凹部都 搭在中间连接件的挡销上；所述路径的规划属于机器人领域的常用技术手段，例 如可以基于红外传感器或超声波传感器对实际环境的探测，或者基于事先存储的 虚拟地图，这里不再赘述。

当检测机器人行驶到预定地点，螺旋体3暂停推进，检测机器人切换为检测 模式，也即如图6所示：所述中间连接件中的伸缩驱动机使所述支脚伸出，将机 器人整体架高，机器人整体被架高后，所述旋转驱动机将其中一个夹架和螺旋体 带动并转至与另一个夹架所在的平面相垂直的位置，所述伸缩驱动机再使所述伸 缩杆(图中省略)伸长，使下夹臂的位置，由与上夹臂平行变为与上夹臂近似垂 直。此时，下夹臂上的承载部对螺旋体的承载作用消失，整个螺旋体是藉由缆索 吊置于夹架上的。

然后，所述绞盘放长所述缆索，同时螺旋体内的电机开始运转，螺旋体开始 下降并向下钻入堆粮之中直至抵达预定深度，此时电机停止运转，螺旋体上的检 测传感器开始粮情检测。

待检测工作完成，电机反转，同时所述绞盘回拉所述缆索，螺旋体被拉出堆 粮，绞盘继续回拉缆索，直至螺旋体的上短柱销被拉至上承载部内。

然后，伸缩驱动机使下夹臂回位，旋转驱动机再使夹架和螺旋体回位，最后 伸缩驱动机使支脚回位。检测机器人恢复行驶模式，并开往下一个预定地点。

实施例二

如图1-4所示，本发明所述的检测机器人的主体结构包括一个中间连接件2， 和安装在中间连接件2的左右两侧的两个夹架1，以及夹持在所述夹架1上的螺 旋体3。

所述夹架1包括架体11，分别位于架体11两端的上夹臂12和下夹臂13， 其中上夹臂12与架体11是一体的，而下夹臂13通过一个铰接件14与架体11 可摆动地连接，在本实施例中，所述摆动是由一个弹簧和一个由摆动电机带动的 牵引绳共同驱动的，所述弹簧的一端固定于架体上，另一端固定于下夹臂上；牵 引绳的一端固定在下夹臂上，另一端与摆动电机相连，摆动电机固定在架体上。 摆动电机运行时，牵引绳被收紧从而带动下夹臂绕着铰接件14转动一定角度， 在摆动电机不运行时，弹簧保持下夹臂处于和上夹臂平行的位置。

在架体11上的靠近下夹臂13的位置有一个转动连接部18，在架体11上的 靠近上夹臂12的位置有一对凹部19。所述上夹臂12和下夹臂13的相对面上分 别设有一个空心圆柱形的承载部15，且上夹臂的承载部的中心还开有一个通孔 17。

所述中间连接件2为一个具有容纳空间的盒体结构，在盒体的一端靠近下边 沿的位置设有一对对称的圆柱形的挡销21，在盒体的另一端靠近下边沿的位置 设有一对开孔22。所述中间连接件2还包括4个可伸缩的支脚23，其在收起状 态时容置于盒体的容纳空间内。

所述螺旋体3一方面用于在堆粮的表面螺旋推进所述检测机器人，另一方面 用于受控地钻入堆粮之中进行粮食的粮情检测。所述螺旋体3包括：外壳体31， 固定在外壳体31上的螺旋片32，以及内壳体33，所述外壳体31构造为两头是 锥台中间是圆柱的形状，所述内壳体33的内部设有与内壳体33固定的电池35 和电机36，电机36的输出轴37与外壳体31的一个内端部固定连接，外壳体31 与内壳体33通过一对轴承34连接，因此在电机36运转时，外壳体31和螺旋片 32被带动旋转，而内壳体33及电池35、电机36保持相对静止；外壳31的两个 外端部上还分别有一个短柱销38。

用于检测粮情的传感器，包括但不限于温度传感器、湿度传感器，被安装在 所述螺旋体的端部，特别是短柱销和锥台的连接处。

所述一对短柱销38被间隙配合地安装在夹架1上的一对承载部15内，因而 螺旋体3被夹架1承载且可相对于夹架1自由转动。

螺旋体安装在夹架上，一根缆索的一端穿过所述通孔17与承载在所述上夹 臂12上的承载部15内的短柱销连接，缆索的另一端与容纳空间内的一个绞盘连 接。为了防止螺旋体旋转时缆索受绞，缆索与短柱销的连接不可以是焊接等固定 死的方式。图8给出了另一种连接示例，在本实施例中，缆索S具有一个连接头， 所述连接头具有一个插入部和一个直径比插入部更大的锥头，而短柱销38上开 有一个沉孔，孔的末端是一个空腔，孔径大于插入部的直径却小于锥头的底面直 径，孔深小于插入部的长度，上述锥头具有一定弹性，在安装时以一定压力将该 锥头压入上述沉孔中，短柱销在旋转时，缆索S不会跟着转动，但在缆索S受 拉时，连接头能够带动短柱销。

夹架1上的转动连接部18与中间连接件2上的开孔22同心地布置，转动连 接部18与安置在中间连接件2的容纳空间内的旋转驱动机连接；夹架1上的凹 部19与中间连接件2上的挡销21相抵接，也即夹架1的前段搭在挡销21上受 挡销21的支撑。在本实施例中，旋转驱动机可以是一个旋转电机，通过其与转 动连接部18上设置的齿轮副的啮合驱动转动连接部和支架进行旋转。

除了上述旋转驱动机，中间连接件2的容纳空间内还安装有用于执行所述伸 缩杆16和支脚23的伸缩动作的伸缩驱动机(包括但不限于液压式的或气动式 的)。

作为一个机器人的重要组成部分，控制组件和数据组件也可以安置于所述容 纳空间内，所述控制组件至少包括控制所述电机36、伸缩驱动机、旋转驱动机、 绞盘的运行的单元，所述数据组件至少包括数据传输(例如天线)或数据存储的 单元。

图7示出了所述检测机器人的工作流程：

首先，检测机器人在行驶模式下沿着控制组件所规划的路径由螺旋体螺旋推 进地行驶在堆粮的表面，所述行驶模式是指两个夹架处于同一个平面且其凹部都 搭在中间连接件的挡销上；所述路径的规划属于机器人领域的常用技术手段，例 如可以基于红外传感器或超声波传感器对实际环境的探测，或者基于事先存储的 虚拟地图，这里不再赘述。

当检测机器人行驶到预定地点，螺旋体3暂停推进，检测机器人切换为检测 模式，也即如图6所示：所述中间连接件中的伸缩驱动机使所述支脚伸出，将机 器人整体架高，机器人整体被架高后，所述旋转驱动机将其中一个夹架和螺旋体 带动并转至与另一个夹架所在的平面相垂直的位置，所述伸缩驱动机再使所述伸 缩杆(图中省略)伸长，使下夹臂的位置，由与上夹臂平行变为与上夹臂近似垂 直。此时，下夹臂上的承载部对螺旋体的承载作用消失，整个螺旋体是藉由缆索 吊置于夹架上的。

然后，所述绞盘放长所述缆索，同时螺旋体内的电机开始运转，螺旋体开始 下降并向下钻入堆粮之中直至抵达预定深度，此时电机停止运转，螺旋体上的检 测传感器开始粮情检测。

待检测工作完成，电机反转，同时所述绞盘回拉所述缆索，螺旋体被拉出堆 粮，绞盘继续回拉缆索，直至螺旋体的上短柱销被拉至上承载部内。

然后，伸缩驱动机使下夹臂回位，旋转驱动机再使夹架和螺旋体回位，最后 伸缩驱动机使支脚回位。检测机器人恢复行驶模式，并开往下一个预定地点。

本领域技术人员应该认识到，不背离正如一般性地描述的本发明的实质和范 围，可以对各个特定的实施例中示出的发明进行各种各样的变化和/或修改。因 此，从所有方面来讲，这里的实施例应该被认为是说明性的而并非限定性的。同 样，本发明包括任何特征的组合，尤其是专利权利要求中的任何特征的组合，即 使该特征或者特征的组合并未在专利权利要求或者这里的各个实施例中被明确 地说明。

Claims (7)

1.一种检测机器人，其用于粮仓内的粮情检测，其特征在于，其具有一个中间连接件，和安装在中间连接件的左右两侧的两个夹架，以及夹持在所述夹架上的螺旋体。

2.如权利要求1所述的检测机器人，其特征在于，所述夹架包括架体，和分别位于架体两端的上夹臂和下夹臂。

3.如权利要求1所述的检测机器人，其特征在于，所述上夹臂和下夹臂的相对面上分别设有一个空心圆柱形的承载部，且上夹臂的承载部的中心还开有一个通孔。

4.如权利要求1所述的检测机器人，其特征在于，所述中间连接件为一个具有容纳空间的盒体结构，在盒体的一端靠近下边沿的位置设有一对对称的圆柱形的挡销，在盒体的另一端靠近下边沿的位置设有一对开孔。

5.如权利要求1所述的检测机器人，其特征在于，所述中间连接件还包括4个可伸缩的支脚。

6.如权利要求1所述的检测机器人，其特征在于，所述螺旋体包括外壳体，外壳体上的螺旋片，与外壳体通过轴承连接的内壳体，设于内壳体内并与内壳体固定连接的电池和电机，电机的输出轴与外壳体的一个内端部固定连接，外壳的两个外端部上还分别有一个短柱销。

7.如权利要求1伸缩的检测机器人，其特征在于，用于检测粮情的传感器设置于所述螺旋体的端部。

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