CN111531522A - 一种狭窄空间轮式巡检机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及巡检机器人技术领域，具体揭示了一种狭窄空间轮式巡检机器人，包括驱动结构，驱动结构由底座、减速电机、链轮联轴器组件、链条以及轮胎组成，底座内部的中央固定连接有电池模块总成，底座顶部焊接有铝合金框架，铝合金框架内壁底部从左到右依次安装有天线接收机、驱动器、继电器、交换机、通信模块和断路器，底座的顶部还固定连接有外壳，外壳上安装有球机摄像头、IMU传感器、三维激光扫描仪、云台组件、巡线摄像头、后避障激光，驱动结构左右两侧的中央均固定连接有防撞压条；本发明实现整机空间避障的目的，明显著提高了轮式巡检机器人在狭窄空间中的应用效果，具有良好的实用价值。

Description

一种狭窄空间轮式巡检机器人
技术领域
本发明涉及巡检机器人技术领域，具体涉及了一种狭窄空间轮式巡检机器人。
背景技术
随着机器人导航、控制和智能算法的发展，轮式机器人在电力、交通、安保、接待等领域得到了稳步发展和推广应用。这些场景普遍具有劳动时间长、劳动强度大、工作内容重复枯燥等特点，巡检机器人能大幅度减轻上述场景的人类劳动。但在目前，对设备密集、通行状况复杂的室内巡检场景，还存在明显短板，由于设备巡检机器人是特种机器人行业中的重要应用，为了减少巡检人员干预，提高机器人准确高效的巡检能力，提高机器人在狭窄设备环境下的自动行走和自动检测能力势在必行。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种狭窄空间轮式巡检机器人，具备躲避障碍、自动规划路径等优点，解决了传统机器人无法在狭小空间内巡检的问题。
本发明的狭窄空间轮式巡检机器人，包括驱动结构，驱动结构由底座、减速电机、链轮联轴器组件、链条以及轮胎组成，所述底座顶部且靠近左侧和右侧的位置处均固定连接有减速电机，两个所述减速电机以底座的中心为原点呈镜像设置，所述减速电机的输出端上固定连接有链轮联轴器组件，所述链轮联轴器组件上传动连接链条，所述链轮联轴器组件正面的左右两侧均安装有轮胎，所述底座内部的中央固定连接有电池模块总成，所述底座顶部焊接有铝合金框架，所述铝合金框架内壁底部从左到右依次安装有天线接收机、驱动器、继电器、交换机、通信模块和断路器，所述底座的顶部还固定连接有外壳，所述铝合金框架位于外壳的内部，所述铝合金框架的右侧固定连接有固定框架，所述固定框架的右侧和顶部分别固定连接有前避障激光和六合一传感器，所述外壳顶部且靠近右侧的中央位置处安装有球机摄像头，所述外壳顶部的中央固定连接有扫描仪安装支架，所述扫描仪安装支架内底部的中央固定连接有IMU传感器，所述扫描仪安装支架右侧的顶部固定连接有三维激光扫描仪，所述外壳顶部且靠近左侧的中央位置处固定连接有云台安装支架，所述云台安装支架的顶部安装有云台组件，所述外壳左侧且靠近左侧中央顶部的位置处固定连接有巡线摄像头，所述外壳左侧且靠近中央底部的位置处固定连接有后避障激光，所述驱动结构左右两侧的中央均固定连接有防撞压条。
本发明的狭窄空间轮式巡检机器人，其中外壳顶部且靠近背面中央左侧的位置处固定连接有三色灯，所述外壳顶部且靠近正面中央左侧的位置处固定连接有急停开关，所述三色灯、急停开关和减速电机相串联，该结构设置，便于工作人员通过三色灯来观察机器人的工作状态，也方便工作人员在紧机情况下停止机器人。
本发明的狭窄空间轮式巡检机器人，其中云台组件中安装有高清可见光相机、红外热像仪和定向拾音器。
本发明的狭窄空间轮式巡检机器人，其中外壳顶部左侧且靠近背面的位置处固定连接有弹性天线，所述弹性天线与天线接收机相电连接。
本发明的狭窄空间轮式巡检机器人，其中三维激光扫描仪、IMU传感器、前避障激光和后避障激光组成导航控制模块，所述IMU传感器包括三个加速度计、三个陀螺仪和一个测量轴，加速度计和陀螺仪沿垂直方向交错分布于测量轴的左右两侧。
本发明的狭窄空间轮式巡检机器人，其中六合一传感器包括温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器、甲醛传感器、粉尘传感器、TVOC传感器，所述六合一传感器与通信模块相电连接。
本发明的狭窄空间轮式巡检机器人，其中外壳左侧且靠近顶部的位置处固定来连接有钥匙开关，所述钥匙开关与电池模块总成相电连接，所述外壳左侧的中央安装有充电电极，所述充电电极与电池模块总成相电连接，所述减速电机、继电器、交换机、通信模块、断路器、前避障激光、六合一传感器、球机摄像头、三维激光扫描仪、IMU传感器、云台组件、弹性天线、巡线摄像头、后避障激光、驱动器、天线接收机、三色灯分别与电池模块总成相电连接，该结构设置，使得电池模块总成能够为电器元件提供电源，也方便工作人员对电池模块总成进行充电。
本发明的狭窄空间轮式巡检机器人，其中防撞压条中安装有压力传感器，压力传感器与急停开关相电连接，该结构设置，能够在机器人受到撞击时使机器人停止移动，起到紧急刹车的作用，一方面作为接近地面处障碍的碰撞防护，另一方面也可以作为其他防撞措施的冗余。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明所设计的轮式巡检机器人由机驱动结构和电池模块总成、通信模块、六合一传感器、导航控制模块和云台组件组成，其中通过设置的电池模块总成以及充电电极，能够为机器人提供稳定的电源供应，并在电池电量不足时向控制系统发出警告，控制系统接到电量警告后会向后台用户告警，也可根据预先设置自动返回充电桩充电，其中通信模块基于无线通信技术，实现机器人本体数据回传和控制指令下发的功能，其中六合一传感器能够实时检测空气的湿度、温度以及质量，其中导航控制模块通过接入三维激光扫描仪、IMU传感器、前避障激光和后避障激光，并应用激光建图和定位、导航技术，能够实现机器人的路径规划、行走、转弯、避障、刹车等功能，其中云台组件通过接入高清可见光相机、红外热像仪和定向拾音器，并通过云台预置位或自动扫描控制算法，实现待检设备对准，以准确获取图像、热辐射和声音信息数据。
2、本发明通过设置的两个防撞压条，以及防撞压条中设置的压力传感器，能够在机器人受到撞击时使机器人停止移动，起到紧急刹车的作用，一方面作为接近地面处障碍的碰撞防护，另一方面也可以作为其他防撞措施的冗余，通过设置的三维激光扫描仪以及IMU传感器，使得该装置具有远距离障碍检测功能，通过设置的前避障激光和后避障激光，使得该装置具有中距离障碍探测功能，前避障激光、后避障激光、三维激光扫描仪以及IMU传感器相互配合，可将前避障激光、后避障激光、三维激光扫描仪的数据叠加融合，并以融合数据为依据进行机器人路径的重规划，由此避开空间中的障碍物，实现整机空间避障的目的，明显著提高了轮式巡检机器人在狭窄空间中的应用效果，具有良好的实用价值。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明整体正面剖视结构示意图；
图2为本发明整体俯视结构示意图；
图3为本发明驱动结构左视结构示意图；
图4为本发明驱动结构俯视结构示意图；
图5为本发明整体正视结构示意图。
图中：1、驱动结构；101、底座；102、减速电机；103、链轮联轴器组件；104、链条；105、轮胎；2、电池模块总成；3、铝合金框架；4、继电器；5、交换机；6、通信模块；7、断路器；8、防撞压条；9、固定框架；901、前避障激光；10、六合一传感器；11、球机摄像头；12、外壳；13、扫描仪安装支架；14、三维激光扫描仪；15、IMU传感器；16、云台安装支架；17、云台组件；18、钥匙开关；19、弹性天线；20、巡线摄像头；21、充电电极；22、后避障激光；23、驱动器；24、天线接收机；25、三色灯；26、急停开关。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1-5，本发明的狭窄空间轮式巡检机器人，包括驱动结构1，驱动结构1由底座101、减速电机102、链轮联轴器组件103、链条104以及轮胎105组成，底座101顶部且靠近左侧和右侧的位置处均固定连接有减速电机102，两个减速电机102以底座101的中心为原点呈镜像设置，减速电机102的输出端上固定连接有链轮联轴器组件103，链轮联轴器组件103上传动连接链条104，链轮联轴器组件103正面的左右两侧均安装有轮胎105，底座101内部的中央固定连接有电池模块总成2，底座101顶部焊接有铝合金框架3，铝合金框架3内壁底部从左到右依次安装有天线接收机24、驱动器23、继电器4、交换机5、通信模块6和断路器7，底座101的顶部还固定连接有外壳12，铝合金框架3位于外壳12的内部，铝合金框架3的右侧固定连接有固定框架9，固定框架9的右侧和顶部分别固定连接有前避障激光901和六合一传感器10，外壳12顶部且靠近右侧的中央位置处安装有球机摄像头11，外壳12顶部的中央固定连接有扫描仪安装支架13，扫描仪安装支架13内底部的中央固定连接有IMU传感器15，扫描仪安装支架13右侧的顶部固定连接有三维激光扫描仪14，外壳12顶部且靠近左侧的中央位置处固定连接有云台安装支架16，云台安装支架16的顶部安装有云台组件17，三维激光扫描仪14的中心安装高度与云台组件17最高点的高度一致，外壳12左侧且靠近左侧中央顶部的位置处固定连接有巡线摄像头20，外壳12左侧且靠近中央底部的位置处固定连接有后避障激光22，驱动结构1左右两侧的中央均固定连接有防撞压条8。
外壳12顶部且靠近背面中央左侧的位置处固定连接有三色灯25，外壳12顶部且靠近正面中央左侧的位置处固定连接有急停开关26，三色灯25、急停开关26和减速电机102相串联，该结构设置，便于工作人员通过三色灯25来观察机器人的工作状态，也方便工作人员在紧机情况下停止机器人。
云台组件17中安装有高清可见光相机、红外热像仪和定向拾音器。
外壳12顶部左侧且靠近背面的位置处固定连接有弹性天线19，弹性天线19与天线接收机24相电连接。
三维激光扫描仪14、IMU传感器15、前避障激光901和后避障激光22组成导航控制模块，IMU传感器15包括三个加速度计、三个陀螺仪和一个测量轴，加速度计和陀螺仪沿垂直方向交错分布于测量轴的左右两侧。
六合一传感器10包括温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器、甲醛传感器、粉尘传感器、TVOC传感器，六合一传感器10与通信模块6相电连接。
外壳12左侧且靠近顶部的位置处固定来连接有钥匙开关18，钥匙开关18与电池模块总成2相电连接，外壳12左侧的中央安装有充电电极21，充电电极21与电池模块总成2相电连接，减速电机102、继电器4、交换机5、通信模块6、断路器7、前避障激光901、六合一传感器10、球机摄像头11、三维激光扫描仪14、IMU传感器15、云台组件17、弹性天线19、巡线摄像头20、后避障激光22、驱动器23、天线接收机24、三色灯25分别与电池模块总成2相电连接，该结构设置，使得电池模块总成2能够为电器元件提供电源，也方便工作人员对电池模块总成2进行充电。
防撞压条8中安装有压力传感器，压力传感器与急停开关26相电连接，该结构设置，能够在机器人受到撞击时使机器人停止移动，起到紧急刹车的作用，一方面作为接近地面处障碍的碰撞防护，另一方面也可以作为其他防撞措施的冗余。
工作原理：前避障激光901、后避障激光22、三维激光扫描仪14的数据叠加融合，并以融合数据为依据进行机器人路径的重规划，由此避开空间中的障碍物，实现整机空间避障的目的，导航控制模能够实现机器人的路径规划、行走、转弯、避障、刹车等功能，云台组件17通过接入高清可见光相机、红外热像仪和定向拾音器，并通过云台预置位或自动扫描控制算法，实现待检设备对准，以准确获取图像、热辐射和声音信息数据。
以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种狭窄空间轮式巡检机器人，包括驱动结构(1)，驱动结构(1)由底座(101)、减速电机(102)、链轮联轴器组件(103)、链条(104)以及轮胎(105)组成，其特征在于：所述底座(101)顶部且靠近左侧和右侧的位置处均固定连接有减速电机(102)，两个所述减速电机(102)以底座(101)的中心为原点呈镜像设置，所述减速电机(102)的输出端上固定连接有链轮联轴器组件(103)，所述链轮联轴器组件(103)上传动连接链条(104)，所述链轮联轴器组件(103)正面的左右两侧均安装有轮胎(105)，所述底座(101)内部的中央固定连接有电池模块总成(2)，所述底座(101)顶部焊接有铝合金框架(3)，所述铝合金框架(3)内壁底部从左到右依次安装有天线接收机(24)、驱动器(23)、继电器(4)、交换机(5)、通信模块(6)和断路器(7)，所述底座(101)的顶部还固定连接有外壳(12)，所述铝合金框架(3)位于外壳(12)的内部，所述铝合金框架(3)的右侧固定连接有固定框架(9)，所述固定框架(9)的右侧和顶部分别固定连接有前避障激光(901)和六合一传感器(10)，所述外壳(12)顶部且靠近右侧的中央位置处安装有球机摄像头(11)，所述外壳(12)顶部的中央固定连接有扫描仪安装支架(13)，所述扫描仪安装支架(13)内底部的中央固定连接有IMU传感器(15)，所述扫描仪安装支架(13)右侧的顶部固定连接有三维激光扫描仪(14)，所述外壳(12)顶部且靠近左侧的中央位置处固定连接有云台安装支架(16)，所述云台安装支架(16)的顶部安装有云台组件(17)，所述外壳(12)左侧且靠近左侧中央顶部的位置处固定连接有巡线摄像头(20)，所述外壳(12)左侧且靠近中央底部的位置处固定连接有后避障激光(22)，所述驱动结构(1)左右两侧的中央均固定连接有防撞压条(8)。
2.根据权利要求1所述的一种狭窄空间轮式巡检机器人，其特征在于：所述外壳(12)顶部且靠近背面中央左侧的位置处固定连接有三色灯(25)，所述外壳(12)顶部且靠近正面中央左侧的位置处固定连接有急停开关(26)，所述三色灯(25)、急停开关(26)和减速电机(102)相串联。
3.根据权利要求1所述的一种狭窄空间轮式巡检机器人，其特征在于：所述云台组件(17)中安装有高清可见光相机、红外热像仪和定向拾音器。
4.根据权利要求1所述的一种狭窄空间轮式巡检机器人，其特征在于：所述外壳(12)顶部左侧且靠近背面的位置处固定连接有弹性天线(19)，所述弹性天线(19)与天线接收机(24)相电连接。
5.根据权利要求1所述的一种狭窄空间轮式巡检机器人，其特征在于：所述三维激光扫描仪(14)、IMU传感器(15)、前避障激光(901)和后避障激光(22)组成导航控制模块，所述IMU传感器(15)包括三个加速度计、三个陀螺仪和一个测量轴，加速度计和陀螺仪沿垂直方向交错分布于测量轴的左右两侧。
6.根据权利要求1所述的一种狭窄空间轮式巡检机器人，其特征在于：所述六合一传感器(10)包括温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器、甲醛传感器、粉尘传感器、TVOC传感器，所述六合一传感器(10)与通信模块(6)相电连接。
7.根据权利要求1所述的一种狭窄空间轮式巡检机器人，其特征在于：所述外壳(12)左侧且靠近顶部的位置处固定来连接有钥匙开关(18)，所述钥匙开关(18)与电池模块总成(2)相电连接，所述外壳(12)左侧的中央安装有充电电极(21)，所述充电电极(21)与电池模块总成(2)相电连接，所述减速电机(102)、继电器(4)、交换机(5)、通信模块(6)、断路器(7)、前避障激光(901)、六合一传感器(10)、球机摄像头(11)、三维激光扫描仪(14)、IMU传感器(15)、云台组件(17)、弹性天线(19)、巡线摄像头(20)、后避障激光(22)、驱动器(23)、天线接收机(24)、三色灯(25)分别与电池模块总成(2)相电连接。
8.根据权利要求1所述的一种狭窄空间轮式巡检机器人，其特征在于：所述防撞压条(8)中安装有压力传感器，压力传感器与急停开关(26)相电连接。
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