CN111745655A - 一种智能巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种智能巡检机器人。包括底盘、承重导向机构、动力齿轮机构、电池舱及多光谱全向云台，其中底盘设置于电池舱的上方，承重导向机构和动力齿轮机构设置于底盘上，承重导向机构用于与轨道连接，起到承重和导向的作用，动力齿轮机构与轨道上设有的齿条配合为机器人提供行走动力，多光谱全向云台设置于电池舱的底部，光谱全向云台搭载有摄像及成像系统。本发明适应人工难以到达或者难以长期工作的环境，在提高巡检精度和自动化程度的同时，也避免人工巡检时出现的漏检误检等情况。

Description

一种智能巡检机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种智能巡检机器人。

背景技术

智能巡检机器人是一种综合机构，包括高清图像拍摄、红外热成像、气体探测、通信模块、运动机构、智能电池等功能。智能巡检机器人适用于人工难以到达或者难以长期工作的环境，在提高巡检精度和自动化程度的同时，也避免人工巡检时出现的漏检误检等情况。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种智能巡检机器人，以适应人工难以到达或者难以长期工作的环境，在提高巡检精度和自动化程度的同时，也避免人工巡检时出现的漏检误检等情况。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种智能巡检机器人，包括底盘、承重导向机构、动力齿轮机构、电池舱及多光谱全向云台，其中底盘设置于电池舱的上方，所述承重导向机构和动力齿轮机构设置于所述底盘上，所述承重导向机构用于与轨道连接，起到承重和导向的作用，所述动力齿轮机构与所述轨道上设有的齿条配合为机器人提供行走动力，所述多光谱全向云台设置于所述电池舱的底部，所述光谱全向云台搭载有摄像及成像系统。

所述动力齿轮机构包括齿轮架、直流伺服电机和动力齿轮，其中齿轮架与所述底盘连接，所述直流伺服电机设置于所述齿轮架上、且输出端与动力齿轮连接，所述动力齿轮与所述齿条啮合。

所述动力齿轮机构还包括设置于所述齿轮架上的顶紧机构，所述顶紧机构用于顶紧所述轨道，给所述齿条和所述动力齿轮的啮合提供预紧力。

所述顶紧机构包括顶紧轮、顶紧轮伸缩架、伸缩盖板及顶紧轮座，其中顶紧轮座设置于所述齿轮架上，所述顶紧轮伸缩架水平设置、且一端插设于顶紧轮座上设有的滑槽内，所述顶紧轮设置于所述顶紧轮伸缩架的另一端，所述伸缩盖板设置于所述顶紧轮座的一侧，所述伸缩盖板与所述顶紧轮伸缩架之间设有压簧，通过所述压簧使顶紧轮顶在轨道上。

所述底盘为U型结构，所述齿轮架与所述底盘之间沿垂直于机器人的运动方向具有自由度。

所述承重导向机构包括设置于所述动力齿轮机构两侧的导向轮架，所述导向轮架的上端对称设有与所述轨道滑动配合的滑槽，所述滑槽的上内表面设有承重轮，下内表面设有平衡轮，所述导向轮架与所述底盘转动连接。

所述电池舱内设有智能电池，所述电池舱的上端设有充电贴片，所述充电贴片用于在智能电池电量低时与充电桩紧紧贴合，给智能电池充电；所述电池舱的侧面设有用于显示智能电池剩余电量的电量指示器。

所述电池舱的外侧设有一体式气体传感器和防碰撞超声波传感器，所述一体式气体传感器用于气体检测；所述防碰撞超声波传感器设置于所述电池舱的前后侧，可以实时监测机器人运行前后方是否有障碍物并实时识别障碍物的距离。

所述电池舱上设有无线通信模块和网络对讲模块，所述网络对讲模块通过无线通信模块可以实现现场人员和中控室人员的实时对讲。

所述多光谱全向云台具有水平360°旋转以及垂直-30°～90°旋转的能力。

本发明的优点及有益效果是：

1.小型化，本智能巡检机器人整体尺寸430*320*280，在经过防火分区时，开口尺寸小，方便安装，同时也方便在人员无法达到的狭小空间进行巡检；

2.定位精度高，本智能巡检机器人采用伺服电机配合齿轮驱动形式，有效避免轮子打滑造成的位置丢失。

3.本发明适应人工难以到达或者难以长期工作的环境，在提高巡检精度和自动化程度的同时，也避免人工巡检时出现的漏检误检等情况。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的结构侧视图；

图3是本发明的顶紧机构的结构示意图；

图4是本发明的导向轮架的结构示意图；

图5是本发明的底盘框架的结构示意图。

图中：1为轨道，1-B为齿条，2为导向轮架，3为动力齿轮，4为顶紧机构，5为直流伺服电机，6为一体式气体传感器，7为防碰撞超声波传感器，8为无线通信模块，9为网络对讲模块，10为LED状态指示灯，11为智能电池，12为多光谱全向云台，13为充电贴片，14为调试窗口，15为电量指示器，16为承重轮，17为从动轮销轴，18为扣环，19为轴承座，20为轴承，21为转轴，22为轴承扣环，23为轴套，24为齿轮架，26为顶紧轮，27为顶紧轮销轴，28为顶紧轮伸缩架，29为伸缩盖板，30为顶紧轮座，31为底盘底板，32为底盘左板，33为底盘右板，34为左盖板，35为右盖板，36为压紧板，37为凸槽板，38为平衡轮，39为电池舱L板，40为电池触头，41为内六角圆柱头螺栓，42为电池舱底板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1-2所示，本发明提供的一种智能巡检机器人，包括底盘、承重导向机构、动力齿轮机构、电池舱及多光谱全向云台12，其中底盘设置于电池舱的上方，承重导向机构和动力齿轮机构设置于底盘上，承重导向机构用于与轨道1连接，起到承重和导向的作用，动力齿轮机构与轨道1上设有的齿条1-B配合为机器人提供行走动力，多光谱全向云台12设置于电池舱的底部，光谱全向云台12搭载有摄像及成像系统。

如图3所示，动力齿轮机构包括齿轮架24、直流伺服电机5和动力齿轮3，其中齿轮架24与底盘连接，直流伺服电机5设置于齿轮架24上、且输出端与动力齿轮3连接，动力齿轮3与齿条1-B啮合。动力齿轮3通过胀紧方式安装在直流伺服电机5的输出轴上，采用直连动力齿轮的结构避免动力传输过程中的动力损失。

动力齿轮机构还包括设置于齿轮架24上的顶紧机构4，顶紧机构4用于顶紧轨道1，给齿条1-B和动力齿轮3的啮合提供预紧力。

顶紧机构4包括顶紧轮26、顶紧轮伸缩架28、伸缩盖板29及顶紧轮座30，其中顶紧轮座30设置于齿轮架24上，顶紧轮伸缩架28水平设置、且一端插设于顶紧轮座30上设有的滑槽内，顶紧轮26通过顶紧轮销轴27安装在顶紧轮伸缩架28的另一端，伸缩盖板29设置于顶紧轮座30的一侧，伸缩盖板29与顶紧轮伸缩架28之间设有压簧，通过压簧使顶紧轮26顶在轨道1上。

底盘为U型结构，齿轮架24与底盘之间沿垂直于机器人的运动方向具有自由度。

如图1、图4所示，承重导向机构包括设置于动力齿轮机构两侧的导向轮架2，导向轮架2的上端对称设有与轨道1滑动配合的滑槽，滑槽的上内表面设有承重轮16，下内表面设有平衡轮38，导向轮架2与底盘转动连接。

导向轮架2通过上面的承重轮16和平衡轮38抱紧轨道1，通过下面的角接触球轴承连接到机器人本体。运行时导向轮架2随着轨道的弯曲旋转，保证轨道始终处于机器人的中心从而启到导向与平衡作用。

如图5所示，电池舱L板39、电池触头40、电池舱板41及电池舱底板42依次通过螺栓连接形成电池舱，电池舱中固定智能电池11。电池舱的上端设有充电贴片13，充电贴片13用于在智能电池11电量低时与充电桩紧紧贴合，给智能电池11充电；电池舱的侧面设有用于显示智能电池11剩余电量的电量指示器15。

机器人上搭载的智能电池11具有智能充放电、低电量保护、故障判断、通讯等功能，智能电池通过RS485和机器人的控制器通信，向控制器实时传递电池电量、温度、电流大小、剩余工作时长、剩余里程等信息，方便在低电量时机器人自动回充电桩处进行充电。

当智能电池11向机器人的控制器反馈电池电量低的时候，机器人开始向充电桩处移动，当机器人到达充电桩后，充电贴片13和充电桩紧紧贴合后电池开始充电，较大接触面积的充电贴片13可以保证电池1C的充电效率。

电池舱的外侧设有一体式气体传感器6，一体式气体传感器6集成有温湿度、烟雾、氧气、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、甲烷、六氟化硫等气体检测功能，当危险气体含量超标后机器人会发出声光报警。

电池舱的前后侧设有防碰撞超声波传感器7，可以实时监测机器人运行前后方是否有障碍物并实时识别障碍物的距离。当识别到障碍物时智能巡检机器人减速并发出声光报警，当到达危险距离时机器人急停并通知维护人员进行处理，障碍物消除后机器人恢复工作。

电池舱上设有无线通信模块8和网络对讲模块9，无线通信模块8采用中央集群管理形式，在每个工作区域都会有一个数据发射端，机器人上安装有一个客户端设备，保证机器人在运行时信号收发的实时性和连续性。网络对讲模块9安装在机器人前端面上，通过机器人身上的无线通信模块8可以实现现场人员和中控室人员的实时对讲。

机器人前后端面各安装有两个LED状态指示灯10，LED状态指示灯10为16万色LED灯，可以通过不同的颜色显示出机器人不同的状态。

如图5所示，底盘通过底盘底板31及连接在底盘底板31两侧的底盘左板32和底盘右板33形成U型底盘，底盘的U型舱内安装两个承重导向机构和动力齿轮机构。

底盘底板31上通过螺栓固定有凸槽板37，齿轮架24通过凹槽和凸槽板37上的凸槽间隙配合，使其可在凸槽板37上沿垂直于轨道1的方向移动，并用压紧板36限制齿轮架24在上下方向的自由度。

轨道1用来为机器人提供支撑和定位用，通过T型螺母连接轨道1上部的凹槽及通过连接件将轨道1固定在墙面上，通过调节连接件长短将轨道1调至水平。轨道1采用铝合金一体挤压成型，具有轻量坚固的特点。齿条1-B采用耐磨塑料注塑而成，和动力齿轮3配合为机器人提供动力，同时也为机器人提供定位功能。

多光谱全向云台12安装在机器人的下端面上，多光谱全向云台搭载有高清星光级可见光摄像头以及高清热成像摄像头，可以同时拍摄可以见画面以及热成像画面，在进行智能仪表识别的同时也可以将设备表面的温度采集上来。多光谱全向云台12具有水平360°旋转以及垂直-30°～90°旋转的能力，保证全向视野的无死角。

电池舱上设有调试窗口14，调试窗口,14是一个带有锁的可开小门，调试窗口14内安装有USB接口、充电接口以及电源按钮，通过调试窗口14调试人员可以方便的对机器人进行调试、充放电以及断电等操作。电量指示器15安装在机器人的侧表面，方便人员观察，电量指示器15会显示电池的剩余电量。

本发明通过伺服电机的高精度分辨率记录齿轮的旋转角度，可以精确的换算成智能巡检机器人的位置坐标，为智能仪表识别等功能提供精准的定位。

本发明公开的一种智能巡检机器人，通过行走机构配合轻量化铝合金轨道，确保行走时的稳定性和定位精度。通过机器人搭载的多光谱全向云台可以为后台服务器提供现场仪表的高清图像。机器人的调试窗口方便人员对机器人进行调试。机器人采用5GHz无线网络作为数据传输方式，具有高速率低延时等优点。机器人搭载的一体化气体传感器具有多种危险气体检测以及报警功能，可以为现场人员以及设备提供安全保障。机器人搭载的多光谱全向云台，具有可见光成像和热成像检测功能，并且具有水平360°旋转，垂直-30°～90°旋转功能。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能巡检机器人，其特征在于，包括底盘、承重导向机构、动力齿轮机构、电池舱及多光谱全向云台(12)，其中底盘设置于电池舱的上方，所述承重导向机构和动力齿轮机构设置于所述底盘上，所述承重导向机构用于与轨道(1)连接，起到承重和导向的作用，所述动力齿轮机构与所述轨道(1)上设有的齿条(1-B)配合为机器人提供行走动力，所述多光谱全向云台(12)设置于所述电池舱的底部，所述光谱全向云台(12)搭载有摄像及成像系统。

2.根据权利要求1所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述动力齿轮机构包括齿轮架(24)、直流伺服电机(5)和动力齿轮(3)，其中齿轮架(24)与所述底盘连接，所述直流伺服电机(5)设置于所述齿轮架(24)上、且输出端与动力齿轮(3)连接，所述动力齿轮(3)与所述齿条(1-B)啮合。

3.根据权利要求2所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述动力齿轮机构还包括设置于所述齿轮架(24)上的顶紧机构(4)，所述顶紧机构(4)用于顶紧所述轨道(1)，给所述齿条(1-B)和所述动力齿轮(3)的啮合提供预紧力。

4.根据权利要求3所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述顶紧机构(4)包括顶紧轮(26)、顶紧轮伸缩架(28)、伸缩盖板(29)及顶紧轮座(30)，其中顶紧轮座(30)设置于所述齿轮架(24)上，所述顶紧轮伸缩架(28)水平设置、且一端插设于顶紧轮座(30)上设有的滑槽内，所述顶紧轮(26)设置于所述顶紧轮伸缩架(28)的另一端，所述伸缩盖板(29)设置于所述顶紧轮座(30)的一侧，所述伸缩盖板(29)与所述顶紧轮伸缩架(28)之间设有压簧，通过所述压簧使顶紧轮(26)顶在轨道(1)上。

5.根据权利要求2所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述底盘为U型结构，所述齿轮架(24)与所述底盘之间沿垂直于机器人的运动方向具有自由度。

6.根据权利要求1所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述承重导向机构包括设置于所述动力齿轮机构两侧的导向轮架(2)，所述导向轮架(2)的上端对称设有与所述轨道(1)滑动配合的滑槽，所述滑槽的上内表面设有承重轮(16)，下内表面设有平衡轮(38)，所述导向轮架(2)与所述底盘转动连接。

7.根据权利要求1所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述电池舱内设有智能电池(11)，所述电池舱的上端设有充电贴片(13)，所述充电贴片(13)用于在智能电池(11)电量低时与充电桩紧紧贴合，给智能电池(11)充电；所述电池舱的侧面设有用于显示智能电池(11)剩余电量的电量指示器(15)。

8.根据权利要求1所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述电池舱的外侧设有一体式气体传感器(6)和防碰撞超声波传感器(7)，所述一体式气体传感器(6)用于气体检测；所述防碰撞超声波传感器(7)设置于所述电池舱的前后侧，可以实时监测机器人运行前后方是否有障碍物并实时识别障碍物的距离。

9.根据权利要求1所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述电池舱上设有无线通信模块(8)和网络对讲模块(9)，所述网络对讲模块(9)通过无线通信模块(8)可以实现现场人员和中控室人员的实时对讲。

10.根据权利要求1所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述多光谱全向云台(12)具有水平360°旋转以及垂直-30°～90°旋转的能力。

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