CN111776096A - 三角履带式巡检机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三角履带式巡检机器人，包括机架、行走装置和感知装置，所述感知装置安装于机架上用于感知外部环境，所述行走装置包括安装于机架上的至少两组纵向排列的行走组件以及动力组件，所述动力组件用于驱动行走组件运行进而实现机器人的越障行驶。本发明的机器人便于远程对应用场景的外部环境感知，进而实现远程对地下管廊、管道或地势崎岖的等场所内设备的巡检，该巡检方式方便，巡检效率高，可应用在空间狭小的场所，减小巡检难度，减小人工巡检劳动量；该机器人可实现对环境噪音、烟雾的感知并配合摄像头实时采集图像，利于综合判断设备是否存在异常。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种三角履带式巡检机器人。
背景技术
对于电力领域，需要定期对电力设备巡检，对于地下管廊或者管道等封闭的场所内的电力设备目前则通常是通过人工巡检，而地下管廊或者管道内的环境较为潮湿阴暗且空间狭小，人工巡检难度大效率低，而且对于地势复杂的场景，需要人工手持设备巡检，劳动强度大，巡检效率低；
因此需要一种应用于上述封闭场所或崎岖路况的巡检机器人，通过巡检机器人用于检测环境内的各种因素进而判断设备是否运行正常。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种三角履带式巡检机器人，通过巡检机器人用于检测环境内的各种因素进而判断设备是否运行正常。
本发明的三角履带式巡检机器人，包括机架、行走装置和感知装置，所述感知装置安装于机架上用于感知外部环境，所述行走装置包括安装于机架上的至少两组纵向排列的行走组件以及动力组件，所述动力组件用于驱动行走组件运行进而实现机器人的越障行驶。
进一步，所述行走组件包括行走架、安装于行走架上呈三角布置的三个行走带轮以及与三个行走带轮传动配合的行走履带，所述行走架转动配合安装于机架上并可被动力组件驱动转动，至少一个行走带轮作为主动行走带轮被动力组件驱动转动。
进一步，所述行走架包括两块近似平行设置的三角板，三个行走带轮转动配合安装于两个三角板之间，三个行走带轮分别安装于三脚板三角处。
进一步，所述机架上设置有前后布置的两组行走组件，每组包括横向设置于机架两侧的两个行走组件，所述动力组件包括两组自传驱动组件，所述自传驱动组件用于驱动同侧布置的两个行走组件中行走带轮转动，所述自传驱动件包括第一驱动件、第一传动件以及分别与同侧布置的两个行走组件配合的两个主动传动带轮和两个传动带，所述传动带与主动传动带轮以及行走组件中其中一个行走带轮传动配合，所述第一驱动件通过第一传动件将动力分别传递至两个行走组件对应的主动传动带轮上并驱动相应的行走带轮转动。
进一步，所述第一传动件包括通过第一驱动件驱动转动的两个主动驱动带轮以及与两个主动驱动带轮分别通过驱动带传动配合的两个从动驱动带轮，两个所述从动驱动带轮分别与两个主动传动带轮传动配合以分别驱动同侧布置的两个行走组件中的行走带轮转动。
进一步，所述动力组件还包括两组公转驱动组件，所述公转驱动组件用于驱动同组行走组件中两行走架同步转动，所述公转驱动组件包括第二驱动件和第二传动件，所述第二驱动件动力通过第二传动件传递至同组中两个行走组件的行走架上并驱动行走架转动。
进一步，所述第二传动件包括横向布置的传动轴以及两组齿轮对，所述第二驱动件驱动传动轴转动并将动力通过两组齿轮对分别输送至同组行走组件中两行走架处并驱动行走架转动。
进一步，所述感知装置包括机械臂以及连接于机械臂头部的摄像头和安装于机架上用于感知外部环境的传感器，所述机械臂可驱动摄像头转换方位。
进一步，所述机架为盒状结构，所述机架内沿竖向设置有若干个夹层，所述动力组件安装于最下方的夹层内。
进一步，所述感知装置还包括安装于机架上的激光雷达。
本发明的有益效果：
本发明的机器人便于远程对应用场景的外部环境感知，进而实现远程对地下管廊、管道或地势崎岖的等场所内设备的巡检，该巡检方式方便，巡检效率高，可应用在空间狭小的场所，减小巡检难度，减小人工巡检劳动量；该机器人可实现对环境噪音、烟雾的感知并配合摄像头实时采集图像，利于综合判断设备是否存在异常；
本发明中行走组件中行走带轮既可实现公转，同时动力组件驱动行走带轮自传并驱动行走履带转动进而驱动机器人行走，该结构的行走组件通过自传和公转的方式实现对机器人的驱动，同时三角布置的行走履带在公转时不断的变化机器人尾部的底盘高度，既保证了机器人良好的机动性能，也大大提高了机器人的越障能力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明整体结构示意图；
图2为机架上层布置结构示意图；
图3为机架下层布置结构示意图；
图4为动力组件结构示意图；
图5为动力组件俯视结构示意图；
图6为行走组件(30)结构示意图；
图7为动力组件局部结构示意图1；
图8为动力组件局部结构示意图2；
图9为机械臂结构示意图；
具体实施方式
图1为本发明整体结构示意图；图2为机架上层布置结构示意图；图3为机架下层布置结构示意图；图4为动力组件结构示意图；图5为动力组件俯视结构示意图；图6为行走组件(30)结构示意图；图7为动力组件局部结构示意图1；图8为动力组件局部结构示意图2；图9为机械臂结构示意图；
如图所示：本实施例的三角履带式巡检机器人，包括机架10、行走装置和感知装置20，所述感知装置安装于机架上用于感知外部环境，所述行走装置包括安装于机架上的至少两组纵向排列的行走组件30以及动力组件40，所述动力组件用于驱动行走组件运行进而实现机器人的越障行驶。越障行驶含义为机器人可正常行驶并且具有一定翻越障碍的能力；结合图1所示，机架为类似长方体结构，行走轮组件安装于机架的横向两侧并纵向排列，在机架的机头和机尾的位置均安装行走轮组件，感知环境包括感知多种因素，例如感知外部噪音、感知湿度、感知有害气体或者感知温度等，根据不同的应用场景选择感知的因素，例如当应用场景对干燥度要求较高时，检测组件中包括湿度传感器，用于感知外部环境的湿度，进而判断外部环境是否异常；当应用场景要求温度恒定时，检测组件中包括温度传感器用于检测外部环境的温度是否超过正常范围，若超过则为异常现象，此时则需要人工检修或者远程进一步判断异常原因；当然也可检测噪音，通过噪音直接判断设备运行异常情况，具体不在赘述；感知装置将采集到的数据传送至上位机控制器由人工实时监控；该结构便于通过巡检机器人远程对应用场景的外部环境感知，进而实现远程对地下管廊或者管道等封闭的场所内的电力设备的巡检，该巡检方式方便，巡检效率高，可应用在空间狭小的场所，减小巡检难度，减小人工巡检劳动量。
本实施中，所述行走组件30包括行走架31、安装于行走架上呈三角布置的三个行走带轮32以及与三个行走带轮传动配合的行走履带33，所述行走架转动配合安装于机架上并可被动力组件驱动转动，至少一个行走带轮作为主动行走带轮被动力组件驱动转动。结合图6所示，通过动力组件可驱动行走架转动，此时使得行走带轮实现公转，同时动力组件驱动行走带轮自传并驱动行走履带转动进而驱动机器人行走，该结构的行走轮组件通过自传和公转的方式实现对机器人的驱动，同时三角布置的行走履带在公转时不断的变化机器人的底盘高度，即保证了机器人良好的机动性能，也大大提高了机器人的越障能力；该结构大大提高了机器人对路况的适应能力，提高了机器人的越障能力，适用于爬坡、爬台阶以及崎岖不平的路况，降低了在复杂路况的巡检难度，提高了巡检效率并有效降低人工劳动强度。
本实施中，所述行走架包括两块近似平行设置的三角板311，三个行走带轮32转动配合安装于两个三角板之间，三个行走带轮分别安装于三脚板三角处。近似平行含义为两个三角板平行设置并允许有一定的偏差；图6中为便于展示行走组件内部结构将其中一块三角板隐藏处理，三角板上平行于三角边开设有减重槽，三角板行走适配于三个行走带轮的安装结构，使得整个行走组件呈三角结构，当行走组件的边与地面贴合时，具有良好的抓地能力，提高机器人的机动性能；行走带轮外圆周向阵列设置有横槽，通过横槽提高与行走履带的装配效果；当行走组件的角与地面接触时，机器人底盘高度被抬高，提高了整个机器人的通过能力，大大提高了机器人的越障行驶能力，该结构的行走组件即保证了机器人良好的动力性也兼顾了机器人的越障能力；
本实施中，所述机架上设置有前后布置的两组行走组件，每组包括横向设置于机架两侧的两个行走组件，所述动力组件包括两组自传驱动组件41，所述自传驱动组件用于驱动同侧布置的两个行走组件中行走带轮转动，所述自传驱动件包括第一驱动件411、第一传动件412以及分别与同侧布置的两个行走组件配合的两个主动传动带轮413和两个传动带414，所述传动带与主动传动带轮以及行走组件中其中一个行走带轮传动配合，所述第一驱动件411通过第一传动件412将动力分别传递至两个行走组件对应的主动传动带轮上并驱动相应的行走带轮转动。此处所述的同侧布置指的时位于同一横向侧部，横向为机器人的宽度方向，纵向为机器人的长度方向，纵向与机器人的行走方向一致，竖向为机器人的高度方向；前侧为纵向靠近机器人头部一侧；结合图1所示，行走组件设置有四个，并且两两前后布置，结合图4和图5所示，两个自传驱动组件安装于机架的下夹层内并横向布置，两个自传驱动组件的结构相同，现在以其中一个自传驱动组件为例进行说明，其中第一驱动件411采用电机并设置于机架的纵向中间的位置，两个主动传动带轮413分别安装于机架侧部靠近机头以及机尾的位置用于将动力传递至两个同侧布置的行走组件中，结合图6所示，行走组件中其中一个行走带轮作为主动轮，主动传动带轮通过传动带414将动力输送至主动行走带轮处驱动履带转动，该结构通过一个第一驱动件即可驱动位于同侧的行走组件中的行走带轮转动，通过两个自传驱动件的设置实现整个机器人的四驱驱动，提高了整个机器人的机动性能。
本实施中，所述第一传动件412包括通过第一驱动件411驱动转动的两个主动驱动带轮4121以及与两个主动驱动带轮分别通过驱动带4123传动配合的两个从动驱动带轮4122，两个所述从动驱动带轮4122分别与两个主动传动带轮413传动配合以分别驱动同侧布置的两个行走组件中的行走带轮转动。此处同样以其中一个自传驱动组件为例进行说明，两个主动驱动带轮4121与第一驱动件411的转子传动配合，两个从动驱动带轮4122与两个主动传动带轮413的安装位置横向对应，相应的两个驱动带4123分别纵向向前和向后延伸使得相应的主动驱动带轮4121和从动驱动带轮4122传动配合；该结构为纵向布置结构，利于将动力传递至同侧的两组行走组件中；当驱动带4123传动长度较长时，需要增设张紧轮4124，张紧轮与驱动带啮合，其中张紧轮4124可竖向滑动安装于机架的侧壁上调节对驱动带4123的张紧力；
本实施中，所述动力组件还包括两组公转驱动组件42，所述公转驱动组件用于驱动同组行走组件中两行走架同步转动，所述公转驱动组件包括第二驱动件421和第二传动件422，所述第二驱动件421动力通过第二传动件422传递至同组中两个行走组件的行走架上并驱动行走架转动。第二驱动件421采用电机，第二驱动件421用于驱动同组中的两个行走组件的行走架转动，公转驱动组件42用于驱动同组中的两个行走组件，同组中两个行走组件分别位于机架的横向两侧，自传驱动组件用于驱动同侧布置的两个行走组件，此时两个行走组件位于机架的同一横向侧面，且两个行走组件纵向分布，该驱动方式可使得自传驱动组件纵向布置、公转驱动组件横向布置，利于整个动力组件的空间布局，降低空间布局难度；
本实施中，所述第二传动件包括横向布置的传动轴4221以及两组齿轮对4222，所述第二驱动件421驱动传动轴转动并将动力通过两组齿轮对分别输送至同组行走组件中两行走架处并驱动行走架转动。结合图5所示，第二驱动件421通过两个相互啮合的齿轮4223将动力传递至传动轴上，其中一个齿轮与第二驱动件转子传动配合，另一个齿轮与传动轴传动配合，传动轴并不限于简单的单轴结构，传动轴也可以由多根轴通过万向联轴器连接形成，另外在行走组件上设置转轴551，转轴转动配合外套有轴套552，从动驱动带轮4122与转轴551传动配合，转轴与主动传动带轮413传动配合，另外轴套552与传动轴4221之间通过齿轮对4222传动配合，齿轮对4222中一个齿轮与轴套552传动配合，另一齿轮与传动轴4221传动配合，该轴套与行走架31传动配合，另外在轴套上还外套有夹持套，夹持套由两个固定安装于轴套上的套环构成，两个套环轴向夹持于行走架中位于内侧的三角板上并与三角板固定连接；本实施例中通过转轴以及轴套的简单配合实现了两个动力源向行走带轮以及行走架的动力传递，其结构简单紧凑，利于空间布局，且可靠性和稳定性高。
本实施中，所述感知装置20包括机械臂21以及连接于机械臂头部的摄像头22和安装于机架上用于感知外部环境的传感器23，所述机械臂可驱动摄像头转换方位。机械臂转换方位含义为机械臂可驱动夹持组件以X、Y、Z轴移动或者以X、Y、Z轴为中心转动中若干个自由度的转换，所述机械臂包括摆臂211和安装于摆臂末端的转动臂212，摆臂转动配合于机架上且转动角度可调，所述摄像头22安装于转动臂末端并可被转动臂212驱动转动。结合图9所示，摆臂通过电机配合蜗轮蜗杆减速器2111驱动转动，电机安装于摆臂上，蜗轮蜗杆减速器安装于摆臂铰接处，蜗轮蜗杆减速器的输出端将动力传递至摆臂的铰接处驱动相应的摆臂转动，本实施例中转动臂为电机，转动臂可驱动摄像头水平转动调节可视方位，过该结构的机械臂可实现多个自由度的转换，提高夹持组件的灵活性，利于适应复杂地形的巡检操作；所述传感器23包括烟雾传感器231、IMU惯性测量单元232以及超声波传感器233，另外还可设置拾音器以检测环境噪音；结合图2所示，在机架的上层空间安装有电池51、下位机控制器52和上位控制器53，烟雾传感器采用欧维亚型结构，用于检测环境中是否具有烟雾，用于判断环境中是否发生高温燃烧，摄像头采用红外线摄像头；IMU惯性测量单元采用MPU6050型，用于检测机器人的加速度进而计算机器人行走位移，下位机控制器采用STM32F407型，用于接收各传感器的信号，电池将电量信息传送至下位机控制器，烟雾传感器231、超声波传感器233、IMU惯性测量单元232以及摄像头将采集的数据传送至下位机控制器，下位机控制器将接收到的信号传送至上位控制机处理相应的数据，通过IMU惯性测量采集的数据用于对机器人定位，通过烟雾传感器、超声波传感器和摄像头采集的数据判断设备安装环境是否存在异常，通过电池的数据判断电量信息进而判断是否需要充电；通过该系统使得机器人智能化。
本实施中，所述机架为盒状结构，所述机架内沿竖向设置有若干个夹层，所述动力组件安装于最下方的夹层内。在机架内部水平增设若干个隔板形成夹层，本实施例中设置有两个夹层，机架内部的夹层架构利于提高整个机器人框架的结构强度和刚度，另外夹层便于携带或安装控制设备，动力组件安装于最下方的夹层内使得整个机架的中心下移提高机器人的稳定性，在上方的夹层内安装相应的控制设备，本实施例中在机架侧壁、行走架上均开设有减重孔；
本实施中，所述感知装置20还包括安装于机架上的激光雷达24。激光雷达24向目标发射探测激光束，然后将接收到的从目标反射回来的目标回波与发射信号进行比较，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，然后将该参数传送至下位机控制器，下位机控制器将接收到的信号传送至上位控制机处理相应的数据，利于机器人的巡检识别。
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，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种三角履带式巡检机器人，其特征在于：包括机架、行走装置和感知装置，所述感知装置安装于机架上用于感知外部环境，所述行走装置包括安装于机架上的至少两组纵向排列的行走组件以及动力组件，所述动力组件用于驱动行走组件运行进而实现机器人的越障行驶。
2.根据权利要求1所述的三角履带式巡检机器人，其特征在于：所述行走组件包括行走架、安装于行走架上呈三角布置的三个行走带轮以及与三个行走带轮传动配合的行走履带，所述行走架转动配合安装于机架上并可被动力组件驱动转动，至少一个行走带轮作为主动行走带轮被动力组件驱动转动。
3.根据权利要求2所述的三角履带式巡检机器人，其特征在于：所述行走架包括两块近似平行设置的三角板，三个行走带轮转动配合安装于两个三角板之间，三个行走带轮分别安装于三脚板三角处。
4.根据权利要求2所述的三角履带式巡检机器人，其特征在于：所述机架上设置有前后布置的两组行走组件，每组包括横向设置于机架两侧的两个行走组件，所述动力组件包括两组自传驱动组件，所述自传驱动组件用于驱动同侧布置的两个行走组件中行走带轮转动，所述自传驱动件包括第一驱动件、第一传动件以及分别与同侧布置的两个行走组件配合的两个主动传动带轮和两个传动带，所述传动带与主动传动带轮以及行走组件中其中一个行走带轮传动配合，所述第一驱动件通过第一传动件将动力分别传递至两个行走组件对应的主动传动带轮上并驱动相应的行走带轮转动。
5.根据权利要求4所述的三角履带式巡检机器人，其特征在于：所述第一传动件包括通过第一驱动件驱动转动的两个主动驱动带轮以及与两个主动驱动带轮分别通过驱动带传动配合的两个从动驱动带轮，两个所述从动驱动带轮分别与两个主动传动带轮传动配合以分别驱动同侧布置的两个行走组件中的行走带轮转动。
6.根据权利要求4所述的三角履带式巡检机器人，其特征在于：所述动力组件还包括两组公转驱动组件，所述公转驱动组件用于驱动同组行走组件中两行走架同步转动，所述公转驱动组件包括第二驱动件和第二传动件，所述第二驱动件动力通过第二传动件传递至同组中两个行走组件的行走架上并驱动行走架转动。
7.根据权利要求6所述的三角履带式巡检机器人，其特征在于：所述第二传动件包括横向布置的传动轴以及两组齿轮对，所述第二驱动件驱动传动轴转动并将动力通过两组齿轮对分别输送至同组行走组件中两行走架处并驱动行走架转动。
8.根据权利要求1所述的三角履带式巡检机器人，其特征在于：所述感知装置包括机械臂以及连接于机械臂头部的摄像头和安装于机架上用于感知外部环境的传感器，所述机械臂可驱动摄像头转换方位。
9.根据权利要求1所述的三角履带式巡检机器人，其特征在于：所述机架为盒状结构，所述机架内沿竖向设置有若干个夹层，所述动力组件安装于最下方的夹层内。
10.根据权利要求8所述的三角履带式巡检机器人，其特征在于：所述感知装置还包括安装于机架上的激光雷达。
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