CN111805555A - 比赛用巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种比赛用巡检机器人，包括机器人外壳，机器人外壳的底部设置有底盘，底盘上安装有麦克纳姆轮，底盘上设置有陀螺仪和寻迹模块，机器人外壳内设置有主控制模块、测时测速模块、物体避让模块、物体测温模块、物体抓拍模块、物体抓取模块、自动充电模块和驱动模块。陀螺仪、寻迹模块、测时测速模块、物体避让模块、物体测温模块、物体抓拍模块、物体抓取模块、自动充电模块和驱动模块均与主控制模块电连接。该机器人能够按照划定路线依次完成测速、避障、测温、拍照、取样品和智能充电功能，能够很好的完成比赛项目，动作灵敏，运行精确，为以后进一步研发巡检机器人提供了基础。

Description

比赛用巡检机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种比赛用巡检机器人。

背景技术

煤矿环境安全和设备故障一直是煤矿安全生产的一个难题，现有的人工巡检和自动化监测系统，对煤矿巷道及设备的监测存在效率低、成本高、实效性不强、可靠性不高等问题，使得煤矿安全生产仍然得不到保障。随着低造价、高效率、高可靠性机器人技术的不断进步，为煤矿巷道环境参数监测及设备监控提供了一种新型有效、快捷的途径，为避免人与灾害短兵相接，发展机器人已成刚需。

煤矿升级转型智能化，装备替人是大势所趋。随着煤矿开采深度和强度的不断增加，亟待依靠科学进步化解安全风险。国家大力推进煤矿机器人研究应用，引领煤矿机械化、自动化、信息化和智能化“四化”建设。开发煤矿机器人和智能化建设，已在全社会形成共识，煤矿智能化是煤矿减人提效，实现安全高质量发展的重要途径。

为了适应未来的智能巡检模式，特意组织了巡检机器人创客大赛。比赛场地布局如图1所示，包括启动区S，启动区前方的A立柱到B立柱见为测速区，测速区前方为避障区C，避障区前方为测温区D，测温区D拐弯到拍照区E，拍照区前方拐弯处为采样区F，采样区在往前为结束区P，采样区与结束区之间有模拟充电区G，巡检机器人需安装划定路线依次完成测速、避障、测温、拍照、取样品和智能充电功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种比赛用巡检机器人，该机器人能够按照划定路线依次完成测速、避障、测温、拍照、取样品和智能充电功能。

本发明采用以下的技术方案：

一种比赛用巡检机器人，机器人外壳，机器人外壳的底部设置有底盘，底盘上安装有4个麦克纳姆轮，底盘上设置有陀螺仪和寻迹模块，机器人外壳内设置有主控制模块、测时测速模块、物体避让模块、物体测温模块、物体抓拍模块、物体抓取模块、自动充电模块和驱动模块；

主控制模块包括PLC控制器，寻迹模块包括横向设置在底盘上的多个磁导航传感器，测时测速模块包括漫反射光电开关，物体避让模块包括红外测距传感器，物体测温传感器模块包括红外温度传感器，物体抓拍模块包括摄像头，物体抓取模块包括吸管组件，吸管组件连接有涵道风机，自动充电模块包括设置在底盘上的接近开关，驱动模块包括4个直流减速电机，每个直流减速电机与一个麦克纳姆轮相连；

所述陀螺仪、磁导航传感器、漫反射光电开关、红外测距传感器、红外温度传感器、摄像头、涵道风机、接近开关和直流减速电机均与PLC控制器电连接。

优选地，所述磁导航传感器与磁条轨道配合，使得机器人能沿着磁条轨道直线行驶；

磁导航传感器有8个，8个磁导航传感器呈横排的设置在底盘上。

优选地，所述漫反射光电开关有两个，两个漫反射光电开关分别设置在机器人外壳的左右两侧。

优选地，所述红外测距传感器有三个，分别设置在机器人外壳的前部、左侧和右侧。

优选地，红外温度传感器和摄像头均设置在机器人外壳的前部，红外温度传感器能检测物体的温度，摄像头能对物体进行拍照。

优选地，所述吸管组件包括纵向段主管，主管的后部与涵道风机相连，主管上设置有3个弯管，弯管伸出机器人外壳并朝下设置，弯管位于机器人外壳的右侧。

本发明具有的有益效果是：

本发明提供的比赛用巡检机器人，通过磁导航传感器与磁条轨道完成自动寻迹，达到自动纠偏，保证机器人不发生偏移路线的情况，通过一个漫反射光电开关完成A柱到B柱间的测速，通过红外测距传感器完成自动避障，通过红外温度传感器完成自动测温，通过另一个漫反射光电开关和摄像头完成自动拍照，通过吸管组件完成自动取样，通过接近开关完成智能充电。该比赛用巡检机器人能够很好的完成比赛项目，动作灵敏，运行精确，为以后进一步研发巡检机器人提供了基础。

附图说明

图1为比赛用场地示意图。

图2为比赛用巡检机器人的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

结合图1和图2，一种比赛用巡检机器人，机器人外壳1，机器人外壳的底部设置有底盘，底盘上安装有4个麦克纳姆轮2。

底盘的材料为环氧树脂板。

底盘上设置有陀螺仪和寻迹模块，机器人外壳内设置有主控制模块、测时测速模块、物体避让模块、物体测温模块、物体抓拍模块、物体抓取模块、自动充电模块和驱动模块。

主控制模块包括PLC控制器，PLC控制器的型号为s7-200 smart。

寻迹模块包括横向设置在底盘上的多个磁导航传感器，磁导航传感器有8个，8个磁导航传感器呈横排的设置在底盘上。

磁导航传感器与磁条轨道配合，使得机器人能沿着磁条轨道直线行驶。

横向的磁导航传感器与纵向的磁条轨道相互垂直，通过磁导航传感器与磁条轨道的位置关系，判断机器人左偏或右偏轨道，然后通过调节4个麦克纳姆轮的转速，调节机器人的行驶方向。

4个麦克纳姆轮进行编号，左前轮为1号轮，右前轮为2号轮，右后轮为3号轮，左后轮为4号轮，当机器人左偏的时候2号和4号轮进行低速运行，同时1号和3号轮高速运行，当机器人右偏的时候，1号和3号高速运行，2号和4号低速运行，就这样机器人能边行走边调偏，运动起来非常流畅自如，使机器人按照规定的路线进行巡检。

测时测速模块包括漫反射光电开关，漫反射光电开关有两个，两个漫反射光电开关分别设置在机器人外壳的左右两侧。

其中，位于机器人外壳右侧的漫反射光电开关是用来对机器人进行测速的，位于机器人外壳左侧的漫反射光电开关用于拍照区域的判定。

右侧的漫反射光电开关记录机器人自A柱到B柱的时间，已知A柱到B柱的距离的情况下，PLC控制器就能计算出A柱到B柱间机器人的速度。

漫反射光电开关是一种无需与运动部件进行机械直接接触而可以操作的位置开关，当物体接近漫反射光电开关的感应面时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动直流电路或给PLC装置提供控制指令。漫反射光电开关既有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等，并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。当金属检测体接近开关的感应区，开关就能无接触、无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反映出运动结构的位置和行程。

该机器人还配置有一个操作显示屏，A柱到B柱间机器人的速度能显示在操作显示屏上。

物体避让模块包括红外测距传感器，红外测距传感器有三个，分别设置在机器人外壳的前部、左侧和右侧。

红外测距传感器在机器人避障过程中使用，在机器人外壳前部的红外测距传感器检测到前方存在障碍物时，机器人进行左横移-前移-后横移，或者右横移-前移-左横移来避开障碍物。例如，在左横移-前移-后横移避障时，机器人外壳右侧的红外测距传感器会实时检测是否完全避开了障碍物，在右横移-前移-左横移避障时，机器人外壳左侧的红外测距传感器会实时检测是否完全避开了障碍物。

红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的原理，进行障碍物远近的检测。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到PLC控制器，机器人就可利用红外的返回信号来识别周围坏境的变化。利用红外线传播时不扩散原理，因为红外线在穿越其它物质时折射率很小，所以长距离的测距都会考虑到红外线，而红外线的传播是需要时间的，当红外线从测距仪发出碰到反射物被反射回来被接受到，再根据红外线从被发出和被接受到的时间及红外线的传播速度就可以算出距离。

物体测温传感器模块包括红外温度传感器，红外温度传感器设置在机器人外壳的前部，红外温度传感器能对物体进行测温，并将测温数据送至操作显示屏上显示，另外，如果测温温度高于PLC控制器的设定值，则机器人上设置的声光报警器能进行声光报警。

物体抓拍模块包括摄像头3，摄像头设置在机器人外壳的前部，摄像头能对物体进行拍照。

物体抓拍过程需要配合上述的位于机器人外壳左侧的漫反射光电开关，由于需要判断对哪个特定的物体进行拍照，所以机器人外壳左侧的漫反射光电开关能够精确的找到需要拍照的位置，再由摄像头进行拍照。

物体抓取模块包括吸管组件，吸管组件连接有涵道风机，吸管组件包括纵向段主管，主管的后部与涵道风机相连，主管上设置有3个弯管4，弯管伸出机器人外壳并朝下设置，弯管位于机器人外壳的右侧。

在采样区设置3个取样盒，每个取样盒内放置多个乒乓球，模拟危险品，通过弯管对乒乓球进行吸取，模拟危险物品取样。

自动充电模块包括设置在底盘上的接近开关，模拟充电区处设置有金属板，模拟充电板，当机器人的接近开关检测到金属板后，机器人停止前行，模拟充电过程。

驱动模块包括4个直流减速电机，每个直流减速电机与一个麦克纳姆轮相连，PLC控制器通过直流减速电机完成麦克纳姆轮的控制。

陀螺仪是在机器人转动过程确保机器人转动到位。

上述陀螺仪、磁导航传感器、漫反射光电开关、红外测距传感器、红外温度传感器、摄像头、涵道风机、接近开关和直流减速电机均与PLC控制器电连接。

上述操作显示屏与机器人是无线连接的，操作显示屏显示页面一共设置了五部分，第一部分就是人机欢迎界面、底层的切换窗口，第二部分就是手动控制界面，手动控制界面共分为4小部分，在最右面是机器人的启动、停止、风机的启动和停止，还有机器人的左转弯和右转弯操作按钮，在中间位置是智能机器人行走的低速高速切换按钮和风机的高速低速切换按钮，在最左边是机器人行走的前进、后退和向左平移、向右平移，使智能机器人能够直角转弯时平移，在操作显示屏的下方是八个寻迹传感器的显示指示灯，通过指示灯的显示看机器人是否有脱离赛道，并自动进行调偏，第三部分是自动控制界面在最右面是有机器人对物体测出来的温度进行显示、和A、B柱进行测距并显示的通过时间，在最左面是机器人的充电投入显示，进入到充电区以后智能机器人到达指定位置进行充电显示，最下面是机器人的寻迹传感器的显示指示灯，显示智能机器人的行走路线并及时对智能机器人进行自动调偏，第四部分是参数设置界面上半部分，主要对智能机器人的行走高速和低速、四个驱动微型直流减速电机的参数设置和吸取装置涵道风机的高速、低速设置，下半部分主要显示的是避障数据的，在避障传感器检测到前方的障碍物时，进行停止并启动左移避开障碍物、在避开障碍以后在进行右移回到赛道上来。第五部分主要是I/O监控界面，主要显示机器人各行走电机的。

本发明提供的比赛用巡检机器人比赛过程如下：

机器人从启动区S处启动，沿磁条轨道前行，在经过A柱和B柱的过程中，通过右侧的漫反射光电开关进行测速，在这个前行过程，通过磁导航传感器与磁条轨道完成自动寻迹，保证机器人不偏移路线，前行到距离障碍物前方500mm的位置，机器人停止并进行声光报警，然后进行左横移-前移-右横移，最终回到磁条轨道上，完成避障；机器人继续前行至测温区，在需要测温物体前200mm处自动停止，红外温度传感器对物体进行测温，测温完成后，机器人后退至原轨道并顺时针旋转90度，继续前行至拍照区，拍照区摆放4个需要拍照的物体，根据赛前抽到的编号，例如对3号物体进行拍照，则左侧的漫反射光电开关检测移到到3号物体处，机器人逆时针转动90度，摄像头对3号物体拍照，拍照完成后，机器人横向移动至采样区，涵道风机启动，弯管对采样区的取样盒内的乒乓球进行吸取，吸取完成后，机器人后退，并转动180度，使得机器人的前部朝向结束区，继续前行至模拟充电区与主轨道的交点处，并顺时针转动90度，机器人前移到充电区进行模拟充电，充电完成后，机器人后退至模拟充电区与主轨道的交点处，逆时针转动90度，继续前行至结束区，整个巡检过程结束。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种比赛用巡检机器人，其特征在于，机器人外壳，机器人外壳的底部设置有底盘，底盘上安装有4个麦克纳姆轮，底盘上设置有陀螺仪和寻迹模块，机器人外壳内设置有主控制模块、测时测速模块、物体避让模块、物体测温模块、物体抓拍模块、物体抓取模块、自动充电模块和驱动模块；

主控制模块包括PLC控制器，寻迹模块包括横向设置在底盘上的多个磁导航传感器，测时测速模块包括漫反射光电开关，物体避让模块包括红外测距传感器，物体测温传感器模块包括红外温度传感器，物体抓拍模块包括摄像头，物体抓取模块包括吸管组件，吸管组件连接有涵道风机，自动充电模块包括设置在底盘上的接近开关，驱动模块包括4个直流减速电机，每个直流减速电机与一个麦克纳姆轮相连；

所述陀螺仪、磁导航传感器、漫反射光电开关、红外测距传感器、红外温度传感器、摄像头、涵道风机、接近开关和直流减速电机均与PLC控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种比赛用巡检机器人，其特征在于，所述磁导航传感器与磁条轨道配合，使得机器人能沿着磁条轨道直线行驶；

磁导航传感器有8个，8个磁导航传感器呈横排的设置在底盘上。

3.根据权利要求1所述的一种比赛用巡检机器人，其特征在于，所述漫反射光电开关有两个，两个漫反射光电开关分别设置在机器人外壳的左右两侧。

4.根据权利要求1所述的一种比赛用巡检机器人，其特征在于，所述红外测距传感器有三个，分别设置在机器人外壳的前部、左侧和右侧。

5.根据权利要求1所述的一种比赛用巡检机器人，其特征在于，红外温度传感器和摄像头均设置在机器人外壳的前部，红外温度传感器能检测物体的温度，摄像头能对物体进行拍照。

6.根据权利要求1所述的一种比赛用巡检机器人，其特征在于，所述吸管组件包括纵向段主管，主管的后部与涵道风机相连，主管上设置有3个弯管，弯管伸出机器人外壳并朝下设置，弯管位于机器人外壳的右侧。

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