CN112247999A - 一种巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巡检机器人，其包括：可移动底盘、安装于所述可移动底盘的可折叠式升降支架以及安装于所述可折叠式升降支架的检测头部；其中，所述可折叠式升降支架包括：升降驱动电机，安装于所述可移动底盘，用以驱动所述可折叠式升降支架进行升降操作；基座支架，一端与所述升降驱动电机连接并可进行升降动作；浮动支架，一端与所述基座支架连接，另一端与所述检测头部连接，用以在所述基座支架的驱动下实现升降动作。本发明可模拟检测人员轻松完成俯视、仰视、下蹲、前探等动作，以灵活地完成对不同的飞机，以及飞机不同的部位、部件进行检测，检测精度高、不会出现误检漏检等情况；同时可大幅减小体积和空间占用。

Description

一种巡检机器人

技术领域

本发明涉及一种巡检机器人，用于大型设备的检测，尤其是用于航空领域中飞机的检测。

背景技术

由于飞机在服役期间经常会发生部件劳损，鸟撞，遭遇雷击或跑道外物入侵造成损坏等情况，为了确保飞行安全,每次飞行前飞行员或者机务人员负有确保飞机具有适航性的责任，需要对飞机进行例行的安全检查以确保飞机能够安全起飞。即日常的航线维护工作中，针对飞机进行绕机检查是一个非常重要的环节。工作人员需要在飞机停靠的有限时间内，对飞机各种缺陷的进行评估，其工作质量的好坏直接关系到飞机的适航性，同时也是飞机“安全、正点”的重要保证。

但由工作人员进行检测除了耗费大量的人力以外，还会因为人的注意力、视力变化等原因造成主观误检漏检等情况，造成检测结果并准确，而严重情况下会影响飞行的安全。针对于上述不足，现有技术也开发了一些检测机器人，例如CN201080060045.8号专利公开的“移动式飞机检查系统”，该专利公开的检查系统结构庞大且灵活性差，虽然可以实现飞机绕行检查，但对于机腹等低矮的位置则无法进行检测，依然需要人工检测进行补充，同时该系统制造复杂、成本高昂且占用机场较多的空间。

一般飞机检测工作人员的高身高为170cm至185cm，其各种检测动作相对比较灵活，针对不同的飞机、不同的检测部件及部位，均可轻松完成俯视、仰视、下蹲、前探等动作。但是对于绕机检查智能机器人，则不容易实现这些动作。但是为了完成检测工作，机器人也必须具有相应的动作和功能，因此必须模拟人的下蹲和起身，并进行多方位的观测。而现有技术则无法实现这一要求。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供一种巡检机器人，其通过结构设计的改进，可模拟检测人员轻松完成俯视、仰视、下蹲、前探等动作，使其可以灵活地完成对不同的飞机，以及飞机不同的部位、部件进行检测，而且检测精度高、不会出现误检漏检等情况；同时，通过折叠式结构设计，工作时展开而收工时折叠，大幅减小体积和空间占用。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种巡检机器人，用于大型设备的检测，包括：可移动底盘、安装于所述可移动底盘的可折叠式升降支架以及安装于所述可折叠式升降支架的检测头部；

其中，所述可折叠式升降支架包括：

升降驱动电机，安装于所述可移动底盘，用以驱动所述可折叠式升降支架进行升降操作；

基座支架，一端与所述升降驱动电机连接并可进行升降动作；

浮动支架，一端与所述基座支架连接，另一端与所述检测头部连接，用以在所述基座支架的驱动下实现升降动作。

其中，所述基座支架包括：

基座主动多连杆机构，与所述升降驱动电机连接，用以实现所述基座支架的升降动作；

基座从动多连杆机构，与所述基座主动多连杆机构连接并与所述浮动支架连接，用以带动所述浮动支架实现升降动作。

其中，所述浮动支架包括：

浮动主动多连杆机构，一端与所述基座从动多连杆机构连接，用以在所述基座从动多连杆机构的驱动下实现所述浮动支架的升降动作；

浮动从动多连杆机构，一端与所述浮动主动多连杆机构连接另一端与所述检测头部连接，用以带动所述检测头部实现高度调整。

其中，所述基座主动多连杆机构包括：

基座主动连杆轴，与所述升降驱动电机连接用以接收所述升降驱动电机的驱动力；

基座主动连杆，分别与所述基座主动连杆轴的两端连接，用以根据所述基座主动连杆轴的转动进行升降动作；

基座主动连杆支撑轴，与所述基座主动连杆连接，用以通过至少一个支架连接杆与所述基座从动多连杆机构连接。

其中，所述基座从动多连杆机构包括：

两个基座从动连杆，分别与所述第一支架连接齿轮轴的两端连接，用以根据所述第一支架连接齿轮轴的驱动进行升降动作；

基座从动连杆支撑轴，安装于所述可移动底座，用以固定所述基座从动多连杆机构的一端；

第一支架连接齿轮轴，通过至少一个所述支架连接杆与所述基座主动多连杆机构连接，用以驱动所述基座从动多连杆机构；

所述第一支架连接齿轮轴两端还各设一个基座端齿轮。

其中，所述浮动主动多连杆机构包括：

第二支架连接齿轮轴，所述第二支架连接齿轮轴两端还各设一个浮动端齿轮，用以对应的与所述基座端齿轮啮合连接，以驱动所述浮动主动多连杆机构进行升降动作；

两个浮动主动连杆，分别与所述第二支架连接齿轮轴的两端连接，用以根据所述第二支架连接齿轮轴的驱动进行升降动作；

浮动主动连接杆，与所述两个浮动主动连杆连接，同时通过至少一个顶部连接杆与所述浮动从动多连杆机构连接。

其中，所述浮动从动多连杆机构包括：

浮动从动连杆支撑轴，通过所述支架连接杆与所述第二支架连接齿轮轴连接，用以驱动所述浮动从动多连杆机构；

两个浮动从动连杆，分别与所述浮动从动连杆支撑轴的两端连接，用以根据所述浮动从动连杆支撑轴的驱动进行升降动作；

浮动从动连接杆，与所述两个浮动从动连杆连接，同时通过至少一个顶部连接杆与所述浮动主动连接杆连接；同时，所述浮动从动连接杆与所述检测头部连接，用以带动所述检测头部实现高度调整。

其中，相同一侧的所述浮动从动连杆和所述浮动主动连杆之间设有若干平衡臂。

其中，所述平衡臂为气压弹簧。

其中，所述基座主动连杆轴两端各设有一个第一同步带轮，所述升降驱动电机与两个第二同步带轮连接，所述第一同步带轮和所述第二同步带轮通过第一同步传送带连接。

其中，所述可移动底盘上设置一操作壳体，所述可折叠式升降支架安装于所述操作壳体上。

其中，所述操作壳体内设置有用以控制所述升降驱动电机的控制单元。

其中，所述检测头部包括：

采集端，用于采集数据；

固定平台，用于固定所述采集端。

其中，所述检测头部还包括：用于将所述固定平台可活动地固定于所述浮动从动连接杆的摇臂。

其中，所述检测头部还包括：

平台电机，安装于所述可折叠式升降支架，用于调整所述固定平台的位置；

摇臂电机，安装于所述可折叠式升降支架，用于调整所述摇臂的摆动。

本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明进行了结构的全面优化设计，通过可移动底座实现巡检机器人的自由移动绕行，通过可折叠式升降支架使该巡检机器人能够对飞机不同高度、不同部位的各个部件进行精准的检测；而且，该可折叠式升降支架在折叠状态下可以大大降低巡检机器人的高度，使其能够在机腹下方穿行，增加其绕行自由度的同时还可以对其他大型设备无法触及的机腹下部进行精准检测。同时，该巡检机器人可以完全的模拟人工的常规检测动作，能够完成对检测对象的俯视、仰视、下蹲、前探等动作，灵活高，检测面积大，节省人工，并且检测精准度高，没有人工漏检、误检的风险。此外，通过折叠式结构设计，工作时展开而收工时折叠，可大幅减小日常保管时的体积和空间占用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例巡检机器人展开状态的立体结构示意图。

图2为本发明实施例巡检机器人展开状态另一视角的立体结构示意图。

图3为本发明实施例巡检机器人拆除外壳内时的立体结构示意图。

图4为本发明实施例巡检机器人浮动头部的局部结构示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以式例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将接合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施例1：

请参见附图，如图1所示的巡检机器人，可用于大型设备的检测，尤其是飞机机身等大型设备的外表面性状特征检测，该巡检机器人1包括：可移动底盘10、安装于可移动底盘10的可折叠式升降支架20以及安装于可折叠式升降支架的检测头部30。其中，可折叠式升降支架20包括：

升降驱动电机40，安装于可移动底盘10，用以驱动可折叠式升降支架20进行升降操作；

基座支架210，一端与升降驱动电机40连接并可进行升降动作；

浮动支架220，一端与基座支架210连接，另一端与检测头部30连接，用以在基座支架210的驱动下实现升降动作。

具体的，基座支架210包括：

基座主动多连杆机构211，与升降驱动电机40连接，用以实现基座支架210的升降动作；基座从动多连杆机构212，与基座主动多连杆机构211连接并与浮动支架220连接，用以带动浮动支架220实现升降动作。

浮动支架220包括：

浮动主动多连杆机构221，一端与基座从动多连杆机构212连接，用以在基座从动多连杆机构212的驱动下实现浮动支架220的升降动作；浮动从动多连杆机构222，一端与浮动主动多连杆机构221连接另一端与检测头部30连接，用以带动检测头部30实现高度调整。

参见图2，更具体的，基座主动多连杆机构211包括：基座主动连杆轴215，与升降驱动电机40连接用以接收升降驱动电机40的驱动力；基座主动连杆213，分别与基座主动连杆轴215的两端连接，用以根据基座主动连杆轴215的转动进行升降动作；基座主动连杆支撑轴217，与基座主动连杆213连接，用以通过至少一个支架连接杆202与基座从动多连杆机构212连接。参见图3，基座主动连杆轴215穿设于基座支架支撑杆241，该基座支架支撑杆241设置于外壳40内，数量为两根。

其中，基座从动多连杆机构212包括：第一支架连接齿轮轴218，通过至少一个支架连接杆202与基座主动多连杆机构211连接，用以驱动基座从动多连杆机构212；两个基座从动连杆214，分别与第一支架连接齿轮轴218的两端连接，用以根据第一支架连接齿轮轴218的驱动进行升降动作；基座从动连杆支撑轴216，安装于可移动底座10，用以固定基座从动多连杆机构212的一端；第一支架连接齿轮轴218两端固连基座端齿轮203。固连的方式包括使用两个或两个以上的螺钉让基座端齿轮203和第一支架连接齿轮轴218之间没有相对运动。

参见图3，基座从动连杆支撑轴216也穿设于基座支架支撑杆241。

浮动主动多连杆机构221包括：

第二支架连接齿轮轴225，第二支架连接齿轮轴225两端还各固连一个浮动端齿轮204，用以对应的与基座端齿轮203啮合连接，以驱动浮动主动多连杆机构221进行升降动作；固连的方式包括使用两个或两个以上的螺钉让基座端齿轮204和第二支架连接齿轮轴225之间没有相对运动。两个浮动主动连杆223，分别与第二支架连接齿轮轴225的两端连接，用以根据第二支架连接齿轮轴225的驱动进行升降动作；浮动主动连接杆227，与两个浮动主动连杆223连接，同时通过至少一个顶部连接杆205与浮动从动多连杆机构222连接。

其中，浮动从动多连杆机构222包括：

浮动从动连杆支撑轴226，通过支架连接杆202与第二支架连接齿轮轴225连接，用以驱动浮动从动多连杆机构222；两个浮动从动连杆224，分别与浮动从动连杆支撑轴226的两端连接，用以根据第一支架连接齿轮轴226的驱动进行升降动作；浮动从动连接杆228，与两个浮动从动连杆224连接，同时通过至少一个顶部连接杆205与浮动主动连接杆227连接；同时，浮动从动连接杆228与检测头部30连接，用以带动检测头部30实现高度调整。

本实施例中，相同一侧的浮动从动连杆224和浮动主动连杆223之间设有若干平衡臂206，优选的平衡臂206为气压弹簧，具体为氮气弹簧。

在上述的可折叠式升降支架20中，基座主动连杆支撑轴217、第一支架连接齿轮轴218、第二支架连接齿轮轴225、浮动从动连杆支撑轴226均通过两个支架连接杆202连接。且优选的，基座主动连杆支撑轴217和浮动从动连杆支撑轴226均可相对于支架连接杆202相对于转动以实现基座支架210和浮动支架220间最大限度的折叠。同时，基座主动多连杆机构211、基座从动多连杆机构212、浮动主动多连杆机构221以及动浮动多连杆机构222均为平行四边形；基座主动多连杆机构211的基座主动连杆213之间可以设置至少一个稳定杆201，可以对基座主动多连杆机构211进行加固。同样的，基座从动多连杆机构212、浮动主动多连杆机构221以及动浮动多连杆机构222也均可以在与基座主动多连杆机构211与对应或相似的位置设置稳定杆201。另外，平衡臂206和浮动从动连杆224之间，平衡臂206和浮动主动连杆223之间，均采用可转动的连接方式，可以实现浮动从动连杆224实现二和浮动主动连杆223之间可以进行折叠和打开。另外，如有必要，可以在基座从动连杆214和基座主动侧臂213之间设置平衡臂206。

即，可折叠式升降支架20采用多连杆交叉平行四边形机构实现升降功能，其结构的整体重量由平衡臂206，即气压弹簧进行平衡，平衡臂206即氮气弹簧的力，随氮气弹簧的长度变化而变化，利用余弦定理求出氮气弹簧的长度。在升降驱动电机40不输出力矩时，可折叠式升降支架20仅气压弹簧的力即可以实现悬停在伸缩范围内的任何一个位置。升降驱动电机40输出一个微小的力矩即可以控制可折叠式升降支架20，该力矩只需要平衡整个可折叠式升降支架20各个转轴及连接轴之间的摩擦力即可，因此控制相对简单，且容易实现精确定位，同时升降效率高，而且步进电机承受的扭矩小，损失小，机构稳定，可有效节约能源。

参见图2，本实施例中，可移动底盘10包括底座101以及轮子102。可移动底盘10上还安装有操作壳体50，该操作壳体50内设置有控制升降驱动电机40的控制单元(图中未示出)，该控制单元40还可以控制检测头部30的位置以及控制检测头部30进行检测操作。其中，可折叠式升降支架20可以安装于该操作壳体50，具体的，基座主动连杆轴215和第一支架连接齿轮轴218贯穿该操作壳体50。同时，升降驱动电机40也安装于该操作壳体50内，升降驱动电机40还与两个第二同步带轮401连接。基座主动连杆轴215两端各设有一个第一同步带轮219，第一同步带轮219和第二同步带轮401通过第一同步传送带402连接，以实现升降驱动电机40对基座主动连杆轴215的力矩输出。优选的，采用两个升降驱动电机40分别对位于设置在基座主动连杆轴215两侧的第一同步带轮219进行力矩输出，以实现最优的升降平衡和平稳效果。优选的，第一同步带轮219与第一转轴231连接，且第一转轴231转轴与基座主动连杆轴215与连接；第二同步带轮401与第二转轴403连接，且第二转轴403与升降驱动电机40连接。

参见图1和图2，检测头部30具体包括：

采集端301，优选为视觉采集设备，例如摄像头，用于采集数据；固定平台308，用于固定该采集端301。该视觉采集设备还可以进一步集成无线通讯模块，以与现场控制主机或者远程服务器连接，受其控制并将采集的视频或图像等数据，传输给该现场控制主机或者远程服务器进行分析处理。

进一步的，检测头部30还包括：

摇臂303，用于将固定平台308可活动地固定于浮动从动连接杆228的摇臂303；平台电机310，安装于可折叠式升降支架20，用于调整固定平台308的位置；摇臂电机307，安装于可折叠式升降支架20，用于调整摇臂303的摆动。

具体的，固定平台308与摇臂303连接，摇臂303同时与浮动从动连接杆228附连；其中，固定平台308还设有一第三转轴309，该第三转轴309与第三同步带轮302固连，第三同步带轮302通过第二同步传送带305与设置在浮动从动连接杆228上第四同步带轮304连接，以实现平台电机310对固定平台308的位置的调整。其中，第四同步带轮304可在第四转轴306上自由旋转，该第四转轴306可在浮动从动连接杆228上自由旋转。参见图4，平台电机310与第一平台驱动伞齿311连接，第一平台驱动伞齿311与于其垂直的第二平台驱动伞齿312连接，第二平台驱动伞齿312与第四同步带轮304连接以实现平台电机310对固定平台308的位置的调整。另外，检测头部30，还包括摇臂303，其中一个摇臂303与第四转轴306固连，参见图4，摇臂电机307与第一摇臂驱动伞齿313连接，第一摇臂驱动伞齿313与于其垂直的第二摇臂驱动伞齿314连接，第二摇臂驱动伞齿314与摇臂303连接以实现摇臂电机310对摇臂303的位置的调整。其中，摇臂电机307以及平台电机310均可通过有线或无线的方式与控制单元进行信号连接。其中，第二平台驱动伞齿312可在第四转轴306上自由旋转，当摇臂电机307驱动第四转轴306旋转时，不会影响第四同步带轮304自由带动固定平台308旋转，即，摇臂电机307和平台电机310能分别独立控制摇臂303和固定平台308。

本发明通过结构的全面优化设计，通过可移动底座实现巡检机器人的自由移动绕行，同时通过可折叠式升降支架是该巡检机器人能够对不同的飞机、飞机不同高度、不同部位的各个部位或者部件进行针对性检测；而且，该可折叠式升降支架在折叠后可以大大降低巡检机器人的高度，使其能够在机腹下方穿行，增加其绕行自由度的同时还可以对其他大型设备无法触及的机腹下部进行检测。同时，该巡检机器人可以最大限度的模拟人工的常规检测，能够完成俯视、仰视、下蹲、前探等动作，灵活高，检测面积大，节省人工，并且没有人工漏检、误检的风险。

本发明特别针对高度较低的飞机，人工检测时需要以半蹲的方式在机腹下工作，检测人员较为疲劳且受视线影响、检测准确性较低。本发明提供的摇臂电机和平台电机可以控制检测头部的俯仰角度，比如发动机下部需要摄像头从比较低的位置去采集视频或者图像信息，该巡检机器人结合可调节的检测头部能够有效减轻工作人员的劳动强度。飞机的机身，发动机叶片的检查，也需要从多角度进行图像采集以准确检测，本发明通过其检测头部能够从不同方位进行拍摄或者摄影满足远程多角度检查或者监控的需要。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (15)

1.一种巡检机器人，其特征在于，包括：可移动底盘、安装于所述可移动底盘的可折叠式升降支架以及安装于所述可折叠式升降支架的检测头部；

其中，所述可折叠式升降支架包括：

升降驱动电机，安装于所述可移动底盘，用以驱动所述可折叠式升降支架进行升降操作；

基座支架，一端与所述升降驱动电机连接并可进行升降动作；

浮动支架，一端与所述基座支架连接，另一端与所述检测头部连接，用以在所述基座支架的驱动下实现升降动作。

2.如权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，所述基座支架包括：

基座主动多连杆机构，与所述升降驱动电机连接，用以实现所述基座支架的升降动作；

基座从动多连杆机构，与所述基座主动多连杆机构连接并与所述浮动支架连接，用以带动所述浮动支架实现升降动作。

3.如权利要求2所述的巡检机器人，其特征在于，所述浮动支架包括：

浮动主动多连杆机构，一端与所述基座从动多连杆机构连接，用以在所述基座从动多连杆机构的驱动下实现所述浮动支架的升降动作；

浮动从动多连杆机构，一端与所述浮动主动多连杆机构连接另一端与所述检测头部连接，用以带动所述检测头部实现高度调整。

4.如权利要求3所述的巡检机器人，其特征在于，所述基座主动多连杆机构包括：

基座主动连杆轴，与所述升降驱动电机连接用以接收所述升降驱动电机的驱动力；

基座主动连杆，分别与所述基座主动连杆轴的两端连接，用以根据所述基座主动连杆轴的转动进行升降动作；

基座主动连杆支撑轴，与所述基座主动连杆连接，用以通过至少一个支架连接杆与所述基座从动多连杆机构连接。

5.如权利要求4所述的巡检机器人，其特征在于，所述基座从动多连杆机构包括：

两个基座从动连杆，分别与所述第一支架连接齿轮轴的两端连接，用以根据所述第一支架连接齿轮轴的驱动进行升降动作；

基座从动连杆支撑轴，安装于所述可移动底座，用以固定所述基座从动多连杆机构的一端；

第一支架连接齿轮轴，通过至少一个所述支架连接杆与所述基座主动多连杆机构连接，用以驱动所述基座从动多连杆机构；

所述第一支架连接齿轮轴两端还各设一个基座端齿轮。

6.如权利要求5所述的巡检机器人，其特征在于，所述浮动主动多连杆机构包括：

第二支架连接齿轮轴，所述第二支架连接齿轮轴两端还各设一个浮动端齿轮，用以对应的与所述基座端齿轮啮合连接，以驱动所述浮动主动多连杆机构进行升降动作；

两个浮动主动连杆，分别与所述第二支架连接齿轮轴的两端连接，用以根据所述第二支架连接齿轮轴的驱动进行升降动作；

浮动主动连接杆，与所述两个浮动主动连杆连接，同时通过至少一个顶部连接杆与所述浮动从动多连杆机构连接。

7.如权利要求6所述的巡检机器人，其特征在于，所述浮动从动多连杆机构包括：

浮动从动连杆支撑轴，通过所述支架连接杆与所述第二支架连接齿轮轴连接，用以驱动所述浮动从动多连杆机构；

两个浮动从动连杆，分别与所述浮动从动连杆支撑轴的两端连接，用以根据所述浮动从动连杆支撑轴的驱动进行升降动作；

浮动从动连接杆，与所述两个浮动从动连杆连接，同时通过至少一个顶部连接杆与所述浮动主动连接杆连接；同时，所述浮动从动连接杆与所述检测头部连接，用以带动所述检测头部实现高度调整。

8.如权利要求7所述的巡检机器人，其特征在于，相同一侧的所述浮动从动连杆和所述浮动主动连杆之间设有若干平衡臂。

9.如权利要求8所述的巡检机器人，其特征在于，所述平衡臂为气压弹簧。

10.如权利要求8所述的巡检机器人，其特征在于，所述基座主动连杆轴两端各设有一个第一同步带轮，所述升降驱动电机与两个第二同步带轮连接，所述第一同步带轮和所述第二同步带轮通过第一同步传送带连接。

11.如权利要求1-10任一项所述的巡检机器人，其特征在于，所述可移动底盘上设置一操作壳体，所述可折叠式升降支架安装于所述操作壳体上。

12.如权利要求11任一项所述的巡检机器人，其特征在于，所述操作壳体内设置有用以控制所述升降驱动电机的控制单元。

13.如权利要求1-10任一项所述的巡检机器人，其特征在于，所述检测头部包括：

采集端，用于采集数据；

固定平台，用于固定所述采集端。

14.如权利要求13所述的巡检机器人，其特征在于，所述检测头部还包括：用于将所述固定平台可活动地固定于所述浮动从动连接杆的摇臂。

15.如权利要求14所述的巡检机器人，其特征在于，所述检测头部还包括：

平台电机，安装于所述可折叠式升降支架，用于调整所述固定平台的位置；

摇臂电机，安装于所述可折叠式升降支架，用于调整所述摇臂的摆动。

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