CN112549883A - 四轮驱动机构和管道箱涵检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种四轮驱动机构和管道箱涵检测机器人，其中，四轮驱动机构用于管道箱涵检测机器人，管道箱涵检测机器人包括机器人本体，四轮驱动机构包括第二支撑架、滚轮以及驱动臂，第二支撑架用以支撑机器人本体，滚轮设置有四个，四个滚轮连接在第二支撑架上，并用以带动机器人本体移动，每个滚轮上各设置有一个驱动臂，每一个驱动臂分别驱动一个滚轮移动。本发明技术方案能够解决管道箱涵检测机器人越障能力相对较差，导致其工作受到限制的问题。

Description

四轮驱动机构和管道箱涵检测机器人

技术领域

本发明涉及智能检测设备技术领域，特别涉及一种四轮驱动机构和管道箱涵检测机器人。

背景技术

对于一些在特殊环境下进行的工作，例如在空间狭小的电缆沟中进行线缆巡视、对管径较小的管道进行内部检查或者在易燃易爆环境下进行安全巡检等，通常借助管道箱涵检测机器人等智能探测设备完成。而目前的管道箱涵检测机器人越障能力相对较差，无法在复杂的地形环境中作业，导致管道箱涵检测机器人的工作受到限制。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种四轮驱动机构，旨在解决管道箱涵检测机器人越障能力相对较差，导致其工作受到限制的问题。

为实现上述目的，本发明提出的四轮驱动机构，用于管道箱涵检测机器人，所述管道箱涵检测机器人包括机器人本体，所述四轮驱动机构包括：

第二支撑架，用以支撑所述机器人本体；

滚轮，设有四个，四个所述滚轮连接于所述第二支撑架，用以带动所述机器人本体移动；以及

驱动臂，每一所述滚轮上各设有一所述驱动臂，每一所述驱动臂分别驱动一所述滚轮移动。

在一实施例中，每一所述驱动臂包括上下摆动的纵向摆动部以及左右摆动的横向摆动部，所述横向摆动部与所述纵向摆动部连接，且所述滚轮与所述第二支撑架之间通过所述横向摆动部和所述纵向摆动部进行连接。

在一实施例中，所述纵向摆动部包括设于所述第二支撑架的第二驱动组件以及连接于所述第二驱组件的驱动端的纵向摆动臂，所述第二驱动组件驱动所述纵向摆动臂纵向摆动。

在一实施例中，所述第二驱动组件包括安装于所述第二支撑架上的第二电机以及第二涡轮蜗杆结构，所述第二涡轮蜗杆结构安装于所述第二电机的驱动端，所述纵向摆动臂的一端与所述第二涡轮蜗杆结构连接。

在一实施例中，所述第二驱动组件还包括纵向部减速器，所述纵向部减速器与所述第二电机连接。

在一实施例中，所述横向摆动部包括与所述滚轮连接的舵机以及与所述舵机连接的平面连杆机构，所述舵机驱动所述平面连杆机构左右摆动。

在一实施例中，所述滚轮与所述驱动臂之间设有第三电机，所述第三电机的驱动端与所述滚轮连接，以驱动所述滚轮转动。

在一实施例中，所述第三电机与所述驱动臂之间连接有滚动部减速器。

在一实施例中，所述第三电机的驱动端与所述滚轮之间连接有锥齿轮。

本发明还提出一种管道箱涵检测机器人，包括机器人本体以及如前述的四轮驱动机构，所述四轮驱动机构承载所述机器人本体，并带动所述机器人本体移动。

本发明技术方案通过采用设置第二支撑架支撑机器人本体，在第二支撑架上设置四个滚轮带动机器人本体移动，并在每一个滚轮上各设置一条驱动臂，利用每一条驱动臂单独驱动与之连接的滚轮移动，当管道箱涵检测机器人在复杂的地形环境中作业时，可以根据地形特点通过各驱动臂单独驱动滚轮移动，从而解决管道箱涵检测机器人越障能力相对较差，导致其工作受到限制的问题。

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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明四轮驱动机构一实施例的结构示意图；

图2为图1中四轮驱动机构的驱动臂的结构示意图；

图3为本发明管道箱涵检测机器人一实施例的结构示意图；

图4为图3中管道箱涵检测机器人的部分结构示意图；

图5为图3中管道箱涵检测机器人的螺旋滚筒组件一实施例的结构示意图；

图6为图5中螺旋滚筒组件的第一支撑架和第一驱动组件的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				110	第一支撑架	232	第二电机
120	螺旋滚筒	233	第二涡轮蜗杆结构
				121	滚筒主体	234	纵向部减速器
122	端罩	235	纵向摆动臂
				123	连接杆	236	舵机
130	第一驱动组件	237	平面连杆机构
				131	第一电机	240	第三电机
132	第一涡轮蜗杆结构	250	滚动部减速器
				210	第二支撑架	260	锥齿轮
220	滚轮	300	浮力体
				230	驱动臂	400	3D激光雷达
231	第二驱动组件	500	水质采样器

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，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，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。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。

本发明提出一种四轮驱动机构，用于管道箱涵检测机器人，所述管道箱涵检测机器人包括机器人本体。

参照图1和图2，在本发明一实施例中，该四轮驱动机构包括第二支撑架210、滚轮220以及驱动臂230，第二支撑架210用以支撑机器人本体，滚轮220设置有四个，四个滚轮220连接于第二支撑架210，用以带动机器人本体移动，每一个滚轮220上各设置有一个驱动臂230，每一个驱动臂230分别驱动一个滚轮220移动。

本发明技术方案通过采用设置第二支撑架210支撑机器人本体，在第二支撑架210上设置四个滚轮220带动机器人本体移动，并在每一个滚轮220上各设置一条驱动臂230，利用每一条驱动臂230单独驱动与之连接的滚轮220移动，当管道箱涵检测机器人在复杂的地形环境中作业时，可以根据地形特点通过各驱动臂230单独驱动滚轮220移动，从而解决管道箱涵检测机器人越障能力相对较差，导致其工作受到限制的问题。

其中，四个滚轮220分别设置在第二支撑架210的四角处，从而保障滚轮220平稳地带动机器人本体移动。例如，四个滚轮220呈矩形分布或者呈等腰梯形分布，在一实施例中，四个滚轮220呈矩形分布，从而保障四轮驱动机构前后宽度一致，以尽可能地减小四轮驱动机构占用的空间，以利于在狭小空间内移动。

在一实施例中，每一驱动臂230包括上下摆动的纵向摆动部以及左右摆动的横向摆动部，横向摆动部与纵向摆动部连接，且滚轮220与第二支撑架210之间通过横向摆动部和纵向摆动部进行连接。通过设置纵向摆动部与横向摆动部对滚轮220与第二支撑架210之间进行连接，使得每一条摆动臂能够自由地上下摆动以及左右摆动，从而可以根据实际的作业环境调整每一条摆动臂的位置和角度，以便于四轮驱动机构带动机器人本体在复杂的作业环境下顺利地移动。例如，当四轮驱动机构在不平整的地方移动时，通过纵向摆动部调整左侧或者右侧的滚轮220抬高，以顺利通过，达到在不平整的地面也能顺利爬行的效果。或者，当四轮驱动机构移动的路径上出现凸起时，也可以通过横向摆动部调整左侧滚轮220与右侧滚轮220之间的间距，从而在无需绕行的情况下避开凸起的地方而顺利通过。另外，当四轮驱动机构移动的路径上出现水坑时，通过纵向摆动部抬高第二支撑架210的高度，避免第二支撑架210支撑的机器人本体沾水，从而对机器人本体起到保护作用。

在一实施例中，纵向摆动部包括第二驱动组件231和纵向摆动臂235，第二驱动组件231设置在第二支撑架210上，纵向摆动臂235连接于第二驱动组件231的驱动端，第二驱动组件231驱动纵向摆动臂235纵向摆动。利用第二驱动组件231驱动纵向摆动臂235纵向摆动，从而实现驱动臂230的纵向摆动。

在一实施例中，第二驱动组件231包括安装于第二支撑架210上的第二电机232以及第二涡轮蜗杆结构233，第二涡轮蜗杆结构233安装于第二电机232的驱动端，纵向摆动臂235的一端与第二涡轮蜗杆结构233连接。其中，第二电机232的电机轴横向设置，第二涡轮蜗杆结构233包括第二涡轮和第二蜗杆，第二蜗杆连接于第二电机232的驱动端，第二涡轮与第二蜗杆啮合，纵向摆动臂235的一端与第二涡轮固定。当第二电机232工作时，第二电机232的驱动端带动第二蜗杆转动，从而带动第二涡轮转动，进而带动纵向摆动臂235转动，实现纵向摆动臂235的上下摆动。

在一实施例中，第二驱动组件231还包括纵向减速器，纵向减速器与第二电机232连接，减速的同时提高输出扭矩，降低负载惯量。

在一实施例中，横向摆动部包括与滚轮220连接的舵机236以及与舵机236连接的平面连杆机构237，舵机236驱动平面连杆机构237左右摆动，从而通过舵机236与平面连杆机构237实现左右摆动。

在上述实施例中，滚轮220与驱动臂230之间设有第三电机240，第三电机240的驱动端与滚轮220连接，通过第三电机240转动，带动滚轮220转动，从而实现四轮驱动机构的移动。

在上述实施例中，第三电机240与驱动臂230之间连接有滚动部减速器250。在第三电机240与驱动臂230之间设置滚动部减速器250，减速的同时提高输出扭矩，降低负载惯量。

在上述实施例中，第三电机240的驱动端与滚轮220之间连接有锥齿轮260。锥齿轮260包括第一子齿轮和第二子齿轮，第一子齿轮与第二子齿轮啮合，第三电机240的电机轴与第一子齿轮连接，通过第三电机240转动带动第一子齿轮转动，从而带动与第一子齿轮啮合的第二子齿轮转动，实现驱动力的方向的改变，便于滚轮220的安装。

参照图3，在一实施例中，机器人本体上设有浮力体300，浮力体300用以增加管道箱涵检测机器人的浮力。通过在机器人本体上设置浮力体300，利用浮力体300增加管道箱涵检测机器人的浮力，从而避免管道箱涵检测机器人在水中行走时打湿机器人本体上的电力部件。其中，浮力体300由密度小于水的材料，如常见的塑料等制成。

在上述实施例中，机器人本体上设有3D激光雷达400。3D激光雷达400实现管道箱涵的内部结构和淤积物的三维建模，形成地下管网的数字地图便于管网老化破损的精确测量和定位以及淤堵现场的淤堵量的体积测量和计算，便于后续维修作业和清淤作业时的效率以及成本的控制。其中，3D激光雷达400的结构及原理参考现有技术，在此不再赘述。

在上述实施例中，机器人本体上设有水质采样器500。水质采样器500解决了管道箱涵中针对环保监控任务需求，实现了结构简单，无二次污染，多采集点一次完成提高了采集效率，节省检测成本。

参照图3和图4，本发明还提出一种管道箱涵检测机器人，该管道箱涵检测机器人包括机器人本体以及四轮驱动机构，该四轮驱动机构的具体结构参照上述实施例，由于本管道箱涵检测机器人采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，四轮驱动机构承载机器人本体，并带动机器人本体移动。

在一实施例中，管道箱涵检测机器人包括机器人本体、螺旋滚筒组件以及四轮驱动机构。

参照图5和图6，在本发明一实施例中，该螺旋滚筒组件包括第一支撑架110、螺旋滚筒120以及第一驱动组件130，第一支撑架110用以支撑机器人本体，螺旋滚筒120设有两个，两个螺旋滚筒120分别连接于第一支撑架110的两端，用以带动机器人本体移动，第一驱动组件130连接于第一支撑架110上，用以驱动两个螺旋滚筒120相互靠近或者远离。

本发明技术方案通过采用设置第一支撑架110支撑机器人主体，在第一支撑架110的两端分别设置螺旋滚筒120，利用螺旋滚筒120带动机器人本体移动，并在第一支撑架110上设置第一驱动组件130，利用第一驱动组件130驱动两个螺旋滚筒120相互靠近或者远离。从而在保障管道箱涵检测机器人的尺寸适中以保障智能探测设备的任务载荷能力以及结构稳定性的同时，使得管道箱涵检测机器人可以在作业过程中根据工作环境的空间尺寸而控制两个螺旋滚筒120相互靠近或者远离，以达到将管道箱涵检测机器人折叠或者展开的效果，进而使管道箱涵检测机器人的尺寸适应其工作环境空间尺寸的变化，以顺利通行并保障其正常工作。

在上述实施例中，通过第一驱动组件130驱动两个螺旋滚筒120相互靠近或者远离，解决了管道箱涵检测机器人在进入管道竖井时的尺寸限制的问题，在进入过程中驱动两个螺旋滚筒120相互靠近以到达折叠的效果，在进入进入管道作业区后展开形成尺寸更大的结构，实现结构稳定性的提升，并提供更大的任务载荷能力，从而在实现多任务载荷的同时提供稳定的工作平台，提高了管道箱涵检测机器人的作业效率，降低了管道箱涵的巡检工作的时间成本。

在一实施例中，螺旋滚筒120与第一支撑架110转动连接，第一驱动组件130驱动螺旋滚筒120相对第一支撑架110转动，以使两个螺旋滚筒120相互靠近或者远离。通过将螺旋滚筒120与第一支撑架110转动连接，使两个螺旋滚筒120中的至少一个相对第一支撑架110转动，从而改变两个螺旋滚筒120之间的距离，实现螺旋滚筒组件的折叠与展开，以便于适应作业环境的空间大小变化。

在一实施例中，第一支撑架110包括至少两个间隔排布于螺旋滚筒120长度方向上的支撑杆。通过设置至少两个间隔排布于螺旋滚筒120的长度方向上的支撑杆对机器人本体进行支撑，例如支撑杆设置两个，两个支撑杆分别设置在螺旋滚筒120的长度方向上的两端，或者，支撑杆设置三个、四个、五个，各个支撑杆沿螺旋滚筒120的长度方向间隔排布，从而增大第一支撑架110对机器人本体的支撑面积，提高机器人本体在移动过程中的平稳性。

在一实施例中，螺旋滚筒120包括滚筒主体121和端罩122，滚筒主体121通过旋转带动机器人本体移动，端罩122设置在滚筒主体121的端部，且端罩122连接于第一支撑架110上。通过在滚筒主体121的端部设置端罩122，利用端罩122与第一支撑架110进行连接，从而在不妨碍螺旋滚筒120的滚筒主体121旋转的前提下，实现螺旋滚筒120与第一支撑架110之间的连接。

其中，螺旋滚筒120带动机器人本体移动的具体方法参考现有技术中螺旋滚筒120带动机器人本体移动的方法，在此不再赘述。

在一实施例中，滚筒主体121的两端各设置有一端罩122，两个端罩122通过连接杆123进行连接，螺旋滚筒120与第一支撑架110之间通过连接杆123连接。通过设置连接杆123使得螺旋滚筒120与第一支撑架110之间连接方便，而在滚筒的主体两各设置一个端罩122，则便于连接杆123在螺旋滚筒120上的连接。

在一实施例中，连接杆123设置在螺旋滚筒120的上方，连接杆123包括沿螺旋滚筒120的长度方向延伸的第一延伸段以及沿纵向方向或者倾斜方向延伸的第二延伸段，第一延伸段的两端各连接一第二延伸段，第一延伸段与第一支撑架110转动连接，而第二延伸段的另一端则与端罩122连接，即连接杆123整体相对于螺旋滚筒120向上凸设，第一支撑架110承载的机器人本体位于螺旋滚筒120上凸设的连接杆123的上方，从而避免螺旋滚筒120在水中行进时将机器人本体打湿。

在一实施例中，第一支撑架110包括至少两个间隔排布于螺旋滚筒120长度方向上的支撑杆，支撑杆的横截面呈方形，连接杆123穿过支撑杆，并与支撑杆转动连接。通过将支撑杆的横截面设置为方形，在支撑杆外周形成平面，便于开孔以及支撑其他部件，从而便于连接杆123穿设，同时，也便于承载机器人本体。

在一实施例中，第一驱动组件130包括第一电机131以及第一涡轮蜗杆结构132，第一电机131设置在第一支撑架110上，第一涡轮蜗杆结构132包括第一涡轮和第一蜗杆，第一涡轮固定于连接杆123上，第一蜗杆与第一涡轮啮合，且第一蜗杆与第一电机131的驱动端连接，通过第一电机131转动带动第一蜗杆转动，从而带动第一涡轮转动，使得连接杆123跟着转动，而连接杆123转动设置在第一支撑架110上对第一支撑架110和螺旋滚筒120进行连接，因此，连接杆123的转动会带动螺旋滚筒120相对第一支撑架110转动，从而改变两个螺旋滚筒120之间的间隔，使两个螺旋滚筒120相互远离或者靠近，实现螺旋滚筒组件的折叠或者展开。并且，由于涡轮蜗杆结构的自锁特性，使得螺旋滚筒120折叠或者展开到某一所需的位置时，无需额外设置锁定或者限位结构即可使螺旋滚筒120保持在该位置，从而在保障螺旋滚筒组件的折叠功能的同时，简化螺旋滚筒组件的结构。

在一实施例中，第一涡轮蜗杆结构132及第一电机131均设有两个，两个第一涡轮蜗杆结构132分别设于两滚筒主体121上的连接杆123上，两个第一电机131的驱动端分别与两个第一涡轮蜗杆结构132连接。通过设置两个第一涡轮蜗杆结构132和两个第一电机131，从而使得两个螺旋滚筒120能够同时被驱动转动，使得螺旋滚筒组件能够快速折叠或展开，提高工作效率，并且，由于两个螺旋滚筒120能够同步转动，使得螺旋滚筒组件折叠或者展开的过程中，机器人主体能够保持平稳，不容易发生倾斜。

在一实施例中，第一涡轮蜗杆结构132设置有两个，两个第一涡轮蜗杆结构132分别设于两个滚筒主体121上的连接杆123上，第一电机131具有两个驱动端，第一电机131的两个驱动端分别与两个第一涡轮蜗杆结构132连接。通过设置一个第一电机131具有两个驱动端，从而在保障螺旋滚筒组件能够快速折叠和展开的同时，减小第一驱动组件130占用的空间，并减轻第一驱动组件130的重量。

在上述实施例中，第一驱动组件130设于第一支撑架110的中部。通过将第一驱动组件130设置在第一支撑架110的中部，使第一驱动组件130在第一支撑架110的中部进行驱动，保持螺旋滚筒组件工作平稳性，并且，将第一驱动组件130设置在第一支撑架110的中部，使得第一驱动组件130的重量分布在螺旋滚筒组件的中部，有利于保持整个管道箱涵检测机器人的重心平稳。可以理解的是，上述第一驱动组件130设于第一支撑架110的中部指的是，第一驱动组件130设置在第一支撑架110的中间区域内，并非限定第一驱动组件130严格控制在第一支撑架110的中心处。

目前的管道箱涵内工作环境通常有水、污泥和多种材质的固态废弃物，造成作业面行走困难，而上述实施例中，螺旋滚筒组件帮助管道箱涵检测机器人在地面、淤泥和水上等不同工况下自如行走，四轮驱动机构解决管道箱涵检测机器人在爬行过程中遇到的大型固体障碍物的越障难题，使得管道箱涵检测机器人在复杂的作业面上也能顺利行走，保障检测工作顺利进行，并提高工作效率。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种四轮驱动机构，用于管道箱涵检测机器人，所述管道箱涵检测机器人包括机器人本体，其特征在于，所述四轮驱动机构包括：

第二支撑架，用以支撑所述机器人本体；

滚轮，设有四个，四个所述滚轮连接于所述第二支撑架，用以带动所述机器人本体移动；以及

驱动臂，每一所述滚轮上各设有一所述驱动臂，每一所述驱动臂分别驱动一所述滚轮移动。

2.如权利要求1所述的四轮驱动机构，其特征在于，每一所述驱动臂包括上下摆动的纵向摆动部以及左右摆动的横向摆动部，所述横向摆动部与所述纵向摆动部连接，且所述滚轮与所述第二支撑架之间通过所述横向摆动部和所述纵向摆动部进行连接。

3.如权利要求2所述的四轮驱动机构，其特征在于，所述纵向摆动部包括设于所述第二支撑架的第二驱动组件以及连接于所述第二驱组件的驱动端的纵向摆动臂，所述第二驱动组件驱动所述纵向摆动臂纵向摆动。

4.如权利要求3所述的四轮驱动机构，其特征在于，所述第二驱动组件包括安装于所述第二支撑架上的第二电机以及第二涡轮蜗杆结构，所述第二涡轮蜗杆结构安装于所述第二电机的驱动端，所述纵向摆动臂的一端与所述第二涡轮蜗杆结构连接。

5.如权利要求4所述的四轮驱动机构，其特征在于，所述第二驱动组件还包括纵向部减速器，所述纵向部减速器与所述第二电机连接。

6.如权利要求2所述的四轮驱动机构，其特征在于，所述横向摆动部包括与所述滚轮连接的舵机以及与所述舵机连接的平面连杆机构，所述舵机驱动所述平面连杆机构左右摆动。

7.如权利要求1至6任一项所述的四轮驱动机构，其特征在于，所述滚轮与所述驱动臂之间设有第三电机，所述第三电机的驱动端与所述滚轮连接，以驱动所述滚轮转动。

8.如权利要求7所述的四轮驱动机构，其特征在于，所述第三电机与所述驱动臂之间连接有滚动部减速器。

9.如权利要求7所述的四轮驱动机构，其特征在于，所述第三电机的驱动端与所述滚轮之间连接有锥齿轮。

10.一种管道箱涵检测机器人，其特征在于，包括机器人本体以及如权利要求1至9任一项所述的四轮驱动机构，所述四轮驱动机构承载所述机器人本体，并带动所述机器人本体移动。

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