CN113103250A - 一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人,包括外壳，所述外壳一端固定连接有前盖，所述外壳另一端固定连接有后盖，所述外壳内侧设置有动力来源装置、动力输出装置、驱动装置、转向装置、检测装置，所述前盖内侧设置有影像装置，所述前盖外壁设置有衔接装置，所述后盖内侧设置有脱节装置，本发明，通过设置的四组驱动轮和转向轮，翻倒后任意一面落地均可继续探测工作，体型小巧，在狭小区域也能顺利通行，该机器人多组组合成蛇形进行工作，出现损坏、卡死或需要实时探测多个相连的矿井时，可通过脱节装置将有问题的一节进行脱离，其他机器人可继续探测工作或主动进行脱节分派到相应的矿井。

Description

一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人

技术领域

本发明涉及矿山井底探测技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人。

背景技术

国外对煤矿安全设备的研究比较多，但对于煤矿井下危险区域探测机器人的研究技术比较缺乏，美国智能系统和机器人中心开发的RATLER矿井探索机器人，用于灾难后的现场侦察工作，采用电传遥控方式，有主动红外摄像机、无线射频信号收发器、陀螺仪和危险气体传感器等设备，无线遥控距离可达76米，在国内，研究机器人的工作相对较晚，中国矿业大学可靠性工程与救灾机器人研究所成功研制了我国第一台用于煤矿救援的CUMT-1型矿井救援机器人，能够探测灾害环境；具有双向语音对讲功能，能够使救灾指挥人员与受害者进行快速联络，指挥受伤人员选择最佳的逃生路线；具有无线网络通讯功能。

但是目前所使用的机器人均采用履带进行运动，转向不灵活，一旦在无人的矿井中翻倒，将无法继续探测工作，且体型都非常大，而矿井中地形条件是非常复杂的，无法顺利通行，现有的机器人均单独工作，出现损坏、卡死情况也无法继续探测工作，也无法做到同时探测多个相连的矿井，现有的机器人在运动方面无法很好的实现其探测的目的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人，包括外壳，所述外壳一端固定连接有前盖，所述外壳另一端固定连接有后盖，所述外壳内侧设置有动力来源装置、动力输出装置、驱动装置、转向装置、检测装置，所述前盖内侧设置有影像装置，所述前盖外壁设置有衔接装置，所述后盖内侧设置有脱节装置，所述动力来源装置分别与动力输出装置、转向装置、检测装置、影像装置、脱节装置电连接，所述动力输出装置与驱动装置转动连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述动力来源装置包括缓冲垫，所述缓冲垫固定连接在外壳内侧，所述缓冲垫内侧固定连接有电池。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述动力输出装置包括第一电机，所述第一电机固定连接在外壳内侧，所述第一电机上转动连接有伸出轴，所述伸出轴另一端固定连接有第一圆锥齿轮。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述驱动装置包括固定架，所述固定架固定连接在外壳内侧，所述固定架内壁转动连接有四组第三轴承，四组所述第三轴承内壁分别转动连有第三转轴，四组所述第三转轴外壁分别固定连接有第一同步轮，四组所述第三转轴端部分别固定连接有第二圆锥齿轮，四组所述第二圆锥齿轮均与第一圆锥齿轮啮合。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述外壳内壁转动连接有八组第二轴承，每两组对应的所述第二轴承内壁转动连接有驱动轴，四组所述驱动轴两端分别固定连接有驱动轮，四组所述驱动轴外壁分别固定连接有第二同步轮，四组所述第一同步轮与四组第二同步轮外壁分别套设有同步带。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述转向装置包括四组轴承座、四组第三电机、四组转向控制器，四组所述轴承座、第三电机、转向控制器均固定连接在外壳内侧，四组所述轴承座内壁分别转动连接有第一转轴，四组所述第一转轴内壁分别转动连接有第一轴承，四组所述第一轴承内壁分别转动连接有转向轴，所述外壳内壁开设有让位孔，四组所述转向轴两端贯穿让位孔并分别固定连接有转向轮，四组所述第一转轴另一端分别固定连接有第一齿轮，四组所述第三电机输出端分别转动连接有第二转轴，四组所述第二转轴另一端分别固定连接有第二齿轮，四组所述第一齿轮与四组第二齿轮分别啮合，四组所述转向控制器与四组第三电机分别电连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述检测装置包括震动检测器、气体检测器、通气孔，所述震动检测器、气体检测器均固定连接在外壳内侧，所述通气孔设置在外壳内壁。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述影像装置包括四组摄像头，四组所述摄像头均固定连接在前盖内壁，所述前盖内侧固定连接有摄像控制器，四组所述摄像头均与摄像控制器电连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述衔接装置包括连接杆，所述连接杆固定连接在前盖外壁，所述连接杆另一端固定连接有球形护套，所述球形护套内部转动连接球形转子，所述球形转子内壁设置有螺纹连接孔。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述脱节装置包括第二电机，所述第二电机固定连接在后盖内侧，所述第二电机输出端固定连接有螺纹连接头。

本发明具有如下有益效果：

与现有技术相比，该基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人，通过在外壳设置的四组驱动轮和转向轮，通行顺畅，转向灵活，爬坡翻倒时不会有影响，任意一面落地均可继续探测工作，且体型小巧，在矿井中地形条件非常复杂时也能顺利通行，该机器人一般至少四到五组甚至更多组组合成蛇形进行工作，爬坡越过障碍物时，后面几组机器人可以给首段的机器人提供推力，当首段的机器人爬坡成功后可以对后面几组机器人产生拉力，相互协作，当出现损坏、卡死情况时，可通过设置的脱节装置将有问题的一节进行脱离，其他机器人可继续探测工作，当需要实时探测多个相连的矿井时，可主动进行脱节分派到相应的矿井。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人的整体结构示意图；

图2为本发明提出的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人的侧视图；

图3为本发明提出的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人的整体结构剖视图；

图4为本发明提出的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人的图3-A局部放大图；

图5为本发明提出的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人的图3-B局部放大图；

图6为本发明提出的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人的图3-C局部放大图；

图7为本发明提出的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人的图3-D局部放大图；

图8为本发明提出的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人的侧面剖视图。

图例说明：

1、外壳；2、通气孔；3、前盖；4、后盖；5、驱动轮；6、驱动轴；7、转向轮；8、转向轴；9、连接杆；10、球形护套；11、球形转子；12、摄像头；13、螺纹连接头；14、螺纹连接孔；15、摄像控制器；16、固定架；17、震动检测器；18、第一电机；19、气体检测器；20、缓冲垫；21、让位孔；22、轴承座；23、第一轴承；24、第一转轴；25、第一齿轮；26、第二齿轮；27、第二转轴；28、第三电机；29、转向控制器；30、同步带；31、第一同步轮；32、第三转轴；33、第二圆锥齿轮；34、第一圆锥齿轮；35、伸出轴；36、第二轴承；37、电池；38、第二电机；39、第二同步轮；40、第三轴承。

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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1-8，本发明提供的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人：包括外壳1，外壳1一端固定连接有前盖3，外壳1另一端固定连接有后盖4，外壳1内侧设置有动力来源装置、动力输出装置、驱动装置、转向装置、检测装置，前盖3内侧设置有影像装置，前盖3外壁设置有衔接装置，后盖4内侧设置有脱节装置，动力来源装置分别与动力输出装置、转向装置、检测装置、影像装置、脱节装置电连接，动力输出装置与驱动装置转动连接。

动力来源装置包括缓冲垫20，缓冲垫20固定连接在外壳1内侧，缓冲垫20内侧固定连接有电池37，通过设置缓冲垫20，可有效提高电池37的寿命。

动力输出装置包括第一电机18，第一电机18固定连接在外壳1内侧，第一电机18上转动连接有伸出轴35，伸出轴35另一端固定连接有第一圆锥齿轮34，第一电机18位步进电机，步进电机动作反应灵敏，累计误差少。

驱动装置包括固定架16，固定架16固定连接在外壳1内侧，固定架16内壁转动连接有四组第三轴承40，四组第三轴承40内壁分别转动连有第三转轴32，四组第三转轴32外壁分别固定连接有第一同步轮31，四组第三转轴32端部分别固定连接有第二圆锥齿轮33，四组第二圆锥齿轮33均与第一圆锥齿轮34啮合，通过第一圆锥齿轮34与四组第二圆锥齿轮33啮合，将第一电机18的动力传输到驱动装置。

外壳1内壁转动连接有八组第二轴承36，每两组对应的第二轴承36内壁转动连接有驱动轴6，四组驱动轴6两端分别固定连接有驱动轮5，四组驱动轴6外壁分别固定连接有第二同步轮39，四组第一同步轮31与四组第二同步轮39外壁分别套设有同步带30，通过设置同步带30，在动力传输时不打滑，力矩大，动力传送平稳，驱动轮5外壁为凹凸形状，抓地力大。

转向装置包括四组轴承座22、四组第三电机28、四组转向控制器29，四组轴承座22、第三电机28、转向控制器29均固定连接在外壳1内侧，四组轴承座22内壁分别转动连接有第一转轴24，四组第一转轴24内壁分别转动连接有第一轴承23，四组第一轴承23内壁分别转动连接有转向轴8，外壳1内壁开设有让位孔21，四组转向轴8两端贯穿让位孔21并分别固定连接有转向轮7，四组第一转轴24另一端分别固定连接有第一齿轮25，四组第三电机28输出端分别转动连接有第二转轴27，四组第二转轴27另一端分别固定连接有第二齿轮26，四组第一齿轮25与四组第二齿轮26分别啮合，四组转向控制器29与四组第三电机28分别电连接，通过设置的第一齿轮25与第二齿轮26啮合，第三电机28转动可带动转向轴8进行转向，结构简单，故障率低。

检测装置包括震动检测器17、气体检测器19、通气孔2，震动检测器17、气体检测器19均固定连接在外壳1内侧，通气孔2设置在外壳1内壁，通过设置的气体检测器19，可从通气孔2检测瓦斯浓度，当机器人被留在矿井中，可通过震动检测器17检测矿井基层震动情况。

影像装置包括四组摄像头12，四组摄像头12均固定连接在前盖3内壁，前盖3内侧固定连接有摄像控制器15，四组摄像头12均与摄像控制器15电连接，通过影像装置的设置，可以直观的看到矿井下的实景，便于人工操作。

衔接装置包括连接杆9，连接杆9固定连接在前盖3外壁，连接杆9另一端固定连接有球形护套10，球形护套10内部转动连接球形转子11，球形转子11内壁设置有螺纹连接孔14，衔接装置是为了多个机器人组合成蛇形一起工作，通过螺纹连接头13和另一个机器人的球形转子11螺纹连接，球形转子11在球形护套10内可转动，多个机器人组合时非常灵活。

脱节装置包括第二电机38，第二电机38固定连接在后盖4内侧，第二电机38输出端固定连接有螺纹连接头13，在需要时，通过第二电机38的转动，可将螺纹连接头13退出球形转子11上的螺纹连接孔14。

工作原理：通过螺纹连接头13和螺纹连接孔14，将四组或以上机器人进行衔接，人工操作通过第一电机18输送动力，第三电机28控制转向，驱动轮5和转向轮7进行移动，爬坡越过障碍物时，后面几组机器人可以给首段的机器人提供推力，当首段的机器人爬坡成功后可以对后面几组机器人产生拉力，相互协作，通过影像装置观察路线情况，到达矿井探测位置后，气体检测器19通过通气孔2检测瓦斯浓度，震动检测器17检测矿井震动情况，通过四组驱动轮5和转向轮7，通行顺畅，转向灵活，爬坡翻倒时不会有影响，任意一面落地均可继续探测工作，体型小巧，在矿井中地形条件非常复杂时也能顺利通行，当出现某一个机器人出现损坏、卡死情况时，可通过设置的脱节装置将有问题的一节进行脱离，通过第二电机38的转动，可将螺纹连接头13退出球形转子11上的螺纹连接孔14，其他机器人可继续探测工作，当需要实时探测多个相连的矿井时，可主动进行脱节分派到相应的矿井。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人，包括外壳(1)，其特征在于：所述外壳(1)一端固定连接有前盖(3)，所述外壳(1)另一端固定连接有后盖(4)，所述外壳(1)内侧设置有动力来源装置、动力输出装置、驱动装置、转向装置、检测装置，所述前盖(3)内侧设置有影像装置，所述前盖(3)外壁设置有衔接装置，所述后盖(4)内侧设置有脱节装置，所述动力来源装置分别与动力输出装置、转向装置、检测装置、影像装置、脱节装置电连接，所述动力输出装置与驱动装置转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人，其特征在于：所述动力来源装置包括缓冲垫(20)，所述缓冲垫(20)固定连接在外壳(1)内侧，所述缓冲垫(20)内侧固定连接有电池(37)。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人，其特征在于：所述动力输出装置包括第一电机(18)，所述第一电机(18)固定连接在外壳(1)内侧，所述第一电机(18)上转动连接有伸出轴(35)，所述伸出轴(35)另一端固定连接有第一圆锥齿轮(34)。

4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人，其特征在于：所述驱动装置包括固定架(16)，所述固定架(16)固定连接在外壳(1)内侧，所述固定架(16)内壁转动连接有四组第三轴承(40)，四组所述第三轴承(40)内壁分别转动连有第三转轴(32)，四组所述第三转轴(32)外壁分别固定连接有第一同步轮(31)，四组所述第三转轴(32)端部分别固定连接有第二圆锥齿轮(33)，四组所述第二圆锥齿轮(33)均与第一圆锥齿轮(34)啮合。

5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人，其特征在于：所述外壳(1)内壁转动连接有八组第二轴承(36)，每两组对应的所述第二轴承(36)内壁转动连接有驱动轴(6)，四组所述驱动轴(6)两端分别固定连接有驱动轮(5)，四组所述驱动轴(6)外壁分别固定连接有第二同步轮(39)，四组所述第一同步轮(31)与四组第二同步轮(39)外壁分别套设有同步带(30)。

6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人，其特征在于：所述转向装置包括四组轴承座(22)、四组第三电机(28)、四组转向控制器(29)，四组所述轴承座(22)、第三电机(28)、转向控制器(29)均固定连接在外壳(1)内侧，四组所述轴承座(22)内壁分别转动连接有第一转轴(24)，四组所述第一转轴(24)内壁分别转动连接有第一轴承(23)，四组所述第一轴承(23)内壁分别转动连接有转向轴(8)，所述外壳(1)内壁开设有让位孔(21)，四组所述转向轴(8)两端贯穿让位孔(21)并分别固定连接有转向轮(7)，四组所述第一转轴(24)另一端分别固定连接有第一齿轮(25)，四组所述第三电机(28)输出端分别转动连接有第二转轴(27)，四组所述第二转轴(27)另一端分别固定连接有第二齿轮(26)，四组所述第一齿轮(25)与四组第二齿轮(26)分别啮合，四组所述转向控制器(29)与分别于四组第三电机(28)电连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人，其特征在于：所述检测装置包括震动检测器(17)、气体检测器(19)、通气孔(2)，所述震动检测器(17)、气体检测器(19)均固定连接在外壳(1)内侧，所述通气孔(2)设置在外壳(1)内壁。

8.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人，其特征在于：所述影像装置包括四组摄像头(12)，四组所述摄像头(12)均固定连接在前盖(3)内壁，所述前盖(3)内侧固定连接有摄像控制器(15)，四组所述摄像头(12)均与摄像控制器(15)电连接。

9.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人，其特征在于：所述衔接装置包括连接杆(9)，所述连接杆(9)固定连接在前盖(3)外壁，所述连接杆(9)另一端固定连接有球形护套(10)，所述球形护套(10)内部转动连接球形转子(11)，所述球形转子(11)内壁设置有螺纹连接孔(14)。

10.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的矿山井底危险探测机器人，其特征在于：所述脱节装置包括第二电机(38)，所述第二电机(38)固定连接在后盖(4)内侧，所述第二电机(38)输出端固定连接有螺纹连接头(13)。

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