CN113146570B - 一种靶标维护机器人及维护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种靶标维护机器人及维护方法，涉及靶标设备维护技术领域，能够实现对大型设备靶标的维护，且能够与靶标设置场景相结合实现导向，机器人行走平稳、适应性强；该机器人包括：机器人平台，用于提供支撑；机械臂，设于机器人平台上，用于实现靶标维护动作；行走机构，设于机器人平台下方，用于实现机器人沿设定方向移动；动力系统，用于为行走机构提供动力；控制中心，用于对采集的数据进行分析和判断并发出控制命令；物品存放装置，用于存放靶标维护相关的物品；和采集测量设备，用于采集路况数据和待维护靶标数据。本发明提供的技术方案适用于靶标维护的过程中。

Description

一种靶标维护机器人及维护方法

技术领域

本发明涉及靶标设备维护技术领域，尤其涉及一种靶标维护机器人及维护方法。

背景技术

天眼等大型设备的面板缝隙中设置有无数靶标，其长期暴露于外部自然环境中，尘土覆盖和异物遮挡等情况时有发生，对靶标的工作造成不良影响。另外靶标自身也有使用寿命，使用时间长了会出现故障，需要更换。人工进行靶标维护存在很多弊端，包括维护成本和维护效率，都不能满足实际需求。

因此，有必要研究一种靶标维护机器人及维护方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种靶标维护机器人及维护方法，能够实现对大型设备靶标的维护，且能够与靶标设置场景相结合实现导向，机器人行走平稳、适应性强。

一方面，本发明提供一种靶标维护机器人，其特征在于，所述机器人包括：

机器人平台，用于提供支撑；

机械臂，设于机器人平台上，用于实现靶标维护动作；

行走机构，设于机器人平台下方，用于实现机器人沿设定方向移动；

动力系统，用于为行走机构提供动力；

控制中心，用于对采集的数据进行分析和判断并发出控制命令；

物品存放装置，用于存放靶标维护相关的物品；

和采集测量设备，用于采集路况数据和待维护靶标数据，并进行定位。

定位具体指对路况障碍物、待维护靶标、靶标的遮挡异物等物体进行测距。测距方式根据具体情况选择，可以是利用测距传感器进行测距，也可以是针对采集的图像进行图像处理进而实现距离的测算，还可以是其他新型测距方式。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述机器人平台采用分段软体连接，以适应路面曲率变化。分段软体连接具体为所述机器人平台包括若干依次连接的板状结构，相邻两个板状结构为可活动连接。可活动连接具体可以采用合页式连接部件来实现。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述行走机构包括驱动轮组和导向机构；

所述驱动轮组在动力系统提供的动力作用下带动靶标维护机器人移动；

所述导向机构用于为靶标维护机器人的移动提供导向。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述导向机构包括滑轨、可控滑块和夹紧结构；所述可控滑块设于所述滑轨的端部且与所述滑轨滑动连接；所述夹紧结构设于所述的可控滑块的下方且与所述可控滑块滑动连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述可控滑块为两个，分设在所述滑轨的两端；所述夹紧结构为两组，分别与对应端的可控滑块滑动连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述夹紧结构为“L”型，所述“L”型与对应的可控滑轨构成横躺的“U”字型；

工作时，横躺的“U”字型抓咬住导向装置的边沿，实现导向作用。

横躺的“U”字型优选设置两个，且均开口朝外。本发明中的内外方向具体是以机器人为参照的，开口朝外即开口朝向远离机器人的方向。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，当靶标设置在面板之间的缝隙时，所述导向装置具体指面板。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述“U”字型内壁设有若干防滑软垫。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述驱动轮组的数量为若干组，每组包括两个分设在机器人平台两侧的轮组结构；

每个所述轮组结构包括竖向设置的弹簧独立悬架结构和设于所述弹簧独立悬架结构底端的车轮。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述动力系统包括驱动电机和电子调速器；

所述电子调速器分别与所述控制中心以及所述驱动电机连接，所述驱动电机和所述行走机构连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述采集测量设备设于所述机器人平台前端，且数量为多个。

另一方面，本发明提供一种靶标维护方法，其特征在于，所述方法采用如上任一所述的靶标维护机器人实现；所述方法的内容包括：

采集测量设备采集路径数据和待维护靶标数据传递给控制中心；

控制中心对接收到的数据进行分析和判断，通过动力系统控制行走机构的动作，并通过控制机械臂的动作实现对靶标的维护；

所述机械臂的动作包括捡拾异物、从物品存放装置中取放东西以及更换靶标。

与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：采用弹簧独立悬架结构使机器人能够适应面板的不规则弧形表面，具有很强的路边适应能力；

上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：通过导向机构的“U”字型设计能够与面板边沿实现抓咬，保证了机器人行走时的稳定性，不会出现倾覆、打滑等现象；

上述技术方案中的再一个技术方案具有如下优点或有益效果：导向机构具有水平和竖直向的调节能力，可以适应面板缝隙宽度不均匀以及靶标高度不一的问题，保证顺利导向和跨越。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的靶标维护机器人的立体结构示意图；

图2是本发明一个实施例提供的靶标维护机器人的侧视结构示意图；

图3是本发明一个实施例提供的靶标维护机器人的导向机构结构示意图；其中，图3(a)是正视图，图3(b)是俯视图；

图4是本发明一个实施例提供的靶标维护机器人的导向机构立体图；

图5是本发明一个实施例提供的弹簧独立悬架结构示意图。

其中，图中：

1、机器人平台；2、机械臂；3、行走机构；4、控制中心；5、物品存放装置；6、导向机构；7、驱动轮组；6-1、可控滑块；6-2、滑轨；6-3、夹紧结构；6-4、防滑软垫。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明根据靶标的位置分布特点进行维护机器人的设计，由于圈梁到馈源舱底座之间的靶标是沿面板与面板之间的类直线缝隙分布的，靶标维护机器人沿这个面板缝隙行走，将可以到达这个缝隙内所有的靶标位置进行靶标维护作业。因此，本发明的靶标维护机器人行走结构与该缝隙相匹配，提供一种可以沿缝隙行走的靶标维护机器人。

靶标维护机器人包括机器人平台1、机械臂2、行走机构3、控制中心4、动力系统、供电系统、物品存放装置5和采集测量设备等，如图1和图2所示。通过无线遥控设备远程控制机器人的行走、机械臂的动作和靶标维护设备的操作等，并可以实时回传视频采集系统的视频画面，辅助控制人员操作。机械臂2设置在机器人平台上方，用于在控制中心的控制下实现对靶标的维护动作。

行走机构3包括导向机构6和驱动轮组7。驱动轮组7分为两组，布置在机器人平台下方的两侧，负责提供机器人行走的驱动力；导向机构6也设置在机器人平台的下方，且处于两侧驱动轮组7的中间部位，导向机构6的下端布置在面板缝隙处，负责机器人的导向，并起到行走辅助的作用。

由于面板表面坡度较大，驱动轮组7将采用较大宽度的低压橡胶轮胎和多轮驱动的形式，驱动轮组7在面板上滚动，提供足够的驱动力带动靶标维护机器人向前移动；驱动轮组7采用弹簧独立悬架结构形式，以适应面板的不规则弧形表面。弹簧独立悬架结构如图5所示，采用若干可伸缩轴，在每个可伸缩轴外均套设弹簧，可伸缩轴的下端连接车轮，在面板(也就是行走路面)具有不规则形状时起到调节作用。

为了保证机器人行走时不会出现倾覆、打滑等现象，导向机构6采用横躺的“U”字型，且“U”字型口朝外，工作时面板边缘从口部进入“U”字型结构内，实现对面板边缘的抓咬，导向的同时辅助机器人行走。再考虑到面板缝隙宽度不均匀和跨越节点处的面板间隙，机器人的“U”字型导向机构设计成左右和上下两个方向可以进行间距控制和加紧的结构形式。而且间距控制行程足够大以具备较强的适应性。由于在机器人行走的面板缝隙中有多个靶标，机器人到达指定靶标位置前需要跨越这些靶标，而这些靶标高度又高于面板表面，所以机器人主框架和“U”字型导向机构的支撑架采用π字型跨越式结构形式。

π字型跨越式结构如图3和图4所示，包括水平设置的滑轨6-2、设于滑轨6-2两端的可控滑块6-1以及设于可控滑块下方的两个夹紧结构6-3，夹紧结构为“L”型，“L”型夹紧结构和水平向设置的可控滑块6-1构成开口朝外的横躺的“U”字型，以便能够抓咬住面板的边缘。滑轨6-2的端部设有与滑轨轴线平行的轨道，可控滑块6-1与轨道匹配连接，可控滑块6-1在轨道的导向作用下能够水平向左右移动，从而实现两个可控滑块之间距离的调节。可控滑块6-1与夹紧结构6-3的顶部连接，两个可控滑块间距调整时，两个“L”型夹紧结构之间的距离也同样进行调整。可控滑块内设有长条形安装孔，长条形安装孔内设有导向轨道，“L”型夹紧结构的顶部设有与导向轨道匹配的结构，使得“L”型夹紧结构能够沿导向轨道上下移动，实现可控滑块高度的调整。“L”型夹紧结构的底面、侧面以及可控滑块的下表面均设有防滑软垫6-4，抓咬面板边缘时稳定性更好。滑轨6-2的端部的轨道优选为两组，分设在长条形安装孔的两侧。

动力系统包括驱动电机和电子调速器，负责为驱动轮组7和导向机构6提供动力；电子调速器和驱动电机连接，驱动电机和驱动轮组7连接，电子调速器用于调节电机的转速和转向，驱动电机用于带动轮组转动实现前进、后退和转弯。电子调速器和驱动电机的数量根据具体情况设置。通过两组电机驱动导向机构6的工作，一组电机于L型夹紧结构连接，控制L型夹紧结构上下运动，另一组电机控制可控滑块左右移动，具体可以直接与可控滑块连接控制其左右移动，也可以与夹紧结构连接通过控制L型夹紧结构带动可控滑块左右移动。

控制中心是靶标维护机器人的控制中枢，负责控制指令的解析和处理、对采集的视频画面进行处理以及负责与外部设备进行通讯。采集测量设备优选设置在机器人平台的前端，用于对路径环境进行采集，并实时传输给控制中心，供控制中心根据具体的情况作出相应调整；该调整包括但不限于：1)根据路况调整两个夹紧结构的间距以及高度，使机器人能够顺利通过；2)监测待维护靶标的位置从而使机器人在合适的位置停下；3)通过采集的待维护靶标的图像判断该靶标的故障内容，从而对其进行相应的维护，具体包括判断遮挡异物的位置从而控制机械手捡拾，判断靶标上尘土覆盖情况从而控制机械手通过尘土拂拭工具拂去尘土，用新的靶标替换掉故障靶标等。采集测量设备可以采用摄像头(比如多个摄像头)进行图像和视频的采集，以便对路况、靶标的各个角度均能监测到；也可以采用其他采集和测量器件，又或者其他器件与摄像头的合用，以能够测距并分辨异物为基本要求。

物品存放装置5设置在机器人平台的上方，用于盛放维护所需的各种工具、捡拾的异物、新靶标以及更换下来的故障靶标。

供电系统用于为机器人的各单元各设备提供电力供应，供电系统可以采用大容量高能量密度的锂离子电池组，也可以采用其他满足要求的供电设备。

使用时，靶标维护机器人携带靶标维护设备从圈梁处放下，沿对应的面板缝隙行走到需要维护的靶标位置，进行靶标的清洗、异物清除和更换等维护作业；维护作业结束后，靶标维护机器人继续行走到馈源舱底座处进行撤收。

本发明所说的水平向和横向并非严格意义上的水平方向，而是随着面板的弧度以及位置设置而变化的，一般情况下指与机器人所在位置面板平行，但该平行也并非绝对的，跨越不规则或者表面不平整的面板时会存在瞬间的变化。

以上对本申请实施例所提供的一种靶标维护机器人及维护方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (6)

1.一种靶标维护机器人，用于到达面板与面板之间的类直线缝隙内所有的靶标位置进行靶标维护作业，其特征在于，所述机器人包括：

机器人平台，用于提供支撑；

机械臂，设于机器人平台上，用于实现靶标维护动作；

行走机构，设于机器人平台下方，用于实现机器人沿设定方向移动；

动力系统，用于为行走机构提供动力；

控制中心，用于对采集的数据进行分析和判断并发出控制命令；

物品存放装置，用于存放靶标维护相关的物品；

和采集测量设备，用于采集路况数据和待维护靶标数据，并进行定位；

所述行走机构包括驱动轮组和导向机构；

所述驱动轮组在动力系统提供的动力作用下带动靶标维护机器人移动；

所述导向机构用于为靶标维护机器人的移动提供导向；

所述导向机构包括滑轨、可控滑块和夹紧结构；所述可控滑块设于所述滑轨的端部且与所述滑轨滑动连接；所述夹紧结构设于所述的可控滑块的下方且与所述可控滑块滑动连接；

所述可控滑块为两个，分设在所述滑轨的两端；能够水平向左右移动，从而实现两个可控滑块之间距离的调节；所述夹紧结构为两组，分别与对应端的可控滑块滑动连接；所述夹紧结构为“L”型，可控滑块内设有长条形安装孔，长条形安装孔内设有导向轨道，“L”型夹紧结构的顶部设有与导向轨道匹配的结构，使得“L”型夹紧结构能够沿导向轨道上下移动，实现可控滑块高度的调整；

所述“L”型与对应的可控滑轨构成横躺的“U”字型；两个“U”字型口均朝外；

水平设置的所述滑轨、设于滑轨两端的可控滑块以及设于所述可控滑块下方的两个夹紧结构形成π字型跨越式结构；

工作时面板边缘从口部进入“U”字型结构内，实现对面板边缘的抓咬，导向的同时辅助机器人行走。

2.根据权利要求1所述的靶标维护机器人，其特征在于，所述机器人平台采用分段软体连接，以适应路面曲率变化。

3.根据权利要求1所述的靶标维护机器人，其特征在于，所述驱动轮组的数量为若干组，每组包括两个分设在机器人平台两侧的轮组结构；

每个所述轮组结构包括竖向设置的弹簧独立悬架结构和设于所述弹簧独立悬架结构底端的车轮。

4.根据权利要求1所述的靶标维护机器人，其特征在于，所述动力系统包括驱动电机和电子调速器；

所述电子调速器分别与所述控制中心以及所述驱动电机连接，所述驱动电机和所述行走机构连接。

5.根据权利要求1所述的靶标维护机器人，其特征在于，所述采集测量设备设于所述机器人平台前端，且数量为多个。

6.一种靶标维护方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1-5任一所述的靶标维护机器人实现；所述方法的内容包括：

采集测量设备采集路径数据和待维护靶标数据传递给控制中心；

控制中心对接收到的数据进行分析和判断，通过动力系统控制行走机构的动作，并通过控制机械臂的动作实现对靶标的维护；

所述机械臂的动作包括捡拾异物、从物品存放装置中取放东西以及更换靶标。

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