CN113352288A - 一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人，包括底盘、转台、支柱、车身、摄像头、检测仪、车轮和防倾覆部件，转台固连在底盘上，支柱转动连接在转台上，车身固连在支柱上，摄像头固连在车身前端，检测仪架设在车身一侧，四个车轮转动连接在底盘底部四角处，防倾覆部件架设在底盘顶部四角处以防止机器人侧向倾倒，本发明具有在机器人进行过程中有效避免行驶入陷坑而导致机身倾覆倒地，无法再次行进的优点。

Description

一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人

技术领域

本发明涉及检测设备技术领域，尤其涉及一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人。

背景技术

煤矿井下的环境具有空气湿度大、空气中浮游杂质含量高，腐蚀性气体如二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮以及二氧化硫等含量较高，此外，煤层中可能还会混有较多具有放射性的原生矿物，这些能对人以及电子设备造成损害的情况光凭肉眼无法观察出来，需要相关设备进行检测，待确认对人体无损害后方可进入作业。而常规设检测设备大部分为手持式或者是落地式的，手持式的需要有人穿防护服手持该类检测设备进入未知的恶劣环境进行探测，如果防范不甚对该人员伤害较大。而落地式的设备体积较大不易移动，其检测范围也有限，不适合进行大范围的检测。

有些企业已经研发了一些通过车轮或履带驱动的自动检测机器人，用于代替检测人员进入上述恶劣环境进行检测，但是煤矿井下的路面并不平整，一旦车轮陷入坑中极易侧翻倒地，导致机器人无法再次前进。如果此时机器人已经较为深入地进入恶劣环境，检测人员身着防护服进入将机器人扶起再次进行检测工作，则使用机器人进行探测的意义全无，最后还是需要人员进入。而不进入就默认为将机器人报废在矿井内，造成检测资源的极大浪费。

因此，针对以上不足，需要提供一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有的设备对未知恶劣环境长距离大范围检测难度较大的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人，包括底盘、转台、支柱、车身、摄像头、检测仪、车轮和防倾覆部件，转台固连在底盘上，支柱转动连接在转台上，车身固连在支柱上，摄像头固连在车身前端，检测仪架设在车身一侧，四个车轮转动连接在底盘底部四角处，防倾覆部件架设在底盘顶部四角处以防止机器人侧向倾倒。

作为对本发明的进一步说明，优选地，摄像头选用具有100倍光学变焦功能的摄像头；检测仪选用有毒有害烟雾超标自动报警器。

作为对本发明的进一步说明，优选地，车身内置PC/IPC工控机和PLC，工控机内存有视觉图像软件和智能检测软件图像处理算法，工控机与摄像头和检测仪电性连接；PLC内置运动控制系统，PLC与工控机电性连接，工控机连接有无线传输装置。

作为对本发明的进一步说明，优选地，车身还内置有金属录像带。

作为对本发明的进一步说明，优选地，车身位于摄像头上方设有高亮灯，高亮灯选用大尺寸高精度光源的LED灯组。

作为对本发明的进一步说明，优选地，车轮包括轮毂、轮胎和防滑垫，底盘底部四角处固连有四个行走电机，轮毂套接在行走电机输出端，轮胎套接在轮毂上，若干块防滑垫呈环状间隔固连在轮胎外壁面上；其中，每个车轮上的防滑垫长度方向均倾斜，且对角分布的车轮的防滑垫倾斜方向相同，同轴线的两个车轮防滑垫倾斜方向不同，防滑垫倾斜角均为45°。

作为对本发明的进一步说明，优选地，防倾覆部件包括主板、支撑板、滑动杆、弹簧和弹环，底盘顶部四角处固连有电机架，电机架上固连有旋转电机，旋转电机输出端与主板一端固连，滑动杆一端插接在主板另一端内与主板滑动连接，滑动杆另一端固连在支撑板一端，支撑板长度方向与主板长度方向相同，弹簧套接在滑动杆外，弹簧两端分别固连在主板和支撑板上，椭环状的弹环固连在支撑板另一端，弹环长轴方向与支撑板长度方向垂直。

作为对本发明的进一步说明，优选地，旋转电机旋转轴的轴线与水平面夹角为50°，主板和支撑板长度方向与旋转电机旋转轴的轴线垂直。

作为对本发明的进一步说明，优选地，弹环采用长条状的弹簧钢通过热弯工艺制作，弹环两端固连有固定片，固定片通过螺栓与支撑板固连；支撑板端头部也固连有连接片，连接片为弧形片且与弹环内侧端面抵接。

作为对本发明的进一步说明，优选地，旋转电机旋转轴上套接有圆盘状的橡胶套，橡胶套嵌入主板内，橡胶套弧形外壁面上固连有若干个凸块，所述凸块突出橡胶套外并嵌入主板内。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明通过在机器人上加装防倾覆部件，当机器人出现倾倒趋势时，防倾覆部件开始工作，在机器人完全倒伏前支撑住车身，配合车轮的换向转动，则使机器人能够重新站立，进而能使机器人可以更大范围的搜寻检测，极大地提高机器人的使用寿命以及实用性。

附图说明

图1是本发明的总装效果图；

图2是本发明的防倾覆部件结构图；

图3是本发明的后视图；

图4是本发明的仰视图；

图5是本发明的侧视图；

图6是本发明的控制逻辑图。

图中：1、底盘；11、行走电机；12、电机架；13、防撞架；2、转台；3、支柱；4、车身；41、灯架；42、高亮灯；43、提手；5、摄像头；6、检测仪；7、车轮；71、轮毂；72、轮胎；73、防滑垫；8、防倾覆部件；81、主板；82、支撑板；83、滑动杆；84、弹簧；85、弹环；86、旋转电机；87、橡胶套；88、连接片；89、固定片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动的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。

一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人，结合图1、图3，包括底盘1、转台2、支柱3、车身4、摄像头5、检测仪6、车轮7和防倾覆部件8，转台2固连在底盘1上，支柱3转动连接在转台2上，车身4固连在支柱3上，摄像头5固连在车身4前端，检测仪6架设在车身4一侧，四个车轮7转动连接在底盘1底部四角处，防倾覆部件8架设在底盘1顶部四角处以防止机器人侧向倾倒。

结合图1、图3，底盘1、支柱3和车身4均为不锈钢板焊接形成的方形壳体。若待测环境预估辐射强度较高，则将不锈钢板替换为PVC塑料壳体，并在塑料壳体内放置铅板，避免内部电子器件受到辐射影响导致失效。底盘1内置有电池以及有线传输装置，用于向转台2、支柱3以及车身4内的电子设备进行供电。设置有线传输装置，不仅能够为电池充电，还能插入信号传输线缆用于电磁信号的有线传输。结合图4，底盘1底部四角处固连有四个行走电机11，行走电机11和车轮7转动连接，用于驱动机器人行走。底盘1顶部四角处固连有电机架12用于安装防倾覆部件8。底盘1前端面固连有防撞架13，防撞架13为方形镂空框架，用于保护车轮7不与路面突起的石块等异物相碰，进而保护行走电机11的电机轴，提高行走电机11和车轮7的使用寿命。

结合图1、图3，转台2为内置旋转电机的圆台，转台2内的旋转电机输出端与支柱3相连，用于控制支柱3和车身4等设备在水平方向旋转。支柱3内置有陀螺仪和电子罗盘，用于判断机器人是否会产生倾覆以及行车方位。结合图6，车身4内置PC/IPC工控机和PLC，工控机内存有视觉图像软件和智能检测软件图像处理算法，工控机与摄像头5和检测仪6电性连接；PLC内置运动控制系统，PLC与行走电机11、转台2内的旋转电机、支柱3内的陀螺仪和电子罗盘电性连接，PLC与工控机电性连接，工控机连接有无线传输装置。车身4还内置有金属录像带，用于存储重要的实验数据，而且还不会受到电磁辐射影响，可长期保存观看通过摄像头5录制的影像资料以及采集的气体数据和辐射数据。

结合图3、图5，车身4顶部靠近摄像头5一侧固连有灯架41，车身4位于摄像头5上方设有高亮灯42，高亮灯42与灯架41铰接，以使高亮灯42能够上下翻转角度，车身4顶部还固连有提手43，用于手提机器人进行运输。高亮灯42选用大尺寸高精度光源的LED灯组，用于为摄像头5进行照明，进而能使摄像头5能够拍摄较为明亮的画面。摄像头5选用具有100倍光学变焦功能的摄像头，结合高亮灯42的配合，可以近距离高清放大地面以及坑道周围图像，并通过液晶显示屏在安全场地进行观看、观察周围环境，以便检测人员能够准确判断当下环境的具体情况。检测仪6选用有毒有害烟雾超标自动报警器，如果发现检测环境内有毒气体含量达到极限临界值时，则自动发声报警，提醒检测人员在该区段安全性较差，未来在开发阶段注意规避或进行重点防护。

结合图1、图4，车轮7包括轮毂71、轮胎72和防滑垫73，轮毂71套接在行走电机11输出端，轮胎72套接在轮毂71上，若干块防滑垫73呈环状间隔固连在轮胎72外壁面上，轮胎72和防滑垫73均为橡胶材质。其中，每个车轮7上的防滑垫73长度方向均倾斜，且对角分布的车轮7的防滑垫73倾斜方向相同，同轴线的两个车轮7的防滑垫73倾斜方向不同，防滑垫73倾斜角均为45°。在轮胎72上设置倾斜的防滑垫73，在需要机器人转向时，通过各个行走电机11的换向转动以及差速转动，结合防滑垫73与地面接触的导向作用，能使机器人在复杂的地形中依然可以稳定转向，而且防滑垫73突出轮胎72外，还能提高和地面的摩擦力，使机器人在行进时不易打滑。相比使用万向轮或者麦克纳姆轮，本发明的车轮7结构更为简单，生产成本和购置成本更低。

结合图1、图2，防倾覆部件8包括主板81、支撑板82、滑动杆83、弹簧84和弹环85，电机架12上固连有旋转电机86，旋转电机86与PLC控制器电性连接。旋转电机86输出端与主板81一端固连，旋转电机86旋转轴的轴线与水平面夹角为50°，滑动杆83一端插接在主板81另一端内与主板81滑动连接，滑动杆83另一端固连在支撑板82一端，支撑板82长度方向与主板81长度方向相同，主板81和支撑板82长度方向与旋转电机86旋转轴的轴线垂直，弹簧84套接在滑动杆83外，弹簧84两端分别固连在主板81和支撑板82上，椭环状的弹环85固连在支撑板82另一端，弹环85长轴方向与支撑板82长度方向垂直。弹环85采用长条状的弹簧钢通过热弯工艺制作，弹环85两端固连有固定片89，固定片89通过螺栓与支撑板82固连；支撑板82端头部也固连有连接片88，连接片88为弧形片且与弹环85内侧端面抵接。

结合图1、图2，机器人在行进过程中，如果恰好行驶到突起的石块或凹坑导致重心偏移，此时陀螺仪的实时数据传输到PLC中，PLC或工控机通过对信号数据进行判断，一旦认为陀螺仪传输的数据说明机器人有侧翻风险，则根据陀螺仪的偏移方向数据，由PLC控制该侧的旋转电机86旋转，旋转电机86的旋转角度则根据陀螺仪的数据不同而不同。旋转电机86通过工控机的高速运算配合高速旋转，进而控制主板81和支撑板82快速转动至指定位置，此时弹环85在机器人侧倾的过程中也与地面抵接，保持机器人侧倾角度不超过45°，此时在主板81和支撑板82的支撑下，机器人不会完全倾倒，便于后续机器人能够自主站立重新进行检测工作。

因主板81和支撑板82转动方向与机器人行进方向相反，如果机器人侧倾速度较慢，则在主板81和支撑板82转动到指定位置后，弹环85还未与地面接触，待弹环85与地面接触后，滑动杆83缩入主板81内，弹簧84进而收缩，减轻旋转电机86电机轴所受到的冲击，提高旋转电机86的使用寿命，此外在弹簧84具有弹性势能之后，配合车轮7的变速旋转移动位置，可使机器人能够重新自主站立，无需人为手扶，提高人员安全性以及机器人的使用寿命。

如果机器人侧倾速度较快，主板81和支撑板82还未旋转至指定位置，弹环85则与地面接触，此时弹环85自身发生弹性形变吸收大部分冲击力。同时主补81和支撑板82的继续转动，能够令弹环85将机器人重新撑起，再配合车轮7的变速旋转，可使机器人重新自主站立。此外，在旋转电机86旋转轴上套接有圆盘状的橡胶套87，橡胶套87嵌入主板81内，橡胶套87弧形外壁面上固连有若干个凸块，所述凸块突出橡胶套87外并嵌入主板81内，可在弹环85与地面瞬时接触时，由橡胶套87吸收剩余冲击力，进一步降低冲击力对旋转电机86的影响，而且设置凸块还不会影响旋转电机86对主板81的驱动，一举两得。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人，其特征在于：包括底盘(1)、转台(2)、支柱(3)、车身(4)、摄像头(5)、检测仪(6)、车轮(7)和防倾覆部件(8)，转台(2)固连在底盘(1)上，支柱(3)转动连接在转台(2)上，车身(4)固连在支柱(3)上，摄像头(5)固连在车身(4)前端，检测仪(6)架设在车身(4)一侧，四个车轮(7)转动连接在底盘(1)底部四角处，防倾覆部件(8)架设在底盘(1)顶部四角处以防止机器人侧向倾倒。

2.根据权利要求1所述的一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人，其特征在于：摄像头(5)选用具有100倍光学变焦功能的摄像头；检测仪(6)选用有毒有害烟雾超标自动报警器。

3.根据权利要求2所述的一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人，其特征在于：车身(4)内置PC/IPC工控机和PLC，工控机内存有视觉图像软件和智能检测软件图像处理算法，工控机与摄像头(5)和检测仪(6)电性连接；PLC内置运动控制系统，PLC与工控机电性连接，工控机连接有无线传输装置。

4.根据权利要求3所述的一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人，其特征在于：车身(4)还内置有金属录像带。

5.根据权利要求4所述的一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人，其特征在于：车身(4)位于摄像头(5)上方设有高亮灯(42)，高亮灯(42)选用大尺寸高精度光源的LED灯组。

6.根据权利要求1所述的一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人，其特征在于：车轮(7)包括轮毂(71)、轮胎(72)和防滑垫(73)，底盘(1)底部四角处固连有四个行走电机(11)，轮毂(71)套接在行走电机(11)输出端，轮胎(72)套接在轮毂(71)上，若干块防滑垫(73)呈环状间隔固连在轮胎(72)外壁面上；其中，每个车轮(7)上的防滑垫(73)长度方向均倾斜，且对角分布的车轮(7)的防滑垫(73)倾斜方向相同，同轴线的两个车轮(7)防滑垫(73)倾斜方向不同，防滑垫(73)倾斜角均为45°。

7.根据权利要求1所述的一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人，其特征在于：防倾覆部件(8)包括主板(81)、支撑板(82)、滑动杆(83)、弹簧(84)和弹环(85)，底盘(1)顶部四角处固连有电机架(12)，电机架(12)上固连有旋转电机(86)，旋转电机(86)输出端与主板(81)一端固连，滑动杆(83)一端插接在主板(81)另一端内与主板(81)滑动连接，滑动杆(83)另一端固连在支撑板(82)一端，支撑板(82)长度方向与主板(81)长度方向相同，弹簧(84)套接在滑动杆(83)外，弹簧(84)两端分别固连在主板(81)和支撑板(82)上，椭环状的弹环(85)固连在支撑板(82)另一端，弹环(85)长轴方向与支撑板(82)长度方向垂直。

8.根据权利要求7所述的一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人，其特征在于：旋转电机(86)旋转轴的轴线与水平面夹角为50°，主板(81)和支撑板(82)长度方向与旋转电机(86)旋转轴的轴线垂直。

9.根据权利要求8所述的一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人，其特征在于：弹环(85)采用长条状的弹簧钢通过热弯工艺制作，弹环(85)两端固连有固定片(89)，固定片(89)通过螺栓与支撑板(82)固连；支撑板(82)端头部也固连有连接片(88)，连接片(88)为弧形片且与弹环(85)内侧端面抵接。

10.根据权利要求9所述的一种用于在恶劣环境作业环境监控的试验用数据遥控机器人，其特征在于：旋转电机(86)旋转轴上套接有圆盘状的橡胶套(87)，橡胶套(87)嵌入主板(81)内，橡胶套(87)弧形外壁面上固连有若干个凸块，所述凸块突出橡胶套(87)外并嵌入主板(81)内。

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