CN113428253A - 一种地空协同检测机器人及船舱检测方法 - Google Patents

一种地空协同检测机器人及船舱检测方法 Download PDF

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CN113428253A CN202110642403.6A CN202110642403A CN113428253A CN 113428253 A CN113428253 A CN 113428253A CN 202110642403 A CN202110642403 A CN 202110642403A CN 113428253 A CN113428253 A CN 113428253A
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王俊鹏
王廷宇
栾宇
姜昆
邓翠文
李方明
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Abstract

本发明提供一种地空协同检测机器人及船舱检测方法，所述机器人包括轮足混合动力机构和无人机；所述轮足混合动力机构包括机器人主体、移动模块、传感器模块Ⅰ、通讯模块和电力模块；所述移动模块包括安装于所述机器人主体上的四个腿部结构；所述传感器模块Ⅰ包括激光雷达和摄像头Ⅰ，所述摄像头可以度旋转；所述传感器模块Ⅰ与所述通讯模块电连接；所述通讯模块包括能够与所述无人机通信的信号收发端；所处电力模块包括电池和无线充电装置；所述电池用于为所述轮足混合动力结构进行充电；所述无线充电装置用于为所述无人机充电。本发明可以更好地适应各种各样的密闭空间。

Description

一种地空协同检测机器人及船舱检测方法
技术领域
本发明涉及船舱检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种地空协同检测机器人及船舱检测方法。
背景技术
船舱中有很多需要检测的位置属于密闭空间，密闭空间中有许多危险，包括有毒气体危害，缺氧危害，火灾爆炸危害，和生物病原体危害，物理因素危害等。利用机器人替代人力去做机器检测，可以有效地避免危险，同时效率也会更好。但是密闭空间的环境比较复杂，在空间中不仅可能会有很多障碍物，同时检测的需求也有许多。
发明内容
根据上述提出目前船舱密闭空间检测存在的问题，而提供一种地空协同检测机器人及船舱检测方法。
本发明采用的技术手段如下：
本发明提供了一种地空协同检测机器人，包括轮足混合动力机构和无人机；
所述轮足混合动力机构包括机器人主体、移动模块、传感器模块Ⅰ、通讯模块和电力模块；
所述无人机安装于所述机器人主体顶部；
所述移动模块包括安装于所述机器人主体上的四个腿部结构，所述腿部结构包括连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、舵机、T字连接块、足轮、齿轮、连接轴、磁吸结构和控制模块；
所述连杆Ⅰ和所述连杆Ⅱ均包括上、下两段杆，两段杆之间通过销轴和轴承转动连接；所述连杆Ⅰ和所述连杆Ⅱ分别通过一个直流无刷电机驱动工作，所述直流无刷电机驱动固定安装于所述机器人主体；
所述T字连接块包括水平部和竖直部；所述连杆Ⅰ底部与所述连杆Ⅱ底部通过销轴连接于所述T字连接块水平部，所述舵机固定安装于所述T字连接块，所述齿轮通过所述连接轴与所述舵机的转轴相连接，所述磁吸结构固定安装于所述T字连接块竖直部的底部；所述连杆Ⅱ底部设置轮齿结构，所述轮齿结构与所述齿轮相互啮合；所述足轮通过足轮支架安装于所述T字连接块水平部；
所述足轮通过电机Ⅰ驱动工作；所述电机Ⅰ、所述直流无刷电机和所述磁吸结构均与所述控制模块电连接；
所述传感器模块Ⅰ包括激光雷达和摄像头Ⅰ，所述摄像头可以度旋转；所述传感器模块Ⅰ与所述通讯模块电连接；
所述通讯模块包括能够与所述无人机通信的信号收发端；
所处电力模块包括电池和无线充电装置；所述电池用于为所述轮足混合动力结构进行充电；所述无线充电装置用于为所述无人机充电。
进一步地，所述地空协同检测机器人还包括照明模块，所述照明模块包括远光灯，所述远光灯通过球状轴旋转安装于所述机器人主体。
进一步地，所述无人机设置有通信模块和传感器模块Ⅱ；所述传感器模块Ⅱ包括摄像头Ⅱ、D激光雷达和惯性传感器；所述通信模块包括与所述通讯模块通信的信号收发端。
进一步地，所述足轮支架固定安装于所述T字连接块水平部，所述足轮转动安装于所述足轮支架。
进一步地，所述T字连接块竖直部的底部安装有压力传感器和触觉传感器；所述连杆Ⅰ与所述连杆Ⅱ顶部连接处安装有角度传感器；所述压力传感器、所述触觉传感器和所述角度传感器均与所述控制模块电连接。
进一步地，所述直流无刷电机的电机轴上固定安装有连杆连接齿轮，所述连杆Ⅰ和所述连杆Ⅱ顶部均设置轴，所述连杆连接齿轮通过传送带与所述轴相连接。
本发明还提供了一种船舱检测方法，采用了上述地空协同检测机器人，具体包括以下步骤：
A、进行船舱检测时，将所述地空协同检测机器人放入船舱中，打开所述摄像头Ⅰ和所述激光雷达，对所处环境进行初步检测；
B、所述无人机与所述轮足混合动力机构通过所述通讯模块进行通信，控制所述无人机启动，打开所述摄像头Ⅱ、所述D激光雷达和所述惯性传感器，对所处环境进行检测；
C、所述无人机将检测信息发送至所述通讯模块；
E、在光线黑暗的环境下，打开所述照明设备，进行照明；
F、检测过程中，当所述无人机电量不足时，通过所述无线充电装置为所述无人机进行充电，此时，所述轮足混合动力机构独自进行检测，当所述无人机电量充满后，重新启动并进行检测工作；
H、检测完毕，所述无人机飞回所述机器人主体，所述轮足混合动力机构离开船舱。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的地空协同检测机器人及船舱检测方法，通过地空协同检测可以适应多种检测任务，同时也可以更好地适应各种各样的密闭空间，最大可能的完成检测任务，减少人所面临的危险。
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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述机器人结构示意图。
图2为本发明所述机器人侧视结构示意图。
图3为本发明所述机器人俯视结构示意图。
图4为本发明所述腿部结构示意图。
图5为本发明所述腿部结构足式行进模式下示意图。
图6为本发明所述腿部结构轮式行进模式下示意图。
图7为本发明所述腿部结构与所述机器人主体连接结构示意图。
图中：1、无人机；2、机器人主体；3、移动模块；4、照明模块；5、电力模块；6、通讯模块；7、传感器模块Ⅰ；12、磁吸结构；13、电池；14、足轮；15、轮齿结构；16、齿轮；17、舵机；18、T字连接块；19、连杆Ⅰ；20、连杆Ⅱ；21、角度传感器；22、压力传感器；23、直流无刷电机。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图1-3所示，本发明提供了本发明提供了一种地空协同检测机器人，包括轮足混合动力机构和无人机1；
所述轮足混合动力机构包括机器人主体2、移动模块3、传感器模块Ⅰ7、通讯模块6和电力模块5；
所述无人机1安装于所述机器人主体2顶部；
所述移动模块3包括安装于所述机器人主体2上的四个腿部结构，如图4-7所示，所述腿部结构包括连杆Ⅰ19、连杆Ⅱ20、舵机17、T字连接块18、足轮14、齿轮16、连接轴、磁吸结构12和控制模块；
所述连杆Ⅰ19和所述连杆Ⅱ20均包括上、下两段杆，两段杆之间通过销轴和轴承转动连接；所述连杆Ⅰ19和所述连杆Ⅱ20分别通过一个直流无刷电机驱动23工作，所述直流无刷电机驱动23固定安装于所述机器人主体2；
所述T字连接块18包括水平部和竖直部；所述连杆Ⅰ19底部与所述连杆Ⅱ20底部通过销轴连接于所述T字连接块18水平部，所述舵机17固定安装于所述T字连接块18，所述齿轮16通过所述连接轴与所述舵机17的转轴相连接，所述磁吸结构12固定安装于所述T字连接块18竖直部的底部；所述连杆Ⅱ20底部设置轮齿结构，所述轮齿结构15与所述齿轮16相互啮合；所述足轮14通过足轮支架安装于所述T字连接块18水平部；
所述足轮14通过电机Ⅰ驱动工作；所述电机Ⅰ、所述直流无刷电机23和所述磁吸结构12均与所述控制模块电连接；
所述传感器模块Ⅰ7包括激光雷达和摄像头Ⅰ，所述摄像头可以360度旋转；所述传感器模块Ⅰ7与所述通讯模块6电连接；
所述通讯模块6包括能够与所述无人机1通信的信号收发端；
所处电力模块5包括电池13和无线充电装置；所述电池13用于为所述轮足混合动力结构进行充电；所述无线充电装置用于为所述无人机1充电，使所述无人机1能够进行长距离、长时间工作。
进一步地，所述地空协同检测机器人还包括照明模块，所述照明模块包括远光灯，所述远光灯通过球状轴旋转安装于所述机器人主体。
进一步地，所述无人机1设置有通信模块和传感器模块Ⅱ；所述传感器模块Ⅱ包括摄像头Ⅱ、2D激光雷达和惯性传感器；所述通信模块包括与所述通讯模块通信的信号收发端。
进一步地，所述足轮支架固定安装于所述T字连接块18水平部，所述足轮14转动安装于所述足轮支架。
进一步地，所述T字连接块18竖直部的底部安装有压力传感器22和触觉传感器；所述连杆Ⅰ19与所述连杆Ⅱ20顶部连接处安装有角度传感器21；所述压力传感器22、所述触觉传感器和所述角度传感器21均与所述控制模块电连接。
进一步地，所述直流无刷电机23的电机轴上固定安装有连杆连接齿轮，所述连杆Ⅰ19和所述连杆Ⅱ20顶部均设置轴，所述连杆连接齿轮通过传送带与所述轴相连接；所述直流无刷电机23通过带传动进而控制所述连杆Ⅰ19或所述连杆Ⅱ20的工作，所述连杆Ⅰ19和所述连杆Ⅱ20在所述直流无刷电机23的控制下会呈现不同位置和角度，实现行进。
进一步地，所述无人机1可以采用现有技术中常见的无人机。
进一步地，所述磁吸结构12为电磁铁，用于在船体颠簸时维持自身的稳定。
进一步地，所述控制模块为PLC控制器。
工作时，所述足轮14和所述磁吸结构12分别位于所述T字连接块18的水平部和竖直部，二者之间呈90°角，通过所述舵机17转轴的转动，可以带动所述齿轮16沿着所述轮齿结构15啮合转动，所述舵机17带动所述T字连接块18绕所述连杆Ⅰ19与所述连杆Ⅱ20底部销轴转动，从而实现所述足轮14和所述磁吸结构12的位置切换；
通过所述足轮14和所述磁吸结构12的位置切换，所述腿部结构有两种行进方式：
当所述磁吸结构12转动至最下方时，为足式行进，通过所述控制模块控制所述直流无刷电机231工作进而控制所述连杆Ⅰ19与所述连杆Ⅱ20的工作，同时所述控制模块控制所述磁吸结构12工作，通过与接触面的磁吸作用实现行进；所述连杆Ⅰ19与所述连杆Ⅱ20工作时，带动所述轮齿结构15发生的运动幅度较小，因此所述轮齿结构15与所述齿轮16基本处于锁死的状态；足式行进状态下，保证所述机器人主体2上位于对角位置的两条所述腿部结构着地，另外两条所述腿部结构抬起向前行走，即可保证机器人整体重心前移，完成向前运动；
当所述轮足14转动至最下方时，为轮式行进，通过所述控制模块控制所述直流无刷电机23停止工作，使所述所述连杆Ⅰ19与所述连杆Ⅱ20停止工作，同时控制所述电机Ⅰ工作进而控制所述轮足14的工作实现行进；
用户可以根据需要自行选择任意一种行进方式，例如，当遇到崎岖路况时，可选择执行足式行进模式；当路况不崎岖时，可选择执行轮式行进模式；
行进过程中，通过所述触觉传感器、所述角度传感器21和所述压力传感器22不断接收当前腿部变化情况，所述角度传感器21用于检测连杆运动的角度信息，所述压力传感器22和所述触觉传感器用于检测所述腿部结构着地的压力或触觉信息，检测到的抖动、频率、接触情况等转化为电信号发送到所述控制模块，用户根据回传信号能够确定腿部结构的工作状态是否处于颠簸或崎岖路段，当判断处于路况崎岖，则使用足式行进，若判断路况平坦，则使用轮式行进；到达目的地后，改变为足式行进。
本发明还提供了一种船舱检测方法，采用了上述地空协同检测机器人，具体包括以下步骤：
A、进行船舱检测时，将所述地空协同检测机器人放入船舱中，打开所述摄像头Ⅰ和所述激光雷达，对所处环境进行初步检测；
B、所述无人机1与所述轮足混合动力机构通过所述通讯模块6进行通信，控制所述无人机1启动，打开所述摄像头Ⅱ、所述2D激光雷达和所述惯性传感器，对所处环境进行检测；
C、所述无人机1将检测信息发送至所述通讯模块6；
E、在光线黑暗的环境下，打开所述照明设备4，进行照明；
F、检测过程中，当所述无人机1电量不足时，通过所述无线充电装置为所述无人机1进行充电，此时，所述轮足混合动力机构独自进行检测，当所述无人机1电量充满后，重新启动并进行检测工作；
H、检测完毕，所述无人机1飞回所述机器人主体2，所述轮足混合动力机构离开船舱。
所述通讯模块6采用WIFI数据通讯方式，用于实现所述轮足混合动力机构和所述无人机1之间的信息交互；所述摄像头Ⅰ用于采集船舱内图像信息，所述激光雷达用于检测机器人所处的密闭空间中的环境信息，所述图像信息和所述环境信息能够用于用户后续的SLAM分析；
所述通讯模块6还能够与上位机有线连接，用于将所述传感器模块Ⅰ7检测到的信息以及通过所述通讯模块6接收到的所述无人机1的信息发送至所述上位机，用户能够通过所述上位机监控所述轮足混合动力机构和所述无人机1的工作状态和检测信息；采用有线连接的方式能够保证通讯的质量，同时克服密闭空间对于信号传输的影响。
本发明所述的地空协同检测机器人工作时，所述机器人进入船舱，通过所述传感器模块Ⅰ7确定目前船舱内的情况，通过所述通讯模块6向所述无人机1发送指令，使所述无人机1飞行到上空，利用搭载的所述传感器模块Ⅱ10进行检测，在检测过程中，所述无人机1的所述传感器模块Ⅱ10将检测信息通过所述通信模块11发送给所述通讯模块6，所述通讯模块6将将所述传感器模块Ⅰ7检测到的信息以及通过所述通讯模块6接收到的所述无人机1的信息发送至所述上位机。
所述无人机1和所述轮足机器人通过彼此通信，协同工作，检测船舱；面对黑暗环境，还可以通过所述照明模块4完成紧急照明任务，保证可以继续完成检测任务。
进一步地，所述通讯模块6还能够根据所述传感器模块Ⅰ7和所述所述传感器模块Ⅱ10检测的信息进行路径规划(路径规划可以采用VFH算法)，然后将路径规划信息发送至所述无人机1，帮助所述无人机1在飞行过程中避障；所述通讯模块6包括嵌入式微处理器和集成主板，通过所述传感器模块Ⅰ7检测的信息进行SLAM分析，并通过所述无人机1检测信息的补充，能够提高避障精度和路径规划的能力。
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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种地空协同检测机器人，其特征在于，包括轮足混合动力机构和无人机(1)；
所述轮足混合动力机构包括机器人主体(2)、移动模块(3)、传感器模块Ⅰ(7)、通讯模块(6)和电力模块(5)；
所述无人机(1)安装于所述机器人主体(2)顶部；
所述移动模块(3)包括安装于所述机器人主体(2)上的四个腿部结构，所述腿部结构包括连杆Ⅰ(19)、连杆Ⅱ(20)、舵机(17)、T字连接块(18)、足轮(14)、齿轮(16)、连接轴、磁吸结构(12)和控制模块；
所述连杆Ⅰ(19)和所述连杆Ⅱ(20)均包括上、下两段杆，两段杆之间通过销轴和轴承转动连接；所述连杆Ⅰ(19)和所述连杆Ⅱ(20)分别通过一个直流无刷电机驱动(23)工作，所述直流无刷电机驱动(23)固定安装于所述机器人主体(2)；
所述T字连接块(18)包括水平部和竖直部；所述连杆Ⅰ(19)底部与所述连杆Ⅱ(20)底部通过销轴连接于所述T字连接块(18)水平部，所述舵机(17)固定安装于所述T字连接块(18)，所述齿轮(16)通过所述连接轴与所述舵机(17)的转轴相连接，所述磁吸结构(12)固定安装于所述T字连接块(18)竖直部的底部；所述连杆Ⅱ(20)底部设置轮齿结构，所述轮齿结构(15)与所述齿轮(16)相互啮合；所述足轮(14)通过足轮支架安装于所述T字连接块(18)水平部；
所述足轮(14)通过电机Ⅰ驱动工作；所述电机Ⅰ、所述直流无刷电机(23)和所述磁吸结构(12)均与所述控制模块电连接；
所述传感器模块Ⅰ(7)包括激光雷达和摄像头Ⅰ，所述摄像头可以360度旋转；所述传感器模块Ⅰ(7)与所述通讯模块(6)电连接；
所述通讯模块(6)包括能够与所述无人机(1)通信的信号收发端；
所处电力模块(5)包括电池(13)和无线充电装置；所述电池(13)用于为所述轮足混合动力结构进行充电；所述无线充电装置用于为所述无人机(1)充电。
2.根据权利要求1所述的地空协同检测机器人，其特征在于，所述地空协同检测机器人还包括照明模块(4)，所述照明模块(4)包括远光灯，所述远光灯通过球状轴旋转安装于所述机器人主体(2)。
3.根据权利要求1所述的地空协同检测机器人，其特征在于，所述无人机(1)设置有通信模块(11)和传感器模块Ⅱ(10)；
所述传感器模块Ⅱ(10)包括摄像头Ⅱ、2D激光雷达和惯性传感器；
所述通信模块(11)包括与所述通讯模块(6)通信的信号收发端。
4.根据权利要求1所述的地空协同检测机器人，其特征在于，所述足轮支架固定安装于所述T字连接块(18)水平部，所述足轮(14)转动安装于所述足轮支架。
5.根据权利要求1所述的地空协同检测机器人，其特征在于，所述T字连接块(18)竖直部的底部安装有压力传感器(22)和触觉传感器；所述连杆Ⅰ(19)与所述连杆Ⅱ(20)顶部连接处安装有角度传感器(21)；所述压力传感器(22)、所述触觉传感器和所述角度传感器(21)均与所述控制模块电连接。
6.根据权利要求1所述的地空协同检测机器人，其特征在于，所述直流无刷电机(23)的电机轴上固定安装有连杆连接齿轮，所述连杆Ⅰ(19)和所述连杆Ⅱ(20)顶部均设置轴，所述连杆连接齿轮通过传送带与所述轴相连接。
7.一种船舱检测方法，其特征在于，采用了权利要求3所述的地空协同检测机器人，具体包括以下步骤：
A、进行船舱检测时，将所述地空协同检测机器人放入船舱中，打开所述摄像头Ⅰ和所述激光雷达，对所处环境进行初步检测；
B、所述无人机(1)与所述轮足混合动力机构通过所述通讯模块(6)进行通信，控制所述无人机(1)启动，打开所述摄像头Ⅱ、所述2D激光雷达和所述惯性传感器，对所处环境进行检测；
C、所述无人机(1)将检测信息发送至所述通讯模块(6)；
E、在光线黑暗的环境下，打开所述照明设备(4)，进行照明；
F、检测过程中，当所述无人机(1)电量不足时，通过所述无线充电装置为所述无人机(1)进行充电，此时，所述轮足混合动力机构独自进行检测，当所述无人机(1)电量充满后，重新启动并进行检测工作；
H、检测完毕，所述无人机(1)飞回所述机器人主体(2)，所述轮足混合动力机构离开船舱。
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