CN113858225A - 一种环境应急监测与采样机器人、系统及其使用方法 - Google Patents

一种环境应急监测与采样机器人、系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环境应急监测与采样机器人，包括支撑架，所述支撑架上设置有抓取机构、检测设备、设备操作机构和控制箱，通过安装于电脑PC端上的控制系统对机器人进行操作控制，再将机器人传回的检测数据进行处理，从而无需再通过检测人员人工进入检测区域进行检测，提高检测效率，提高检测安全性。

Description

一种环境应急监测与采样机器人、系统及其使用方法
技术领域
本发明属于环境监测设备领域，更具体的说涉及一种环境应急监测与采样机器人、系统及其使用方法。
背景技术
环境监测在生态环境保护中有着重要的作用，特别是加强环境监测机构对突发环境事件的应急检测能力，提高突发性环境污染事故现场处置能力，及时掌握事故现场污染状况，及时测定环境危害的成分和程度，为政府和有关部门有效控制及消除事故污染提供及时、科学依据至关重要。但是有些环境不是利于人员直接进行监测的，如火场、不明物质泄露、高辐射场等，检测人员进入的话可能存在极大安全隐患。本发明通过设计一种可代替检测人员，进行远程操控环境监测的机器人。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种环境应急监测与采样机器人、系统及其使用方法，提高突发环境应急监测效率，保障人员生命安全。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种环境应急监测与采样机器人，包括支撑架，所述支撑架上设置有抓取机构、检测设备、设备操作机构和控制箱，所述支撑架的四角上均转动连接有行走轮，每个行走轮上连接有行走电机；
所述抓取机构包括固定于支撑架上的固定支架，所述固定支架上铰接有第一传动杆和第二传动杆，所述第一传动杆和第二传动杆之间设置有第三传动杆，第三传动杆分别铰接于第一传动杆和第二传动杆，所述第三传动杆上铰接有第四传动杆，所述第四传动杆上铰接有抓取杆，所述抓取杆上设置有夹爪机构，所述支撑架上设置有抓取电机，抓取电机上设置有第一齿轮，所诉第一传动杆上设置有连接第一齿轮的第二齿轮，所述第二传动杆上设置有第三齿轮，所述第四传动杆上设置有连接第三齿轮的第四齿轮，所述第四传动杆上设置有驱动抓取杆转动的转动机构；
所述夹爪机构包括固定在抓取杆上的支撑块，所述支撑块上转动连接有转动块，所述转动块上设置有夹爪，所述抓取板上设置有旋转电机，所述旋转电机上设置有第五齿轮，所述转动块上设置有连接第五齿轮的第六齿轮；
所述设备操作机构包括移动支架和第一电动缸，移动支架与支撑架滑动连接，第一电动缸连接移动支架，所述移动支架的一侧设置有竖直的第一圆柱直线电机，所述第一圆柱直线电机与移动支架之间设置有水平的第二圆柱直线电机，所述第二圆柱直线电机上设置有电磁按钮所述转动机构包括第二电动缸，所述第二电动缸的主轴上铰接有连接杆，所述连接杆与抓取杆铰接。
进一步地，所述夹爪包括两个夹爪手指，夹爪手指与转动块之间设置有两根夹取杆，所述夹取杆的两端分别铰接于夹爪手指与转动块，所述支撑块上设置有夹爪电机，所述夹爪电机上设置有螺纹杆，所述螺纹杆上螺纹连接有驱动块，所述驱动块与两个相互靠近的夹取杆之间设置有驱动杆，所述驱动杆的两端分别铰接于驱动块和夹取杆。
进一步地，所述抓取杆、第二圆柱直线电机和支撑架的前后两侧上均设置有摄像头。
进一步地，所述行走轮为麦克纳姆轮。
进一步地，所述支撑架上设置有收集槽，所述收集槽位于夹住的下方。
进一步地，述控制箱内设置有驱动电池、控制板和数据传输部件。
一种环境应急监测与采样系统，包括机器人控制系统和数据传输部件；
所述机器人控制系统安装于电脑PC端上，机器人控制系统包括视频远程监控系统、检测仪器数据远程读取系统和机器人远程操作系统；
所述数据传输部件包括机器人信号接收模块、机器人信号发射模块、PC端串口指令输出模块、视频信号接收模块和检测仪器数据接收模块，所述机器人接收模块与机器人信号发射模块均电性连接在机器人的控制板上，所述PC端串口指令输出模块与机器人远程操作系统连接，所述视频信号接收模块与视频远程监控系统连接，所述检测仪器数据接收模块与检测仪器数据远程读取系统连接。
一种环境应急监测与采样机器人的使用方法，包括以下步骤：
步骤1.根据需要检测类型选择适当的检测设备，然后将检测设备放置并固定在移动支架的下方；
步骤2.将PC端串口指令输出模块、视频信号接收模块和检测仪器数据接收模块与检测人员的电脑PC端连接，打开电脑上的机器人远程操作系统，开启指令输出和数据输入，并电信号连接机器人上的机器人信号接收模块；
步骤3.将机器人放置在检测区域的边缘处，通过机器人远程操作系统将电信号传输至控制板上的机器人信号接收模块，并控制行走电机启动，使机器人移动至检测区域内，并开始环境监测，机器人行走时，摄像头将拍摄的实时画面通过机器人信号发射模块传输至视频远程监控系统，检测人员通过PC端上的实时画面操作机器人的行走路线；
步骤4.检测设备收集的数据通过机器人信号发射模块实时传输回PC端上的检测仪器数据远程读取系统，再根据环境的变化通过机器人远程操作系统控制机器人的设备操作机构上的电磁按钮对检测设备上的按钮进行操作；
步骤5.通过机器人远程操作系统控制机器人的抓取机构上的夹爪对环境中特定的样品进行采集，并将采集后的样品放置在收集槽内；
步骤6.操作机器人返回，完成环境的检测与样品收集。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：检测人员可通过远程控制机器人进入检测区域内，通过设备操作机构对支撑架上的检测设备进行操作，通过抓取机构对样品进行采集，从而无需再通过检测人员人工进入检测区域进行检测，提高检测效率，提高检测安全性。
附图说明
图1为本发明环境监测与采样机器人的正面结构示意图；
图2为环境监测与采样机器人的俯视结构示意图；
图3为抓取机构的正面结构示意图；
图4为夹爪的结构示意图；
图5为设备操作机构的俯视结构示意图；
图6为设备操作机构的正面结构示意图；
图7为环境应急监测与采样系统示意图。
附图标记：1.支撑架；2.抓取机构；21.固定支架；22.第一传动杆；23.第二传动杆；24.第三传动杆；25.第四传动杆；26.抓取杆；27.夹爪机构；271.支撑块；272.转动块；273.夹爪；2731.夹爪手指；2732.夹取杆；2733.夹爪电机；2734.螺纹杆；2735.驱动块；2736.驱动杆；274.旋转电机；275.第五齿轮；276.第六齿轮；28.抓取电机；29.第一齿轮；210.第二齿轮；211.第三齿轮；212.第四齿轮；213.转动机构；2131.第二电动缸；2132.连接杆；3.设备操作机构；31.移动支架；32.第一电动缸；33.第一圆柱直线电机；34.第二圆柱直线电机；35.电磁按钮；4.控制箱；5.行走轮；6.行走电机；7.摄像头；8.收集槽。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向(X)”、“纵向(Y)”、“竖向(Z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参照图1至图7对本发明进一步说明。
一种环境应急监测与采样机器人，包括支撑架1，所述支撑架1上设置有抓取机构2、检测设备、设备操作机构3和控制箱4，所述支撑架1的四角上均转动连接有行走轮5，每个行走轮5上连接有行走电机6；
如图1和图2所示，将检测设备放置在支撑架1上，并位于设备操作机构3的下方，通过行走电机6带动行走轮5转动，使机器人能够在复杂的区域内移动，然后通过检测设备对检测区域内的环境进行检测，再通过抓取机构2在检测区域内进行样品的采集，检测人员可对机器人进行远程控制，从而无需再使检测人员进入检测区域内进行人工检测，提高安全性，降低了检测人员的劳动力，有利于提高检测效率。
如图3所示，本实施例优选的所述抓取机构2包括固定于支撑架1上的固定支架21，所述固定支架21上铰接有第一传动杆22和第二传动杆23，所述第一传动杆22和第二传动杆23之间设置有第三传动杆24，第三传动杆24分别铰接于第一传动杆22和第二传动杆23，所述第三传动杆24上铰接有第四传动杆25，所述第四传动杆25上铰接有抓取杆26，所述抓取杆26上设置有夹爪机构27，所述支撑架1上设置有抓取电机28，抓取电机28上设置有第一齿轮29，所诉第一传动杆22上设置有连接第一齿轮29的第二齿轮210，所述第二传动杆23上设置有第三齿轮211，所述第四传动杆25上设置有连接第三齿轮211的第四齿轮212，所述第四传动杆25上设置有驱动抓取杆26转动的转动机构213，当需要采集样品时，启动抓取电机28，通过第一齿轮29带动第二齿轮210转动，使得第一传动杆22在固定支架21上转动，并且同时使第二传动杆23转动，通过第一传动杆22与第二传动杆23使第三传动杆24转动，且转动过程中，使第三齿轮211与第四齿轮212行不配合传动，从而使得第四传动杆25带动抓取杆26上升或下降，再通过抓取杆26与第四传动杆25之间的转动机构213使抓取板在第四传动杆25上单独转动，提高夹爪机构27的的活动范围，提高样品的采集效率。
如图2所示，优选的，所述支撑架1上设置有两个设备操作机构3，且两个设备操作机构3分别位于抓取机构2的两侧，使得支撑架1上能够放置两个检测设备，增加检测种类。
如图4所示，本实施例优选的所述夹爪机构27包括固定在抓取杆26上的支撑块271，所述支撑块271上转动连接有转动块272，所述转动块272上设置有夹爪273，所述抓取板上设置有旋转电机274，所述旋转电机274上设置有第五齿轮275，所述转动块272上设置有连接第五齿轮275的第六齿轮276，夹取样品时，可启动旋转电机274，通过第五齿轮275与第六齿轮276的相互配合使转动块272在支撑块271上转动，方便夹爪273调整对样品的夹取角度，提高样品采集效率。
如图5和图6所示，本实施例优选的所述设备操作机构3包括移动支架31和第一电动缸32，移动支架31与支撑架1滑动连接，第一电动缸32连接移动支架31，所述移动支架31的一侧设置有竖直的第一圆柱直线电机33，所述第一圆柱直线电机33与移动支架31之间设置有水平的第二圆柱直线电机34，所述第二圆柱直线电机34上设置有电磁按钮25所述转动机构213包括第二电动缸2131，所述第二电动缸2131的主轴上铰接有连接杆2132，所述连接杆2132与抓取杆26铰接，检测设备放置移动支架31的下方，通过第一电动缸32和水平的第二圆柱直线电机34可使移动支架31上的电磁按钮25在检测设备上方进行水平移动；通过竖直的第一圆柱直线电机33实现电磁按钮25在竖直方向上的移动，当电磁按钮25移动并抵触在检测设备的操作按钮的上方时，向电磁按钮25通电，使电磁按钮25的按钮杆将操作按钮下压，即可实现对检测机构进行操作，方便快捷。
如图4所示，本实施例优选的所述夹爪273包括两个夹爪手指2731，夹爪手指2731与转动块272之间设置有两根夹取杆2732，所述夹取杆2732的两端分别铰接于夹爪手指2731与转动块272，所述支撑块271上设置有夹爪电机2733，所述夹爪电机2733上设置有螺纹杆2734，所述螺纹杆2734上螺纹连接有驱动块2735，所述驱动块2735与两个相互靠近的夹取杆2732之间设置有驱动杆2736，所述驱动杆2736的两端分别铰接于驱动块2735和夹取杆2732，夹取样品时，启动夹爪电机2733，带动螺纹杆2734转动，使得驱动块2735在螺纹杆2734上移动，并通过驱动杆2736带动与其铰接的夹取杆2732在转动块272上转动，并在另一根夹取杆2732的配合使两个夹爪手指2731之间相互靠近或远离，即可实现对样品的夹取和松开。
如图1所示，本实施例优选的所述抓取杆26、第二圆柱直线电机34和支撑架1的前后两侧上均设置有摄像头7，抓取杆26上的摄像头7抓取杆26移动，即在夹住抓取样品使观察到样品外观，方便检测人员对样品进行远程观测；第二圆柱直线电机34上的摄像头7则随第二直线电机的移动使检测人员能够观察到检测设备的检测状态，并通过设备操作机构3实时对检测设备的检测状态进行调整，保证检测精度；支撑架1前后两侧的摄像头7可使检测人员对机器人的移动路径进行观测，并控制机器人避开障碍物，提高机器人的移动效率。
本实施例优选的所述行走轮5为麦克纳姆轮，可通过四个行走轮5之间的不同转向实现机器人的不同行走方式，提高机器人的移动效率。
如图1所示，本实施例优选的所述支撑架1上设置有收集槽8，所述收集槽8位于夹住的下方，即通过收集槽8可将夹爪273夹取的样品放置在收集槽8内，便于样品的携带。
本实施例优选的所述控制箱内设置有驱动电池(附图未示出)、控制板(附图未示出)和数据传输部件，驱动电池为机器人提供电能，控制板控制机器人的运行，数据传输部件负责接收和发射信号。
如图7所示，一种环境应急监测与采样系统，包括机器人控制系统和数据传输部件；所述机器人控制系统安装于电脑PC端上，机器人控制系统包括视频远程监控系统、检测仪器数据远程读取系统和机器人远程操作系统；所述数据传输部件包括机器人信号接收模块、机器人信号发射模块、PC端串口指令输出模块、视频信号接收模块和检测仪器数据接收模块，所述机器人接收模块与机器人信号发射模块均电性连接在机器人的控制板上，所述PC端串口指令输出模块与机器人远程操作系统连接，所述视频信号接收模块与视频远程监控系统连接，所述检测仪器数据接收模块与检测仪器数据远程读取系统连接。
一种环境应急监测与采样机器人的使用方法，包括以下步骤：
步骤1.根据需要检测类型选择适当的检测设备，然后将检测设备放置并固定在移动支架的下方；
步骤2.将PC端串口指令输出模块、视频信号接收模块和检测仪器数据接收模块与检测人员的电脑PC端连接，打开电脑上的机器人远程操作系统，开启指令输出和数据输入，并电信号连接机器人上的机器人信号接收模块；
步骤3.将机器人放置在检测区域的边缘处，通过机器人远程操作系统将电信号传输至控制板上的机器人信号接收模块，并控制行走电机启动，使机器人移动至检测区域内，并开始环境监测，机器人行走时，摄像头将拍摄的实时画面通过机器人信号发射模块传输至视频远程监控系统，检测人员通过PC端上的实时画面操作机器人的行走路线；
步骤4.检测设备收集的数据通过机器人信号发射模块实时传输回PC端上的检测仪器数据远程读取系统，再根据环境的变化通过机器人远程操作系统控制机器人的设备操作机构上的电磁按钮对检测设备上的按钮进行操作；
步骤5.通过机器人远程操作系统控制机器人的抓取机构上的夹爪对环境中特定的样品进行采集，并将采集后的样品放置在收集槽内；
步骤6.操作机器人返回，完成环境的检测与样品收集。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种环境应急监测与采样机器人，其特征在于：包括支撑架，所述支撑架上设置有抓取机构、检测设备、设备操作机构和控制箱，所述支撑架的四角上均转动连接有行走轮，每个行走轮上连接有行走电机；
所述抓取机构包括固定于支撑架上的固定支架，所述固定支架上铰接有第一传动杆和第二传动杆，所述第一传动杆和第二传动杆之间设置有第三传动杆，第三传动杆分别铰接于第一传动杆和第二传动杆，所述第三传动杆上铰接有第四传动杆，所述第四传动杆上铰接有抓取杆，所述抓取杆上设置有夹爪机构，所述支撑架上设置有抓取电机，抓取电机上设置有第一齿轮，所诉第一传动杆上设置有连接第一齿轮的第二齿轮，所述第二传动杆上设置有第三齿轮，所述第四传动杆上设置有连接第三齿轮的第四齿轮，所述第四传动杆上设置有驱动抓取杆转动的转动机构；
所述夹爪机构包括固定在抓取杆上的支撑块，所述支撑块上转动连接有转动块，所述转动块上设置有夹爪，所述抓取板上设置有旋转电机，所述旋转电机上设置有第五齿轮，所述转动块上设置有连接第五齿轮的第六齿轮；
所述设备操作机构包括移动支架和第一电动缸，移动支架与支撑架滑动连接，第一电动缸连接移动支架，所述移动支架的一侧设置有竖直的第一圆柱直线电机，所述第一圆柱直线电机与移动支架之间设置有水平的第二圆柱直线电机，所述第二圆柱直线电机上设置有电磁按钮。
2.根据权利要求1所述的环境监测与采样机器人，其特征在于：所述转动机构包括第二电动缸，所述第二电动缸的主轴上铰接有连接杆，所述连接杆与抓取杆铰接。
3.根据权利要求2所述的环境监测与采样机器人，其特征在于：所述夹爪包括两个夹爪手指，夹爪手指与转动块之间设置有两根夹取杆，所述夹取杆的两端分别铰接于夹爪手指与转动块，所述支撑块上设置有夹爪电机，所述夹爪电机上设置有螺纹杆，所述螺纹杆上螺纹连接有驱动块，所述驱动块与两个相互靠近的夹取杆之间设置有驱动杆，所述驱动杆的两端分别铰接于驱动块和夹取杆。
4.根据权利要求3所述的环境监测与采样机器人，其特征在于：所述抓取杆、第二圆柱直线电机和支撑架的前后两侧上均设置有摄像头。
5.根据权利要求4所述的环境监测与采样机器人，其特征在于：所述行走轮为麦克纳姆轮。
6.根据权利要求5所述的环境监测与采样机器人，其特征在于：所述支撑架上设置有收集槽，所述收集槽位于夹住的下方。
7.根据权利要求6所述的环境监测与采样机器人，其特征在于：所述控制箱内设置有驱动电池、控制板和数据传输部件。
8.一种环境应急监测与采样系统，其特征在于：包括机器人控制系统和数据传输部件；
所述机器人控制系统安装于电脑PC端上，机器人控制系统包括视频远程监控系统、检测仪器数据远程读取系统和机器人远程操作系统；
所述数据传输部件包括机器人信号接收模块、机器人信号发射模块、PC端串口指令输出模块、视频信号接收模块和检测仪器数据接收模块，所述机器人接收模块与机器人信号发射模块均电性连接在机器人的控制板上，所述PC端串口指令输出模块与机器人远程操作系统连接，所述视频信号接收模块与视频远程监控系统连接，所述检测仪器数据接收模块与检测仪器数据远程读取系统连接。
9.一种环境应急监测与采样机器人的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1.根据需要检测类型选择适当的检测设备，然后将检测设备放置并固定在移动支架的下方；
步骤2.将PC端串口指令输出模块、视频信号接收模块和检测仪器数据接收模块与检测人员的电脑PC端连接，打开电脑上的机器人远程操作系统，开启指令输出和数据输入，并电信号连接机器人上的机器人信号接收模块；
步骤3.将机器人放置在检测区域的边缘处，通过机器人远程操作系统将电信号传输至控制板上的机器人信号接收模块，并控制行走电机启动，使机器人移动至检测区域内，并开始环境监测，机器人行走时，摄像头将拍摄的实时画面通过机器人信号发射模块传输至视频远程监控系统，检测人员通过PC端上的实时画面操作机器人的行走路线；
步骤4.检测设备收集的数据通过机器人信号发射模块实时传输回PC端上的检测仪器数据远程读取系统，再根据环境的变化通过机器人远程操作系统控制机器人的设备操作机构上的电磁按钮对检测设备上的按钮进行操作；
步骤5.通过机器人远程操作系统控制机器人的抓取机构上的夹爪对环境中特定的样品进行采集，并将采集后的样品放置在收集槽内；
步骤6.操作机器人返回，完成环境的检测与样品收集。
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