CN114043491B - 视频巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种视频巡检机器人，包括底盘和上壳，根据功能不同，通用底盘搭载不同的上壳形成分体式设计；为保证通讯稳定性，将外壳与天线融合保护天线；为便于维护，使用快速更换摄像仪透明罩结构和电机快速更换结构；为适应轨道多变性能力，设计滑动密封结构，保证机器人底盘在工作面复杂环境中的密封性。

Description

视频巡检机器人

技术领域

本申请涉及煤炭行业综采工作面场景下的巡检机器人应用，尤其涉及一种视频巡检机器人。

背景技术

国内许多煤矿应用了可视化远程干预型智能无人化综采，但是综采工作面内仍然需要1名工人进行巡检作业，为了实现综采工作面支架支护区域内真正无人，本系列综采工作面巡检机器人可获取工作面信息，实现工作面数字化透明化，完成对综采工作面巡检人员的替代，并可搭载激光雷达、惯性导航等组件，实现工作面自动找直、三维数字重构等任务。

现有综采工作面数字信息获取主要依赖于工作面支架侧安装的可见光摄像头，通过视频获取工作面信息。但受煤矿通讯带宽、功耗的限制，无法实现视频全覆盖无死角。利用可见光视频获取的信息维度单一，无法做到工作面信息全感知。

现有综采工作面数字信息获取主要依赖于工作面支架侧安装的可见光摄像头，通过视频获取工作面信息，但是存在以下问题：固定视频监控灵活度低、视角范围小；采煤机工作时煤尘较大，可见光无法透过煤尘看清采煤机工作状态；为保证无监控死角需安装大量摄像仪，井下通信网络传输大带宽通信数据能力不足；摄像仪球罩在使用过程中，油污清洁困难且易磨损；井下无线通信不稳定，WiFi存在漫游、遮挡阻碍信号等问题；只有可见光视频信息，无法获取工作面三维地质信息来为数字化智能自主割煤提供依据；综采工作面找直主要依赖于人工目测液压支架，精度不足且存在人员安全风险。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为达上述目的，本申请实施例提出了一种视频巡检机器人，包括：底盘和上壳。

所述底盘下端连接有m个水平转动的主动轮和n个竖直转动的从动轮，m≥2，n≥4，m、n均为偶数，主动轮以轴对称的方式分布于底盘中间的位置，从动轮对称分布于底盘底部的左右两侧，主动轮通过电机的输出端连接并驱动。

所述上壳可拆卸连接于底盘上端，上壳上端可拆卸连接有用于保护摄像仪的球罩。

所述底盘和上壳内设有用于放置和更换电源的可开合的电源仓。

在一些实施例中，所述底盘的边缘处设有若干个固定孔，上壳通过螺钉可拆卸连接在底盘的固定孔上。

在一些实施例中，所述底盘外固定有底盘壳体，电机设于底盘壳体内，电机的输出端连接于主动轮的主动轴，输出端和主动轴的衔接处连接有滑动密封组件，每个主动轮均连接有一组滑动密封组件。

在一些实施例中，所述滑动密封组件包括上导轨、导轨滑块、下导轨和滑动块，上导轨固定在底盘壳体内的底部，导轨滑块限位卡接于上导轨上端并沿着上导轨左右滑动，电机的机壳下端通过法兰可拆卸固定在导轨滑块上端。

下导轨固定在底盘壳体外的底部，滑动块滑动连接于下导轨并沿着下导轨左右移动，主动轴上端转动连接于导轨滑块内，主动轴下端键连接主动轮并带动主动轮转动，主动轴贯穿滑动块的中心处，主动轴贯穿底盘壳体的位置开设有便于主动轴左右摆动的长孔，左右相邻两个主动轮的导轨滑块之间通过一组弹簧组件连接。

当电机带动主动轮转动时，主动轴相对于导轨滑块和滑动块转动，当主动轮在行进过程中发生左右偏移时，主动轴带动导轨滑块和滑动块同步偏移。

在一些实施例中，所述弹簧组件包括弹簧、左套件和右插件，左套件的一端固定在左侧主动轮的导轨滑块上，左套件的另一端开设有用于放置弹簧的弹簧槽，右插件的一端固定在右侧主动轮的导轨滑块上，右插件呈柱状结构，弹簧的一端固定连接在弹簧槽内的顶端，弹簧的另一端套在右插件外之后并固定在右侧主动轮的导轨滑块上，左套件的弹簧槽的空间足以将右插件完全插入或部分插入，左套件的下端设有与上导轨相配合的滑槽。

在一些实施例中，所述主动轴与导轨滑块的接触面、主动轴与滑动块的接触面、滑动块与下导轨的接触面、导轨滑块与上导轨的接触面、以及左套件与上导轨的接触面均为紧密接触。

在一些实施例中，主动轮和从动轮各设有四个，四个主动轮以2*2轴对称的方式分布于底盘中间的位置，四个从动轮分布于底盘的左右两侧。

在一些实施例中，电源仓内连接有用于连接电源的快接插头，电源仓的仓盖上设有快开按钮。

在一些实施例中，上壳上端的两侧设有用于卡设天线的软胶层。

在一些实施例中，上壳上端通过若干个螺栓可拆卸连接球罩。

本申请实施例的视频巡检机器人，摆脱固定式摄像头获取工作面信息的局限性，使用通用的运行轨道和底盘驱动装置，根据功能不同搭载不同设备，形成分体式设计；为保证续航能力，使用电池快换结构；为保证通讯稳定性，将外壳与天线融合保护天线；为便于维护，使用快速更换摄像仪透明罩结构和电机快速更换结构；为适应轨道多变性能力，设计滑动密封结构，保证机器人底盘在工作面复杂环境中的密封性。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例视频巡检机器人的整体外形结构示意图；

图2为本申请实施例视频巡检机器人的主视图；

图3为图2中A-A面剖视图；

图4为图3中B部分的放大示意图；

图5为图2的侧视图；

图6为图5中C-C面剖视图；

图7为图6的中D部分的放大示意图；

图8为图2的仰视图；

图9为图2中俯视角度的内部结构示意图；

图10为上盖的结构示意图；

图11为图10中E-E面剖视图；

图12为图10的侧视图；

图13为底盘的结构示意图；

图14为图13中F-F面剖视图；

图15为图13的侧视图；

图16为配合视频巡检机器人使用的轨道的结构示意图；

图17为图16的俯视图；

附图标记：

1-球罩；2-软胶层；3-电源仓；4-从动轮；5-主动轮；6-快开按钮；7-上壳；8-底盘；9-螺钉；10-固定孔；11-电机；12-主动轴；13-法兰；14-输出端；15-导轨滑块；16-上导轨；17-底盘壳体；18-下导轨；19-长孔；20-滑动块；21-弹簧；22-左套件；23-右插件；24-螺纹部；25-快接插头；26-钢轨；27-连接件。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图1-17描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的视频巡检机器人。

如图1-15所示，本申请实施例提出了一种视频巡检机器人，包括：底盘8和上壳7，所述底盘8下端连接有m个水平转动的主动轮5和n个竖直转动的从动轮4，m≥2，n≥4，m、n均为偶数，主动轮5以轴对称的方式分布于底盘8中间的位置，从动轮4对称分布于底盘8底部的左右两侧，主动轮5通过电机11的输出端14连接并驱动。即保证主动轮5至少有左右两个才可保证驱动，从动轮4至少有4个才可保证在行进过程中保持平稳。

所述上壳7可拆卸连接于底盘8上端，上壳7上端可拆卸连接有用于保护摄像仪的球罩1。

所述底盘8和上壳7内设有用于放置和更换电源的可开合的电源仓3。

在一些实施例中，主动轮5外形呈圆柱体。

在一些实施例中，所述底盘8的边缘处设有6个固定孔10，上壳7通过螺钉9可拆卸连接在底盘8的固定孔10上。底盘8和上壳7采用分体设计，使底盘8可搭载不同设备的上壳7。固定孔10为长孔，螺钉可在长孔内进行位置调节，以适应不同的上壳7与底盘8之间的固定。

在一些实施例中，所述底盘8外固定有底盘壳体17，电机11设于底盘壳体17内，电机11的输出端14连接于主动轮5的主动轴12，输出端14和主动轴12的衔接处连接有滑动密封组件，每个主动轮5均连接有一组滑动密封组件，可实现防尘防水的功能。

在一些实施例中，所述滑动密封组件包括上导轨16、导轨滑块15、下导轨18和滑动块20，上导轨16固定在底盘壳体17内的底部，导轨滑块15限位卡接于上导轨16上端并沿着上导轨16左右滑动，电机11的机壳下端通过法兰13可拆卸固定在导轨滑块15上端，机壳与法兰13之间通过四个螺钉固定连接，拆下螺钉后即可快速更换电机11。

下导轨18固定在底盘壳体17外的底部，滑动块20滑动连接于下导轨18并沿着下导轨18左右移动，主动轴12上端转动连接于导轨滑块15内，主动轴12下端键连接主动轮5并带动主动轮5转动，主动轴12贯穿滑动块20的中心处，主动轴12贯穿底盘壳体17的位置开设有便于主动轴12左右摆动的长孔19，左右相邻两个主动轮5的导轨滑块15之间通过一组弹簧组件连接。

当电机11带动主动轮5转动时，主动轴12相对于导轨滑块15和滑动块20转动，当主动轮5在行进过程中发生左右偏移时，主动轴12带动导轨滑块15和滑动块20同步偏移。

机器人需要具备能够适应轨道爬坡、弯曲、扩张等多形变的能力，因此底盘设计为滑动密封结构，实现在机器人运行的过程中，机器人既可以自适应轨道运行，又能保证机器人底盘在工作面复杂环境中的密封性。

电机11作为驱动底盘的核心部件，在配合具备硬件限流的驱动器的作用下，实现稳定可靠的驱动执行力，考虑到在井下高强度的运行，从可维护性上设计电机11与主动轮5连接的快接结构，当电机11工作不正常时，可快速完成电机11的更换，完成系统完整性的恢复。

在一些实施例中，所述弹簧组件包括弹簧21、左套件22和右插件23，左套件22的一端固定在左侧的主动轮5的导轨滑块15上，左套件22的另一端开设有用于放置弹簧21的弹簧槽，右插件23的一端固定在右侧的主动轮5的导轨滑块15上，右插件23呈柱状结构，弹簧21的一端固定连接在弹簧槽内的顶端，弹簧21的另一端套在右插件23外之后并固定在右侧的主动轮5的导轨滑块15上，左套件22的弹簧槽的空间足以将右插件23完全插入或部分插入，左套件22的下端设有与上导轨16相配合的滑槽，左套件22沿着上导轨16滑动。

左套件22的左端和右插件23的右端均设有螺纹部24，导轨滑块15上设有与螺纹部24相匹配的螺孔，左套件22和右插件23均通过螺纹部24旋合连接于导轨滑块15。

在一些实施例中，所述主动轴5与导轨滑块15的接触面、主动轴5与滑动块20的接触面、滑动块20与下导轨18的接触面、导轨滑块15与上导轨16的接触面、以及左套件22与上导轨16的接触面均为紧密接触，保证密封性。

在一些实施例中，主动轮5和从动轮4各设有四个，四个主动轮5以2*2轴对称的方式分布于底盘8中间的位置，四个从动轮4分布于底盘8的左右两侧。底盘8具备自主完成驱动行走的能力，从动轮4骑在轨道上侧，主动轮5在轨道内侧实现变速巡检。

在一些实施例中，电源仓3内连接有用于连接电源的快接插头25，电源仓3的仓盖上设有快开按钮6。在煤矿相关标准的要求下，为保证巡检机器人的续航能力，设计实现了电池快换结构，可通过单元拆解实现电池的快换，且电池没电时可实现多台轻量型巡检机器人的快速更换。

在一些实施例中，上壳7上端的两侧设有用于卡设天线的软胶层2。软胶层2下方的上壳上端设有线槽，软胶层2覆盖线槽后，使得内部天线融合在软胶层2下方。天线贴在软胶层2上，或者嵌在软胶层2中。

在一些实施例中，上壳7上端通过若干个螺栓可拆卸连接球罩1。可实现快速更换球罩1。

在一些实施例中，电机为可调速电机或者电机和减速器的结合。

本案中的视频巡检机器人是利用巡检平台搭载的热红外、云台式与固定式高清摄像仪，按照巡检任务沿工作面循回检测。热红外摄像仪不惧灰尘，无须考虑锗玻璃的快换，云台摄像仪的透明密封球罩在运行过程中极易受到工作面各方因素的刮擦与磨损，透明的球罩的快换机构有效改善了该方面的劣势，当球罩受到不可逆的损伤影响到图像输出质量或整体密封时，通过快速更换球罩保障图像输出的高清。相对于慢速的采煤机，这种快速的巡检装置，降低了对工作面大范围监控设备覆盖的要求，减少了设备数量，在满足监控技术性能要求的前提下，对局部特定场景进行实时追踪，对固定视频监控盲区补充的同时可对重点监控点进行精准视频覆盖，同时具备甲烷气体检测、避障、定位、声音采集等功能。

为保证续航能力，使用电池快换结构和电池无线充电方案，无线充电打破空间上的限制，可实现一台发射器同时给多台设备充电。

本案中的视频巡检机器人采用高强度轻量型航空复材，相比于普通不锈钢金属外壳，复材保持其外壳硬度更优势的前提下，重量可以大大降低，为煤矿井下巡检机器人的续航、抗撞等方面皆提供了强有力的保障，航空复材同时可实现内部多种无线信号的多个板载天线内置壳体，不影响天线通讯信号的前提下，防止工作面线缆或管材刮断天线，实现了对天线提供了更可靠的保护。

本案中的视频巡检机器人的底盘下方有单独的射频天线区域，射频单元搭载的天线可通过识别轨道上布置的标签完成轻量型巡检机器人的精确定位，射频标签所构建的定位系统为离散型系统，标签之间通过电机的脉冲实时获取位置信息，并通过标签实现位置校准，实现整个工作面的连续精确定位。轻量型巡检机器人可通过获取采煤机的位置与自身位置比对，实现对采煤机滚筒的跟机监测，该种跟机监控方式有效改善了固定式摄像仪监控带来的局限性，可根据工人需求通过热红外相机完成采煤机工作时局部区域的细节观察。

如图16-17所示，为配合本案中视频巡检机器人使用的轨道，包括两条相互平行的钢轨26，两条钢轨26之间连接若干个连接件27，连接件27呈U形结构，连接件27与钢轨26之间形成主动轮5活动的空间，每个主动轮5的外侧壁均贴合于钢轨26内侧壁，从动轮4搭在钢轨26上端。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，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者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.视频巡检机器人，其特征在于，包括：

底盘，所述底盘下端连接有m个水平转动的主动轮和n个竖直转动的从动轮，m≥2，n≥4，m、n均为偶数，主动轮以轴对称的方式分布于底盘中间的位置，从动轮对称分布于底盘底部的左右两侧，主动轮通过电机的输出端连接并驱动；和

上壳，所述上壳可拆卸连接于底盘上端，上壳上端可拆卸连接有用于保护摄像仪的球罩；

所述底盘外固定有底盘壳体，电机设于底盘壳体内，电机的输出端连接于主动轮的主动轴，输出端和主动轴的衔接处连接有滑动密封组件，每个主动轮均连接有一组滑动密封组件；

所述滑动密封组件包括上导轨、导轨滑块、下导轨和滑动块，上导轨固定在底盘壳体内的底部，导轨滑块限位卡接于上导轨上端并沿着上导轨左右滑动，电机的机壳下端通过法兰可拆卸固定在导轨滑块上端；

下导轨固定在底盘壳体外的底部，滑动块滑动连接于下导轨并沿着下导轨左右移动，主动轴上端转动连接于导轨滑块内，主动轴下端键连接主动轮并带动主动轮转动，主动轴贯穿滑动块的中心处，主动轴贯穿底盘壳体的位置开设有便于主动轴左右摆动的长孔，左右相邻两个主动轮的导轨滑块之间通过一组弹簧组件连接；

当电机带动主动轮转动时，主动轴相对于导轨滑块和滑动块转动，当主动轮在行进过程中发生左右偏移时，主动轴带动导轨滑块和滑动块同步偏移；

所述弹簧组件包括弹簧、左套件和右插件，左套件的一端固定在左侧主动轮的导轨滑块上，左套件的另一端开设有用于放置弹簧的弹簧槽，右插件的一端固定在右侧主动轮的导轨滑块上，右插件呈柱状结构，弹簧的一端固定连接在弹簧槽内的顶端，弹簧的另一端套在右插件外之后并固定在右侧主动轮的导轨滑块上，左套件的弹簧槽的空间足以将右插件完全插入或部分插入，左套件的下端设有与上导轨相配合的滑槽。

2.根据权利要求1所述的视频巡检机器人，其特征在于，所述底盘的边缘处设有若干个固定孔，上壳通过螺钉可拆卸连接在底盘的固定孔上。

3.根据权利要求1所述的视频巡检机器人，其特征在于，所述主动轴与导轨滑块的接触面、主动轴与滑动块的接触面、滑动块与下导轨的接触面、导轨滑块与上导轨的接触面、以及左套件与上导轨的接触面均为紧密接触。

4.根据权利要求1-3任一项所述的视频巡检机器人，其特征在于，主动轮和从动轮各设有四个，四个从动轮分布于底盘的左右两侧。

5.根据权利要求1所述的视频巡检机器人，其特征在于，所述底盘和上壳内设有用于放置和更换电源的可开合的电源仓，电源仓内连接有用于连接电源的快接插头，电源仓的仓盖上设有快开按钮。

6.根据权利要求1所述的视频巡检机器人，其特征在于，上壳上端的两侧设有用于卡设天线的软胶层。

7.根据权利要求1所述的视频巡检机器人，其特征在于，上壳上端通过若干个螺栓可拆卸连接球罩。

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