CN115384257A - 前后式隧道监测机器人悬挂底盘、机器人及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了前后式隧道监测机器人悬挂底盘、机器人及方法，涉及隧道监测技术领域，包括转动连接的前段底盘和后段底盘，前段底盘和后段底盘之间连接至少两个悬挂系统，且悬挂系统倾斜设定角度；所述前段底盘安装视觉系统和导航系统，前段底盘和后段底盘分别安装行进车轮。本发明能够根据地形改变自身姿态，以更加贴合路况的模式进行越障，在通过障碍后，可以自动复位，实现了平稳行进，为监测过程提供良好的工作环境。

Description

前后式隧道监测机器人悬挂底盘、机器人及方法

技术领域

本发明涉及隧道监测技术领域，尤其涉及前后式隧道监测机器人悬挂底盘、机器人及方法。

背景技术

隧道智能化监测计算器人是以各类行进式底盘为载具，携带监测设备进入特定工程现场执行相应任务的新型监测装备。该种监测装备在一定程度上减少了人工操作，提高了监测效率。但由于隧道内部环境复杂多样，尤其隧道爆破后的复杂路况将影响监测机器人的正常行进，因此造成监测数据不精准。

CN214648643U公开了一种减震悬挂、防脱带的履带式机器人底盘，包括底盘壳体、履带、轮轴系统和悬挂系统，悬挂系统包括悬挂架、减震器若干、悬臂若干，履带设置于底盘壳体两侧；当遇到颠簸路段时，支重轮向上抬起并且带动悬臂，悬臂沿着与悬挂架的铰接点转动，带动减震器，此时减震器起到了减震的作用。该方案虽然能实现在遇到颠簸路段减震，但是不适用于复杂路段，采用履带式行进一定程度上影响了机器人的前进速度，在复杂路段转向时，机器人的转向精度及效率也会受到影响。另外该方案所设计的机器人底盘整体性较强，多数结构通过行进履带相互链接，底盘的可活动性相对受限，降低了机器人的越障能力。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种前后式隧道监测机器人悬挂底盘、机器人及方法，能够根据地形改变自身姿态，以更加贴合路况的模式进行越障，在通过障碍后，可以自动复位，实现了平稳行进，为监测过程提供良好的工作环境。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了前后式隧道监测机器人悬挂底盘，包括转动连接的前段底盘和后段底盘，前段底盘和后段底盘之间连接至少两个悬挂系统，且悬挂系统倾斜设定角度；所述前段底盘安装视觉系统和导航系统，前段底盘和后段底盘分别安装行进车轮。

作为进一步的实现方式，所述悬挂系统分别通过连接构件与后段底盘顶部、前段底盘底部连接。

作为进一步的实现方式，所述悬挂系统的倾斜角度在30°～60°之间。

作为进一步的实现方式，所述悬挂系统在前段底盘和后段底盘中的长度相等。

作为进一步的实现方式，所述悬挂系统包括连接杆件，连接杆件两端分别安装避震器，连接杆件外侧套有弹簧。

作为进一步的实现方式，所述后段底盘安装驱动系统，驱动系统包括驱动电机和蓄电池，通过蓄电池为驱动电机供能以实现行进车轮转动。

作为进一步的实现方式，所述前段底盘还安装照明系统。

作为进一步的实现方式，所述导航系统设于视觉系统下侧，且导航系统通过无线方式接收信号。

第二方面，本发明的实施例还提供了前后式隧道监测机器人，包括所述的悬挂底盘。

作为进一步的实现方式，悬挂底盘分为前后两段，增强了机器人的灵活性，可以适应更多地形。

第三方面，本发明的实施例还提供了前后式隧道监测机器人的越障方法，包括：

当所述底盘行进至凸起型障碍时：

前段底盘首先驶上障碍，前段底盘翘起，悬挂系统的弹簧被压缩；

当后段底盘驶上障碍时，弹簧复位，在弹性势能作用下，前后段底盘恢复至初始状态；

当该底盘前段越过障碍顶端时，前段底盘下沉，弹簧被拉伸；

当后段底盘越过障碍顶端时，弹簧被收缩，前后段底盘恢复至初始状态。

当所述底盘行进至凹陷型障碍时：

前段底盘首先接触障碍底端，前段底盘翘起，悬挂系统的弹簧被压缩；

当前段底盘驶过障碍底端时，弹簧继续压缩，前后两段底盘形成更大角度；

当后段底盘接触障碍底端时，弹簧被拉伸，前后两段底盘形成的角度减小。

当后段底盘越过障碍底端时，弹簧复位，前后段底盘恢复至初始状态。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明的底盘采用前、后两段拼接式模式，可以提供更多的行进姿态，使机器人能够按照相关地形调整前后段底盘的俯仰角，以此更加平稳得越障；增强了机器人的灵活性，可以适应更多地形。

(2)本发明的底盘通过悬挂系统前后连接，使悬挂系统不仅可以用来避震，还可以作为底盘的复位装置，充分利用了越障时积攒的弹性势能来提供更加平稳的行驶模式。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的结构示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的悬挂系统安装示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的悬挂系统倾斜角度示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的悬挂系统结构示意图。

其中，1.前段底盘，2.后段底盘，3.悬挂系统，4.视觉系统，5.照明系统，6.导航系统，7.行进车轮，8.连接构件，9.避震器，10.连接杆件，11.弹簧。

具体实施方式

实施例一：

本实施例提供了一种前后式隧道监测机器人悬挂底盘，如图1所示，包括前段底盘1、后段底盘2、悬挂系统3、视觉系统4、照明系统5、导航系统6；本实施例按照机器人的行驶方向定义前、后。

前段底盘1和后段底盘2分别安装两个行进车轮7，其中，后段底盘2安装驱动系统，驱动系统的主体为电机和蓄电池，蓄电池为电机供能，通过驱动系统控制行进车轮7行走。

在本实施例中，行进车轮7为高摩擦系数的橡胶车轮，以提供更强的抓地力，提高机器人的爬坡能力；行进车轮7的内轮毂为高强度钢毂，保证机器人行驶的稳定性。

如图1和图2所示，前段底盘1和后段底盘2转动连接，其中，前段底盘1高度略大于后段底盘2高度，使后段底盘2一端嵌入前段底盘1内；前段底盘1和后段底盘2之间连接至少两个悬挂系统3。

悬挂系统3一端通过连接构件8与后段底盘2顶部相连，另一端通过连接构件8与前段底盘1底部相连，使悬挂系统3倾斜安装于前段底盘1和后段底盘2之间，初始状态下，悬挂系统3在前段底盘1、后段底盘2中的长度相等；通过悬挂系统3便于在越障时起到避震作用，适用于不同的障碍场景。

如图3所示，悬挂系统3的初始倾斜角(与水平方向的夹角)为30度，最大倾斜角为60度，在运行过程中，通过悬挂系统3倾斜角度的变化，实现减震作用。

视觉系统4、导航系统6和照明系统5均安装于前段底盘1，其中，照明系统5安装于前段底盘1前端，导航系统6固定于前段底盘1顶面靠近前端位置，视觉系统4安装于导航系统6上侧。

在本实施例中，视觉系统4的主体为高清摄像头，通过实时拍摄画面为机器人的行进提供相关视野；导航系统6可以为机器人进行惯性导航，以规划机器人的行驶路线，实现机器人的行进以及相关的路线规划，并能够通过无线接收相关遥控指令以调整机器人的行进方向及姿态。

照明系统5采用高强度LED灯，为机器人在黑暗环境下的行进提供光线照明。

如图4所示，悬挂系统3包括连接杆件10、弹簧11、避震器9，弹簧11套设于连接杆件10外侧，且弹簧11两端通过连接杆件10端部限位。连接杆件10两端分别连接避震器9。

一方面，弹簧11用于缓冲震动，利用弹簧11的变形来吸收震动能量，另一方面，当机器人越过障碍行驶至平地时，弹簧11通过提供弹性势能拉动或者推动两段底盘复位，即保持原来的相对位置，为机器人的行进提供更高的稳定性。

避震器9采用内部液体产生压力来推动阀体，以吸收弹簧11以及车体震动产生的能量，以此减少底盘的震动，提供更加平稳的行驶环境。

本实施例通过设置前段底盘1、后段底盘2形成拼接式结构，且二者之间通过悬挂系统3连接，使机器人能够按照相关地形调整前后段底盘的俯仰角，以此更加平稳得越障；悬挂系统3不仅可以用来避震，还可以作为底盘的复位装置，充分利用了越障时积攒的弹性势能来提供更加平稳的行驶模式。

实施例二：

本实施例提供了一种前后式隧道监测机器人，包括实施例一所述的悬挂底盘，还包前、后两个分段式底盘，通过悬挂系统3连接，增加了底盘的越障平稳性。

实施例三：

本实施例提供了一种前后式隧道监测机器人的越障方法，包括：

当所述底盘行进至凸起型障碍时：

前段底盘首先驶上障碍，前段底盘翘起，悬挂系统的弹簧被压缩；

当后段底盘驶上障碍时，弹簧复位，在弹性势能作用下，前后段底盘恢复至初始状态；

当该底盘前段越过障碍顶端时，前段底盘下沉，弹簧被拉伸；

当后段底盘越过障碍顶端时，弹簧被收缩，前后段底盘恢复至初始状态。

当所述底盘行进至凹陷型障碍时：

前段底盘首先接触障碍底端，前段底盘翘起，悬挂系统的弹簧被压缩；

当前段底盘驶过障碍底端时，弹簧继续压缩，前后两段底盘形成更大角度；

当后段底盘接触障碍底端时，弹簧被拉伸，前后两段底盘形成的角度减小。

当后段底盘越过障碍底端时，弹簧复位，前后段底盘恢复至初始状态。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.前后式隧道监测机器人悬挂底盘，其特征在于，包括转动连接的前段底盘和后段底盘，前段底盘和后段底盘之间连接至少两个悬挂系统，且悬挂系统倾斜设定角度；所述前段底盘安装视觉系统和导航系统，前段底盘和后段底盘分别安装行进车轮。

2.根据权利要求1所述的前后式隧道监测机器人悬挂底盘，其特征在于，所述悬挂系统分别通过连接构件与后段底盘顶部、前段底盘底部连接。

3.根据权利要求1或2所述的前后式隧道监测机器人悬挂底盘，其特征在于，所述悬挂系统的倾斜角度在30°～60°之间。

4.根据权利要求1或2所述的前后式隧道监测机器人悬挂底盘，其特征在于，所述悬挂系统在前段底盘和后段底盘中的长度相等。

5.根据权利要求1或2所述的前后式隧道监测机器人悬挂底盘，其特征在于，所述悬挂系统包括连接杆件，连接杆件两端分别安装避震器，连接杆件外侧套有弹簧。

6.根据权利要求1所述的前后式隧道监测机器人悬挂底盘，其特征在于，所述后段底盘安装驱动系统，驱动系统包括驱动电机和蓄电池，通过蓄电池为驱动电机供能以实现行进车轮转动。

7.根据权利要求1所述的前后式隧道监测机器人悬挂底盘，其特征在于，所述前段底盘还安装照明系统。

8.根据权利要求1所述的前后式隧道监测机器人悬挂底盘，其特征在于，所述导航系统设于视觉系统下侧，且导航系统通过无线方式接收信号。

9.前后式隧道监测机器人，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的悬挂底盘。

10.根据权利要求9所述的前后式隧道监测机器人的越障方法，其特征在于，包括：

当所述机器人行进至凸起型障碍时：

前段底盘首先驶上障碍，前段底盘翘起，悬挂系统的弹簧被压缩；

当后段底盘驶上障碍时，弹簧复位，在弹性势能作用下，前后段底盘恢复至初始状态；

当该底盘前段越过障碍顶端时，前段底盘下沉，弹簧被拉伸；

当后段底盘越过障碍顶端时，弹簧被收缩，前后段底盘恢复至初始状态。

当所述机器人行进至凹陷型障碍时：

前段底盘首先接触障碍底端，前段底盘翘起，悬挂系统的弹簧被压缩；

当前段底盘驶过障碍底端时，弹簧继续压缩，前后两段底盘形成更大角度；

当后段底盘接触障碍底端时，弹簧被拉伸，前后两段底盘形成的角度减小。

当后段底盘越过障碍底端时，弹簧复位，前后段底盘恢复至初始状态。

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