CN206394732U - 一种适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人，包括履带式移动底盘、控制柜、工控机、触摸屏、无线通讯模块、运动检测传感器、环境参数检测传感器、升降系统、无线视频采集系统，通过使用高性能履带式移动底盘、搭载工控机、无线通讯模块、运动检测传感器、环境参数检测传感器、升降系统、无线视频采集系统等，代替人工实现高危环境中的参数检测功能，检测功能多样，并能通过无线通讯模块将检测的环境参数及周围的工作环境视频实时传输至上位机供工作人员存储、查看和分析；另外，上位机还可通过无线实现对全自动履带底盘式机器人的手动和全自动控制。

Description

一种适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人

技术领域

本实用新型属于智能机器人领域，具体涉及一种适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人。

背景技术

核能及核技术被誉为20世纪最重要的创造，但是它在造福人类的同时，也带来了核安全问题。几次重大核事故的发生，特别是2011年发生在日本福岛的核电站爆炸事故，再次给人们敲响了警钟。为了获得核应急状态的辐射场分布数据，需要在事故地点进行实地、快速、准确的测量，同时结合事故单位提供的源项信息进行综合判断，得出辐照水平，为应急救援人员提供详细、准确的数据支持。这对于核应急工作具有重大研究意义，特别是对民用和军用核设施的应急救援、辐射水平的日常监控能起到巨大作用。但是核事故不同于一般的安全事故，在核事故发生现场及周围，由于有高剂量的放射性物质存在，人不能直接进入，否则会因核辐射而发生基因变异甚至致癌影响。因此，核辐射区域的无人检测化问题亟待解决。

另外，不局限于核辐射区域，随着国民经济和社会的迅速发展，突发性的灾害对社会造成的危害越来越大，同样在环境恶劣的室内，人们也无法检测到其内部的环境参数状况。例如，发生在2015年8月的天津爆炸事件，位于天津市滨海新区天津港的瑞海公司危险品仓库发生火灾爆炸事故，造成165人遇难、8人失踪，798人受伤，304幢建筑物、12428辆商品汽车、7533个集装箱受损。并且事件后已核定的直接经济损失68.66亿元。如果发生爆炸前在现场设置有环境参数检测机器人，那么便可以提前获取爆炸前的各种信息迹象并及时上传至处理中心，使得事故损失降至最低甚至可以杜绝事故的发生。

因此，如何及时研发一类具备环境参数检测的全自动智能机器人变得尤为关键，这样可以实现代替人工在高危环境，例如核泄漏环境、危险化学品爆炸环境等的监测，及时将数据回传供工作人员分析，了解环境参数状况以及时作出应急处理和事故解决方案。

当前实验室测试阶段或新闻报道的环境检测机器人极少，功能单一。例如美国研制的核防护机器人。美国阿贡实验室研制出一台可操作放射性物质的机械手。美国的核防护机器人不仅用于民用目的，而且还应用到军事战场，例如曾在伊拉克和阿富汗战场“服役”。据报道，美国iRobot公司生产的PackBots和Warriors等军用机器人可以在600多米外进行遥控，从事牵引管线、测量核辐射水平等操作。而美国爱达荷州国家实验室的一批遥控型抗辐射机器人和抗辐射摄像头，能够在高强度的辐射环境下工作而安然无恙。美国能源部发言人缪勒说，这种机器人将被用来在受污染环境中进行清理碎石、辐射量检测、数据测绘等工作，但是该类机器人功能单一，并没具备图像实时传输等功能，且造价昂贵。类似的还有法国的Groupe Intra公司，现已拥有一支应对核事故的机器人队伍。但是日本福岛核危机发生后，法国曾表示愿意派核防护机器人赴日协助核事故处理。但至今还没有看到法国核防护机器人在福岛核事故现场工作的身影。号称“机器人王国”的日本，1977年由日本早稻田大学开发出第一台可用于核电站巡检的双足机器人，可进行电站阀门的检查和开关、放射性污水处理等强化操作。现在日本共研发出五种核工业机器人：单轨式巡查机器人、地面移动式操作机器人、巡检机器人、作业机械手和水中游泳式巡检机器人。机器人都能够在核辐射环境下工作，并由人员对其进行操控，最远操作距离可达1.1公里。同样的，这类机器人功能单一、造价极其昂贵，并不适合民用。

当前功能较为丰富的机器人大多处于研发或实验室测试阶段，且当前已有的环境检测机器人多为系统或子模块，并没有给出完整的解决方案。例如申请号为200820109206.8的实用新型专利提出了一种环境辐射剂量移动测量机器人，主要包括：环境辐射剂量移动测量机器人系统，且该系统主要包括：主控制电路与该主控制电路相连接的测量辐射剂量的辐射剂量测量模块、传输辐射剂量的高速无线数传模块、采集并进行压缩周围环境图像信息的图像采集模块与压缩模块，所述主控制电路还连接有左、右轮光电编码器、左右轮电机驱动及检测机器人的多路防碰撞开关机补充光源的白光LED驱动。该实用新型通过无线的方式进行环境辐射剂量的测量，并能够进行环境辐射剂量的分布图绘制。但是该机器人同样只具备环境辐射剂量检测功能，且并没有具体的软硬件解决方案。同样的类似专利申请号为201620650478.3实用新型专利提出的一种核与辐射环境场所剂量检测机器人，专利申请号为201120253907.0提出的一种履带式环境探测机器人系统。

现有技术的缺点主要有四点：

1)目前也有一些采用机器人来探测环境，但多数机器人只能在一般环境下运转，一旦到恶劣环境下就无法完成探测工作，尤其是路面环境较差的环境。

2)当前已有的环境检测机器人功能单一，例如只具备核辐射剂量检测功能，而无法对其它环境参数检测，大大限制了其工作范围。例如爆炸或火灾场所，就要对特种的气体参数进行检测，实现快速数据分析以便做出决策。

3)现有的特种检测机器人上的传感器基本固定在移动平台上，无法实现高度的改变以便探测不同位置的环境参数，大大限制了其参数探测的空间范围。

4)大部分的探测机器人只能实现短距离的有线或无线操作，而无法实现其所检测环境周围环境状况的视频信息实时回传功能，降低了其工作的有效性和可视性。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种代替人工实现高危环境中的参数检测功能，并能通过无线通讯模块将检测的环境参数及周围的工作环境视频实时传输至上位机供工作人员存储、查看和分析的适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人，包括履带式移动底盘、控制柜、工控机、触摸屏、无线通讯模块、运动检测传感器、环境参数检测传感器、升降系统、无线视频采集系统，所述控制柜安装在履带式移动底盘上，工控机、触摸屏固定于控制柜上，无线通讯模块、环境参数检测传感器安装于控制柜内，运动检测传感器安装于履带式移动底盘上，升降系统安装于控制柜的中心，升降系统的顶部设有无线视频采集系统，触摸屏、无线通讯模块、运动检测传感器、环境参数检测传感器、升降系统、无线视频采集系统均与工控机连接。

具体地，履带式移动底盘由底盘本体、移动轮系统、悬挂减震系统、照明灯、履带组成，移动轮系统、悬挂减震系统和照明灯均安装在底盘本体上，移动轮系统、履带均有左右两套，履带分别套接在左右两侧的移动轮系统上，两套履带内侧均设有悬挂减震系统，照明灯共四套，两套安装布置在底盘本体的前方两侧，另外两套安装布置在底盘本体的后方两侧，前方和后方的两套均左右对称设置。

具体地，控制柜包括控制柜主体、升降系统门禁机构，控制柜主体整体为长方体空心结构，安装在履带式移动底盘上，升降系统门禁机构安装在控制柜主体的上侧门处，通过电磁吸合方式进行开关控制。

具体地，无线通讯模块包括WIFI无线透传模块、无线视频发射模块，所述WIFI无线透传模块为普通的WIFI模块，与工控机连接并受其控制，无线视频发射模块为无线视频传输模块，与所述无线视频采集系统通过无线方式连接，WIFI无线透传模块、无线视频发射模块均安装固定在控制柜中。

具体地，运动检测传感器包括光电避障传感器和超声波传感器，光电避障传感器共六套，分别安装固定在所述底盘本体的前方、后方和左右两侧，具体分布为：前后各两套，前方、后方的两套分别左右对称布置，在底盘本体的左右两侧中间处各设置一套，超声波传感器共四套，其中两套安装固定在底盘本体的前方，另外两套安装固定在底盘本体的后方，前面的两套和后面的两套超声波传感器分别左右对称设置，光电避障传感器、超声波传感器均与工控机连接。

具体地，环境参数检测传感器包括核辐射传感器、其它环境参数检测传感器，其它环境参数检测传感器根据全自动履带底盘式机器人工作环境进行选配；所述核辐射传感器和其它环境参数检测传感器安装在控制柜的外侧。

具体地，环境参数检测传感器包括核辐射传感器、其它环境参数检测传感器，所述核辐射传感器和其它环境参数检测传感器安装在控制柜内部的升降系统上。

具体地，升降系统包括升降主体、电动升降杆，升降主体为立式支架机构，安装在控制柜内部的中心位置处，底部连接控制柜内部，顶部连接电动升降杆，电动升降杆为普通的升降杆结构，电动升降杆的顶部连接无线视频采集系统。

具体地，无线视频采集系统包括二维云台、摄像机，二维云台底座固定在升降系统的电动升降杆顶部，摄像机为彩色摄像机，安装固定在二维云台上方，随二维云台的空间运动而运动，摄像机与无线通讯模块中的无线视频发射模块连接。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型通过使用高性能履带式移动底盘、搭载工控机、无线通讯模块、运动检测传感器、环境参数检测传感器、升降系统、无线视频采集系统等，代替人工实现高危环境中的参数检测功能，检测功能多样，并能通过无线通讯模块将检测的环境参数及周围的工作环境视频实时传输至上位机供工作人员存储、查看和分析；另外，上位机还可通过无线实现对全自动履带底盘式机器人的手动和全自动控制。

附图说明

图1是本实用新型履带底盘式机器人的立体结构示意图。

图2是本实用新型履带底盘式机器人的主视图。

图3是本实用新型履带底盘式机器人的升降系统结构示意图。

图4是本实用新型履带底盘式机器人的右视图。

图中，1、履带式移动底盘，1-1、底盘本体，1-2、移动轮系统，1-3、悬挂减震系统，1-4、照明灯，1-5、履带，2、控制柜，2-1、控制柜主体，2-2、升降系统门禁机构，3、工控机，4、触摸屏，5、无线通讯模块，5-1、WIFI无线透传模块，5-2、无线视频发射模块，6、运动检测传感器，6-1、光电避障传感器，6-2、超声波传感器，7、环境参数检测传感器，7-1、核辐射传感器，7-2、其他环境参数检测传感器，8、升降系统，8-1、升降主体，8-2、电动升降杆，9、无线视频采集系统，9-1、二维云台，9-2、摄像机。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-4所示，一种适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人，包括履带式移动底盘1、控制柜2、工控机3、触摸屏4、无线通讯模块5、运动检测传感器6、环境参数检测传感器7、升降系统8、无线视频采集系统9，所述控制柜2安装在履带式移动底盘1上，工控机3、触摸屏4固定于控制柜2上，无线通讯模块5、环境参数检测传感器7安装于控制柜2内，运动检测传感器6安装于履带式移动底盘1上，升降系统8安装于控制柜2的中心，升降系统8的顶部设有无线视频采集系统9，触摸屏4、无线通讯模块5、运动检测传感器6、环境参数检测传感器7、升降系统8、无线视频采集系统9均与工控机3连接。

履带式移动底盘1由底盘本体1-1、移动轮系统1-2、悬挂减震系统1-3、照明灯1-4、履带1-5组成，移动轮系统1-2、悬挂减震系统1-3和照明灯1-4均安装在底盘本体1-1上，底盘本体1-1为整套履带式移动底盘1的支撑载体。所述移动轮系统1-2为左右两套，包括主动轮、从动轮、张紧轮等，实现对履带1-5的支撑、张紧和驱动功能。所述履带1-5为左右两套，分别套接在左右两侧的移动轮系统1-2上。所述悬挂减震系统1-3同样分为左右两套，结构相对对称且完全相同，主要功能是实现整套履带式移动底盘1的减震功能。照明灯1-4共四套，两套安装布置在底盘本体1-1的前方两侧，另外两套安装布置在底盘本体1-1的后方两侧，前方和后方的两套均左右对称设置。履带式移动底盘1主要为整套全自动履带底盘式机器人的移动载体平台，可实现带动检测机构等运动，具备前进、后退、左转、右转及原地转圈的功能，可实现在极小的空间内灵活运动的功能。当然，其搭载的高可靠悬挂减震系统1-3配合移动轮系统1-2可实现在较为复杂的地形中平稳通过，例如爆炸后的现场、山地等；由于其具备减震能力，既可实现无线视频采集系统9对机器人工作的周围环境图像视频平稳和高清采集的功能，也可在经过崎岖路面时保证履带底盘上的控制设备免受震动伤害。

控制柜2包括控制柜主体2-1、升降系统门禁机构2-2，控制柜主体2-1整体为长方体空心结构，安装在履带式移动底盘1上，是升降系统门禁机构2-2、工控机3、触摸屏4、无线通讯模块5、环境参数检测传感器7、升降系统8、无线视频采集系统9等的固定和安装载体。升降系统门禁机构2-2安装在控制柜主体2-1的上侧门处，采用电磁吸合方式进行开关控制，通过控制柜主体2-1上侧门的开关，从而为升降系统8的升降提供运动通道。触摸屏4为普通的工业触摸屏，方便工作人员的参数设置和指令输入等操作，

无线通讯模块5包括WIFI无线透传模块5-1、无线视频发射模块5-2，所述WIFI无线透传模块5-1为普通的WIFI模块，可以进行WIFI组网和入网功能，与工控机3连接并受其控制，无线视频发射模块5-2为无线视频传输模块，与无线视频采集系统9中的摄像机9-2连接并将摄像机9-2采集的图像和视频信息通过无线的方式发射至上位机。WIFI无线透传模块5-1、无线视频发射模块5-2均安装固定在控制柜2中。

运动检测传感器6包括光电避障传感器6-1和超声波传感器6-2，光电避障传感器6-1共六套，分别安装固定在所述底盘本体1-1的前方、后方和左右两侧，具体分布为：前后各两套，前方、后方的两套分别左右对称布置，在底盘本体1-1的左右两侧中间处各设置一套。超声波传感器6-2共四套，其中两套安装固定在底盘本体1-1的前方，另外两套安装固定在底盘本体1-1的后方，前面的两套和后面的两套超声波传感器6-2分别左右对称设置。光电避障传感器6-1、超声波传感器6-2均与工控机3连接，光电避障传感器6-1可实现对障碍物有无的检测，超声波传感器6-2可实现对障碍物距离的检测。光电避障传感器6-1通过实时采集履带式移动底盘1前方、后方和左右两侧的障碍物，将采集的信号传输至工控机3；超声波传感器6-2则通过实时采集履带式移动底盘1前方、后方与障碍物的距离信息并将采集的信号传输至工控机3。后续工控机3进行信息融合后从而实现运动决策。

环境参数检测传感器7包括核辐射传感器7-1、其它环境参数检测传感器7-2，所述其它环境参数检测传感器7-2包括温度传感器、湿度传感器以及其它气体或化学品采集类的传感器，可根据全自动履带底盘式机器人不同的工作环境进行选配。所述核辐射传感器7-1和其它环境参数检测传感器7-2既可以安装在控制柜2的外侧，实现固定高度或位置的环境参数检测功能；也可以安装在控制柜2内部的升降系统8上，实现随升降系统8的升降而采集不同高度和位置处的环境参数。即：可根据环境参数采集的需求决定安装的位置。

升降系统8包括升降主体8-1、电动升降杆8-2，升降主体8-1为立式支架机构，安装在控制柜2内部的中心位置处，底部连接控制柜2内部，顶部连接电动升降杆8-2，电动升降杆8-2为普通的升降杆结构，可以通过电气控制其升降操作，电动升降杆8-2的顶部连接无线视频采集系统9的二维云台9-1。

无线视频采集系统9包括二维云台9-1、摄像机9-2，二维云台9-1为普通的二维云台机构，可以实现空间的二维运动，二维云台9-1底座固定在升降系统8的电动升降杆8-2顶部，摄像机9-2为彩色摄像机，安装固定在二维云台9-1上方，随二维云台9-1的空间运动而运动，实现对全自动履带底盘式机器人周围环境图像和视频的采集。摄像机9-2与无线通讯模块5中的无线视频发射模块5-2连接，可将采集的图像和视频信息实时发送至上位机供工作人员查看。

上述全自动履带底盘式机器人控制流程如下：

Step1：工作人员通过上位机发送指令，WIFI无线透传模块5-1接收到指令后将指令传输至工控机3；或者工作人员可直接通过触摸屏4输入控制指令。

Step2：工控机3接收到指令后控制高性能履带式移动底盘1行走至需要进行环境参数检测的指令位置处。

Step3：然后，工控机3控制升降系统门禁机构2-2开启上侧门，控制电动升降杆8-2上升，此时电动升降杆8-2带动二维云台9-1和摄像机9-2上升至指定的合适位置。

Step4：接着工控机3控制高性能履带式移动底盘1按照预定输入的轨迹行走，在该过程中，工控机3控制环境参数检测传感器7中的核辐射传感器7-1和其它环境参数检测传感器7-2进行数据的实时检测并将检测的数据通过WIFI无线透传模块5-1上传至上位机。

Step4：同时，工控机3控制二维云台9-1进行空间的运动，从而带动摄像机9-2对其工作的环境进行实时图像和视频采集并通过无线视频发射模块5-2发送至上位机，供工作人员查看和作出控制决策。

Step5：在进行Step2、Step3和Step4过程中，即：当履带式移动底盘1行进过程中，工控机3还可通过控制运动检测传感器6中的光电避障传感器6-1和超声波传感器6-2进行对其工作的周围环境中的障碍物进行检测并且判断与障碍物的距离，从而实现控制的决策。

本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。

本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (9)

1.一种适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人，其特征在于，包括履带式移动底盘、控制柜、工控机、触摸屏、无线通讯模块、运动检测传感器、环境参数检测传感器、升降系统、无线视频采集系统，所述控制柜安装在履带式移动底盘上，工控机、触摸屏固定于控制柜上，无线通讯模块、环境参数检测传感器安装于控制柜内，运动检测传感器安装于履带式移动底盘上，升降系统安装于控制柜的中心，升降系统的顶部设有无线视频采集系统，触摸屏、无线通讯模块、运动检测传感器、环境参数检测传感器、升降系统、无线视频采集系统均与工控机连接。

2.如权利要求1所述的适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人，其特征在于，所述履带式移动底盘由底盘本体、移动轮系统、悬挂减震系统、照明灯、履带组成，移动轮系统、悬挂减震系统和照明灯均安装在底盘本体上，移动轮系统、履带均有左右两套，履带分别套接在左右两侧的移动轮系统上，两套履带内侧均设有悬挂减震系统，照明灯共四套，两套安装布置在底盘本体的前方两侧，另外两套安装布置在底盘本体的后方两侧，前方和后方的两套均左右对称设置。

3.如权利要求1所述的适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人，其特征在于，所述控制柜包括控制柜主体、升降系统门禁机构，控制柜主体整体为长方体空心结构，安装在履带式移动底盘上，升降系统门禁机构安装在控制柜主体的上侧门处，通过电磁吸合方式进行开关控制。

4.如权利要求1所述的适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人，其特征在于，所述无线通讯模块包括WIFI无线透传模块、无线视频发射模块，所述WIFI无线透传模块为普通的WIFI模块，与工控机连接并受其控制，无线视频发射模块为无线视频传输模块，与所述无线视频采集系统通过无线方式连接，WIFI无线透传模块、无线视频发射模块均安装固定在控制柜中。

5.如权利要求1所述的适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人，其特征在于，所述运动检测传感器包括光电避障传感器和超声波传感器，光电避障传感器共六套，分别安装固定在所述底盘本体的前方、后方和左右两侧，具体分布为：前后各两套，前方、后方的两套分别左右对称布置，在底盘本体的左右两侧中间处各设置一套，超声波传感器共四套，其中两套安装固定在底盘本体的前方，另外两套安装固定在底盘本体的后方，前面的两套和后面的两套超声波传感器分别左右对称设置，光电避障传感器、超声波传感器均与工控机连接。

6.如权利要求1所述的适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人，其特征在于，所述环境参数检测传感器包括核辐射传感器、其它环境参数检测传感器，其它环境参数检测传感器根据全自动履带底盘式机器人工作环境进行选配；所述核辐射传感器和其它环境参数检测传感器安装在控制柜的外侧。

7.如权利要求1所述的适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人，其特征在于，所述环境参数检测传感器包括核辐射传感器、其它环境参数检测传感器，所述核辐射传感器和其它环境参数检测传感器安装在控制柜内部的升降系统上。

8.如权利要求1所述的适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人，其特征在于，所述升降系统包括升降主体、电动升降杆，升降主体为立式支架机构，安装在控制柜内部的中心位置处，底部连接控制柜内部，顶部连接电动升降杆，电动升降杆为普通的升降杆结构，电动升降杆的顶部连接无线视频采集系统。

9.如权利要求1所述的适用于高危环境参数检测的全自动履带底盘式机器人，其特征在于，所述无线视频采集系统包括二维云台、摄像机，二维云台底座固定在升降系统的电动升降杆顶部，摄像机为彩色摄像机，安装固定在二维云台上方，随二维云台的空间运动而运动，摄像机与无线通讯模块中的无线视频发射模块连接。