CN214122787U - 一种自主避障巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自主避障巡检机器人，用于智能避障巡检领域。其技术方案：由组合导航系统、触须传感系统、测距传感系统、循迹系统组成；组合导航系统由惯导传感器、GPS定位模块、GPS定位模块组成；触须传感系统由齿轮、压力传感器、弹簧、套筒、触须等组成；测距传感系统由红外测距传感器、舵机组成；避障系统由两个黑线循迹模块组成；本实用新型采用触须传感器与弹簧机构和齿轮机构结合、红外测距传感器与舵机结构组合，在面对不同情况障碍物时能够准确探测到障碍物，自主探测障碍物，自动计算避障角度和规划合适的避障路线，能够在避障后重新返回到规定的路线。

Description

一种自主避障巡检机器人

技术领域

本实用新型涉及一种自主避障巡检机器人，是一种利用触须传感器自主进行障碍物检测的装置，用于智能避障巡检领域。

背景技术

近年来，随着电子技术、通信技术、传感器技术、人工智能及传感器技术的飞速发展，智能巡检避障机器人的应用越来越广泛，可以减少人工配置，大大节省了劳动力成本，提高工作效率，在自动化领域的优势十分显著。

但是，现有的避障巡检机器人仍有以下不足：1.采用红外、超声波等传感器检测障碍物，会存在检测盲区，时间延迟，实时性差，结构复杂等问题，使小车在遇障时无法及时做出路径规划；2.当遇到布局复杂、形状不规则障碍物时，不能准确检测出障碍物，当障碍物较薄时，更难于检测到障碍物的存在，无法在行进路径上达到最佳方向与范围的转向，导致小车的行驶路程和行驶时间延长。原有的避障结构已经不能满足当前小车的避障需求，小车极易发生碰撞。因此，开发一种可以实现实时定位，在复杂环境中准确探测障碍物，合理规划避障方向与路线，自动对行驶路径进行调整,避障后能自动回到规定路线，实现自动导航的智能巡检机器人十分重要。

实用新型内容

为了克服上述巡检机器人所采用超声波、红外等传统检测方式存在盲区和实时性差、无法及时检测到特殊形状障碍物的不足，本实用新型提供了一种以触须传感器为主、测距传感器为辅的自主避障巡检机器人装置。

一种自主避障巡检机器人，由组合导航系统、触须传感系统、测距传感系统、循迹系统组成，其特征在于：巡检机器人底盘中心线左边装有一个黑线循迹模块A，在底盘中心线右边装有一个黑线循迹模块B，在巡检机器人底盘装有四个麦克纳姆轮，在巡检机器人正前方装有触须传感器A、触须传感器B、触须传感器C、触须传感器D，红外测距传感器A安装在巡检机器人左前方，红外测距传感器B安装在巡检机器人右前方，组合导航系统包括惯导传感器、GPS定位模块、GPS定位模块安装在巡检机器人车顶；触须传感器A安装在巡检机器人左前方的位置、触须传感器B安装在巡检机器人右前方的位置，触须传感器A 和触须传感器B处在同一水平面上，触须传感器A和触须传感器B的触须最大摆动范围的宽度大于巡检机器人车身宽度十厘米，触须传感器C安装在巡检机器人上方的位置，触须摆动起来时，触须传感器C的触须最大摆动位置高于巡检机器人顶部五厘米、触须传感器D安装在巡检机器人下方的位置，触须摆动起来时，触须传感器D的触须最大摆动位置能恰好与地面接触。

所述触须传感系统中触须传感器A由齿轮A、齿轮B、压力传感器、弹簧、套筒、触须、硬质轻型杆组成，齿轮A与电机轴相连接，弹簧连接压力传感器与套筒，硬质轻型杆与触须连接，硬质轻型杆与地面垂直，硬质轻型杆的顶端与巡检机器人等高，硬质轻型杆的底端与底盘等高，触须传感器B与触须传感器 A在结构上一致，具有左右对称性，电机轴带动齿轮A顺时针转动，齿轮A与齿轮B啮合，齿轮B的最大转动角α为90°，当前方没有障碍物时齿轮B转动到90°时，由于弹力，弹簧会把齿轮B弹回到α为 0°的位置，如果前方有障碍物，触须摆动时会与套筒接触。

所述测距传感系统由红外测距传感器A、红外测距传感器B、舵机A、舵机B组成，红外测距传感器 A与舵机A连接、红外测距传感器B与舵机B连接，红外测距传感器A和红外测距传感器B安装在巡检机器人前方，且与黑线循迹模块B和黑线循迹模块A等高。

所述循迹系统由黑线循迹模块A、黑线循迹模块B组成，安装在机器人底盘中心线的两边。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用触须传感器、红外测距传感器、压力传感器等多种传感器融合的方式，有效地消除了单一传感器导航避障时存在盲区的缺陷；由弹簧两端相连的套筒和压力传感器在触须传感器接触到障碍物时，测得弹簧传递的压力，并将数据传输至处理器转换成对应的角度，将探测障碍物和测量偏转角度功能结合于一体，自主探测障碍物，并计算得出巡检机器人距离障碍物两边的角度，通过对比角度，从而准确有效地避障；触须传感器与弹簧机构和齿轮机构的结合、红外测距传感器与舵机结构组合产生的偏转效果，使得传感器在面对不同情况障碍物时能够准确探测到障碍物，并且能够自动计算避障角度和规划合适的避障路线，能够在避障后重新返回到规定的路线。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本实用新型的整体视图；

图2是本实用新型触须传感器A的结构示意图；

图3是本实用新型的侧视图；

图4是本实用新型的正视图；

图5是本实用新型的俯视图；

图6是本实用新型触须传感器B的结构示意图；

图7是本实用新型触须传感器C和D的结构示意图。

图中：1-触须传感器A、2-触须传感器B、3-红外测距传感器B、4-黑线循迹模块B、5-麦克纳姆轮、 6-触须传感器C、7-触须传感器D、8-红外测距传感器A、9-黑线循迹模块A、10-底盘、11-舵机B、12-舵机A、13-GPS定位模块、14-惯导传感器、15-齿轮A、16-压力传感器、17-齿轮B、18-弹簧、19-套筒、20- 触须、21-硬质轻型杆、22-电机轴。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在使用该巡检机器人前，先把巡检路线规划好，在底盘中心线左边装有一个黑线循迹模块A9，在底盘中心线右边装有一个黑线循迹模块B4，让机器人能沿着黑线循迹，机器人正前方装有触须传感器A1、触须传感器B2、触须传感器C6、触须传感器D7，可以探知前方的障碍物。电机轴22带动齿轮A15顺时针转动，齿轮A15与齿轮B17啮合，齿轮B17的最大转动角α为90°，当前方没有障碍物时，齿轮B17 转动到90°，弹簧会把齿轮B17弹回到0°的位置。如果前方有障碍物，触须20摆动时会与套筒19接触，套筒19可以感知触须20是否接触到套筒19，接触超过0.5秒，此时说明前方有障碍物，处理器记录触须 20与套筒19接触的最后时刻的压力值，将压力值转化为偏转角度，对比触须传感器A1和触须传感器B2 测得的角度，巡检机器人沿着夹角较小的一方避障。红外测距传感器A8安装在巡检机器人左前方，红外测距传感器B3安装在巡检机器人右前方，用来测量黑线循迹模块A9和黑线循迹模块B4到地面的垂直距离，探知是否有低于底盘的障碍物，组合导航系统可以测出巡检机器人的位置以及偏离规定路线的距离，在避障后能够使巡检机器人回到规定路线上继续行驶。

循迹实现的方法：黑线循迹模块A9、黑线循迹模块B4安装在底盘上，在黑线上方时，返回给处理器一个1，在浅色区域上方时，返回给处理器一个0，当两个传感器都返回0时，巡检机器人沿着直线行驶，若黑线循迹模块A9返回1，黑线循迹模块B4返回0，则巡检机器人左转，若黑线循迹模块A9返回0，黑线循迹模块B4返回1，则巡检机器人右转，若左右两边的传感器都返回1，则巡检机器人直行。

避障时有三种情况，第一种情况是避开薄型且宽度小于左右轮胎距离的障碍物，当触须传感器A1、触须传感器B2、触须传感器C6的触须都没有接触到套筒，则前方没有障碍物，红外测距传感器A8、红外测距传感器B3检测到的距离是黑线循迹模块A9和黑线循迹模块B4到地面的距离，但触须传感器D7 检测到有障碍物，表明障碍物宽度小于左右轮胎之间的间距，这时按着规定路线直行，而不会压着障碍物；第二种情况是避开薄型且宽度大于左右轮胎距离的障碍物，当触须传感器A1、触须传感器B2、触须传感器C6的套筒没有感受到触须时，说明触须没有被压弯，但此时触须传感器D7检测到有障碍物并且红外测距传感器A8和红外测距传感器B3其中之一或都检测到距离有变化且变化值在误差范围外，此时巡检机器人转向(这里以向左移为例)，当平移到红外测距传感器A8和红外测距传感器B3检测到的距离为循迹传感器到地面的距离时，与红外传感器B8连接的舵机B11转动，使红外测距传感器B3能检测到薄型障碍物，触须传感器A1、触须传感器B2、触须传感器C6、触须传感器D7、红外测距传感器A8、红外测距传感器B3实时检测前方是否还有障碍物，当检测不到有障碍物时，与红外测距传感器B3相连的舵机B11 再次转动，使红外测距传感器B3回到最初的状态，巡检机器人根据组合导航系统测得的位置和偏移量回到规定路线上继续行驶；第三种情况是避开较大的障碍物，当触须传感系统检测到障碍物时，触须传感器 A1和触须传感器B2分别测出左右两边的夹角，通过对比，巡检机器人朝着夹角小的一方移动(这里以左转为例)，移动到刚好不能检测到障碍物时，再朝着相反的方向移动一厘米，使触须传感器能检测到障碍物，机器人向前移动，检测不到有障碍物，则根据组合导航系统测得的偏移量，回到规定路线继续行驶。

组合导航系统实时提供位置信息，GPS定位模块13与惯导传感器14同时使用以提高定位精度，惯导传感器测得的数据传给处理器，处理器对数据处理后能得知巡检机器人的位移，偏离规定路线的距离，当巡检机器人到达需要巡检的位置时，启动相应的检测装置来检测相应设备。

Claims (4)

1.一种自主避障巡检机器人，由组合导航系统、触须传感系统、测距传感系统、循迹系统组成，其特征在于：巡检机器人底盘(10)中心线左边装有一个黑线循迹模块A(9)，在底盘(10)中心线右边装有一个黑线循迹模块B(4)，在巡检机器人底盘装有四个麦克纳姆轮(5)，在巡检机器人正前方装有触须传感器A(1)、触须传感器B(2)、触须传感器C(6)、触须传感器D(7)，红外测距传感器A(8)安装在巡检机器人左前方，红外测距传感器B(3)安装在巡检机器人右前方，组合导航系统包括惯导传感器(14)、GPS定位模块(13)、GPS定位模块(13)安装在巡检机器人车顶；触须传感器A(1)安装在巡检机器人左前方的位置、触须传感器B(2)安装在巡检机器人右前方的位置，触须传感器A(1)和触须传感器B(2)处在同一水平面上，触须传感器A(1)和触须传感器B(2)的触须最大摆动范围的宽度大于巡检机器人车身宽度十厘米，触须传感器C(6)安装在巡检机器人上方的位置，触须摆动起来时，触须传感器C(6)的触须最大摆动位置高于巡检机器人顶部五厘米、触须传感器D(7)安装在巡检机器人下方的位置，触须摆动起来时，触须传感器D(7)的触须最大摆动位置能恰好与地面接触。

2.根据权利要求1所述的一种自主避障巡检机器人，其特征在于：所述触须传感系统中触须传感器A(1)由齿轮A(15)、齿轮B(17)、压力传感器(16)、弹簧(18)、套筒(19)、触须(20)、硬质轻型杆(21)组成，齿轮A(15)与电机轴(22)相连接，弹簧连接压力传感器(16)与套筒(19)，硬质轻型杆(21)与触须(20)连接，硬质轻型杆(21)与地面垂直，硬质轻型杆(21)的顶端与巡检机器人等高，硬质轻型杆(21)的底端与底盘(10)等高，触须传感器B(2)与触须传感器A(1)在结构上一致，具有左右对称性，电机轴(22)带动齿轮A(15)顺时针转动，齿轮A(15)与齿轮B(17)啮合，齿轮B(17)的最大转动角α为90°，当前方没有障碍物时齿轮B(17)转动到90°时，由于弹力，弹簧(18)会把齿轮B(17)弹回到α为0°的位置，如果前方有障碍物，触须(20)摆动时会与套筒(19)接触。

3.根据权利要求1所述的一种自主避障巡检机器人，其特征在于：所述测距传感系统由红外测距传感器A(8)、红外测距传感器B(3)、舵机A(12)、舵机B(11)组成，红外测距传感器A(8)与舵机A(12)连接、红外测距传感器B(3)与舵机B(11)连接，红外测距传感器A(8)和红外测距传感器B(3)安装在巡检机器人前方，且与黑线循迹模块B(4)和黑线循迹模块A(9)等高。

4.根据权利要求1所述的一种自主避障巡检机器人，其特征在于：所述循迹系统由黑线循迹模块A(9)、黑线循迹模块B(4)组成，安装在机器人底盘中心线的两边。

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