CN215433703U - 一种巡线机器人 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种巡线机器人，包括机器人本体、行进轮、行进电机模块、颜色传感器和控制模块；两个所述行进轮设置于所述机器人本体，以带动所述机器人本体移动；所述行进电机模块上安装有所述行进轮，以驱动所述行进轮转动；两个所述颜色传感器均安装于所述机器人本体，且两个颜色传感器的连线与两个行进轮的连线平行；所述行进电机模块和所述颜色传感器分别与所述控制模块电连接。本申请实施例的一个技术效果在于，结构设计合理，有利于节约成本，同时控制器能够根据两个颜色传感器的检测信息及时对巡线机器人的运行状态以及工作状态进行调整，操作非常简单。

Description

一种巡线机器人

技术领域

本申请属于机器人技术领域，具体地，本申请涉及一种巡线机器人。

背景技术

巡线机器人是以移动机器人作为载体，以可见光摄像机、红外热成像仪、其它检测仪器作为载荷系统，以机器视觉—电磁场—GPS——GIS的多场信息融合作为机器人自主移动与自主巡检的导航系统，以嵌入式计算机作为控制系统的软硬件开发平台。巡线机器人具有障碍物检测识别与定位、自主作业规划、自主越障、对输电线路及其线路走廊自主巡检、巡检图像和数据的机器人本体自动存储与远程无线传输、地面远程无线监控与遥控、电能在线实时补给、后台巡检作业管理与分析诊断等功能。

随着轨迹路线复杂程度的提高，目前的巡线机器人通过增加荷载系统，以实现对各个路径的识别。但是，增加巡线机器人的荷载系统不仅导致巡线机器人的结构复杂，而且延长了机器人现场的组装时间，同时也大大地提高了巡线机器人的成本。

实用新型内容

本申请实施例的一个目的是提供一种巡线机器人的新技术方案。

根据本申请的一个方面，提供了一种巡线机器人，包括：

机器人本体；

行进轮，两个所述行进轮设置于所述机器人本体，以带动所述机器人本体移动；

行进电机模块，所述行进电机模块上安装有所述行进轮，以驱动所述行进轮转动；

颜色传感器，两个所述颜色传感器均安装于所述机器人本体，且两个颜色传感器的连线与两个行进轮的连线平行；

控制模块，所述行进电机模块和所述颜色传感器分别与所述控制模块电连接。

可选地，所述颜色传感器与所述机器人本体的车头之间的距离为所述行进轮与所述机器人本体的车头之间距离的1/2。

可选地，所述颜色传感器设置于靠近所述行进轮与所述机器人本体的车头之间的中心位置处。

可选地，还包括夹持执行机构；

所述夹持执行机构安装于所述机器人本体；所述夹持执行机构与所述控制模块电连接。

可选地，所述夹持执行机构包括夹持电机模块和夹子模块，所述夹子模块安装于所述夹持电机模块，用于夹持物体；

所述夹持电机模块与所述控制模块电连接。

可选地，还包括电池模块，所述电池模块设置于所述机器人本体，所述电池模块与所述控制模块电连接。

可选地，所述电池模块位于所述控制模块的内部。

可选地，还包括万向轮模块，所述万向轮模块安装于所述机器人本体，且所述万向轮模块位于所述行进轮的远离机器人本体的车头的一侧。

可选地，所述巡线机器人沿轨迹路线移动，两个颜色传感器之间的距离为轨迹路线的宽度的1.5倍-2倍。

可选地，所述控制模块、所述颜色传感器、所述行进电机模块与所述夹持电机模块之间通过数据信号控制线连接。

本申请实施例的一个技术效果在于：通过行进电机模块，驱动所述行进轮转动，并通过在机器人本体设置两个颜色传感器，且两个颜色传感器的连线与两个行进轮的连线平行，从而使得两个颜色传感器模块能够快速且准确检测巡线机器人相对于轨迹路线以及不同颜色区域的识别信息并将识别信息传递给控制模块，便于控制器根据两个颜色传感器所传递的识别信息及时对巡线机器人的运行状态以及工作状态进行调整，操作非常简单。而且，该巡线机器人的结构非常简单，成本较低，也便于在机器人的竞赛或技能资格认证考试中对机器人进行快速组装，有利于节约组装时间。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请实施例提供的巡线机器人的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的巡线机器人的电路连接示意图。

图中：1、机器人本体；101、车头；2、行进轮；3、行进电机模块；4、颜色传感器；5、控制模块；61、夹持电机模块；62、夹子模块；7、电池模块；8、万向轮模块。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1和图2所示，本实施例提供一种巡线机器人，该巡线机器人可以应用于机器人竞赛以及机器人技能资格认证考试中，也可以应用于机器人教学领域，还可以应用于玩具机器人领域。

如图1所示，该巡线机器人包括机器人本体1、行进轮2、行进电机模块3、颜色传感器4和控制模块5；两个所述行进轮2设置于所述机器人本体1，以带动所述机器人本体1移动；所述行进电机模块3上安装有所述行进轮2，以驱动所述行进轮2转动；两个所述颜色传感器4均安装于所述机器人本体1，且两个颜色传感器4的连线与两个行进轮2的连线平行；所述行进电机模块3和所述颜色传感器4分别与所述控制模块5电连接。两个颜色传感器4用于采样获取巡线机器人在活动区域内的地面颜色信息，并可以通过数据线传输至控制模块5。

可选地，该巡线机器人包括两个行进电机模块3，一个行进轮2对应一个行进电机模块3，也即，一个行进电机模块3控制对应的行进轮2的旋转状态。其中，行进电机模块3用于从控制模块5接收到的数据信息对行进轮2进行转动速度、角度和方向的控制。其中，行进电机模块3包括行进电机。控制模块5控制的原则是向检测到压线的颜色传感器4侧进行同方向纠偏，纠偏的策略大体分类如下：

1、在拐弯较缓处，例如拐弯角度大于90度，通过降低一个行进电机的速度、保持另一个行进电机速度以对巡线机器人进行纠偏并保持巡线机器人的前行。

2、在拐弯较急处，例如拐弯角度大于60度，并小于90度。通过降低一个行进电机的速度，甚至停止该行进电机；保持另一个行进电机速度对巡线机器人进行纠偏并保持巡线机器人的前行。

3、在拐弯很急处，例如拐弯角度大于30度，小于60度。通过停止一个行进电机，甚至保持该行进电机反方向转动，同时保持另一个行进电机速度进行纠偏，继而前行。

4、在连续拐弯处(此路段因受连续拐弯路径长度、拐弯角度持续变化、车体长度等因素的综合影响)，通过停止一个行进电机、另一个行进电机维持较低速度进行原地、单方向纠偏，纠正过后前行还需纠偏时，就继续重复原地单方向纠偏的策略，直至完成此路段。

由于巡线机器人的特殊路径需按特定程序进行纠偏，具体如下：

钝角拐弯路径：按实测数据验证，在拐弯较缓处，即拐弯的角度大于90度，通过降低一个行进电机的速度、保持另一个行进电机的速度进行纠偏、前行。该巡线机器人会在二次纠偏动作之后实现车体走正，即二次纠偏动作后，控制模块5不会再接收到颜色传感器4压线的信号。

直角拐弯路径：按实测数据验证，在拐弯直角处，即拐弯的角度等于90度，通过降低一个行进电机速度，保持另一个行进电机速度进行纠偏、前行，会在二次纠偏动作之后车体走正。如果颜色传感器4第三次持续检测到压线，此时停止之前降速的行进电机，继续保持另一个行进电机按原速度进行纠偏，直至之前检测到压线的颜色传感器4不再返回压线的信号后，之前停止的行进电机恢复原速度，车体边前行边做进一步纠偏，此时可认为车体已完成90度的拐弯动作。

锐角拐弯路径：按实测数据验证，在拐弯很急处，即拐弯的角度大于30度，小于60度，通过停止一个行进电机，甚至反方向转动，同时保持另一个行进电机速度进行纠偏，继而前行。在连续拐弯处通过停止一个行进电机，甚至反方向转动，而另一个行进电机维持较低速度进行原地纠偏，纠正过后前行还需纠偏时，就继续重复原地单方向纠偏的策略，直至完成此路段。

十字路口、倒丁字路口：此路径一般出现在出发区、到达区或网格路径中，当左右两个颜色传感器4同时返回压线信号到控制模块5，证明车体在行进路途中遇到了横线路径，此时车体方向不做纠偏继续前行。按实测数据验证，当车体在纠偏过程中遇到横线路径，会存在某一颜色传感器4提前压线返回信号，而另一颜色传感器4后压线返回信号。此种情况下，当控制模块5在接到另一颜色传感器4返回的信号后应继续上次的纠偏动作，直至两个颜色传感器4同时压线并返回信号后停止纠偏动作，再继续前行。

岔口干扰路径：当实际路径出现单侧干扰路线时，会使同侧的颜色传感器4压线并返回信号到控制模块5，让巡线机器人误认为路径变化，此时默认按直角拐弯路径的方式进行纠偏。在纠偏过程中，当另一侧颜色传感器4压线时默认完成纠偏动作，此时，压线位置为有效路线，车体继续前行。在岔口路径下，默认与当下路径角度变化差异最小的路线为有效路线，如在岔口处存在需按拐弯方向前进的要求，那么理论上当下路径的延长线不应该存在，当出现特殊情况时，可在程序中手动添加特例判断选项。

弧形路径：按实测数据验证，一般弧形路径的纠偏都能按直角拐弯路径的方式满足要求，唯一可能需要修改的参数是二个行进电机的速度，即当弧形路径角度较大时，可以通过降低行进电机的速度，在同样长度的弧形路径上进行多次纠偏的动作即可。

无直角轨迹线下的直角拐弯路径：在无直角轨迹线引导的区域内，尤其是巡线机器人夹持了物品后，车体在转直角的过程中无法严格按照程序所设置的参数完美无误的完成直角的拐弯。那么，按实测数据验证，巡线机器人夹持物品的位置无法保证每次都百分百精确，即巡线机器人两行进轮2连线的中点到物体的重心点之间的线段长度无法保证每次都一样，即车体在夹持物品后、旋转直角的过程中，所经受的摩擦力有变化，即在巡线机器人的二个行进电机按控制模块5完成直角拐弯的动作后，无法保证是精确地直角。此时，按拐弯后的车体方向继续在无轨迹线的空白区域行进，会出现走偏的情况，此时只有通过借用两个颜色检测传感器的二次校准才能纠正车体的出发方向。

巡线机器人至少存在：进入物料区，此时，巡线机器人未夹持物品；退出物料区，此时，巡线机器人夹持物品；进入目的区，此时，巡线机器人夹持物品。三个拐直角的动作，按实测数据验证，在巡线机器人通过控制模块5发给二个行进电机数据信号进行直角拐弯的动作后，车体借助区域内唯一的轨迹线进行二次校准，此时车体进行后退。当二个颜色传感器4同时检测到轨迹线，证明车体已经精准完成直角的拐弯；当其中一个颜色传感器4提前检测到轨迹线(证明车体此时较直角拐弯有一定角度差异)会发信号到控制模块5，此时控制模块5首先会向二个行进电机模块3发出停止指令，然后与检测到压线的颜色检测传感器同侧的行进电机继续停止，对侧的行进电机开始转动直至对侧的颜色检测传感器也检测到轨迹线而停止，此时二个颜色检测传感器都同时位于了轨迹线上，即车体与轨迹线成直角，这时控制模块5向两个行进电机发出前进的信号，巡线机器人会按照精准的直角拐弯方向进行直线前进完成任务。

该巡线机器人结构简单，其能够在精简装配的前提下通过多轨迹路线的信号识别、逻辑分析判断、策略控制电机的手段，完成较复杂轨迹路线的自动巡线功能。另外，该巡线机器人在无轨迹线的区域内能够完成精准90度的拐弯，从而保证巡线机器人本身或将其夹持的物品送达指定的区域内。

在本申请中，通过行进电机模块3，驱动所述行进轮2转动，并通过在机器人本体1设置两个颜色传感器4，且两个颜色传感器4的连线与两个行进轮2的连线平行，从而使得两个颜色传感器4模块能够快速且准确检测巡线机器人相对于轨迹路线以及不同颜色区域的识别信息并将识别信息传递给控制模块5，便于控制器根据两个颜色传感器4所传递的识别信息及时对巡线机器人的运行状态以及工作状态进行调整，操作非常简单。而且，该巡线机器人的结构非常简单，成本较低，也便于在机器人的竞赛或技能资格认证考试中对机器人进行快速组装，有利于节约组装时间。

需要说明的是，该巡线机器人在开始运动之前，需要使巡线机器人的二个颜色传感器4同时位于同一个颜色区域内进行颜色数据的读取，将二者读取数据之和的一半写入程序中对应的颜色列表里，重复此操作直至活动区域内的各颜色数据的读取和程序录入工作的完成。由于颜色传感器4对颜色数据的读取会受光线的影响，所以上述活动区域内的各颜色数据的读取和程序录入工作须在开始运动前或巡线机器人所处环境的光线发生明显变化时重新进行。

在本实施例中，控制模块5用于将接收到的每个颜色传感器4的读取数值并实时与程序中对应的颜色列表进行比对，通过程序中设计的路径逻辑分析判断，控制两个行进电机模块3的转动速度、角度和方向以达到自动巡线的功能。

可选地，所述颜色传感器4与所述机器人本体1的车头101之间的距离为所述行进轮2与所述机器人本体1的车头101之间距离的1/2。

为了更好地将巡线机器人的重心集中在行进轮2上，颜色传感器4安装在上述方式中的位置，能个较好地平衡巡线机器人的重心，使得巡线机器人的移动以及夹持工作的过程更加稳定。

可选地，所述颜色传感器4设置于靠近所述行进轮2与所述机器人本体1的车头101之间的中心位置处。

在可以根据巡线机器人的结构选择颜色传感器4的安装位置，装配结构更加灵活。另外，颜色传感器4设置在靠近行进轮2与车头101之间的中心位置处，便于平衡巡线机器人的重心，有助于保证巡线机器人的整体结构的稳定性。

可选地，还包括夹持执行机构；所述夹持执行机构安装于所述机器人本体1；所述夹持执行机构与所述控制模块5电连接。

夹持执行机构用于完成巡线机器人的夹持功能。通过控制模块5对夹持执行机构进行控制，方便巡线机器人准确地完成各个夹持动作。

可选地，所述夹持执行机构包括夹持电机模块61和夹子模块62，所述夹子模块62安装于所述夹持电机模块61，用于夹持物体。所述夹持电机模块61与所述控制模块5电连接。

通过控制模块5对夹持电机模块61进行控制，从而方便夹持电机模块61对夹子模块62的方向和角度的控制，以更好地实现夹子模块62对物品的快速且准确地夹持。

控制模块5通过程序中设计的夹持动作判断，控制夹持电机模块61的转动角度和方向以达到巡线机器人的夹取和松放物品的功能。

在本申请中，夹持电机模块61用于从控制模块5接收到数据信息并对夹子模块62进行转动角度和方向的控制，其中，夹持的速度为恒定值，其需要在程序中提前设置完成。当巡线机器人到达物料区后，巡线机器人停止，而夹持电机模块61按设定的方向进行转动，可以为顺时针，也可为逆时针。夹持电机模块61转动的方向与电机安装的正反有关，需要组装完成后通过测试进行设定，直至夹子模块62夹紧物体；当巡线机器人达到目的地后，巡线机器人停止，夹持电机模块61按设定的反方向进行转动从而松开直至夹子模块62松开物体。

在本实施例中，巡线机器人在行进中按照颜色传感器4的信号数据返回到控制模块5后与颜色列表里的数据作比对，以判断两个颜色传感器4是否存在压线的情况，进而控制模块5发出信号控制相对应的两个行进电机模块3的速度、角度或方向。默认的情况下，位于左侧的颜色传感器4压线证明巡线机器人右偏，位于右侧的颜色传感器4压线证明巡线机器人左偏。此时，通过调节控制相相应的行进电机进行巡线机器人的车体的纠偏。但是，当出现特殊、复杂甚至干扰项的路径时，需要进行实时、多次反馈和调节的闭环操作，并以此进行判断、进而调整车体的方向。

可选地，还包括电池模块7，所述电池模块7设置于所述机器人本体1，所述电池模块7与所述控制模块5电连接。

电池模块7用于为控制模块5、颜色传感器4、夹持电机模块61以及行进电机模块3等进行供电，以便于实现巡线机器人的各个功能。

可选地，所述电池模块7位于所述控制模块5的内部。这有助于进一步减少巡线机器人的体积，优化巡线机器人的结构，同时也便于减少巡线机器人的组装时间。

可选地，还包括万向轮模块8，所述万向轮模块8安装于所述机器人本体1，且所述万向轮模块8位于所述行进轮2的远离机器人本体1的车头101的一侧。万向轮模块8和行进轮2共同保证了巡线机器人停止和行进过程的稳定性。而且，万向轮使得万向轮模块8能够较顺利完成巡线机器人的转向。

可选地，所述巡线机器人沿轨迹路线移动，两个颜色传感器4之间的距离为轨迹路线的宽度的1.5倍-2倍。这使得控制模块5能够根据颜色传感器4所检测的信息快速地对行进电机模块3进行调整，灵敏度更高，以更好地调整巡线机器人的运行状态。

可选地，所述控制模块5、所述颜色传感器4、所述行进电机模块3与所述夹持电机模块61之间通过数据信号控制线连接。这使得控制模块5、颜色传感器4、行进电机模块3与夹持电机模块61的连接非常简单，而且便于实现巡线机器人的组装。

本申请仅通过两个颜色传感器4的设计，通过纠偏动作的策略控制和实时反馈的闭环系统，使巡线机器人在复杂度低的路径下能以高效速度通过、在复杂度高的路径下能以高精准度通过，保证能在规定的时间内完成既定的任务。

在本实施例中，该巡线机器人结构设计简单，组装速度快，尤其是应对不同场地、不同轨迹路线宽度时，可以较快的调整巡线机器人结构以作最优配置。同时，通过巡线纠偏的策略控制和实时反馈的闭环系统，使程序的编写简洁、模块化，在调试和参数设置方面能提高效率。该巡线机器人适合需要在规定时间内完成既定任务的竞赛、技能资格考试等用途。其也适用于大规模教育或教学机器人领域，不仅可以极大降低培训的硬件成本，又可以通过逻辑策略的分析内容提高学生们的建模、程序设计能力。

另外，该巡线机器人的成本较低，但同时又能保证巡线效果。

本申请实施例的一个技术效果在于，结构设计合理，有利于节约成本，同时控制器能够根据两个颜色传感器4的检测信息及时对巡线机器人的运行状态以及工作状态进行调整，操作非常简单。

虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种巡线机器人，其特征在于，包括：

机器人本体；

行进轮，两个所述行进轮设置于所述机器人本体，以带动所述机器人本体移动；

行进电机模块，所述行进电机模块上安装有所述行进轮，以驱动所述行进轮转动；

颜色传感器，两个所述颜色传感器均安装于所述机器人本体，且两个颜色传感器的连线与两个行进轮的连线平行；

控制模块，所述行进电机模块和所述颜色传感器分别与所述控制模块电连接。

2.根据权利要求1所述的巡线机器人，其特征在于，所述颜色传感器与所述机器人本体的车头之间的距离为所述行进轮与所述机器人本体的车头之间距离的1/2。

3.根据权利要求1所述的巡线机器人，其特征在于，所述颜色传感器设置于靠近所述行进轮与所述机器人本体的车头之间的中心位置处。

4.根据权利要求1所述的巡线机器人，其特征在于，还包括夹持执行机构；

所述夹持执行机构安装于所述机器人本体；所述夹持执行机构与所述控制模块电连接。

5.根据权利要求4所述的巡线机器人，其特征在于，所述夹持执行机构包括夹持电机模块和夹子模块，所述夹子模块安装于所述夹持电机模块，用于夹持物体；

所述夹持电机模块与所述控制模块电连接。

6.根据权利要求1所述的巡线机器人，其特征在于，还包括电池模块，所述电池模块设置于所述机器人本体，所述电池模块与所述控制模块电连接。

7.根据权利要求6所述的巡线机器人，其特征在于，所述电池模块位于所述控制模块的内部。

8.根据权利要求1所述的巡线机器人，其特征在于，还包括万向轮模块，所述万向轮模块安装于所述机器人本体，且所述万向轮模块位于所述行进轮的远离机器人本体的车头的一侧。

9.根据权利要求1所述的巡线机器人，其特征在于，

所述巡线机器人沿轨迹路线移动，两个颜色传感器之间的距离为轨迹路线的宽度的1.5倍-2倍。

10.根据权利要求5所述的巡线机器人，其特征在于，所述控制模块、所述颜色传感器、所述行进电机模块与所述夹持电机模块之间通过数据信号控制线连接。

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