CN216546441U - 一种自平衡巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种自平衡巡检机器人，包括底板，所述底板安装有使机器人行走转向的驱动转向机构，还包括动量平衡机构，所述动量平衡机构包括安装于底板的第一动力机构、第一动量轮、第二动力机构和第二动量轮，所述第一动力机构驱动所述第一动量轮转动，所述第二动力机构驱动所述第二动量轮转动；当机器人向左倾斜时，第一动力机构带动所述第一动量轮转动，第二动力机构制动，当机器人向右倾斜时，第二动力机构带动所述第二动量轮转动，第一动力机构制动。

Description

一种自平衡巡检机器人

技术领域

本实用新型涉及一种自平衡巡检机器人。

背景技术

随着人工智能技术的发展，智能巡检机器人已成为当今社会的三大巡检方式之一。移动机器人机构是巡检机器人中的重要组成部分。巡检机器人在遇到障碍时，可能会发生倾斜或弹跳，当发生倾斜时，现有巡检机器人往往不能灵敏的调节自身回正，倾倒情况时有发生。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种自平衡巡检机器人。

本实用新型采用以下技术方案

一种自平衡巡检机器人，包括底板，所述底板安装有使机器人行走转向的驱动转向机构，还包括动量平衡机构，所述动量平衡机构包括安装于底板的第一动力机构、第一动量轮、第二动力机构和第二动量轮，所述第一动力机构驱动所述第一动量轮转动，所述第二动力机构驱动所述第二动量轮转动；

当机器人向左倾斜时，第一动力机构带动所述第一动量轮转动，第二动力机构制动，当机器人向右倾斜时，第二动力机构带动所述第二动量轮转动，第一动力机构制动。

可选地，所述第一动力机构包括第一电机、第一伞齿轮、第二伞齿轮，所述第一电机的输出轴和所述第一伞齿轮固定安装，所述第一伞齿轮和所述第二伞齿轮相啮合，所述第二伞齿轮和所述第一动量轮同轴传动连接，所述第二动力机构包括第二电机、第三伞齿轮、第四伞齿轮，所述第二电机的输出轴和所述第三伞齿轮固定安装，所述第三伞齿轮和所述第四伞齿轮相啮合，所述第四伞齿轮和所述第二动量轮同轴传动连接。

可选地，所述驱动转向机构包括驱动机构和转向机构，所述转向机构可转动的安装在底板上，所述驱动机构安装于底板下，所述转向机构驱动所述驱动机构转向。

可选地，所述转向机构包括转向电机、拨叉和转向套，所述转向电机安装于所述底板，所述转向套和所述转向电机的输出轴固定连接，所述拨叉一端和所述转向套轴向相对滑动周向相对固定的连接，所述转向套设有滑槽，所述拨叉一端设有凸起，所述拨叉一端伸入转向套，所述凸起与滑槽滑动的连接。

可选地，所述底板和所述拨叉之间设有减震机构，所述减震机构包括减震弹簧、第一弹簧碗托和第二弹簧碗托，所述第一弹簧碗托设有第一内孔，所述第二弹簧碗托设有第二内孔，所述拨叉的一端穿过所述第一内孔和所述第二内孔，所述减震弹簧设在所述第一弹簧碗托和所述第二弹簧碗托之间。

可选地，所述转向机构包括转向电机和拨叉，所述转向电机安装于所述底板，所述拨叉包括横向连接件、竖向连接件，所述横向连接件和所述转向电机的输出轴固定连接，所述竖向连接件一端和所述横向连接件的一侧铰接，所述竖向连接件另一端和所述横向连接件的另一侧之间设有弹跳结构。

可选地，所述弹跳结构包括动力电机、导向柱、导向套和支撑连接件，所述支撑连接件和所述竖向连接件另一端铰接，所述动力电机安装于所述支撑连接件，所述导向柱和所述支撑连接件可转动的连接，所述动力电机和所述导向柱传动连接以驱动导向柱转动，所述导向套套设于所述导向柱外，所述导向套和所述横向连接件的另一侧铰接，所述导向套设有螺旋滑槽，所述螺旋滑槽绕所述导向套一周，螺旋滑槽两端之间设有轴向滑槽，导向柱设有和螺旋滑槽、轴向滑槽配合的凸起滑块，所述导向柱和所述导向套之间设有弹性件。

可选地，所述驱动机构包括驱动电机、驱动轮，所述驱动电机安装在所述拨叉上，所述驱动轮和所述拨叉转动的连接，所述驱动轮和所述驱动电机的输出轴固定连接。

可选地，所述底板设有伸缩升降机构，所述底板上方固定安装有支架，所述支架设有用于驱动伸缩升降机构升降的电动马达，伸缩升降机构的顶部安装有探测器。

可选地，所述伸缩升降机构包括变螺距丝杆和变螺距螺母，所述变螺距螺母套设在所述变螺距丝杆外，所述变螺距丝杆和所述底板周向相对固定轴向相对滑动的连接，所述变螺距丝杆包括多个连接座、螺旋件，多个所述连接座从下向上依次排列，上下相邻的两所述连接座之间设有相互套接的多个套件，最里侧的套件和其上方的所述连接座固定连接，最外侧的套件和其下方的所述连接座固定连接，所述螺旋件环绕于连接座外，并且和所述连接座铰接，所述变螺距螺母内设有与螺旋件配合的螺旋槽，变螺距螺母内的螺旋槽分为上段螺旋槽和下段螺旋槽，上段螺旋槽的螺距比下段螺旋槽的螺距大，所述变螺距螺母和电动马达齿轮传动连接。

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型提供的一种自平衡巡检机器人，它具有动量平衡机构，在机器人发生倾斜时，动量平衡机构能够使机器人保持平衡。

附图说明

图1为本实用新型驱动轮相平行时的机器人示意图；

图2为本实用新型驱动轮共线时的机器人示意图；

图3为本实用新型转向机构的示意图；

图4为本实用新型驱动机构的示意图；

图5为本实用新型动量平衡机构的示意图；

图6为本实用新型巡检机器人另一实施方式示意图；

图7为本实用新型转向机构的示意图；

图8为本实用新型弹跳结构的爆炸图；

图9为本实用新型导向柱的透视图；

图10为本实用新型伸缩升降机构的爆炸图；

图11为本实用新型变螺距丝杆剖视图；

图12为本实用新型变螺距螺母剖视图。

示意图中的标号说明：

1、底板；11、通孔；12、凹槽；2、转向机构；21、转向电机；22、转向电机安装架；23、转向套；231、滑槽；241、拨叉；2411、凸起；2412、安装孔；242、减震弹簧；243、第一弹簧碗托；2431、第一内孔；244、第二弹簧碗托；2441、第二内孔；3、驱动机构；31、驱动电机；32、驱动电机安装板；33、传动轴；34、驱动轮；35、联轴器；4、动量平衡机构；41、第一电机安装板；42、第一电机；43、第一伞齿轮；44、第二伞齿轮；45、第一支撑座；46、第一动量轮；47、第一传动轴；48、第二支撑座；49、第二动量轮；410、第二传动轴；411、第三支撑座；412、第四伞齿轮；413、第二电机安装板；414、第二电机；415、第三伞齿轮；5、支架；6、探测器；71、横向连接件；72、竖向连接件；73、动力电机；74、导向柱；741、凸起滑块；75、导向套；751、螺旋滑槽；752、轴向滑槽；76、支撑连接件；77、弹性件；78、过渡连接件；81、电动马达；82、变螺距丝杆；821、连接座；822、套件；823、内凸筋；824、外凸筋83、变螺距螺母；831、上段螺旋槽；832、下段螺旋槽；84、周向限位套筒；85、螺旋件。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图1-12及实施例对本实用新型作详细描述。

结合附图1-12，本实施例的一种自平衡巡检机器人，包括底板1、转向驱动机构和动量平衡机构4，转向驱动机构包括转向机构2和驱动机构3。转向机构2包括转向电机21、拨叉241、转向套23，转向电机21通过转向电机安装架22安装固定在底板1上，转向套23和转向电机21的输出轴固定连接，转向套23设有滑槽231，拨叉241一端设有凸起2411，拨叉241一端伸入转向套23内，凸起2411和滑槽231滑动的连接。凸起2411和滑槽231配合使转向套23和拨叉241之间可轴向相对滑动周向相对固定。

驱动机构3包括驱动电机31、驱动轮34，驱动电机31通过驱动电机安装板32安装在拨叉241一侧，驱动轮34设有传动轴33，所述拨叉241设有安装孔2412，传动轴33一端在安装孔2412内与安装孔2412转动的连接，传动轴33另一端与驱动轮34固定连接，传动轴33另一端与驱动电机31的输出轴通过联轴器35固定连接。

底板1和拨叉241之间设有减震机构，减震机构包括减震弹簧242、第一弹簧碗托243和第二弹簧碗托244，第一弹簧碗托243设有第一内孔2431，第二弹簧碗托244设有第二内孔2441。拨叉241的一端穿过第一内孔2431，拨叉241的一端和第一内孔2431转动连接。减震弹簧242套在拨叉241一端外，并且减震弹簧242一端滑动的连接在第一弹簧碗托243上。拨叉241一端穿过第二内孔2441，第二弹簧碗托244和减震弹簧242另一端滑动的连接。底板1设有通孔11，拨叉241一端穿过通孔11，使拨叉241和底板1转动的连接，第二弹簧碗托244和底板1滑动的连接。减震弹簧242设在第一弹簧碗托243和第二弹簧碗托244之间。

底板1中间设有凹槽12，底板1上设有支架5，凹槽12位于支架5的下方，动量平衡机构4安装在凹槽12内。动量平衡机构4包括安装于底板1的第一动力机构、第一动量轮46、第二动力机构和第二动量轮49，第一动力机构驱动第一动量轮46转动，第二动力机构驱动第二动量轮49转动。第一动力机构包括第一电机42、第一伞齿轮43、第二伞齿轮44，第一电机42通过第一电机安装板41安装于支架5，第一电机42的输出轴和第一伞齿轮43固定安装。底板1的凹槽12内设有第一支撑座45、第二支撑座48和第三支撑座411，第一支撑座45转动的连接有第一传动轴47，第一传动轴47一端和第一支撑座45转动的连接，第一传动轴47另一端和第二支撑座48转动的连接。第二伞齿轮44固定安装在第一传动轴47一端，第一动量轮46固定安装在第一传动轴47中间，第一伞齿轮43和第二伞齿轮44相啮合。第二动力机构包括第二电机414、第三伞齿轮415、第四伞齿轮412，第二电机414的输出轴和第三伞齿轮415固定安装，第二电机414通过第二电机安装板413安装于支架5，第二支撑座48转动的连接有第二传动轴410，第二传动轴410的一端和第三支撑座411转动的连接，第二传动轴410的另一端和第二支撑座48转动的连接，第四伞齿轮412固定安装在第二传动轴410一端，第二动量轮49固定安装在第二传动轴410中间，第三伞齿轮415和第四伞齿轮412相啮合。

支架5上方固定安装有探测器6。

本实施例中设有两个转向机构2和两个驱动机构3。通过两个转向机构2分别控制两个驱动机构3。在宽阔道路上行进时，转向电机21带动转向套23转动，转向套23上的滑槽231带动拨叉241上的凸起2411使拨叉241转动，使两个驱动轮34平行。然后，通过驱动机构3控制机器人的运动速度和方向，驱动电机31带动联轴器35转动，联轴器35带动传动轴33转动，传动轴33带动驱动轮34转动，使机器人向前运动。通过两个驱动电机31差速控制转向。在通过较窄的道路时，通过转向机构2控制驱动机构3，使两个驱动轮34共线，通过控制其中一个转向机构2，控制机器人的运动方向。然后，通过控制驱动机构3控制机器人的运动速度。两个驱动轮34共线可以减小机器人行进的宽度，增强其适应道路的能力。在不平道路上，拨叉241带动第一弹簧碗托243向上运动，压缩减震弹簧242，同时拨叉241上的凸起2411在转向套23的滑槽231内滑动，达到减震的目的。

通过动量平衡机构4控制机器人在静止及运动状态下的平衡。当机器人向左倾斜时，第一电机42带动第一伞齿轮43转动，第一伞齿轮43带动第二伞齿轮44转动，第二伞齿轮44带动第一传动轴47转动，第一传动轴47带动第一动量轮46向右转动，第二电机414带动第三伞齿轮415制动，第三伞齿轮415带动第四伞齿轮412制动，第四伞齿轮412带动第二传动轴410制动，第二传动轴410带动第二动量轮49制动，使机器人恢复至平衡状态。相同的，当机器人向右倾斜时，第二电机414带动第三伞齿轮415转动，第三伞齿轮415带动第四伞齿轮412转动，第四伞齿轮412带动第二传动轴410转动，第二传动轴410带动第二动量轮49向左转动，第一电机42带动第一伞齿轮43制动，第一伞齿轮43带动第二伞齿轮44制动，第二伞齿轮44带动第一传动轴47制动，第一传动轴47带动第一动量轮46制动，使机器人恢复至平衡状态，避免电机频繁换向导致平衡调整不及时，甚至损坏电机。

结合附图6-9，在另一实施方式中，拨叉设有弹跳结构。弹跳结构使巡检机器人在遇到凹坑时，可以跳过去。拨叉包括横向连接件71、竖向连接件72，横向连接件71中部和转向电机的输出轴固定连接，竖向连接件72一端和横向连接件71的一侧铰接，竖向连接件72另一端和横向连接件71的另一侧之间设有弹跳结构。弹跳结构包括动力电机73、导向柱74、导向套75和支撑连接件76，支撑连接件76和竖向连接件72另一端铰接。动力电机73安装于支撑连接件76，导向柱74和支撑连接件76可转动的连接，动力电机73和导向柱74皮带传动连接以驱动导向柱74转动。导向套75套设于导向柱74外，导向套75的上端固定有过渡连接件78，过渡连接件78和横向连接件71的另一侧铰接。过渡连接件78和支撑连接件76之间设有弹性件77，弹性件77为弹簧。导向套75设有螺旋滑槽751，螺旋滑槽751绕导向套75一周，螺旋滑槽751两端之间设有轴向滑槽752，导向柱74设有和螺旋滑槽751、轴向滑槽752配合的凸起滑块741。当巡检机器人遇到凹坑时，动力电机73会带动导向柱74转动。导向柱74转动带动凸起滑块741在螺旋滑槽751内向上滑动，导向柱74向上运动会压缩弹性件77，当凸起滑块741滑动到螺旋滑槽751的顶端时就从轴向滑槽752的顶端向下运动，完成释放动作，从而为巡检机器人提供一个弹跳力，使巡检机器人跳动。驱动电机和驱动轮安装在竖向连接件72的另一端。转向电机转动可带动拨叉转动，拨叉转动可带动驱动轮转向。驱动电机可驱动驱动轮转动。

结合附图6、10-12，底板1设有伸缩升降机构，底板1上方固定安装有支架5，支架5设有用于驱动伸缩升降机构升降的电动马达81，伸缩升降机构的顶部安装有探测器6。伸缩升降机构通过升高带动探测器6升高，以获得高远处视角。

伸缩升降机构包括变螺距丝杆82和变螺距螺母83，变螺距螺母83套设在变螺距丝杆82外。底板1固定有周向限位套筒84，周向限位套筒84的横截面为方形，变螺距丝杆82的底部设在周向限位套筒84内，变螺距丝杆82的底部的横截面也为方形，以使变螺距丝杆82相对于底板1周向相对固定轴向相对滑动的连接。变螺距丝杆82包括多个连接座821、螺旋件85，多个连接座821从下向上依次排列。上下相邻的两连接座821之间设有相互套接的三个套件822，从里向外套件822的直径依次增大。最里侧的套件822和其上方的连接座821固定连接，最外侧的套件822和其下方的连接座821固定连接，套件822和套件822之间可相互上下滑动。最里侧的套件822和中间的套件822之间设有防脱结构，防脱结构包括设于最里侧套件822外表面的外凸筋824和设于中间件套件822内表面的内凸筋823，内套件822向上滑动时，防脱结构防止最里侧的套件822脱离最外侧的套件822。中间套件822和最外侧的套件822之间也设有上述同样的防脱结构。螺旋件85环绕于连接座821外，并且和连接座821铰接。螺旋件85每半个螺距设置一个铰接点，铰接点处与连接座821铰接。变螺距螺母83内设有与螺旋件85配合的螺旋槽，变螺距螺母83内的螺旋槽分为上段螺旋槽831和下段螺旋槽832，上段螺旋槽831的螺距比下段螺旋槽832的螺距大。支架5设有用于规避变螺距丝杆82的规避孔，变螺距丝杆82穿过规避孔。变螺距螺母83外设有一圈传动齿轮，电动马达81的输出轴固定有主动齿轮，主动齿轮和传动齿轮啮合。主动齿轮和传动齿轮均设在支架5的下方。

当需要将探测器6升起时，驱动电动马达81，电动马达81转动带动变螺距螺母83转动，变螺距螺母83转动带动螺旋件85在螺旋槽内螺旋上升，螺旋件85上升带动连接座821上升，当螺旋件85转动到上段螺旋槽831的位置时，螺旋件85之间的螺距变大，同时使两相邻的连接座821之间间距增大，使变螺距丝杆82伸长。当电动马达81带动变螺距螺母83回旋时，螺旋件85螺旋下降，螺旋件85下降带动连接座821下降，当螺旋件85转动到下段螺旋槽832的位置时，螺旋件85之间的螺距变小，同时使两相邻的连接座821之间的间距变小，使变螺距丝杆82缩短。具体应用时，相邻的梁连接座821之间设有弹簧，以辅助变螺距丝杆82升起。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种自平衡巡检机器人，包括底板，所述底板安装有使机器人行走转向的驱动转向机构，其特征在于，还包括动量平衡机构，所述动量平衡机构包括安装于底板的第一动力机构、第一动量轮、第二动力机构和第二动量轮，所述第一动力机构驱动所述第一动量轮转动，所述第二动力机构驱动所述第二动量轮转动；

当机器人向左倾斜时，第一动力机构带动所述第一动量轮转动，第二动力机构制动，当机器人向右倾斜时，第二动力机构带动所述第二动量轮转动，第一动力机构制动。

2.根据权利要求1所述的一种自平衡巡检机器人，其特征在于，所述第一动力机构包括第一电机、第一伞齿轮、第二伞齿轮，所述第一电机的输出轴和所述第一伞齿轮固定安装，所述第一伞齿轮和所述第二伞齿轮相啮合，所述第二伞齿轮和所述第一动量轮同轴传动连接，所述第二动力机构包括第二电机、第三伞齿轮、第四伞齿轮，所述第二电机的输出轴和所述第三伞齿轮固定安装，所述第三伞齿轮和所述第四伞齿轮相啮合，所述第四伞齿轮和所述第二动量轮同轴传动连接。

3.根据权利要求1所述的一种自平衡巡检机器人，其特征在于，所述驱动转向机构包括驱动机构和转向机构，所述转向机构可转动的安装在底板上，所述驱动机构安装于底板下，所述转向机构驱动所述驱动机构转向。

4.根据权利要求3所述的一种自平衡巡检机器人，其特征在于，所述转向机构包括转向电机、拨叉和转向套，所述转向电机安装于所述底板，所述转向套和所述转向电机的输出轴固定连接，所述拨叉一端和所述转向套轴向相对滑动周向相对固定的连接，所述转向套设有滑槽，所述拨叉一端设有凸起，所述拨叉一端伸入转向套，所述凸起与滑槽滑动的连接。

5.根据权利要求4所述的一种自平衡巡检机器人，其特征在于，所述底板和所述拨叉之间设有减震机构，所述减震机构包括减震弹簧、第一弹簧碗托和第二弹簧碗托，所述第一弹簧碗托设有第一内孔，所述第二弹簧碗托设有第二内孔，所述拨叉的一端穿过所述第一内孔和所述第二内孔，所述减震弹簧设在所述第一弹簧碗托和所述第二弹簧碗托之间。

6.根据权利要求3所述的一种自平衡巡检机器人，其特征在于，所述转向机构包括转向电机和拨叉，所述转向电机安装于所述底板，所述拨叉包括横向连接件、竖向连接件，所述横向连接件和所述转向电机的输出轴固定连接，所述竖向连接件一端和所述横向连接件的一侧铰接，所述竖向连接件另一端和所述横向连接件的另一侧之间设有弹跳结构。

7.根据权利要求6所述的一种自平衡巡检机器人，其特征在于，所述弹跳结构包括动力电机、导向柱、导向套和支撑连接件，所述支撑连接件和所述竖向连接件另一端铰接，所述动力电机安装于所述支撑连接件，所述导向柱和所述支撑连接件可转动的连接，所述动力电机和所述导向柱传动连接以驱动导向柱转动，所述导向套套设于所述导向柱外，所述导向套和所述横向连接件的另一侧铰接，所述导向套设有螺旋滑槽，所述螺旋滑槽绕所述导向套一周，螺旋滑槽两端之间设有轴向滑槽，导向柱设有和螺旋滑槽、轴向滑槽配合的凸起滑块，所述导向柱和所述导向套之间设有弹性件。

8.根据权利要求4或6所述的一种自平衡巡检机器人，其特征在于，所述驱动机构包括驱动电机、驱动轮，所述驱动电机安装在所述拨叉上，所述驱动轮和所述拨叉转动的连接，所述驱动轮和所述驱动电机的输出轴固定连接。

9.根据权利要求1-7任一所述的一种自平衡巡检机器人，其特征在于，所述底板设有伸缩升降机构，所述底板上方固定安装有支架，所述支架设有用于驱动伸缩升降机构升降的电动马达，伸缩升降机构的顶部安装有探测器。

10.根据权利要求9所述的一种自平衡巡检机器人，其特征在于，所述伸缩升降机构包括变螺距丝杆和变螺距螺母，所述变螺距螺母套设在所述变螺距丝杆外，所述变螺距丝杆和所述底板周向相对固定轴向相对滑动的连接，所述变螺距丝杆包括多个连接座、螺旋件，多个所述连接座从下向上依次排列，上下相邻的两所述连接座之间设有相互套接的多个套件，最里侧的套件和其上方的所述连接座固定连接，最外侧的套件和其下方的所述连接座固定连接，所述螺旋件环绕于连接座外，并且和所述连接座铰接，所述变螺距螺母内设有与螺旋件配合的螺旋槽，变螺距螺母内的螺旋槽分为上段螺旋槽和下段螺旋槽，上段螺旋槽的螺距比下段螺旋槽的螺距大，所述变螺距螺母和电动马达齿轮传动连接。

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