CN219857001U - 一种工地用激光扫描机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及工程三维激光建模与监测设备技术领域，尤其涉及一种工地用激光扫描机器人，包括：车架与围护结构和若干组履带式运载机构；若干组所述履带式运载机构设置在所述车架与围护结构底部的左右两侧，所述履带式运载机构用于带动所述车架与围护结构行走。通过履带式运载机构与激光测量模块、数据传输采集模块的结合设置，实现激光扫描机器人的扫描建模与巡视。通过轴承连接板件与减震弹簧的结合设置，可有效减少行进过程中上部结构的震动幅度，减少由于路面问题带来的影响，使机器人活动范围更广，对路面条件的要求更低。

Description

一种工地用激光扫描机器人

技术领域

本实用新型涉及工程三维激光建模与监测设备技术领域，尤其涉及一种工地用激光扫描机器人。

背景技术

目前，随着我国工程技术的极速发展，施工现场经常处于复杂环境条件之下。要进行现场三维激光扫描作业，通常需要施工人员携带激光扫描设备逐点进行扫描工作。这种工作方法效率很低，且经常遇到许多无法到达的区域，使得扫描出的激光模型出现许多空洞区域。随着施工管理向着信息化、数字化高速发展的今天，传统手持三维点云扫描工作已经很难满足工程建设的客观需求。同时，在工地现场，尤其是岩土工程施工现场，地形地质条件都比较复杂，常出现淤泥质地面、沟壑等棘手路面路况的问题，传统轮式机器人设备经常举步维艰，活动区域受到很大的限制。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种工地用激光扫描机器人，其解决了传统轮式机器人设备受工况影响导致活动区域受限的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

一种工地用激光扫描机器人，包括：车架与围护结构和若干组履带式运载机构；

若干组所述履带式运载机构设置在所述车架与围护结构底部的左右两侧，所述履带式运载机构用于带动所述车架与围护结构行走；

所述履带式运载机构包括：轴承连接板件、车轮组件和减震弹簧；

所述轴承连接板件竖直设置，所述轴承连接板件的上端可转动连接于所述车架与围护结构，所述车轮组件设置在所述轴承连接板件的外侧壁上；

所述减震弹簧的一端与所述型车架与围护结构连接，所述减震弹簧的另一端与所述轴承连接板件连接。

所述车轮组件包括：主动轮、至少一个从动轮、若干个从动杆、驱动电机和履带；

所述主动轮和所述从动轮通过各自对应的车轴可转动连接在所述轴承连接板件的外侧面上，所述主动轮和所述至少一个从动轮沿着所述轴承连接板件下端的边缘设置；

若干个所述从动杆位于所述至少一个从动轮的上方，且沿着水平方向可转动连接在所述轴承连接板件上；

所述履带围绕所述主动轮、至少一个从动轮和若干从动杆设置，所述驱动电机连接所述主动轮的车轴，以通过所述驱动电机驱动所述主动轮带动所述履带围绕所述主动轮、至少一个从动轮和若干从动杆周向转动，实现所述履带式运载机构的行走。

所述轴承连接板件上还设有减震挡板，所述减震挡板位于所述履带的上方。

所述车架与围护结构包括：型钢车架、锂离子电池组和第一围护挡板；

所述型钢车架为型钢制作的框架结构，在型钢车架的前端和后端倾斜设置所述第一围护挡板；

所述锂离子电池组包括多个阵列在所述型钢车架内的预设容量电池；

所述型钢车架的顶部和底部分别设有上平台板和下平台板，所述锂离子电池组位于所述上平台板和下平台板之间。

还包括测量动态稳定系统，所述测量动态稳定系统包括若干个测量稳定架，所述测量稳定架包括：主液压缸、主液压杆和下支撑板；

所述主液压缸的一端通过连接螺栓可转动连接在所述车架与围护结构的底部，所述主液压缸的另一端通过所述主液压杆与所述下支撑板可伸缩连接；

所述主液压杆垂直于所述下支撑板设置，所述主液压杆与所述下支撑板的连接处设有若干个加筋腹板。

所述测量稳定架还包括：附属液压缸和附属液压杆；

所述附属液压缸的一端通过螺栓可转动连接在所述车架与围护结构的底部，所述附属液压缸的另一端通过附属液压杆与所述主液压缸可转动连接，以使所述附属液压缸通过所述附属液压杆的伸缩拉动所述主液压缸，实现所述测量稳定架的展开或收起。

还包括可扩展桁架，所述可扩展桁架包括：轻型钢桁架和第二围护挡板；

所述轻型钢桁架固定设置在所述车架与围护结构的顶部，所述第二围护挡板分别设置在所述轻型钢桁架的顶部和侧面。

还包括激光测量模块，所述激光测量模块包括：GNSS基站、全景摄影相机、伸缩支撑杆、激光测量仪和设备机箱；

所述设备机箱固定在所述可扩展桁架的顶部，所述激光测量仪设置在所述设备机箱的前端上部，所述GNSS基站和全景摄影相机通过所述伸缩支撑杆设置在设备机箱的顶部。

所述设备机箱的前端下部设有向前凸起的保护壳，所述保护壳的侧壁上设有充电接口。

还包括数据采集传输模块，所述数据采集传输模块包括：WiFi天线模块和数据采集传输模块机箱；

所述WiFi天线模块设置在所述数据采集传输模块机箱的顶部，所述数据采集传输模块机箱上设有电源与数据传输接口、设备指示灯和设备开关。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种工地用激光扫描机器人，通过履带式运载机构与激光测量模块、数据传输采集模块的结合设置，实现激光扫描机器人的扫描建模与巡视。

通过轴承连接板件与减震弹簧的结合设置，可有效减少行进过程中上部结构的震动幅度，减少由于路面问题带来的影响，使机器人活动范围更广，对路面条件的要求更低。

通过测量动态稳定系统的设置，可以在激光扫描机器人静止测量时，提升机器人的稳定性，保持机器人的平衡，减少对测量精度有影响的变量。

通过可扩展桁架的设置，可以增加车体的整体刚度，减少车体行进过程中上部设备的纵向扰动，防止车体出现过大挠度导致测量结果准确度降低的问题。同时，可扩展桁架的内部有大量的储备空间，便于数据线的整理与后期功能模块的扩展，使该设备具有良好的扩展性。

附图说明

图1是本实用新型的整体示意图一；

图2是本实用新型的整体示意图二；

图3是本实用新型的激光测量模块的立体图；

图4是本实用新型的数据传输采集模块的立体图；

图5是本实用新型的可扩展桁架的结构示意图；

图6是本实用新型的车架与围护结构与履带式运载机构的结构示意图；

图7是本实用新型的测量稳定架的展开状态的立体图；

图8是本实用新型的测量稳定架的收起状态的立体图；

图9是本实用新型的测量动态稳定系统的展开状态的立体图；

图10是本实用新型的测量动态稳定系统的收起状态的立体图。

【附图标记说明】

1、激光测量模块；11、GNSS基站；12、全景摄影相机；13、伸缩支撑杆；14、激光测量仪；15、设备机箱；151、保护壳；152、充电接口；2、数据传输采集模块；21、WiFi天线模块；22、电源与数据传输接口；23、设备指示灯；24、设备开关；25、数据采集传输模块机箱；3、可扩展桁架；31、轻型钢桁架；32、第二围护挡板；4、车架与围护结构；41、型钢车架；42、锂离子电池组；43、第一围护挡板；44、上平台板；45、下平台板；5、履带式运载机构；51、主动轮；52、从动轮；53、从动杆；54、轮轴；55、减震弹簧；56、减震挡板；57、驱动电机；58、轴承连接板件；59、履带；6、测量稳定架；61、连接螺栓；62、主液压缸；63、主液压杆；64、加筋腹板；65、下支撑板；66、附属液压缸；67、附属液压杆。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。其中，本文所提及的“前”、“后”......等方位名词以图1的定向为参照。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如附图1、附图2所示，本实用新型提供了一种工地用激光扫描机器人，包括：激光测量模块1、数据传输采集模块2、可扩展桁架3、车架与围护结构4、履带式运载机构5和测量稳定系统。

可扩展桁架3、车架与围护结构4和履带式运载机构5从上到下依次设置，激光测量模块1和数据传输采集模块2设置在可扩展桁架3的顶部，通过履带式运载机构5带动车架与围护结构4及其上部结构行走，并通过激光测量模块1和数据传输采集模块2实现对现场工程项目的三维激光点云模型构建。

如附图1、附图6所示，车架与围护结构4用于连接履带式运载机构5，并为激光扫描机器人供电，车架与围护结构4包括：型钢车架41、锂离子电池组42和第一围护挡板43。

型钢车架41为型钢制作的框架结构，锂离子电池组42固定在型钢车架41的框架结构内，第一围护挡板43倾斜设置在型钢车架41的前端和后端，第一围护挡板43用于防止机器人在泥泞环境中行驶时，飞溅的泥水对电机与线缆带来影响。

锂离子电池组42包括多个阵列在型钢车架41内的预设容量电池，锂离子电池组42模拟电动汽车的电池箱构造，采用多个预设容量电池组成阵列的方案，可以有效地增加充电效率，减少单一电池失效带来的影响。

型钢车架41的顶部和底部分别设有上平台板44和下平台板45，锂离子电池组42位于上平台板44和下平台板45之间，通过型钢车架41的设置使得锂离子电池组42免受碰撞而带来的损坏。

如附图6所示，履带式运载机构5为整个机器人的机动系统，履带式运载机构5包括：主动轮51、至少一个从动轮52、若干个从动杆53、驱动电机57、轴承连接板件58和履带59。本申请的履带式运载机构5共4组，也可以根据实际需求设置。

轴承连接板件58垂直于型钢车架41的水平面设置，轴承连接板件58的上端铆接在型钢车架41的两侧，主动轮51和从动轮52通过各自对应的车轴54可转动连接在轴承连接板件58的外侧面上。主动轮51和从动轮52沿着轴承连接板件58下端的边缘设置，本实施例的两个主动轮51位于两个从动轮52的两侧。

若干个从动杆53位于从动轮52的上方，且沿着水平方向可转动连接在轴承连接板件58上。

驱动电机57设置在轴承连接板件58的内侧壁上，驱动电机57连接主动轮51，以驱动主动轮51。

履带59围绕主动轮51、至少一个从动轮52和若干个从动杆53设置，以通过主动轮51带动履带59围绕主动轮51、从动轮52和从动杆53周向转动，实现履带式运载机构5的行走。

轴承连接板件58上设有减震弹簧55，减震弹簧55的一端与型钢车架41连接，另一端与轴承连接板件58连接。履带式运载机构5在行进过程中，根据路面的平整情况，会使轴承连接板件58产生倾斜角度，带动减震弹簧55拉伸或者压缩。通过减震弹簧55的伸长与缩短，给予轴承连接板件58一个反作用力，达到减震的效果，从而适应不平整的路面。

轴承连接板件58上还设有减震挡板56，减震挡板56位于履带59的上方。

在实际采集现场，环境条件复杂，经常会出现沟壑起伏，运用履带式机动方式将可以更加适应环境。四组履带轮组分别有独立的驱动电机驱动，可以获得更好的越野性能。同时，应用减震弹簧55与减震挡板56组合形成的履带轮组减震系统可以有效地减少行进过程中上部结构的震动幅度，起到保护设备的功能。

如附图5所示，可扩展桁架3用于支撑上部测量设备，同时具备设备扩展功能，可扩展桁架3设置在车架与围护结构4的顶部，可扩展桁架3包括：轻型钢桁架31和第二围护挡板32。轻型钢桁架31固定设置在上平台板44的顶部，第二围护挡板32分别设置在轻型钢桁架31的顶部和侧面。

可扩展桁架3在前期主要可以增加车体的整体刚度，减少车体行进过程中上部设备的纵向扰动，防止车体出现过大挠度导致测量结果准确度降低的问题。同时，轻型钢桁架31内部有大量的储备空间，便于数据线的整理与后期功能模块的扩展，使该设备具有良好的扩展性。

如附图1、附图3所示，激光测量模块1设置在可扩展桁架3的顶部。

激光测量模块1用于对施工现场进行模型构建，激光测量模块1包括：GNSS基站11、全景摄影相机12、伸缩支撑杆13、激光测量仪14和设备机箱15。

设备机箱15固定在可扩展桁架3的顶部，激光测量仪14设置在设备机箱15的前端上部，GNSS基站11和全景摄影相机12通过伸缩支撑杆13设置在设备机箱15的顶部。

设备机箱15的前端下部设有向前凸起的保护壳151，保护壳151的侧壁上设有充电接口152。

通过激光测量仪14进行基坑或边坡等现场工程项目的三维激光点云模型构建，通过GNSS基站11进行测量点位置的定位与校准，以完成后续在较大场景建模时点云的拼接计算。同时，设备配备了含有伸缩杆13的全景摄像镜头12，可以快速地获取周围实际影像资料，方便后期图像进行三维点云的材质拼贴运算，与设备自避障操作。

如附图1、附图4所示，数据采集传输模块2设置在激光测量模块1的后端，数据采集传输模块2的主要功能为信号的储存与传输，同时可通过接收无线信号实现对机器人行进路线的控制。

数据采集传输模块2包括：WiFi天线模块21和数据采集传输模块机箱25。WiFi天线模块21设置在数据采集传输模块机箱25的顶部，数据采集传输模块机箱25上设有电源与数据传输接口22、设备指示灯23和设备开关24。

数据采集传输模块2负责将激光测量模块1中获得的数据信号进行初步处理，存入到相应的存储单元中。同时，接收来自于手持式控制器或管控中心的信号，对机器人的行进路线进行规划，实现对机器人的自动化控制。结合激光测量模块1中的全景摄影设备12采集的周围影像信息，建立机器人行驶虚拟围栏，实现自动避障功能。

如附图7、附图8、附图9、附图10所示，为了防止进行激光测量时履带式运载机构5的前后摆动，在车底设置测量动态稳定系统。

测量动态稳定系统包括若干个测量稳定架6，测量稳定架6包括：主液压缸62、主液压杆63、下支撑板65、附属液压缸66、附属液压杆67。主液压缸62的一端通过连接螺栓61可转动连接在下平台板45的底部，主液压缸62的另一端通过主液压杆63与下支撑板65可伸缩连接。

主液压杆63垂直于下支撑板65设置，主液压杆63与下支撑板65的连接处设有若干个加筋腹板64，加筋腹板64用增强主液压杆63与下支撑板65的结构稳定性。

附属液压缸66的一端通过螺栓可转动连接在下平台板45的底部，附属液压缸66的另一端通过附属液压杆67与主液压缸62可转动连接，以使附属液压缸66通过附属液压杆67的伸缩拉动主液压缸62，实现测量稳定架6的展开或收起。

测量动态稳定系统由4个独立的测量稳定架6构成，与机器人车架41相连接。通过调整四个独立液压杆的伸缩长度，结合激光测量模块1中定向陀螺仪得到的姿态数据，进行动态平衡分析，可以在确保测量时车体稳定的同时，尽可能地保持车体的平衡，减少对测量精度有影响的变量。其中，定向陀螺仪集成在激光测量模块1内部电路板上，用于记录物体的姿态信息。

本发明中的测量动态稳定系统主要涉及两种工作状态，如附图8和附图9所示。在履带式运载机构5正常行进的过程中，所有液压杆收缩至缸内，保证了机器人拥有较强的机动性。当到达预计测量点位时，测量动态稳定系统进入测量模式8，附属液压杆67会先伸长，使主液压缸62达到垂直状态，在根据实际地形情况，降下主液压杆63，使下支撑板65充分接触地面。此时，主液压杆63承担主要的支撑重量，调整4个主液压杆63的相对长度，实现车体的找平与稳定。

本实用新型提供了一种工地用激光扫描机器人，通过履带式运载机构5与激光测量模块1、数据传输采集模块2的结合设置，实现激光扫描机器人的扫描建模与巡视。

通过轴承连接板件58与减震弹簧55的结合设置，可有效减少行进过程中上部结构的震动幅度，减少由于路面问题带来的影响，使机器人活动范围更广，对路面条件的要求更低。

通过测量动态稳定系统的设置，可以在激光扫描机器人静止测量时，提升机器人的稳定性，保持机器人的平衡，减少对测量精度有影响的变量。

通过可扩展桁架3的设置，可以增加车体的整体刚度，减少车体行进过程中上部设备的纵向扰动，防止车体出现过大挠度导致测量结果准确度降低的问题。同时，可扩展桁架3内部有大量的储备空间，便于数据线的整理与后期功能模块的扩展，使该设备具有良好的扩展性。

本实用新型提供了一种工地用激光扫描机器人，优化了现场、尤其是岩土施工现场复杂的三维激光扫描过程，实现了全天候24小时不间断的扫描建模与巡视，极大地提高了建模效率。同时，借助履带式传动系统，可以有效减少由于路面问题带来的影响，使得该实用新型相较于传统轮式机器人活动范围更广，对路面条件的要求更低。通过加入测量动态稳定系统，有效的解决了履带结构前后变形大的问题。该实用新型借助GNSS与三维激光扫描联合解算的方法，可以有效地提高区域激光点云拼接效率，使得短时间内生成大面积高精度点云模型成为可能。同时，该实用新型搭载全景摄影相机，可以轻松建立虚拟电子围栏，实现全自动化的避障功能。该实用新型的使用，可以有效地提高实现场三维点云模型采集过程的智能化程度，极大地提高采集效率。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种工地用激光扫描机器人，其特征在于，包括：车架与围护结构(4)和若干组履带式运载机构(5)；

若干组所述履带式运载机构(5)设置在所述车架与围护结构(4)底部的左右两侧，所述履带式运载机构(5)用于带动所述车架与围护结构(4)行走；

所述履带式运载机构(5)包括：轴承连接板件(58)、车轮组件和减震弹簧(55)；

所述轴承连接板件(58)竖直设置，所述轴承连接板件(58)的上端可转动连接于所述车架与围护结构(4)，所述车轮组件设置在所述轴承连接板件(58)的外侧壁上；

所述减震弹簧(55)的一端与所述车架与围护结构(4)连接，所述减震弹簧(55)的另一端与所述轴承连接板件(58)连接。

2.根据权利要求1所述的工地用激光扫描机器人，其特征在于，所述车轮组件包括：主动轮(51)、至少一个从动轮(52)、若干个从动杆(53)、驱动电机(57)和履带(59)；

所述主动轮(51)和所述从动轮(52)通过各自对应的车轴(54)可转动连接在所述轴承连接板件(58)的外侧面上，所述主动轮(51)和所述至少一个从动轮(52)沿着所述轴承连接板件(58)下端的边缘设置；

若干个所述从动杆(53)位于所述至少一个从动轮(52)的上方，且沿着水平方向可转动连接在所述轴承连接板件(58)上；

所述履带(59)围绕所述主动轮(51)、至少一个从动轮(52)和若干从动杆(53)设置，所述驱动电机(57)连接所述主动轮(51)的车轴(54)，以通过所述驱动电机(57)驱动所述主动轮(51)带动所述履带(59)围绕所述主动轮(51)、至少一个从动轮(52)和若干从动杆(53)周向转动，实现所述履带式运载机构(5)的行走。

3.根据权利要求1所述的工地用激光扫描机器人，其特征在于，所述轴承连接板件(58)上还设有减震挡板(56)，所述减震挡板(56)位于所述履带(59)的上方。

4.根据权利要求1所述的工地用激光扫描机器人，其特征在于，所述车架与围护结构(4)包括：型钢车架(41)、锂离子电池组(42)和第一围护挡板(43)；

所述型钢车架(41)为型钢制作的框架结构，在型钢车架(41)的前端和后端倾斜设置所述第一围护挡板(43)；

所述锂离子电池组(42)包括多个阵列在所述型钢车架(41)内的预设容量电池；

所述型钢车架(41)的顶部和底部分别设有上平台板(44)和下平台板(45)，所述锂离子电池组(42)位于所述上平台板(44)和下平台板(45)之间。

5.根据权利要求1所述的工地用激光扫描机器人，其特征在于，还包括测量动态稳定系统，所述测量动态稳定系统包括若干个测量稳定架(6)，所述测量稳定架(6)包括：主液压缸(62)、主液压杆(63)和下支撑板(65)；

所述主液压缸(62)的一端通过连接螺栓(61)可转动连接在所述车架与围护结构(4)的底部，所述主液压缸(62)的另一端通过所述主液压杆(63)与所述下支撑板(65)可伸缩连接；

所述主液压杆(63)垂直于所述下支撑板(65)设置，所述主液压杆(63)与所述下支撑板(65)的连接处设有若干个加筋腹板(64)。

6.根据权利要求5所述的工地用激光扫描机器人，其特征在于，所述测量稳定架(6)还包括：附属液压缸(66)和附属液压杆(67)；

所述附属液压缸(66)的一端通过螺栓可转动连接在所述车架与围护结构(4)的底部，所述附属液压缸(66)的另一端通过附属液压杆(67)与所述主液压缸(62)可转动连接，以使所述附属液压缸(66)通过所述附属液压杆(67)的伸缩拉动所述主液压缸(62)，实现所述测量稳定架(6)的展开或收起。

7.根据权利要求1所述的工地用激光扫描机器人，其特征在于，还包括可扩展桁架(3)，所述可扩展桁架(3)包括：轻型钢桁架(31)和第二围护挡板(32)；

所述轻型钢桁架(31)固定设置在所述车架与围护结构(4)的顶部，所述第二围护挡板(32)分别设置在所述轻型钢桁架(31)的顶部和侧面。

8.根据权利要求7所述的工地用激光扫描机器人，其特征在于，还包括激光测量模块(1)，所述激光测量模块(1)包括：GNSS基站(11)、全景摄影相机(12)、伸缩支撑杆(13)、激光测量仪(14)和设备机箱(15)；

所述设备机箱(15)固定在所述可扩展桁架(3)的顶部，所述激光测量仪(14)设置在所述设备机箱(15)的前端上部，所述GNSS基站(11)和全景摄影相机(12)通过所述伸缩支撑杆(13)设置在设备机箱(15)的顶部。

9.根据权利要求8所述的工地用激光扫描机器人，其特征在于，所述设备机箱(15)的前端下部设有向前凸起的保护壳(151)，所述保护壳(151)的侧壁上设有充电接口(152)。

10.根据权利要求1所述的工地用激光扫描机器人，其特征在于，还包括数据采集传输模块(2)，所述数据采集传输模块(2)包括：WiFi天线模块(21)和数据采集传输模块机箱(25)；

所述WiFi天线模块(21)设置在所述数据采集传输模块机箱(25)的顶部，所述数据采集传输模块机箱(25)上设有电源与数据传输接口(22)、设备指示灯(23)和设备开关(24)。