CN220332661U - 一种基于北斗综合pnt的轨道式运输机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于北斗综合PNT的轨道式运输机器人，包括轨道机器人，所述轨道机器人包括牵引车与拖车两部分，所述牵引车分别设置在拖车头尾两处，所述轨道机器人包括传感器件、行走机构、供电机构、控制系统、运动机构与辅助机构，所述传感器件包括RTK模组、超声波雷达、摄像头、GPS、以太网天线和射频识别枪；本实用新型轨道机器人通过电刷与轨道滑触线接触供电，为机器人提供动力和其他传感器件运行；该轨道机器人能够以自主或遥控的方式，与远程PC端实现数据通信，该机器人还能通过远程PC端实时监控机器人位姿和运行状态。

Description

一种基于北斗综合PNT的轨道式运输机器人

技术领域

本实用新型涉及轨道机器人技术领域，具体涉及一种基于北斗综合PNT的轨道式运输机器人。

背景技术

轮式轨道机器人主要用于试验场数据采集设备的部署与回收，在试验场内可铺设多条圆形轨道，每条轨道配备1至数台轮式轨道机器人，轨道机器人能在轨道上轮式轨道机器人能够承载数量≥10个的试验数据采集装置，将采集装置从仓库依次送至轨道设定位置并卸载，且能在采集装置工作完成后将采集装置送回仓库初始位置。轨道机器人通过电刷与轨道滑触线接触供电，为机器人提供动力和其他传感器件运行。

因此，本申请提出一种基于北斗综合PNT的轨道式运输机器人，该轨道机器人能够以自主或遥控的方式，与远程PC端实现数据通信，在远程PC端以指令形式控制机器人沿着轨道(直轨或弯轨)运动，将一批采集装置从库房运出，并完成对采集装置在轨道上的多点位定点部署，并能在完成气体采集后将采集装置运送回库房；该机器人还能通过远程PC端实时监控机器人位姿和运行状态。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种基于北斗综合PNT的轨道式运输机器人，该轨道机器人能够以自主或遥控的方式，与远程PC端实现数据通信，在远程PC端以指令形式控制机器人沿着轨道(直轨或弯轨)运动，将一批采集装置从库房运出，并完成对采集装置在轨道上的多点位定点部署，并能在完成气体采集后将采集装置运送回库房。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于北斗综合PNT的轨道式运输机器人，包括轨道机器人，所述轨道机器人包括牵引车与拖车两部分，所述牵引车分别设置在拖车头尾两处，所述轨道机器人包括传感器件、行走机构、供电机构、控制系统、运动机构与辅助机构，所述传感器件包括RTK模组、超声波雷达、摄像头、GPS、以太网天线和射频识别枪；所述行走机构包括驱动电机、驱动轮和从动辅轮；所述控制系统包括控制箱、工控机与驱动板；所述运动机构包括传送履带与夹持装置，所述辅助机构包括散热模块与拖钩。

优选的，所述轨道机器人下端设置有钢轨。

优选的，所述射频识别枪共有若干个，且分布设置在牵引车与拖车内侧，多个所述拖车通过拖钩相连接。

优选的，所述牵引车顶部一侧设置有超声波雷达，所述超声波雷达上端设置有摄像头，所述牵引车顶部另一侧设置有GPS，所述GPS一侧设置有以太网天线。

优选的，所述供电机构为电刷。

优选的，所述牵引车与拖车底部均设置有驱动轮，所述驱动轮与驱动电机电性连接，所述驱动轮另一侧设置有从动辅轮。

优选的，所述牵引车后部通过拖钩与拖车相连接，且一台轨道机器人由两节牵引车头与数节拖车组成。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种基于北斗综合PNT的轨道式运输机器人，具备以下有益效果：

本实用新型轨道机器人通过电刷与轨道滑触线接触供电，为机器人提供动力和其他传感器件运行；该轨道机器人能够以自主或遥控的方式，与远程PC端实现数据通信，在远程PC端以指令形式控制机器人沿着轨道(直轨或弯轨)运动，将一批采集装置从库房运出，并完成对采集装置在轨道上的多点位定点部署，并能在完成气体采集后将采集装置运送回库房；该机器人还

能通过远程PC端实时监控机器人位姿和运行状态。

附图说明

图1是本实用新型提出的轨道机器人结构示意图；

图2是本实用新型提出的轨道机器人安装示意图；

图3是本实用新型提出的轨道机器人系统示意图；

图4是本实用新型提出的导航控制模块示意图。

附图标记说明

1、超声波雷达；2、摄像头；3、控制箱；4、GPS；5、以太网天线；6、散热模块；7、拖车；8、射频识别枪；9、钢轨；10、从动辅轮；11、驱动轮；12、电刷；13、拖钩。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种基于北斗综合PNT的轨道式运输机器人，包括轨道机器人，轨道机器人包括牵引车与拖车7两部分，牵引车分别设置在拖车7头尾两处，轨道机器人包括传感器件、行走机构、供电机构、控制系统、运动机构与辅助机构，传感器件包括RTK模组、超声波雷达1、摄像头2、GPS4、以太网天线5和射频识别枪8；行走机构包括驱动电机、驱动轮11和从动辅轮10；控制系统包括控制箱3、工控机与驱动板；运动机构包括传送履带与夹持装置，辅助机构包括散热模块6与拖钩7。

本实用新型中，优选的，轨道机器人下端设置有钢轨9。

本实用新型中，优选的，射频识别枪8共有若干个，且分布设置在牵引车与拖车7内侧，多个拖车7通过拖钩13相连接。

本实用新型中，优选的，牵引车顶部一侧设置有超声波雷达1，超声波雷达1上端设置有摄像头2，牵引车顶部另一侧设置有GPS4，GPS4一侧设置有以太网天线5。

本实用新型中，优选的，供电机构为电刷12。

本实用新型中，优选的，牵引车与拖车7底部均设置有驱动轮11，驱动轮11与驱动电机电性连接，驱动轮11另一侧设置有从动辅轮10。

本实用新型中，优选的，牵引车后部通过拖钩13与拖车7相连接，且一台轨道机器人由两节牵引车头与数节拖车7组成。

轨道机器人参数

拖车参数表

本实用新型的工作原理及使用流程：

自检功能

轨道机器人具备自检功能，自检内容包括供电、驱动、通信和试验采集设备安装等工作状态，发生异常时应能就地指示，并能上传故障信息值远程PC端。

控制功能

运动控制就是根据预先设定的路径和参数，实时控制机械运动部件的位置、速度、状态，可对机器人进行调度任务管理，支持以下功能：

(1)手动控制模式

可通过遥控控制或在远程PC端人为控制机器人进行运动，使机器人能够沿着轨道前进、后退、停止等，且能实时获取机器人所处状态。

(2)自动控制模式

可设置机器人自主到达轨道指定位置，通过上位机控制机器人运行速度，支持多点定位巡航，并实时获取机器人所处状态，保证机器人每次从初始点到终点的运行时间、运行速度保持一致。

到达指定点位置时，拖车能够自动将采集装置从仓库装载并放置在钢轨上，也能自动从钢轨上夹取采集装置，运输回仓库。

供电性能

轨道机器人运行轨道包有滑触线，机器人侧面带有电刷，通过电刷与滑触线接触为轨道机器人供电牵引动力，可实现机器人全天24h随时供电，避免机器人在运行过程中因电量不足影响实验进程。牵引车供电方式与轨道机器人一致。

定位功能

机器人车轮附带编码器，可实现位移记录与复位，可通过编码器反馈，结合轨道结构，实时了解机器人所在方位，此外机器人还搭载北斗高精度定位模块，用于接收北斗卫星导航系统发送的卫星信号，并通过地基增强站信息获取高精度位置信息，结合GIS地图，再通过加入RFID射频传感器纠偏，消除累计误差，实现机器人的高精度定位。

安全性能

轨道机器人前、后端牵引车均装有超声波雷达传感器，用于机器人运行时碰撞风险的控制，当发现障碍物或前车出现故障导致车辆间距离小于安全距离时可立即停车报警，最大程度的保证机器人本体和其他设施安全。

子模块设计

整体结构分为动力模块、通信模块、导航控制模块和自主感知模块4个部分，动力模块为机器人在带电轨道上的运动提供动力，通信模块实现机器人控制器与PC上位机之间的通信，导航控制模块实现机器人的运动控制与定位，自主感知模块实现机器人安全行驶。

动力模块

轨道机器人的牵引车与拖车均通过电刷与轨道滑触线接触为机器人主控制器进行供电，主控制器再根据上位机指令为电机和其他模块供电，牵引车电机驱动轮毂与滑轨间滚动摩擦实现机器人的稳步前进与后退，拖车电机驱动机械爪夹取、放置采集装置。

通信模块

轨道机器人通信模块主要用于控制器从远程PC端操作软件获取任务指令，并把轨道机器人的工作状态数据信息反馈给远程PC端操作软件，支持LoRA、LTE、北斗短报文通信方式等。

导航控制模块

机器人导航控制模块使用电机编码器与北斗融合的定位方式，上位机通过无线网络通信向机器人控制器发送运行指令，指令包括速度、加速度、起始位姿、终点位姿等，控制器通过代码解析驱动电机运动，电机编码器解析运动参数，返回机器人位移位移数据，主控器对数据进行处理，并融合北斗数据以消除电机编码器的累计误差，返回机器人位姿到上位机，轨道机器人还安装有射频定位模块，通过射频扫描枪扫描充电桩射频标志进一步实现机器人精准定位，以进一步实现采集装置的安装。

自主感知模块

机器人前端和后端安装有超声波雷达传感器，可根据实际运行速度与加速度自主

轨道结构设计

轨道机器人在导轨上移动，导轨结构设计与轨道机器人结构设计息息相关。轨道整体结构为规则型材拼接式设计，以龙门架方式安装在地面上，并采用轻质铝合金材料，刚度大、耐磨损且不易变形，并且可以根据轨道地形设计弯曲度和坡度，可为机器人长期工作提供载体。为了保证其他车辆的正常通行，将宽4m的轨道埋在地下，其余部分轨道均在地面上，轨道上下结构均采用加强筋板的设计，均匀分布在轨道内部，在减小轨道厚度的情况下能够提高轨道的承载能力，同时减小轨道的变形程度。同时轨道需要保证内部的整洁与安全，防止雨、雪、异物等堆积在巡检机器人行走路线上，保证轨道机器人的正常行走。

为了适应特殊的环境场合以及降低成本和提高操作的便捷性，我们将轨道的横截面设计成工字型，材料成本低，表面做防腐蚀处理，结实耐用。

轨道机器人运行在轨道上执行环境采集、监控任务，初始时位于停泊点，并位于不同半径的轨道上，不同半径的轨道相互之间互补干扰。

供电系统设计

滑触线

轨道小车的供电采用滑触线方案，滑触线供电方案在全球应用都十分广泛，且性能十分稳定，国内目前有的托链供电方案，其维护量巨大，安装要求较高，滑触线供电方案相较于其他的供电方案主要优势如下：

(1)通过橡胶密封条结构，及导线盒内通入的微正压的压缩空气，可使导体及电刷结构免受酸雾侵蚀。

(2)供电所有“相”“级”均设置充分的安全冗余，使电刷与连续无断点的铜带导体充分接触，无接触不良的情况。

(3)可靠的结构使设备速度可以轻松达到较高的速度。

(4)同一套轨道上存在多台轨道小车时，可共用一套滑触线，节约成本，杜绝了采用拖链供电时不同小车必须分布在不同侧的情况。

(5)安装工作量小，免维护。

当轨道机器人运行时，轨道机器人自带的直流无刷伺服电机需要从电网中获得电能来运行。滑触线供电系统的工作原理如下：电极的直流电压在供电站处转换为交流电压，并通过电缆传输到电车线路上的变电站。变电站将交流电压转换为电车所需的直流电压，并通过两个金属轨道供应给电车。电车通过滑板与电极接触，从而获得所需的电能。当电车行驶到另一个供电站时，电极会自动与下一个供电站接触，从而无缝地继续为电车供电。滑触线供电系统是一种高效、可靠和安全的电车供电系统。它减少了电磁辐射和噪音，并提高了电车的安全性能。

滑触线移动供电方案设计

在为轨道小车机构设计滑触线移动系统方案时，应该考虑加入滑触线总成、支架、集电器及其支架、滑触线维修平台、电器辅助控制系统等等，在这其中，滑触线总成主要由滑线、连接器、悬吊夹、紧固夹等共同组成。在滑触线主体方面，主要采用H形铝合金型材，并在其内部压制上拱形形状。同时配合电器碳刷外部接触，这样就能实现滑触线在滑动过程中连续摩擦供电。

运输系统设计

采集装置安装设计

采集装置在仓库时预装在拖车上，由拖车夹爪夹取，一台拖车可以承载2个采集装置。牵引车需要牵引拖车至轨道指定位置，并放置采集装置，采集装置与滑触线接触供电，为采集装置运行提供动力。采集装置放置后不影响轨道机器人运行。具体方案设计如下：

(1)轨道机器人通过导航定位确定机器人位置，并通过射频识别枪识别轨道放置点位置，实现轨道机器人精准定位；

(2)拖车驱动直线电机，将夹爪夹取采集模块降至底部与轨道上表面直接接触；

(3)拖车驱动电机松开夹爪，同时采集装置夹紧轨道，导电部分与滑触线接触，为采集装置提供动力；

(4)拖车驱动直线电机，上升夹爪；

(5)牵引车驱动，行驶至下一放置点，重复上述操作。

采集装置回收设计

采集装置采集完气体后，轨道机器人将参照安装方式反向运行，回收采集装置。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于北斗综合PNT的轨道式运输机器人，包括轨道机器人，其特征在于：所述轨道机器人包括牵引车与拖车(7)两部分，所述牵引车分别设置在拖车(7)头尾两处，所述轨道机器人包括传感器件、行走机构、供电机构、控制系统、运动机构与辅助机构，所述传感器件包括RTK模组、超声波雷达(1)、摄像头(2)、GPS(4)、以太网天线(5)和射频识别枪(8)；所述行走机构包括驱动电机、驱动轮(11)和从动辅轮(10)；所述控制系统包括控制箱(3)、工控机与驱动板；所述运动机构包括传送履带与夹持装置，所述辅助机构包括散热模块(6)与拖钩(13)。

2.根据权利要求1所述的基于北斗综合PNT的轨道式运输机器人，其特征在于，所述轨道机器人下端设置有钢轨(9)。

3.根据权利要求1所述的基于北斗综合PNT的轨道式运输机器人，其特征在于，所述射频识别枪(8)共有若干个，且分布设置在牵引车与拖车(7)内侧，多个所述拖车(7)通过拖钩(13)相连接。

4.根据权利要求1所述的基于北斗综合PNT的轨道式运输机器人，其特征在于，所述牵引车顶部一侧设置有超声波雷达(1)，所述超声波雷达(1)上端设置有摄像头(2)，所述牵引车顶部另一侧设置有GPS(4)，所述GPS(4)一侧设置有以太网天线(5)。

5.根据权利要求1所述的基于北斗综合PNT的轨道式运输机器人，其特征在于，所述供电机构为电刷(12)。

6.根据权利要求1所述的基于北斗综合PNT的轨道式运输机器人，其特征在于，所述牵引车与拖车(7)底部均设置有驱动轮(11)，所述驱动轮(11)与驱动电机电性连接，所述驱动轮(11)另一侧设置有从动辅轮(10)。

7.根据权利要求1所述的基于北斗综合PNT的轨道式运输机器人，其特征在于，所述牵引车后部通过拖钩(13)与拖车(7)相连接，且一台轨道机器人由两节牵引车头与数节拖车(7)组成。