CN220789891U - 一种应急抢险清障的反铲作业设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于抢险技术领域，具体提供了一种应急抢险清障的反铲作业设备，机器人本体下连接驱动组件，机器人本体上连接活动构件，活动构件上连接位姿感知传感器组件，机器人本体外部连接环境探测感知激光雷达组件，机器人本体内部均连接交换机和宽带自组网接入组件，交换机分别电连接位姿感知传感器组件、环境探测感知激光雷达组件和宽带自组网接入组件。解决了现有纯视觉感知无法直观体现机器人周围的地形变化和机器人姿态的变化，在山区等地势起伏较大区域容易出现机器人侧翻的风险问题。本实用新型可获取机器人周围的地形变化和机器人的实时姿态，减少或避免机器人在山区等地势起伏较大区域出现的侧翻风险。

Description

一种应急抢险清障的反铲作业设备

技术领域

本实用新型属于抢险技术领域，具体涉及一种应急抢险清障的反铲作业设备。

背景技术

目前在井控应急抢险领域，反铲挖掘机器人应用广泛，如基于长臂挖掘机改造的井控长臂机器人，基于挖掘机改造的抢险破拆小挖机器人和抢险清障车，被用来执行远距离带火清障剪切、抓取、挖掘等作业。但由于存在井喷失控着火的情况，在驾驶室内控制抢险机具危险系数很高，所以现在多采用无线遥控器的方式来实现近程遥控作业，由于无线遥控器的操控距离有限，不能在人眼目视范围以外进行作业，但目前在面对井场抢险存在的水雾、烟雾、高亮引起的视频过曝等环境时，主要是通过纯视觉感知抢险机器人的位置，而且纯视觉感知对于周围的地形变化和机器人姿态的变化无法实时直观体现，在山区等地势起伏较大区域容易出现机器人侧翻的风险。

公开号为CN219315864U，公开日为2023年7月7日的中国专利文献公开了一种反铲挖掘机喷雾降尘环保装置，包括喷雾组件、供水组件和开关组件，喷雾组件包括安装在挖掘机的前动臂的喷头；供水组件包括安装在挖掘机驾驶室顶部的水箱、安装在水箱上的抽水泵和供水管，供水管一端连接在抽水泵出水口上，另一端与所述喷头相连接；开关组件包括控制器和遥控开关，控制器与电源连接，抽水泵与控制器连接，遥控开关与控制器无线连接，通过遥控开关控制抽水泵的启停。在进行挖掘作业时，司机在驾驶室就可以通过遥控开关启动抽水泵，能够在靠近铲斗处喷出水雾，对挖掘机作业中产生的灰尘进行降尘处理，降尘效果好还能节约用水。该文献没有解决纯视觉感知无法直观体现机器人周围的地形变化和机器人姿态的变化，在山区等地势起伏较大区域容易出现机器人侧翻的风险问题。

实用新型内容

本实用新型提供的一种应急抢险清障的反铲作业设备目的是克服现有技术中纯视觉感知无法直观体现机器人周围的地形变化和机器人姿态的变化，在山区等地势起伏较大区域容易出现机器人侧翻的风险问题。

为此，本实用新型提供了一种应急抢险清障的反铲作业设备，包括机器人本体、驱动组件、活动构件、位姿感知传感器组件、环境探测感知激光雷达组件、交换机和宽带自组网接入组件，机器人本体下连接驱动组件，机器人本体上连接活动构件，活动构件上连接位姿感知传感器组件，机器人本体外部连接环境探测感知激光雷达组件，机器人本体内部均连接交换机和宽带自组网接入组件，交换机分别电连接位姿感知传感器组件、环境探测感知激光雷达组件和宽带自组网接入组件。

优选的，所述活动构件包括上车回转台、动臂、斗杆、摇杆和铲斗，上车回转台连接在机器人本体和驱动组件之间，上车回转台上面串联连接动臂、斗杆和铲斗，动臂的中部外侧上连接摇杆的一端，摇杆的中部连接斗杆的一端，摇杆的另一端连接斗杆的另一端和铲斗。

优选的，所述位姿感知传感器组件包括第一倾角传感器、第二倾角传感器、第三倾角传感器和第四倾角传感器，第一倾角传感器连接在上车回转台的上面，第二倾角传感器连接在动臂上，第三倾角传感器连接在斗杆上，第四倾角传感器连接在摇杆上。

优选的，所述上车回转台和动臂之间、动臂和斗杆之间、斗杆和铲斗之间、摇杆和动臂之间、摇杆和斗杆之间、摇杆和铲斗之间均通过连接轴连接，第二倾角传感器、第三倾角传感器、上车回转台和动臂之间的连接轴轴心、动臂和斗杆之间的连接轴轴心、斗杆和铲斗之间的连接轴轴心之间相互平行，第四倾角传感器与摇杆平行。

优选的，所述位姿感知传感器组件还包括数据解算触摸一体机，第一倾角传感器、第二倾角传感器、第三倾角传感器和第四倾角传感器通过线束串联连接数据解算触摸一体机的入口端，数据解算触摸一体机的出口端、交换机和宽带自组网接入组件依次电连接，数据解算触摸一体机连接在机器人本体内部。

优选的，所述位姿感知传感器组件还包括第一GNSS天线和第二GNSS天线，第一GNSS天线和第二GNSS天线均连接在机器人本体外部，且第二GNSS天线的高度高于第一GNSS天线的高度，第一GNSS天线和第二GNSS天线均电连接数据解算触摸一体机的入口端。

优选的，所述环境探测感知激光雷达组件包括第一高分辨率激光雷达、第二高分辨率激光雷达、大视角激光雷达和激光雷达工控机，第一高分辨率激光雷达、第二高分辨率激光雷达、大视角激光雷达和激光雷达工控机均连接在上车回转台的上面，第一高分辨率激光雷达、第二高分辨率激光雷达、大视角激光雷达均通过激光雷达工控机电连接交换机的入口端。

优选的，所述第一高分辨率激光雷达和第二高分辨率激光雷达高度相同，第一高分辨率激光雷达的高度大于大视角激光雷达的高度。

优选的，所述第一高分辨率激光雷达、第二高分辨率激光雷达和大视角激光雷达均设置连接有防护件。

优选的，所述宽带自组网接入组件包括主机、第一滤波器、第二滤波器、第一天线和第二天线，主机、第一滤波器和第二滤波器均连接在机器人本体的内部，第一滤波器和第二滤波器均通过主机电连接交换机的入口端，第一天线电连接第一滤波器，第二天线电连接第二滤波器，第一天线和第二天线均连于机器人本体的外部。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型提供的这种应急抢险清障的反铲作业设备，通过位姿感知传感器组件和环境探测感知激光雷达组件对机器人本体周围的地形和实时姿态进行实时检测，通过交换机将获取到的数据信息传输至宽带自组网接入组件中，宽带自组网接入组件将数据整理后向远程控制端传输，使得远程遥控端能够远程掌握机器人实时位置姿态，并控制机器人完成工作，减少或避免机器人在山区等地势起伏较大区域出现的侧翻风险。

2、本实用新型提供的这种应急抢险清障的反铲作业设备，通过第一倾角传感器精确采集挖掘机机身的俯仰和翻滚角度；通过第二倾角传感器精确采集动臂与车身的运动角度；通过第三倾角传感器精确采集斗杆与动臂的运动角度；通过第四倾角传感器精确采集摇杆与斗杆的运动角度。

3、本实用新型提供的这种应急抢险清障的反铲作业设备，通过第一高分辨率激光雷达和第二高分辨率激光雷达实时精确探测扫描挖掘机前方和左右两侧的环境；通过大视角激光雷达实时精确探测扫描挖掘机后方的实时画面。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

图1是应急抢险清障的反铲作业设备的立体结构主视图；

图2是应急抢险清障的反铲作业设备的立体结构前视图。

附图标记说明：1、机器人本体；2、驱动组件；3、大视角激光雷达；4、第一GNSS天线；5、第一天线；6、第二天线；7、第一高分辨率激光雷达；8、第二GNSS天线；9、第二高分辨率激光雷达；10、动臂；11、第二倾角传感器；12、斗杆；13、第三倾角传感器；14、第四倾角传感器；15、摇杆；16、数据解算触摸一体机；17、交换机；18、主机；19、上车回转台；20、第一倾角传感器；21、铲斗。

具体实施方式

实施例1：

如图1和图2所示，一种应急抢险清障的反铲作业设备，包括机器人本体1、驱动组件2、活动构件、位姿感知传感器组件、环境探测感知激光雷达组件、交换机17和宽带自组网接入组件，机器人本体1下连接驱动组件2，机器人本体1上连接活动构件，活动构件上连接位姿感知传感器组件，机器人本体1外部连接环境探测感知激光雷达组件，机器人本体1内部均连接交换机17和宽带自组网接入组件，交换机17分别电连接位姿感知传感器组件、环境探测感知激光雷达组件和宽带自组网接入组件。

机器人本体1优选挖掘机本体。

通过驱动组件2能够带动挖掘机本体进行移动，使得挖掘机本体可移动至指定的区域进行后续的工作，通过挖掘机本体上的活动构件，可实现对井场的抓取和挖掘等作业。通过位姿感知传感器组件和环境探测感知激光雷达组件对机器人本体周围的地形和实时姿态进行实时检测，通过交换机17将获取到的数据信息传输至宽带自组网接入组件中，宽带自组网接入组件将数据整理后向远程控制端传输，使得远程遥控端能够远程掌握机器人实时位置姿态，并控制机器人完成工作，减少或避免机器人在山区等地势起伏较大区域出现的侧翻风险。

实施例2:

在实施例1的基础上，所述活动构件包括上车回转台19、动臂10、斗杆12、摇杆15和铲斗21，上车回转台19连接在机器人本体1和驱动组件2之间，上车回转台19上面串联连接动臂10、斗杆12和铲斗21，动臂10的中部外侧上连接摇杆15的一端，摇杆15的中部连接斗杆12的一端，摇杆15的另一端连接斗杆12的另一端和铲斗21。

上车回转台19可转动安装在挖掘机本体上，动臂10与上车回转台19连接，动臂10用于提供动力，动臂10配合斗杆12和摇杆15，使得挖掘机本体能够对井场进行挖掘和抓取工作。

优选的，所述位姿感知传感器组件包括第一倾角传感器20、第二倾角传感器11、第三倾角传感器13和第四倾角传感器14，第一倾角传感器20连接在上车回转台19的上面，第二倾角传感器11连接在动臂10上，第三倾角传感器13连接在斗杆12上，第四倾角传感器14连接在摇杆15上。

通过第一倾角传感器20采集挖掘机机身的俯仰和翻滚角度；通过第二倾角传感器11采集动臂10与车身的运动角度；通过第三倾角传感器13采集斗杆12与动臂10的运动角度；通过第四倾角传感器14采集摇杆15与斗杆12的运动角度。

优选的，所述上车回转台19和动臂10之间、动臂10和斗杆12之间、斗杆12和铲斗21之间、摇杆15和动臂10之间、摇杆15和斗杆12之间、摇杆15和铲斗21之间均通过连接轴连接，第二倾角传感器11、第三倾角传感器13、上车回转台19和动臂10之间的连接轴轴心、动臂10和斗杆12之间的连接轴轴心、斗杆12和铲斗21之间的连接轴轴心之间相互平行，第四倾角传感器14与摇杆15平行。

连接轴便于连接及活动，平行设置提高采集数据的精确度以及控制运动角度的精确度。

优选的，所述位姿感知传感器组件还包括数据解算触摸一体机16，第一倾角传感器20、第二倾角传感器11、第三倾角传感器13和第四倾角传感器14通过线束串联连接数据解算触摸一体机16的入口端，数据解算触摸一体机16的出口端、交换机17和宽带自组网接入组件依次电连接，数据解算触摸一体机16连接在机器人本体1内部。

数据解算触摸一体机16和宽带自组网接入组件均为现有装置，在此不对其做详细介绍，第一倾角传感器20、第二倾角传感器11、第三倾角传感器13和第四倾角传感器14在检测获取得到各个构件的运动角度数值之后，通过线束传输至数据解算触摸一体机16中，并经过交换机17将数据解算触摸一体机16解算出来的运动角度和位置信息发送至宽带自组网接入组件中。操作简单、方便。

优选的，所述位姿感知传感器组件还包括第一GNSS天线4和第二GNSS天线8，第一GNSS天线4和第二GNSS天线8均连接在机器人本体1外部，且第二GNSS天线8的高度高于第一GNSS天线4的高度，第一GNSS天线4和第二GNSS天线8均电连接数据解算触摸一体机16的入口端。

具体的，第一GNSS天线4和第二GNSS天线8均安装到挖掘机本体后方配重块的两侧平行边缘，使第一GNSS天线4和第二GNSS天线8之间的连接线和挖掘机本体动臂10的中轴线成90度。第一GNSS天线4和第二GNSS天线8用于接收GNSS卫星信号和地面基准站差分信号，探测挖掘机本体在井场内的高精度定位，通过第一GNSS天线4和第二GNSS天线8的位移偏转采集航向角度，第一GNSS天线4和第二GNSS天线8检测到的航向角度会传输至数据解算触摸一体机16中，通过数据解算触摸一体机16解算处理之后，再发送至宽带自组接入组件中。实际操作时，可根据需要确定天线的数量及分布。

优选的，所述环境探测感知激光雷达组件包括第一高分辨率激光雷达7、第二高分辨率激光雷达9、大视角激光雷达3和激光雷达工控机，第一高分辨率激光雷达7、第二高分辨率激光雷达9、大视角激光雷达3和激光雷达工控机均连接在上车回转台19的上面，第一高分辨率激光雷达7、第二高分辨率激光雷达9、大视角激光雷达3均通过激光雷达工控机电连接交换机17的入口端。

具体的，第一高分辨率激光雷达7架设于挖掘机本体驾驶室的外部顶端，第二高分辨率激光雷达9在挖机臂另外一侧的发动机舱外部机甲顶部，第一高分辨率激光雷达7和第二高分辨率激光雷达9距地面水平高度相同，即第一高分辨率激光雷达7和第二高分辨率激光雷达9处于同一高度上，第一高分辨率激光雷达7和第二高分辨率激光雷达9用于实时探测扫描前方和左右两侧的环境，大视角激光雷达3垂直安装于挖掘机的配重块上，用于实时探测扫描后方的实时画面。实现对挖掘机本体周围环境无死角的实时探测。实际操作时，可根据需要确定雷达的种类、数量及分布情况。

优选的，所述第一高分辨率激光雷达7和第二高分辨率激光雷达9高度相同，第一高分辨率激光雷达7的高度大于大视角激光雷达3的高度。雷达探测的覆盖范围及探测效果更好。

优选的，所述第一高分辨率激光雷达7、第二高分辨率激光雷达9和大视角激光雷达3均设置连接有防护件。

通过防护件可实现对第一高分辨率激光雷达7、第二高分辨率激光雷达9和大视角激光雷达3的保护，从而起到延长第一高分辨率激光雷达7、第二高分辨率激光雷达9和大视角激光雷达3的使用寿命。防护件根据实际需要进行选择，起到防护作用即可。

具体的，激光雷达工控机安装于挖掘机本体驾驶室的内部，第一高分辨率激光雷达7、第二高分辨率激光雷达9和大视角激光雷达3可对挖掘机本体周围环境实时扫描，生成环境的实时点云画面，通过激光雷达工控机对实时扫描的点进行解算后，赋予其相对坐标，实时标定视野内物体间的距离关系。激光雷达工控机将获取得到的实时点云画面进行拼合后，并对点云画面中遮挡视野的动臂10点云进行标定，将其从点云画面中隐藏，将激光雷达点云的序列帧画面转化成流媒体数据经交换机17接入宽带自组网接入组件中。

优选的，所述宽带自组网接入组件包括主机18、第一滤波器、第二滤波器、第一天线5和第二天线6，主机18、第一滤波器和第二滤波器均连接在机器人本体1的内部，第一滤波器和第二滤波器均通过主机18电连接交换机17的入口端，第一天线5电连接第一滤波器，第二天线6电连接第二滤波器，第一天线5和第二天线6均连于机器人本体1的外部。

第一滤波器和第二滤波器均是用于减小、削弱和滤除干扰信号，第一天线5和第二天线6用来增大覆盖范围，增强无线信号接收和发射能力。位姿感知传感器组件和环境探测感知激光雷达组件获取得到的位置信息和航向角度信息均通过交换机17发送至主机18中，主机18通过第一天线5和第二天线6将获取得到的信息发送至远程遥控端中，使得远程遥控端能够远程掌握机器人实时位置姿态，并控制机器人完成工作，减少或避免机器人在山区等地势起伏较大区域出现的侧翻风险。实际操作中，可根据需要确定天线及滤波器的种类、数量及分布情况。

优选的，所述驱动组件2包括驱动轮、支重轮、导向轮、履带和托链轮，所述驱动轮安装在所述履带的一侧，所述导向轮安装在所述履带的另一侧，所述驱动轮与所述导向轮之间安装有行走架，所述支重轮安装在所述行走架下方，且与所述履带接触，所述拖链轮安装在所述行走架的上方，且与所述履带接触。

通过驱动组件2带动挖掘机本体进行移动，驱动轮提供动力，配合支重轮和拖链轮带动履带进行转动，导向轮用于改变挖掘机本体的移动方向，从而能够带动挖掘机本体移动至指定的区域中进行工作。

本实用新型的工作原理为：

在应急抢险时，驱动组件2带动机器人本体1移动至指定的区域，通过活动构件实现对井场的抓取和挖掘等作业；通过位姿感知传感器组件和环境探测感知激光雷达组件对机器人本体1实时姿态和周围的地形进行实时检测并发送至交换机17，通过交换机17将获取到的数据信息传输至宽带自组网接入组件中，宽带自组网接入组件将数据整理后向远程控制端传输，使得远程遥控端能够远程掌握机器人实时位置姿态，并控制机器人完成工作，减少或避免机器人在山区等地势起伏较大区域出现的侧翻风险。

本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“外”、“内”、“上”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，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应急抢险清障的反铲作业设备，其特征在于：包括机器人本体(1)、驱动组件(2)、活动构件、位姿感知传感器组件、环境探测感知激光雷达组件、交换机(17)和宽带自组网接入组件，机器人本体(1)下连接驱动组件(2)，机器人本体(1)上连接活动构件，活动构件上连接位姿感知传感器组件，机器人本体(1)外部连接环境探测感知激光雷达组件，机器人本体(1)内部均连接交换机(17)和宽带自组网接入组件，交换机(17)分别电连接位姿感知传感器组件、环境探测感知激光雷达组件和宽带自组网接入组件。

2.如权利要求1所述的应急抢险清障的反铲作业设备，其特征在于：所述活动构件包括上车回转台(19)、动臂(10)、斗杆(12)、摇杆(15)和铲斗(21)，上车回转台(19)连接在机器人本体(1)和驱动组件(2)之间，上车回转台(19)上面串联连接动臂(10)、斗杆(12)和铲斗(21)，动臂(10)的中部外侧上连接摇杆(15)的一端，摇杆(15)的中部连接斗杆(12)的一端，摇杆(15)的另一端连接斗杆(12)的另一端和铲斗(21)。

3.如权利要求2所述的应急抢险清障的反铲作业设备，其特征在于：所述位姿感知传感器组件包括第一倾角传感器(20)、第二倾角传感器(11)、第三倾角传感器(13)和第四倾角传感器(14)，第一倾角传感器(20)连接在上车回转台(19)的上面，第二倾角传感器(11)连接在动臂(10)上，第三倾角传感器(13)连接在斗杆(12)上，第四倾角传感器(14)连接在摇杆(15)上。

4.如权利要求3所述的应急抢险清障的反铲作业设备，其特征在于：所述上车回转台(19)和动臂(10)之间、动臂(10)和斗杆(12)之间、斗杆(12)和铲斗(21)之间、摇杆(15)和动臂(10)之间、摇杆(15)和斗杆(12)之间、摇杆(15)和铲斗(21)之间均通过连接轴连接，第二倾角传感器(11)、第三倾角传感器(13)、上车回转台(19)和动臂(10)之间的连接轴轴心、动臂(10)和斗杆(12)之间的连接轴轴心、斗杆(12)和铲斗(21)之间的连接轴轴心之间相互平行，第四倾角传感器(14)与摇杆(15)平行。

5.如权利要求3所述的应急抢险清障的反铲作业设备，其特征在于：所述位姿感知传感器组件还包括数据解算触摸一体机(16)，第一倾角传感器(20)、第二倾角传感器(11)、第三倾角传感器(13)和第四倾角传感器(14)通过线束串联连接数据解算触摸一体机(16)的入口端，数据解算触摸一体机(16)的出口端、交换机(17)和宽带自组网接入组件依次电连接，数据解算触摸一体机(16)连接在机器人本体(1)内部。

6.如权利要求5所述的应急抢险清障的反铲作业设备，其特征在于：所述位姿感知传感器组件还包括第一GNSS天线(4)和第二GNSS天线(8)，第一GNSS天线(4)和第二GNSS天线(8)均连接在机器人本体(1)外部，且第二GNSS天线(8)的高度高于第一GNSS天线(4)的高度，第一GNSS天线(4)和第二GNSS天线(8)均电连接数据解算触摸一体机(16)的入口端。

7.如权利要求2所述的应急抢险清障的反铲作业设备，其特征在于：所述环境探测感知激光雷达组件包括第一高分辨率激光雷达(7)、第二高分辨率激光雷达(9)、大视角激光雷达(3)和激光雷达工控机，第一高分辨率激光雷达(7)、第二高分辨率激光雷达(9)、大视角激光雷达(3)和激光雷达工控机均连接在上车回转台(19)的上面，第一高分辨率激光雷达(7)、第二高分辨率激光雷达(9)、大视角激光雷达(3)均通过激光雷达工控机电连接交换机(17)的入口端。

8.如权利要求7所述的应急抢险清障的反铲作业设备，其特征在于：所述第一高分辨率激光雷达(7)和第二高分辨率激光雷达(9)高度相同，第一高分辨率激光雷达(7)的高度大于大视角激光雷达(3)的高度。

9.如权利要求8所述的应急抢险清障的反铲作业设备，其特征在于：所述第一高分辨率激光雷达(7)、第二高分辨率激光雷达(9)和大视角激光雷达(3)均设置连接有防护件。

10.如权利要求1所述的应急抢险清障的反铲作业设备，其特征在于：所述宽带自组网接入组件包括主机(18)、第一滤波器、第二滤波器、第一天线(5)和第二天线(6)，主机(18)、第一滤波器和第二滤波器均连接在机器人本体(1)的内部，第一滤波器和第二滤波器均通过主机(18)电连接交换机(17)的入口端，第一天线(5)电连接第一滤波器，第二天线(6)电连接第二滤波器，第一天线(5)和第二天线(6)均连于机器人本体(1)的外部。