CN112060104A - 一种双轮巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种双轮巡检机器人，机器人底部设置支撑组件，支撑组件包括底盘基体，收放模组通过安装板设置在底盘基体上；收放模组包括舵机、轴承座和支撑脚，舵机和轴承座固定设置在安装板上。本发明的双轮巡检机器人，通过利用自身的平衡控制，实现两轮直立前行，可将移动机器人向纵向设计，减小了底盘和整机尺寸，能出入各种狭窄作业环境；通过断电时张开弧形支撑脚在机器人不被使用时保持稳定直立状态，机器人运动时将支撑脚闭合，保持机器人运动时的稳定性，在机器人底端设置防倾倒滑行轮，防止机器断电或其他紧急情况下机器人倾倒，保持双轮机器人的平衡稳定。

Description

一种双轮巡检机器人

技术领域

本发明属于轮式机器人应用领域，特别涉及一种双轮巡检机器人。

背景技术

目前巡检机器人形式多样，有轮式，挂轨式。挂轨巡检机器人适用于地面空间狭小的机房内，按预设的轨道行驶。

轮式巡检机器人个头较大，但移动性好，路线规划方便灵活，但由于轮式机器人多为四轮形式，体积较大，往往适用于开阔的机房。对于狭小空间机房，受体积限制无法有效部署。

本发明提供一种双轮巡检机器人，利用自身的平衡控制，实现两轮直立前行，可将移动机器人向纵向设计，减小了底盘和整机尺寸，且移动相比四轮机器人更加灵活。能出入各种狭窄作业环境。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种双轮巡检机器人，所述机器人底部设置支撑组件，所述支撑组件包括底盘基体，收放模组通过安装板设置在所述底盘基体上；所述收放模组包括舵机、轴承座和支撑脚，所述舵机和所述轴承座固定设置在所述安装板上，所述舵机转盘上设置有舵机转接件，所述舵机转接件上的出轴部分穿过所述轴承座的轴孔设置，所述支撑脚活动设置在两所述轴承座之间并与所述舵机转接件上的出轴部分固定。

进一步的，所述支撑脚为弧形板，所述弧形板上固定设置连接件，所述连接件与所述舵机转接件上的出轴部分固定。

进一步的，所述底盘基体底表面设置有支杆，在所述支杆远离所述壳体一端设置有滑行轮。

进一步的，所述机器人还包括壳体，所述壳体内底部设置有轮固定板，所述壳体上开设有轮轴穿孔，转轮穿过所述轮轴穿孔通过固定件固定在所述轮固定板上，所述支撑组件设置在所述壳体上并位于所述轮固定板下方，所述壳体内并位于所述轮固定板上固定设置有硬件组件。

进一步的，所述硬件组件通过支撑板设置在所述轮固定板上表面，所述硬件组件包括模块单元和云台相机，所述模块单元设置在所述支撑板上，所述云台相机通过升降杆设置在所述支撑板上方，所述云台相机与所述升降杆之间设置有升降套管。

进一步的，所述硬件组件为电源、驱动、控制模块，各个模块设置在所述支撑板上表面并通过铜柱支撑分层。

进一步的，所述壳体包括包围壳体、后盖、前部上盖和前部下盖，所述后盖与所述包围壳体后部螺栓连接，所述前部上盖和所述前部下盖与所述包围壳体前部螺栓连接，所述后盖上并与所述后盖卡扣连接有后盖维修板。

进一步的，所述前部上盖上设置有深度摄像机。

进一步的，所述前部下盖上设置有电量模块和避障模块。

进一步的，所述包围壳体表面开设有凹槽，所述凹槽内设置有构图雷达。

本发明的双轮巡检机器人，通过利用自身的平衡控制，同时控制机体与底边夹角在90°左右微幅摆动，实现两轮直立前行，可将移动机器人向纵向设计，减小了底盘和整机尺寸，且移动相比四轮机器人更加灵活。能出入各种狭窄作业环境；通过断电时张开弧形支撑脚在机器人不被使用时保持稳定直立状态，机器人运动时将支撑脚闭合，保持机器人运动时的稳定性，同时能够保证机器人的美观，在机器人底端设置防倾倒滑行轮，防止机器断电或其他紧急情况下机器人倾倒，保持双轮机器人的平衡稳定。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例中双轮巡检机器人整体示意图；

图2示出了本发明实施例中双轮巡检机器人壳体局部***图；

图3示出了本发明实施例中双轮巡检机器人移除前后盖的结构示意图；

图4示出了本发明实施例中双轮巡检机器人内部组件***图；

图5示出了本发明实施例中双轮巡检机器人框架结构示意图；

图6示出了本发明实施例中双轮巡检机器人内部硬件组件结构示意图；

图7示出了本发明实施例中双轮巡检机器人底部支撑组件结构示意图；

图8示出了本发明实施例中双轮巡检机器人收放模组结构示意图。

图中，1-壳体，1.1-后盖，1.2-后盖维修板，1.3-前部上盖，1.4-前部下盖，1.5-电量模块，1.6-深度摄像机，1.7-避障模块，1.8-构图雷达，1.8.1-轮轴穿孔，1.9-包围壳体，2-底盘，2.1-转轮，2.2-轮固定板，2.3-支撑组件，2.31-支杆，2.32-滑行轮，2.33-收放模组，2.34-底盘基体，2.341-舵机，2.342-舵机转接件，2.343-轴承座，2.344-支撑脚，2.345-安装板，3-硬件组件，3.1-升降套管，3.2-升降杆，3.3-云台相机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种双轮巡检机器人，利用自身的平衡控制，实现两轮直立前行，可将移动机器人向纵向设计，减小了底盘和整机尺寸，且移动相比四轮机器人更加灵活。能出入各种狭窄作业环境。

图1为本发明双轮巡检机器人整体示意图，包括壳体1，壳体1内底部设置有轮固定板2.2，壳体1上开设有轮轴穿孔1.8.1，转轮2.1穿过轮轴穿孔1.8.1通过固定件固定在轮固定板2.2上，支撑组件2.3设置在壳体1上并位于轮固定板2.2下方，壳体1内并位于轮固定板2.2上固定设置有硬件组件3。

示例性的，转轮2.1为双轮，相较于传统的四轮巡检机器人来说体积较小，可以更加方便的行驶在狭小空间的机房，具有更加好的移动性，增加机器人的实用性。同时，壳体1内底部设置有轮固定板2.2，转轮2.1穿过轮轴穿孔1.8.1通过固定件固定在轮固定板2.2上，通过轮轴穿孔1.8.1使得巡检机器人更加方便、简便的安装，减少了安装的时间，同时双轮的转轮减小了底盘和整机尺寸，使得巡检机器人的运动更加的灵活。

图2为本发明双轮巡检机器人壳体局部***图，壳体1包括包围壳体1.9、后盖1.1、前部上盖1.3和前部下盖1.4，后盖1.1与包围壳体1.9后部螺栓连接，前部上盖1.3和前部下盖1.4与包围壳体1.9前部螺栓连接，后盖1.1上并与后盖1.1卡扣连接有后盖维修板1.2，后盖1.1和包围壳体1.9后部螺栓连接。后盖维修板1.2与后盖1.1卡扣连接，便于拆装，目的为出故障时可以快速拆开查看内部硬件设施运转是否正常，出现故障时，仅打开后盖维修板1.2就可以观察机器人内部对机器人进行检修，不需要将机器人本体整体拆卸下来进行检测，减小了检测的时间，提高了该双轮巡检机器人的实用性。

本发明双轮巡检机器人壳体的安装过程：首先，先将轮固定板2.2安装在包围壳体1.9内底部，将转轮2.1穿过包围壳体1.9上的轮轴穿孔1.8.1通过固定件固定在轮固定板2.2上，支撑组件2.3通过螺栓固定在壳体1的下方；将巡检机器人的中间壳体安装完成后，将前部上盖1.3和前部下盖1.4通过螺栓连接在包围壳体1.9前部，包围壳体1.9后方通过螺栓固定后盖1.1，后盖维修板1.2与后盖1.1卡扣连接。

示例性的，前部上盖1.3和前部下盖1.4和包围壳体1.9前部螺栓连接。其中前部上盖1.3上安装有深度相机1.6，用于检测目标物与判断目标物与机体之间的距离，同时能够结合构图雷达1.8得到的室内地形图，使得巡检机器人的行动更加的灵活；在前部下盖1.4上安装有电量模块1.5，用于显示电量，当电量不足时，控制模块可以控制巡检机器人移动到充电桩处进行充电，方便巡检机器人的使用；在前部下盖1.4上安装有避障模块1.7，用于避障，当巡检机器人检测到前方有障碍物时，控制模块可以结合构图雷达1.8得到的室内地形图，重新规划巡检机器人的行驶方向，使得该巡检机器人更加的灵活；在包围壳体1.8上的凹槽内安装有构图雷达1.8，用于室内构图，使得巡检机器人可以更加灵活的行驶在室内，路线规划更加的方便灵活，使得巡检机器人按照预设的轨道行驶，增加该巡检机器人的适用性。图3示出了本发明实施例中双轮巡检机器人移除前后盖的结构示意图，图5示出了本发明实施例中双轮巡检机器人框架结构示意图。

图4示出了本发明实施例中双轮巡检机器人内部组件***图，可见底盘2的组成。转轮2.1穿过轮轴穿孔1.8.1；通过固定件固定在轮固定板2.2上。轮固定板2.2通过螺栓固定在包围壳体1.9上，支撑组件2.3通过螺栓固定在包围壳体1.9上。

图6示出了本发明实施例中双轮巡检机器人内部硬件组件3结构示意图，电源、驱动、控制等模块通过螺栓固定在支撑板上，支撑板通过铜柱支撑分层。其中升降杆3.2固定在支撑板上，其顶部有云台相机3.3。升降杆3.2的杆部套设有升降套管3.1。升降套管3.1上部同云台相机3.3固定，下部游动，随云台一同升降。用于将云台相机同下部组件连接的线隐藏，保证整机的美观。

内部硬件组件3的安装过程：在轮固定板2.2上设置支撑板，支撑板上设置有多个铜柱，电源、驱动、控制等模块通过螺栓固定在支撑板上，并通过铜柱支撑分层，同时，在支撑板上设置升降杆3.2，云台相机3.3安装在壳体1的上方，升降套管3.1一端与云台相机3.3相连接，一端贯穿壳体1与升降杆3.2相连接。

示例性的，机器人本体内还设置有角度传感器，通过控制器内的角度传感器，检测到巡检机器人机体运动时倾倒的角度，角度传感器与控制模块进行信息交互。

示例性的，云台相机3.3增加了相机工作时的稳定性，使得巡检机器人的工作更加的稳定，在巡检机器人更加灵活移动的同时还能够保证相机的清晰性，使得巡检机器人的工作更加的准确、细致，增加该巡检机器人的适用性。

图7示出了本发明实施例中双轮巡检机器人底部支撑组件结构示意图，防倾倒支杆2.31通过螺栓固定在底盘基体2.34上，其前部固定有防倾倒滑行轮2.32，当机器断电或其他紧急情况下，防倾倒滑行轮2.32和防倾倒支杆2.31可防止机体倒地。避免损坏。防倾倒滑行轮2.32的作用在于失控时机体可继续滑行，以缓冲掉冲击力。收放模组2.33固定在底盘基体2.34上，用以收放支撑脚。

图8示出了本发明实施例中双轮巡检机器人收放模组结构示意图，舵机2.341、轴承座2.343通过螺栓固定在安装板2.345上；安装板2.345通过螺栓固定在底盘基体2.34上。舵机转接件2.342固定在舵机2.341的转盘上，舵机转接件2.342上的出轴部分穿过轴承座2.343上的轴孔。支撑脚2.344在两轴承座2.343之间，并通过螺栓与舵机转接件2.342上的轴进行固定。舵机2.341带动舵机转接件2.342转动时，支撑脚2.344随之转动，实现开张和闭合。

示例性的，为了增加支撑脚2.344的强度，支撑脚2.344为弧形板，弧形板上固定设置连接件，连接件与舵机转接件2.342上的出轴部分固定。控制舵机转接件2.342转动，连接件将将会随着舵机转接件2.342上的出轴随之进行转动，使得支撑脚2.344的运动更加的稳定，增加了支撑脚2.344的使用寿命。

示例性的，支撑脚2.344进行张开和闭合时，控制模块控制舵机2.341进行转动，舵机2.341的转动带动舵机转接件2.342开始转动，由于舵机转接件2.342上的出轴部分穿过轴承座2.343上的轴孔。支撑脚2.344在两轴承座2.343之间，并通过螺栓与舵机转接件2.342上的轴进行固定，舵机转接件2.342的转动将会带动支撑脚2.344的转动，从而控制支撑脚2.344的开张和闭合。

示例性的，支撑脚2.344为弧形，同时，在底盘基体2.34下方设置两组支撑脚2.344，并且两组支撑脚2.344相对设置，本发明实施例中，支撑脚2.344设置有两组，实际应用中支撑脚2.344的个数和排列方式并不局限于这一形式，不同个数跟排列方式均在本发明的保护范围之内，通过两组支撑脚2.344相抵，使得巡检机器人停止工作时更加稳定，弧形的结构相较于立柱的结构，通过弧形面可以对巡检机器人起到一定的缓冲作用，同时也防止立柱的支撑脚对地面的划伤，地面支撑巡检机器人对底盘基体2.34进行挤压，增加了巡检机器人的使用寿命。

示例性的，通过舵机2.341和舵机转接件2.342控制支撑脚2.344的张开和闭合，在巡检机器人进行工作时，支撑脚2.344闭合收入到底盘基体2.34内，支撑脚2.344的弧度与底盘基体2.34底部的弧度相同，可以使得支撑脚2.344在不使用时完全的隐蔽在底盘基体2.34上，使得支撑脚2.344隐藏，增加了巡检机器人的美观性；同时运动时将支撑脚2.344隐藏，使得底盘基体2.34底部呈中空结构，防止固定支撑脚在巡检机器人运动时容易撞到障碍物由于支撑脚2.344的阻挡使得巡检机器人跌倒，增加了巡检机器人的安全性。

收放模组的安装过程：将安装板2.345通过螺栓固定在底盘基体2.34上，将舵机2.341、轴承座2.343通过螺栓固定在安装板2.345上，在舵机2.341的转盘上安装舵机转接件2.342，舵机转接件2.342上的出轴部分穿过轴承座2.343上的轴孔，支撑脚2.344上设置连接件，连接件与舵机转接件2.342上的出轴部分固定，将支撑脚2.344安装在两轴承座2.343之间，保证支撑脚2.344张开和闭合时的强度，并通过螺栓与舵机转接件2.342上的轴进行固定。

本发明通过两轮直立实现方式：通过控制器内的角度传感器，当角度传感器检测到机体向前倾倒时，控制器输出信号给驱动器，驱动电机在驱动电机的作用下控制机器人本体向前进方向转动，进而消除机体向前倾倒的趋势；同理，向后倾倒时，驱动电机在驱动电机的作用下控制机器人本体向后退方向转动，进而消除机体向后倾倒的趋势。同时控制模块控制机器人本体与底边夹角在90°左右微幅摆动，实现机器人本体直立行走。本发明机器人还采用两轮差速方式转弯，配合上述保持平衡的方法，二者耦合，形成对巡检机器人本体的闭环控制。

当机体失控时或其他不可控情况下，通过断电时张开弧形支撑脚2.344在机器人不被使用时保持稳定直立状态，机器人运动时将支撑脚2.344闭合，保持机器人运动时的稳定性，同时能够保证机器人的美观，在机器人底端设置防倾倒滑行轮2.32，防止机器断电或其他紧急情况下机器人倾倒，保持双轮机器人的平衡稳定。当无需使用时，遥控或者令机体自主下放支撑脚2.344，而后对机体进行断电操作，进而使其不被使用时保持稳定直立状态。使用时，先开启自平衡功能，而后控制收起支撑脚2.344。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种双轮巡检机器人，其特征在于，所述机器人底部设置支撑组件(2.3)，所述支撑组件(2.3)包括底盘基体(2.34)，收放模组(2.33)通过安装板(2.345)设置在所述底盘基体(2.34)上；

所述收放模组(2.33)包括舵机(2.341)、轴承座(2.343)和支撑脚(2.344)，所述舵机(2.341)和所述轴承座(2.343)固定设置在所述安装板(2.345)上，所述舵机(2.341)转盘上设置有舵机转接件(2.342)，所述舵机转接件(2.342)上的出轴部分穿过所述轴承座(2.343)的轴孔设置，所述支撑脚(2.344)活动设置在两所述轴承座(2.343)之间并与所述舵机转接件(2.342)上的出轴部分固定。

2.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，所述支撑脚(2.344)为弧形板，所述弧形板上固定设置连接件，所述连接件与所述舵机转接件(2.342)上的出轴部分固定。

3.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，所述底盘基体(2.34)底表面设置有支杆(2.31)，在所述支杆(2.31)远离所述壳体(1)一端设置有滑行轮(2.32)。

4.根据权利要求1所述的巡检机器人，其特征在于，所述机器人还包括壳体(1)，所述壳体(1)内底部设置有轮固定板(2.2)，所述壳体(1)上开设有轮轴穿孔(1.8.1)，转轮(2.1)穿过所述轮轴穿孔(1.8.1)通过固定件固定在所述轮固定板(2.2)上，所述支撑组件(2.3)设置在所述壳体(1)上并位于所述轮固定板(2.2)下方，所述壳体(1)内并位于所述轮固定板(2.2)上固定设置有硬件组件(3)。

5.根据权利要求4所述的巡检机器人，其特征在于，所述硬件组件(3)通过支撑板设置在所述轮固定板(2.2)上表面，所述硬件组件(3)包括模块单元和云台相机(3.3)，所述模块单元设置在所述支撑板上，所述云台相机(3.3)通过升降杆(3.2)设置在所述支撑板上方，所述云台相机(3.3)与所述升降杆(3.2)之间设置有升降套管(3.1)。

6.根据权利要求5所述的巡检机器人，其特征在于，所述硬件组件(3)为电源、驱动、控制模块，各个模块设置在所述支撑板上表面并通过铜柱支撑分层。

7.根据权利要求4所述的巡检机器人，其特征在于，所述壳体(1)包括包围壳体(1.9)、后盖(1.1)、前部上盖(1.3)和前部下盖(1.4)，所述后盖(1.1)与所述包围壳体(1.9)后部螺栓连接，所述前部上盖(1.3)和所述前部下盖(1.4)与所述包围壳体(1.9)前部螺栓连接，所述后盖(1.1)上并与所述后盖(1.1)卡扣连接有后盖维修板(1.2)。

8.根据权利要求7所述的巡检机器人，其特征在于，所述前部上盖(1.3)上设置有深度摄像机(1.6)。

9.根据权利要求7所述的巡检机器人，其特征在于，所述前部下盖(1.4)上设置有电量模块(1.5)和避障模块(1.7)。

10.根据权利要求7所述的巡检机器人，其特征在于，所述包围壳体(1.9)表面开设有凹槽，所述凹槽内设置有构图雷达(1.8)。

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