CN114407048A - 一种正压型履带式全自主巡检机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种正压型履带式全自主巡检机器人，包括履带底盘模块以及安装于履带底盘模块上可折叠的云台臂，云台臂上设置有调查检测仪器模块、导航避障模块和视觉识别模块，履带底盘模块包括底盘、履带行进模块、动力电池模块、正压气体发生模块和电控模块，电控模块包括设置于底盘上的电控箱一和电控箱二，电控箱二内集成设置有底盘驱动电机、驱动器、导航工控机和云台臂控制器。本发明的正压型履带式全自主巡检机器人，用于海上平台和其他海上设施、陆地石油石化、天然气工厂的机器人巡检***，集成正压功能、甲烷和硫化氢等危险气体探测功能、自主导航与定位功能，实现高危特殊场所的智能自主仪表读数识别、危险气体浓度识别、噪音识别等。

Description

一种正压型履带式全自主巡检机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种正压型履带式全自主巡检机器人。
背景技术
目前在应用于电站的电力巡检机器人、公共场所的安保巡检机器人亦或是近年来研制开发的在石化、核电、矿井等特种作业场合替代人工执行巡检作业的机器人，功能均较为单一且使用过程受到的限制因素较多，使得机器人的使用性大打折扣，如地形条件、巡检空间、光照条件等影响，加之隔爆设计的机器人，庞大的整体结构尺寸进一步限制了机器人巡检作业的覆盖面，同时在某些区域因机器人无法靠近需要检测的目标物，只能放弃检测，故而其有效巡检和检测率较低，极大地制约了巡检机器人的应用推广，与当前现实的迫切需求，形成矛盾。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种正压型履带式全自主巡检机器人。
本发明的目的可以通过以下所述技术方案来实现：一种正压型履带式巡检机器人，包括履带底盘模块以及安装于履带底盘模块上可折叠的云台臂，云台臂上设置有调查检测仪器模块、导航避障模块和视觉识别模块，履带底盘模块包括底盘、履带行进模块、动力电池模块、正压气体发生模块和电控模块，履带行进模块包括主履带梁、安装于主履带梁上的主行进履带、前置摆臂以及安装于前置摆臂上的摆臂履带，主履带梁安装于底盘两侧，前置摆臂安装于主履带梁前侧，电控模块包括设置于底盘上的电控箱一和电控箱二，电控箱一内集成设置有急停开关和报警指示灯，电控箱二内集成设置有底盘驱动电机、驱动器、导航工控机和云台臂控制器。
作为优选的，导航避障模块包括安装于云台臂基座处的防爆激光雷达和布置于电控箱二内的超声避障雷达。
作为优选的，视觉识别模块包括安装于云台臂末端的第一相机和安装于云台臂基座处的第二相机，第一相机和第二相机均可以360°旋转。
作为优选的，正压气体发生模块包括安装于底盘上的压缩气体发生源，底盘、云台臂和电控模块的外壳均设为密闭性的防爆腔体，各防爆腔体上均设置有格兰头连接气管和电线，压缩气体发生源通过格兰头连接气管向各防爆腔体内通入安全空气。
作为优选的，各防爆腔体内均安装有甲烷检测传感器和压力传感器。
作为优选的，云台臂包括安装于底盘上的云台臂旋转关节，云台臂旋转关节上依次连接有大臂俯仰关节、云台臂大臂、副臂俯仰关节、云台臂副臂、小臂俯仰关节、云台臂小臂、云台俯仰关节，云台俯仰关节末端安装有云台臂末端动力模组。
作为优选的，大臂俯仰关节和小臂俯仰关节的关节轴线相互平行。
作为优选的，云台臂副臂上安装有热成像模块和激光甲烷检测模块。
作为优选的，动力电池模块安装于主履带梁的中间位置且与电控箱二紧邻。
作为优选的，底盘的尾部横梁上设置有无线充电模块1。
与现有技术比，本发明的有益效果：
1、本发明巡检机器人采用通过性和越障性能更强的履带底盘模块，通过主行进履带和摆臂履带的组合设计，机器人具备翻越不同地形条件下较大障碍的能力，紧凑合适的机身宽度和长度，确保了机器人在狭窄区域作业的通过性。
2、本发明巡检机器人可以在防爆区的环境下执行巡检作业，创新性地在移动机器人上采用正压防爆技术，机器人携带压缩气体发生源，对密闭性的防爆腔体提供清洁的空气，并可根据泄漏情况及时补气。正压防爆设计极大缩小了机器人的体积和重量，整体紧凑、轻便的设计结构，可大幅提高机器人的巡检覆盖区域。
3、本发明巡检机器人将机械、电气控制、电机传动、传感检测、正压防爆技术有机地进行整合，结构模块化，便于组合，从而可以对机器人各个模块进行灵活的位置调整、数量调整，满足日常巡检的需要。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例一种正压型履带式巡检机器人的结构示意图。
图2为本发明实施例一种正压型履带式巡检机器人的俯视图。
图3为本发明实施例一种正压型履带式巡检机器人的立体图。
图中所示标号表示为：1、无线充电模块；2、热成像模块；3、第一相机；4、云台臂；5、防爆激光雷达；6、动力电池模块；7、激光甲烷检测模块；8、第二相机；9、履带底盘模块；10、电控箱一；11、电控箱二；12、正压气体发生模块；13、云台臂旋转关节；14、大臂俯仰关节；15、云台臂大臂；16、小臂俯仰关节；17、云台臂小臂；18、云台俯仰关节；19、云台臂末端动力模组；20、副臂俯仰关节；21、云台臂副臂；22、主行进履带；23、前置摆臂履带。
具体实施方式
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1至图3所示，本发明的结构为：一种正压型履带式巡检机器人，包括履带底盘模块9以及安装于履带底盘模块9上可折叠的云台臂4，云台臂4上设置有调查检测仪器模块、导航避障模块和视觉识别模块，调查检测仪器模块用于实现探测区域的智能调查检测功能，履带底盘模块9包括底盘、履带行进模块、动力电池模块6、正压气体发生模块12和电控模块，履带行进模块包括主履带梁、安装于主履带梁上的主行进履带22、前置摆臂以及安装于前置摆臂上的摆臂履带23，主履带梁安装于底盘两侧，前置摆臂安装于主履带梁前侧，电控模块包括设置于底盘上的电控箱一10和电控箱二11，电控箱一10内集成设置有急停开关和报警指示灯，急停开关和报警指示灯用于紧急情况时断电、警示功能，电控箱二11内集成设置有底盘驱动电机、驱动器、导航工控机和云台臂控制器，底盘驱动电机用于驱动主行进履带22和摆臂履带23行进，驱动器和云台臂控制器用于控制云台臂4动作，导航工控机用于实现巡检机器人的自主导航与定位功能。本发明巡检机器人通过导航避障模块和视觉识别模块配合，并采用通过性和越障性能更强的履带底盘模块，通过主行进履带和摆臂履带的组合设计，机器人具备翻越不同地形条件下较大障碍的能力，紧凑合适的机身宽度和长度，确保了机器人在狭窄区域作业的通过性。
进一步的，导航避障模块包括安装于云台臂4基座处的防爆激光雷达5和布置于电控箱二11内的超声避障雷达，超声避障雷达用于扫描检测在行进途中的地形条件，并通过防爆激光雷达5使扫描区域和范围更加开阔，提高巡检机器人的避障能力。
进一步的，视觉识别模块包括安装于云台臂4末端的第一相机3和安装于云台臂4基座处的第二相机8，第一相机3用于巡检作业过程中对被测目标物体的检测和识别，第二相机8用于辅助底盘导航，两个相机均可以实现360°旋转，尤其是第一相机3借助多自由度的云台臂4可以实现三维空间的全覆盖。
进一步的，正压气体发生模块12包括安装于底盘上的压缩气体发生源，底盘、云台臂4和电控模块的外壳均设为密闭性的防爆腔体，各防爆腔体上均设置有格兰头连接气管和电线，压缩气体发生源通过格兰头连接气管向各防爆腔体内通入安全空气。本发明正压型履带式巡检机器人为了实现较为紧凑的总体设计，采用正压补偿式技术，部分器件采用本质安全型电路，通过将底盘、云台臂4和电控模块的外壳设计为密闭性的防爆腔体，并通过压缩气体发生源向内通入安全空气，由于密封无法阻止泄露，只能减缓泄露，所以需要每隔一段时间补气换气。
进一步的，各防爆腔体内均安装有甲烷检测传感器和压力传感器。为了保证防爆***的正常工作，降低***风险，在底盘、云台臂、两个电控箱等密闭空间内安装甲烷检测传感器进行实时监控；安装压力传感器实时监控内压变化，当内压降至接近正压防爆标准线附近时机器人自主行驶至安全区进行补气换气。并且充电房内安装甲烷传感器，在内部危险气体浓度较大时自动停止所有用电器的工作。此外，通过视频监控的方式，在特定时期对机器人周围环境进行远程监控。
进一步的，云台臂4包括安装于底盘上的云台臂旋转关节13，云台臂旋转关节13上依次连接有大臂俯仰关节14、云台臂大臂15、副臂俯仰关节20、云台臂副臂21、小臂俯仰关节16、云台臂小臂17、云台俯仰关节18，云台俯仰关节18末端安装有云台臂末端动力模组19。本发明巡检机器人上的云台臂为机器人操作臂，其底盘可以灵活地改变机器人相对目标物的作业位置，等价于操作臂的一个旋转自由度，同时，巡检机器人作业无需达到工业级的精度与标准，故本云台臂采用4+2自由度构型，即四个云台臂运动自由度和两个末端云台的自由度，四个云台臂运动自由度对应的关节分别为：一轴，云台臂旋转关节13；二轴，大臂俯仰关节14；三轴，副臂俯仰关节20；四轴，小臂俯仰关节16，两个末端云台的自由度为：云台俯仰关节18和云台臂末端动力模组19，这种构型不仅很大程度上保留了操作臂的灵活性，而且在一定程度上控制了自重，降低了机构的复杂度。
进一步的，大臂俯仰关节14和小臂俯仰关节16的关节轴线相互平行，这种设计形成一个冗余自由度，可有效的增加机构灵活度，提高操作臂的避障能力。
进一步的，云台臂副臂21上安装有热成像模块2和激光甲烷检测模块7，热成像模块2和激光甲烷检测模块7集成在固定管夹的独立安装模块上，一起安装于云台臂副臂21上。
进一步的，动力电池模块6安装于主履带梁的中间位置且与电控箱二11紧邻，在充分利用空间的设计前提下，动力电池模块6布局在主履带梁的中间位置，与电控箱二11紧邻，便于走线。
进一步的，底盘的尾部横梁上设置有无线充电模块1，通过无线充电模块1实现机器人无线充电功能。
具体使用时，本发明正压型履带式巡检机器人主要用于海上平台和其他海上设施、陆地石油石化、天然气工厂的机器人巡检***，集成正压功能、甲烷和硫化氢等危险气体探测功能、自主导航与定位功能，实现高危特殊场所的智能自主仪表读数识别、危险气体浓度识别、噪音识别等功能，整机由履带底盘模块9、可折叠式的云台臂4、动力电池模块6、正压气体发生模块12、调查检测仪器模块、导航避障模块、视觉识别模块、电控模块以及无线充电模块1、热成像模块2、激光甲烷检测模块7，***中的机械结构、电气控制回路、执行机构完全独立。***将机械、电气控制、电机传动、传感检测、正压技术有机地进行整合，结构模块化，便于组合，从而可以对机器人各个模块进行灵活的位置调整、数量调整，除了满足上述提到的石化、海上生产平台、核电等危险场合的巡检需要，还可以拓展应用至常规公共场合的巡检需要。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种正压型履带式巡检机器人，其特征在于：包括履带底盘模块(9)以及安装于所述履带底盘模块(9)上可折叠的云台臂(4)，所述云台臂(4)上设置有调查检测仪器模块、导航避障模块和视觉识别模块，所述履带底盘模块(9)包括底盘、履带行进模块、动力电池模块(6)、正压气体发生模块(12)和电控模块，所述履带行进模块包括主履带梁、安装于所述主履带梁上的主行进履带(22)、前置摆臂以及安装于前置摆臂上的摆臂履带(23)，所述主履带梁安装于所述底盘两侧，所述前置摆臂安装于所述主履带梁前侧，所述电控模块包括设置于所述底盘上的电控箱一(10)和电控箱二(11)，所述电控箱一(10)内集成设置有急停开关和报警指示灯，所述电控箱二(11)内集成设置有底盘驱动电机、驱动器、导航工控机和云台臂控制器。
2.根据权利要求1所述的一种正压型履带式巡检机器人，其特征在于：所述导航避障模块包括安装于所述云台臂(4)基座处的防爆激光雷达(5)和布置于所述电控箱二(11)内的超声避障雷达。
3.根据权利要求1所述的一种正压型履带式巡检机器人，其特征在于：所述视觉识别模块包括安装于所述云台臂(4)末端的第一相机(3)和安装于所述云台臂(4)基座处的第二相机(8)，所述第一相机(3)和第二相机(8)均可以360°旋转。
4.根据权利要求1所述的一种正压型履带式巡检机器人，其特征在于：所述正压气体发生模块(12)包括安装于所述底盘上的压缩气体发生源，所述底盘、云台臂(4)和电控模块的外壳均设为密闭性的防爆腔体，各所述防爆腔体上均设置有格兰头连接气管和电线，所述压缩气体发生源通过格兰头连接气管向各防爆腔体内通入安全空气。
5.根据权利要求4所述的一种正压型履带式巡检机器人，其特征在于：各所述防爆腔体内均安装有甲烷检测传感器和压力传感器。
6.根据权利要求1所述的一种正压型履带式巡检机器人，其特征在于：所述云台臂(4)包括安装于所述底盘上的云台臂旋转关节(13)，所述云台臂旋转关节(13)上依次连接有大臂俯仰关节(14)、云台臂大臂(15)、副臂俯仰关节(20)、云台臂副臂(21)、小臂俯仰关节(16)、云台臂小臂(17)、云台俯仰关节(18)，所述云台俯仰关节(18)末端安装有云台臂末端动力模组(19)。
7.根据权利要求6所述的一种正压型履带式巡检机器人，其特征在于：所述大臂俯仰关节(14)和小臂俯仰关节(16)的关节轴线相互平行。
8.根据权利要求6所述的一种正压型履带式巡检机器人，其特征在于：所述云台臂副臂(21)上安装有热成像模块(2)和激光甲烷检测模块(7)。
9.根据权利要求1所述的一种正压型履带式巡检机器人，其特征在于：所述动力电池模块(6)安装于所述主履带梁的中间位置且与所述电控箱二(11)紧邻。
10.根据权利要求1所述的一种正压型履带式巡检机器人，其特征在于：所述底盘的尾部横梁上设置有无线充电模块(1)。
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