一种智能巡检机器人
阅读说明：本技术 一种智能巡检机器人 (Intelligent inspection robot ) 是由 蔡少龙 程锦传 孙伟 于 2021-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种智能巡检机器人,包括机器人本体和充电柜,所述机器人本体外周布置有一正负极充电板,所述充电柜具有一与正负极充电板配合的充电触头；所述机器人本体包括控制装置、驱动装置和巡检装置,所述巡检装置包括位于壳体上的立柱、激光雷达和摄像组件。本发明通过机器人本体上的控制装置、驱动装置和巡检装置的配合,在巡检空间中运动采集周围环境,绘制电子地图,规划巡检路线,周期性的控制机器人本体巡检,采集周围信息,全自动完成巡检工作,降低人力成本,并提高巡检效率和效果；同时,配合布置在空间中的充电柜完成机器人本体的全自动充电,满足长期巡检要求,十分便捷。(The invention discloses an intelligent inspection robot, which comprises a robot body and a charging cabinet, wherein a positive charging plate and a negative charging plate are arranged on the periphery of the robot body, and the charging cabinet is provided with a charging contact matched with the positive charging plate and the negative charging plate; the robot body includes controlling means, drive arrangement and inspection device, inspection device is including stand, laser radar and the subassembly of making a video recording that is located the casing. According to the robot, through the matching of the control device, the driving device and the inspection device on the robot body, the robot moves in an inspection space to acquire the surrounding environment, draw an electronic map, plan an inspection route, periodically control the robot body to inspect and acquire surrounding information, fully-automatically finish inspection work, reduce the labor cost and improve the inspection efficiency and effect; simultaneously, the full-automatic charging of robot body is accomplished to the cabinet that charges that the cooperation was arranged in the space, satisfies the requirement of patrolling and examining for a long time, and is very convenient.)
技术领域
本发明涉及一种智能巡检机器人，属于机器人技术领域。
背景技术
机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器，其具有感知、决策执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，并提高工作效率和质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。
目前，在很多应用场景下，人力投入成本较高高，且无法24小时不间断的进行检查工作，此时，常采用巡检机器人代替人力，从而降低成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能巡检机器人，该巡检机器人能够自动识别巡检空间，获取巡检空间信息，完成信息收集和上传工作，十分便捷，同时，其能够自动回充，长时间的进行巡检工作而不中断，并能很好的适应不同的地形。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种智能巡检机器人，包括机器人本体和充电柜，所述机器人本体外周布置有一正负极充电板，所述充电柜具有一与正负极充电板配合的充电触头；
所述机器人本体包括控制装置、驱动装置和巡检装置，所述控制装置包括位于机器人本体的壳体中的电池、信号接收器和处理器，此电池与正负极充电板电连接；
所述驱动装置包括位于机器人本体的底座下方的多个主动轮组件及固定在底座下的U形板，所述主动轮组件包括驱动轮、电机、轮架、连杆和压缩弹性装置，所述驱动轮通过一联轴器与电机连接并安装在轮架上，所述轮架通过连杆与U形板连接，此连杆两端转动连接U形板与轮架侧面，其转轴水平且垂直于驱动轮的转轴，所述压缩弹性装置顶端铰接于机器人本体的架体上，其底端铰接于轮架顶部并挤压驱动轮与地面接触；
所述巡检装置包括位于壳体上的立柱、激光雷达和摄像组件，所述摄像组件安装于立柱顶部，所述激光雷达布置于机器人本体行进方向的一侧；
所述充电柜上布置有若干个可吸收激光雷达红外光的红外滤光片，此红外滤光片与机器人本体上的激光雷达等高，所述充电柜和机器人本体上分别布置有能够发送和接收红外光的红外发射模组及红外接收模组。
上述技术方案中进一步改进的方案如下：
1.上述方案中，所述充电柜中具有一触头座，此触头座上开有通槽，所述充电触头穿过通槽伸出充电柜，此充电触头后侧固定有一挡板，所述充电触头后端与挡板之间布置有一压缩弹簧。
2.上述方案中，所述充电柜顶部安装有一指示灯，此指示灯串联于充电触头与正负极充电板的充电电路中。
3.上述方案中，所述红外滤光片的数目为2个，且其间隔布置于充电柜的外壁上，并于水平方向上将外壁划分为3块反光区域，此3块反光区域的宽度比为1:2:3。
4.上述方案中，所述红外发射模组包括红外灯和约束红外光线的盒体，所述盒体前端开有供红外光线通过的通孔，所述盒体两侧敞口设置；
所述红外接收模组包括布置于机器人本体左侧、前端和右侧的至少3个红外接收器。
5.上述方案中，所述机器人本体后端安装有一后红外接收器，当机器人本体前端的红外接收器接收到盒体中部的红外灯光线时，此后红外接收器位于该光线的延长线上。
6.上述方案中，所述红外发射模组和红外滤光片外罩有一红外透光膜。
7.上述方案中，所述驱动装置还包括安装于底座下方的4个从动轮，并分布于底座四角，此从动轮为万向轮，所述主动轮组件的数目为2个，对称布置于底座中部的两侧。
8.上述方案中，所述摄像组件包括云台摄像头和深度摄像头，所述云台摄像头转动安装于立柱顶端，所述深度摄像头的数目至少为2个，且沿竖向轴线对称分布于立柱的同一侧面，此深度摄像头的摄像视野对应机器人本体的行进方向，且视野宽度不小于机器人本体的宽度。
9.上述方案中，所述壳体前端与后端的周壁上分别安装有一超声传感器，所述壳体两侧周壁上分别安装有一红外传感器，所述壳体前端及后端的底部边缘处分别安装有若干个防跌落传感器。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明一种智能巡检机器人，通过机器人本体上的控制装置、驱动装置和巡检装置的配合，在巡检空间中运动采集周围环境，绘制电子地图，规划巡检路线，周期性的控制机器人本体巡检，采集周围信息，全自动完成巡检工作，降低人力成本，并提高巡检效率和效果；同时，配合布置在空间中的充电柜完成机器人本体的全自动充电，满足长期巡检要求，十分便捷。
2、本发明一种智能巡检机器人，通过立柱支撑起摄像组件，不仅能够辅助激光雷达完成地图绘制和识别，还能采集空间信息，利用信号接收器和处理器完成信息的收集、处理和上传，全自动进行巡检工作，代替人工，提高效率和便捷性，降低成本。
3、本发明一种智能巡检机器人，通过连杆将电机及驱动轮安装在机器人上，并利用连杆两端的转动连接及压缩弹性装置两端的铰接，在实现驱动轮安装于机器人底部的同时，还实现了驱动轮及电机的上下位移，配合压缩弹性装置的弹性支撑力，使得驱动轮遇到障碍物或坑洼时，能够自适应的位移并与地面接触，维持行进所需的摩擦力，避免空转导致机器人停滞。
4、本发明一种智能巡检机器人，通过多个红外滤光片，将充电桩的壳体横向划分为多个反光间隔区域，且反光区域的比例为人为设定的规律性比例，与自热环境中可能存在的单个吸光区域鉴别开来，提高机器人远距离定位充电桩的精准度。
5、本发明一种智能巡检机器人，通过充电桩的充电触头与机器人的正负极充电板接触，实现充电桩对机器人自带蓄电池的充电工作，维持机器人的巡检工作；同时，利用压缩弹性件推动充电触头抵紧正负极充电板，一方面，避免机器人归位充电时，由于刚性撞击接触导致正负极充电板脱离充电触头，另一方面，能够提高充电触头与正负极充电板面接触的紧密性，提高充电效率。
6、本发明一种智能巡检机器人，通过盒体将近距离定位用的红外光划分为三块区域，配合机器人左侧、右侧与中间的红外接收器，使得机器人能够自动判断某一红外接收器接收到红外光时，机器人与充电桩的相对位置是何种状态，供机器人调整直至对准状态。
7、本发明一种智能巡检机器人，通过红外透光膜的设置，屏蔽其余可见光，提高红外光的通过率，从而提高机器人定位的精确度。
8、本发明一种智能巡检机器人，通过超声传感器和红外传感器与防跌落传感器，辅助激光雷达和深度摄像头感知周围空间，自动识别障碍物、阶梯等不利因素，保证机器人巡检工作的正常进行。
附图说明
附图1为本发明一种智能巡检机器人的整体结构示意图；
附图2为机器人本体的结构示意图；
附图3为机器人本体的局部结构示意图；
附图4为机器人本体的仰视图；
附图5为主动轮组件的结构示意图；
附图6为充电柜的后部的爆炸示意图；
附图7为充电触头部分的爆炸示意图；
附图8为充电柜的前部的爆炸示意图；
附图9为红外发射模组的爆炸示意图。
附图标记说明：01、机器人本体；011、正负极充电板；012、壳体；013、底座；02、充电柜；021、充电触头；022、触头座；023、通槽；024、挡板；025、压缩弹簧；026、指示灯；1、控制装置；11、电池；12、信号接收器；13、处理器；2、驱动装置；21、主动轮组件；211、驱动轮；212、电机；213、轮架；214、连杆；22、U形板；23、联轴器；24、从动轮；3、巡检装置；31、立柱；32、激光雷达；33、摄像组件；331、云台摄像头；332、深度摄像头；34、超声传感器；35、红外传感器；36、防跌落传感器；4、压缩弹性装置；41、伸缩杆、42、弹簧；43、止位板；5、红外滤光片；51、反光区域；6、红外发射模组；61、红外灯；62、盒体；7、红外接收模组；71、红外接收器；72、后红外接收器；8、红外透光膜。
具体实施方式
实施例1：一种智能巡检机器人，参照附图1～9，包括机器人本体01和充电柜02，所述机器人本体01外周布置有一正负极充电板011，所述充电柜02具有一与正负极充电板011配合的充电触头021。
所述机器人本体01包括控制装置1、驱动装置2和巡检装置3，所述控制装置1包括位于机器人本体011的壳体012中的电池11、信号接收器12和处理器13，此电池11与正负极充电板011电连接。
所述驱动装置2包括位于机器人本体011的底座013下方的多个主动轮组件21及固定在底座013下的U形板22，所述主动轮组件21包括驱动轮211、电机212、轮架213、连杆214和压缩弹性装置4，所述驱动轮211通过一联轴器23与电机212连接并安装在轮架213上，所述轮架213通过连杆214与U形板22连接，此连杆214两端转动连接U形板22与轮架213侧面，一个所述主动轮组件21中连杆214的数目为4个，所述连杆214对称分布于电机212两侧，其转轴水平且垂直于驱动轮211的转轴，所述压缩弹性装置4顶端铰接于机器人本体011的架体上，其底端铰接于轮架213顶部并挤压驱动轮211与地面接触；这里，压缩弹性装置4包括伸缩杆41、套接于伸缩杆41外的弹簧42和位于伸缩杆41两端的止位板43，所述弹簧42两端抵接于止位板43内侧。
所述巡检装置3包括位于壳体012上的立柱31、激光雷达32和摄像组件33，所述摄像组件33安装于立柱31顶部，所述激光雷达32布置于机器人本体01行进方向的一侧。
所述充电柜02上布置有若干个可吸收激光雷达32红外光的红外滤光片5，此红外滤光片5与机器人本体01上的激光雷达32等高，所述充电柜02和机器人本体01上分别布置有能够发送和接收红外光的红外发射模组6及红外接收模组7。
实施例2：一种智能巡检机器人，参照附图1～9，包括机器人本体01和充电柜02，所述机器人本体01外周布置有一正负极充电板011，所述充电柜02具有一与正负极充电板011配合的充电触头021。
所述机器人本体01包括控制装置1、驱动装置2和巡检装置3，所述控制装置1包括位于机器人本体011的壳体012中的电池11、信号接收器12和处理器13，此电池11与正负极充电板011电连接。
所述驱动装置2包括位于机器人本体011的底座013下方的多个主动轮组件21及固定在底座013下的U形板22，所述主动轮组件21包括驱动轮211、电机212、轮架213、连杆214和压缩弹性装置4，所述驱动轮211通过一联轴器23与电机212连接并安装在轮架213上，所述轮架213通过连杆214与U形板22连接，此连杆214两端转动连接U形板22与轮架213侧面，其转轴水平且垂直于驱动轮211的转轴，所述压缩弹性装置4顶端铰接于机器人本体011的架体上，其底端铰接于轮架213顶部并挤压驱动轮211与地面接触；这里，压缩弹性装置4包括伸缩杆41、套接于伸缩杆41外的弹簧42和位于伸缩杆41两端的止位板43，所述弹簧42两端抵接于止位板43内侧。
所述巡检装置3包括位于壳体012上的立柱31、激光雷达32和摄像组件33，所述摄像组件33安装于立柱31顶部，所述激光雷达32布置于机器人本体01行进方向的一侧。
所述充电柜02上布置有若干个可吸收激光雷达32红外光的红外滤光片5，此红外滤光片5与机器人本体01上的激光雷达32等高，所述充电柜02和机器人本体01上分别布置有能够发送和接收红外光的红外发射模组6及红外接收模组7。
所述充电柜02中具有一触头座022，此触头座上开有通槽023，所述充电触头021穿过通槽023伸出充电柜02，此充电触头021后侧固定有一挡板024，所述充电触头021后端与挡板024之间布置有一压缩弹簧025；所述充电柜02顶部安装有一指示灯026，此指示灯026串联于充电触头021与正负极充电板011的充电电路中。
所述红外滤光片5的数目为2个，且其间隔布置于充电柜02的外壁上，并于水平方向上将外壁划分为3块反光区域51，此3块反光区域51的宽度比为1:2:3。
实施例3：一种智能巡检机器人，参照附图1～9，包括机器人本体01和充电柜02，所述机器人本体01外周布置有一正负极充电板011，所述充电柜02具有一与正负极充电板011配合的充电触头021。
所述机器人本体01包括控制装置1、驱动装置2和巡检装置3，所述控制装置1包括位于机器人本体011的壳体012中的电池11、信号接收器12和处理器13，此电池11与正负极充电板011电连接。
所述驱动装置2包括位于机器人本体011的底座013下方的多个主动轮组件21及固定在底座013下的U形板22，所述主动轮组件21包括驱动轮211、电机212、轮架213、连杆214和压缩弹性装置4，所述驱动轮211通过一联轴器23与电机212连接并安装在轮架213上，所述轮架213通过连杆214与U形板22连接，此连杆214两端转动连接U形板22与轮架213侧面，其转轴水平且垂直于驱动轮211的转轴，所述压缩弹性装置4顶端铰接于机器人本体011的架体上，其底端铰接于轮架213顶部并挤压驱动轮211与地面接触；这里，压缩弹性装置4包括伸缩杆41、套接于伸缩杆41外的弹簧42和位于伸缩杆41两端的止位板43，所述弹簧42两端抵接于止位板43内侧。
所述巡检装置3包括位于壳体012上的立柱31、激光雷达32和摄像组件33，所述摄像组件33安装于立柱31顶部，所述激光雷达32布置于机器人本体01行进方向的一侧。
所述充电柜02上布置有若干个可吸收激光雷达32红外光的红外滤光片5，此红外滤光片5与机器人本体01上的激光雷达32等高，所述充电柜02和机器人本体01上分别布置有能够发送和接收红外光的红外发射模组6及红外接收模组7。
所述充电柜02中具有一触头座022，此触头座上开有通槽023，所述充电触头021穿过通槽023伸出充电柜02，此充电触头021后侧固定有一挡板024，所述充电触头021后端与挡板024之间布置有一压缩弹簧025；所述充电柜02顶部安装有一指示灯026，此指示灯026串联于充电触头021与正负极充电板011的充电电路中。
所述红外滤光片5的数目为2个，且其间隔布置于充电柜02的外壁上，并于水平方向上将外壁划分为3块反光区域51，此3块反光区域51的宽度比为1:2:3。
所述红外发射模组6包括红外灯61和约束红外光线的盒体62，所述盒体62前端开有供红外光线通过的通孔621，所述盒体62两侧敞口设置；所述红外接收模组7包括布置于机器人本体01左侧、前端和右侧的至少3个红外接收器71；所述机器人本体01后端安装有一后红外接收器72，当机器人本体01前端的红外接收器71接收到盒体62中部的红外灯61光线时，此后红外接收器72位于该光线的延长线上；所述红外发射模组7和红外滤光片5外罩有一红外透光膜8。
实施例4：一种智能巡检机器人，参照附图1～9，包括机器人本体01和充电柜02，所述机器人本体01外周布置有一正负极充电板011，所述充电柜02具有一与正负极充电板011配合的充电触头021。
所述机器人本体01包括控制装置1、驱动装置2和巡检装置3，所述控制装置1包括位于机器人本体011的壳体012中的电池11、信号接收器12和处理器13，此电池11与正负极充电板011电连接。
所述驱动装置2包括位于机器人本体011的底座013下方的多个主动轮组件21及固定在底座013下的U形板22，所述主动轮组件21包括驱动轮211、电机212、轮架213、连杆214和压缩弹性装置4，所述驱动轮211通过一联轴器23与电机212连接并安装在轮架213上，所述轮架213通过连杆214与U形板22连接，此连杆214两端转动连接U形板22与轮架213侧面，其转轴水平且垂直于驱动轮211的转轴，所述压缩弹性装置4顶端铰接于机器人本体011的架体上，其底端铰接于轮架213顶部并挤压驱动轮211与地面接触；这里，压缩弹性装置4包括伸缩杆41、套接于伸缩杆41外的弹簧42和位于伸缩杆41两端的止位板43，所述弹簧42两端抵接于止位板43内侧。
所述巡检装置3包括位于壳体012上的立柱31、激光雷达32和摄像组件33，所述摄像组件33安装于立柱31顶部，所述激光雷达32布置于机器人本体01行进方向的一侧。
所述充电柜02上布置有若干个可吸收激光雷达32红外光的红外滤光片5，此红外滤光片5与机器人本体01上的激光雷达32等高，所述充电柜02和机器人本体01上分别布置有能够发送和接收红外光的红外发射模组6及红外接收模组7。
所述充电柜02中具有一触头座022，此触头座上开有通槽023，所述充电触头021穿过通槽023伸出充电柜02，此充电触头021后侧固定有一挡板024，所述充电触头021后端与挡板024之间布置有一压缩弹簧025；所述充电柜02顶部安装有一指示灯026，此指示灯026串联于充电触头021与正负极充电板011的充电电路中。
所述红外滤光片5的数目为2个，且其间隔布置于充电柜02的外壁上，并于水平方向上将外壁划分为3块反光区域51，此3块反光区域51的宽度比为1:2:3。
所述红外发射模组6包括红外灯61和约束红外光线的盒体62，所述盒体62前端开有供红外光线通过的通孔621，所述盒体62两侧敞口设置；所述红外接收模组7包括布置于机器人本体01左侧、前端和右侧的至少3个红外接收器71；所述机器人本体01后端安装有一后红外接收器72，当机器人本体01前端的红外接收器71接收到盒体62中部的红外灯61光线时，此后红外接收器72位于该光线的延长线上；所述红外发射模组7和红外滤光片5外罩有一红外透光膜8。
所述驱动装置2还包括安装于底座013下方的4个从动轮24，并分布于底座013四角，此从动轮24为万向轮，所述主动轮组件21的数目为2个，对称布置于底座013中部的两侧。
所述摄像组件33包括云台摄像头331和深度摄像头332，所述云台摄像头331转动安装于立柱31顶端，所述深度摄像头332的数目至少为2个，且沿竖向轴线对称分布于立柱31的同一侧面，此深度摄像头332的摄像视野对应机器人本体01的行进方向，且视野宽度不小于机器人本体01的宽度。
所述壳体012前端与后端的周壁上分别安装有一超声传感器34，所述壳体012两侧周壁上分别安装有一红外传感器35，所述壳体012前端及后端的底部边缘处分别安装有若干个防跌落传感器36；所述巡检装置3还可以根据需求增加温室湿传感器(图中未示出)等检测设备。
采用上述方案，通过机器人本体上的控制装置、驱动装置和巡检装置的配合，在巡检空间中运动采集周围环境，绘制电子地图，规划巡检路线，周期性的控制机器人本体巡检，采集周围信息，全自动完成巡检工作，降低人力成本，并提高巡检效率和效果；同时，配合布置在空间中的充电柜完成机器人本体的全自动充电，满足长期巡检要求，十分便捷。
另外，通过立柱支撑起摄像组件，不仅能够辅助激光雷达完成地图绘制和识别，还能采集空间信息，利用信号接收器和处理器完成信息的收集、处理和上传，全自动进行巡检工作，代替人工，提高效率和便捷性，降低成本。
另外，通过连杆将电机及驱动轮安装在机器人上，并利用连杆两端的转动连接及压缩弹性装置两端的铰接，在实现驱动轮安装于机器人底部的同时，还实现了驱动轮及电机的上下位移，配合压缩弹性装置的弹性支撑力，使得驱动轮遇到障碍物或坑洼时，能够自适应的位移并与地面接触，维持行进所需的摩擦力，避免空转导致机器人停滞。
另外，通过多个红外滤光片，将充电桩的壳体横向划分为多个反光间隔区域，且反光区域的比例为人为设定的规律性比例，与自热环境中可能存在的单个吸光区域鉴别开来，提高机器人远距离定位充电桩的精准度。
另外，通过充电桩的充电触头与机器人的正负极充电板接触，实现充电桩对机器人自带蓄电池的充电工作，维持机器人的巡检工作；同时，利用压缩弹性件推动充电触头抵紧正负极充电板，一方面，避免机器人归位充电时，由于刚性撞击接触导致正负极充电板脱离充电触头，另一方面，能够提高充电触头与正负极充电板面接触的紧密性，提高充电效率。
另外，通过盒体将近距离定位用的红外光划分为三块区域，配合机器人左侧、右侧与中间的红外接收器，使得机器人能够自动判断某一红外接收器接收到红外光时，机器人与充电桩的相对位置是何种状态，供机器人调整直至对准状态。
另外，通过红外透光膜的设置，屏蔽其余可见光，提高红外光的通过率，从而提高机器人定位的精确度。
另外，通过超声传感器和红外传感器与防跌落传感器，辅助激光雷达和深度摄像头感知周围空间，自动识别障碍物、阶梯等不利因素，保证机器人巡检工作的正常进行。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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