巡逻机器人[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 211220723 U(45)授权公告日 2020.08.11

(21)申请号 201922223080.8(22)申请日 2019.12.12

(73)专利权人 长沙万为机器人有限公司

地址 410013 湖南沙市高新开发区文

轩路27号麓谷企业广场F1栋16楼(72)发明人 彭彦　明振　蔡佳豪　(74)专利代理机构 长沙永星专利商标事务所

(普通合伙) 43001

代理人 邓淑红(51)Int.Cl.

B25J 11/00(2006.01)B25J 5/00(2006.01)B25J 19/04(2006.01)

权利要求书2页 说明书5页 附图7页

(54)实用新型名称

巡逻机器人

(57)摘要

本实用新型公开了一种巡逻机器人，它包括底盘、机身和机头；底盘包括底架、上盖、驱动轮总成和位移轮总成，底架上设有多个的轮槽，上盖上表面设有定位柱，驱动轮总成和位移轮总成分别装配于对应的轮槽内，上盖连接于底架上围成电器元件腔；机身的底端通过脚支架连接于定位柱上、顶端通过俯仰机构与机头相连。划分为底盘、机身和机头三部分，实现模块化，各部分功能划分清晰，并且内部元器件也相对。这样的构成方式能够使机器人在某个技术领域完成快速的更新、迭代而不影响其他部件，达到快速响应市场的需求。同时还可以根据实际需要旋转不同的机身、机头进行搭配，节省了单一定制的开发成本，也降低了客户的购买成本。

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1.一种巡逻机器人，其特征在于：它包括底盘、机身和机头；底盘包括底架、上盖、驱动轮总成和位移轮总成，底架上设有多个的轮槽，上盖上表面设有定位柱，驱动轮总成和位移轮总成分别装配于对应的轮槽内，上盖连接于底架上围成电器元件腔；机身的底端通过脚支架连接于定位柱上、顶端通过俯仰机构与机头相连。

2.如权利要求1所述的巡逻机器人，其特征在于：所述机身包括主盒和显示屏，显示屏嵌装于主盒的一侧；所述定位柱为内设螺纹的圆筒柱，所述脚支架的底端设有连接环，脚支架以其顶端固接于主盒下、以连接环套于定位柱外配合紧固件锁紧。

3.如权利要求2所述的巡逻机器人，其特征在于：所述机头包括顶盒，顶盒外设有高清摄像头、热成像摄像头和红外摄像头。

4.如权利要求1或3所述的巡逻机器人，其特征在于：所述俯仰机构包括固定座和活动头，固定座固接于机身上，活动头铰接于固定座上能够绕铰接位置转动并定位；俯仰机构外套有弹性防护罩。

5.如权利要求1所述的巡逻机器人，其特征在于：所述上盖的底部沿周缘开设有凹槽，凹槽内设气压管，气压管转角处设有防撞角。

6.如权利要求1所述的巡逻机器人，其特征在于：所述驱动轮总成包括驱动轮模块和转向模块；驱动轮模块包括轮体、驱动电机和减震支架；转向模块包括转向电机、减速机构和转轴，转向电机的输出轴与减速机构的输入端相连，减速机构的输出端与转轴相连，转轴的另一端与减震支架相连；驱动电机驱动轮体转动；转向电机输出动力经减速机构减速后传递至转轴带动减震支架转向；驱动轮模块与转向模块之间设有连接板，驱动轮总成通过穿过连接板的螺栓装配于所述轮槽内。

7.如权利要求6所述的巡逻机器人，其特征在于：所述减震支架包括下支架、上支架、减震器和铰接座；下支架为U型架，两侧板的中部设有通孔；上支架为倾斜向下设置的n型架，其顶端设有一圈连接孔，下端铰接于下支架外；一对减震器关于轮体厚度方向中心面对称设置、分设于上支架和下支架的两侧；所述下支架的两侧焊接有销轴，所述上支架的两侧焊接有销轴，销轴外设径向孔，减震器的两端分别套于销轴外通过穿过径向孔的开口销定位；铰接座的中心设有通孔，四周设有一圈连接孔，通孔内嵌耐磨套；铰接座通过穿过连接孔的螺栓与上支架相连，上支架套于下支架外通过穿过耐磨套的转轴螺栓与下支架相连；所述转轴螺栓包括外径依次递减的圆柱头、光杆段和螺纹段，圆柱头为内六角头，转轴螺栓以其光杆段套于耐磨套内，螺纹段与下支架螺纹连接。

8.如权利要求7所述的巡逻机器人，其特征在于：所述驱动电机为轮毂电机，其中心轴两端设有螺纹，螺纹段的外端设有平面；驱动电机嵌于轮体内，中心轴穿过下支架上通孔后配合螺母锁紧；所述减速机构包括主减速器和副减速器，主减速器的输入端与转向电机相连，输出轴与副减速器的输入齿轮相连，副减速器的输出端与转轴相连；所述主减速器的输出轴两端均伸至主减速器外，顶端外设强磁钢套；所述转向电机下对应强磁钢套位置处设有角度传感器；所述副减速器的外壳包括上壳和下壳，上壳外缘设有一圈凹槽，下壳外缘设有相匹配的凸起，上壳和下壳通过凹槽与凸起的配合提高安装精度。

9.如权利要求8所述的巡逻机器人，其特征在于：所述转轴为阶梯轴，转轴的顶端设有外凸的卡爪，副减速器的输出齿轮内设卡槽，转轴以其顶端与副减速器相连，卡爪伸至卡槽内并填塞减震胶垫，以其底部与所述减震支架通过穿过连接孔的螺栓相连。

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10.如权利要求1所述的巡逻机器人，其特征在于：所述位移轮总成包括位移轮、位置传感器、连杆机构和安装座，位置传感器安装于位移轮上，连杆机构的一端与位移轮的轮轴相连、另一端与安装座相连，位移轮总成置于所述轮槽内通过穿过安装座的螺栓与所述底架相连；所述连杆机构包括长连杆、短连杆和H型连杆，短连杆的一端与安装座顶部铰接、另一端与长连杆的顶端铰接，H型连杆与短连杆平行布置、一端与安装座的底部铰接、另一端与长连杆的中部铰接，长连杆的底端与所述位移轮的轮轴相连；所述安装座包括基板和一对设置于基板上的耳座，安装座以其耳座与连杆机构相连。

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技术领域

[0001]本实用新型属于机器人技术领域，特别是涉及一种巡逻机器人。

背景技术

[0002]随着人们安全意识的提高，安保巡逻机器人的需求日益增长。并且随着各领域的科技技术推陈出新、日渐成熟，机器人的功能也随之升级与更新，迭代速度极快，需要不断的更新设计来满足市场需求。而不同的客户、不同的场景对于巡逻机器人的功能需求各异，单一化的设计已无法满足每一位客户或每一个场景的需求，因此经常需要根据客户的需求进行定制化的设计，导致开发时间长，无法快速响应市场。实用新型内容

[0003]本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种适用于多种场景的巡逻机器人。

[0004]本实用新型提供的这种巡逻机器人，它包括底盘、机身和机头；底盘包括底架、上盖、驱动轮总成和位移轮总成，底架上设有多个的轮槽，上盖上表面设有定位柱，驱动轮总成和位移轮总成分别装配于对应的轮槽内，上盖连接于底架上围成电器元件腔；机身的底端通过脚支架连接于定位柱上、顶端通过俯仰机构与机头相连。[0005]在一个具体实施方式中，所述机身包括主盒和显示屏，显示屏嵌装于主盒的一侧；所述定位柱为内设螺纹的圆筒柱，所述脚支架的底端设有连接环，脚支架以其顶端固接于主盒下、以连接环套于定位柱外配合紧固件锁紧。[0006]作为优选，所述机头包括顶盒，顶盒外设有高清摄像头、热成像摄像头和红外摄像头。

[0007]作为优选，所述俯仰机构包括固定座和活动头，固定座固接于机身上，活动头铰接于固定座上能够绕铰接位置转动并定位；俯仰机构外套有弹性防护罩。[0008]为了便于避障，在所述上盖的底部沿周缘开设有凹槽，凹槽内设气压管，气压管转角处设有防撞角。

[0009]在一个具体实施方式中，所述驱动轮总成包括驱动轮模块和转向模块；驱动轮模块包括轮体、驱动电机和减震支架；转向模块包括转向电机、减速机构和转轴，转向电机的输出轴与减速机构的输入端相连，减速机构的输出端与转轴相连，转轴的另一端与减震支架相连；驱动电机驱动轮体转动；转向电机输出动力经减速机构减速后传递至转轴带动减震支架转向；驱动轮模块与转向模块之间设有连接板，驱动轮总成通过穿过连接板的螺栓装配于所述轮槽内。[0010]进一步的，所述减震支架包括下支架、上支架、减震器和铰接座；下支架为U型架，两侧板的中部设有通孔；上支架为倾斜向下设置的n型架，其顶端设有一圈连接孔，下端铰接于下支架外；一对减震器关于轮体厚度方向中心面对称设置、分设于上支架和下支架的两侧；所述下支架的两侧焊接有销轴，所述上支架的两侧焊接有销轴，销轴外设径向孔，减

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震器的两端分别套于销轴外通过穿过径向孔的开口销定位；铰接座的中心设有通孔，四周设有一圈连接孔，通孔内嵌耐磨套；铰接座通过穿过连接孔的螺栓与上支架相连，上支架套于下支架外通过穿过耐磨套的转轴螺栓与下支架相连；所述转轴螺栓包括外径依次递减的圆柱头、光杆段和螺纹段，圆柱头为内六角头，转轴螺栓以其光杆段套于耐磨套内，螺纹段与下支架螺纹连接。[0011]相配套的，所述驱动电机为轮毂电机，其中心轴两端设有螺纹，螺纹段的外端设有平面；驱动电机嵌于轮体内，中心轴穿过下支架上通孔后配合螺母锁紧；所述减速机构包括主减速器和副减速器，主减速器的输入端与转向电机相连，输出轴与副减速器的输入齿轮相连，副减速器的输出端与转轴相连；所述主减速器的输出轴两端均伸至主减速器外，顶端外设强磁钢套；所述转向电机下对应强磁钢套位置处设有角度传感器；所述副减速器的外壳包括上壳和下壳，上壳外缘设有一圈凹槽，下壳外缘设有相匹配的凸起，上壳和下壳通过凹槽与凸起的配合提高安装精度。[0012]为了提高减震效果，所述转轴为阶梯轴，转轴的顶端设有外凸的卡爪，副减速器的输出齿轮内设卡槽，转轴以其顶端与副减速器相连，卡爪伸至卡槽内并填塞减震胶垫，以其底部与所述减震支架通过穿过连接孔的螺栓相连。[0013]在一个具体实施方式中，所述位移轮总成包括位移轮、位置传感器、连杆机构和安装座，位置传感器安装于位移轮上，连杆机构的一端与位移轮的轮轴相连、另一端与安装座相连，位移轮总成置于所述轮槽内通过穿过安装座的螺栓与所述底架相连；所述连杆机构包括长连杆、短连杆和H型连杆，短连杆的一端与安装座顶部铰接、另一端与长连杆的顶端铰接，H型连杆与短连杆平行布置、一端与安装座的底部铰接、另一端与长连杆的中部铰接，长连杆的底端与所述位移轮的轮轴相连；所述安装座包括基板和一对设置于基板上的耳座，安装座以其耳座与连杆机构相连。[0014]本实用新型将划分为底盘、机身和机头三部分，实现模块化，各部分功能划分清晰，并且内部元器件也相对。这样的构成方式能够使机器人在某个技术领域完成快速的更新、迭代而不影响其他部件，达到快速响应市场的需求。同时还可以根据实际需要旋转不同的机身、机头进行搭配，节省了单一定制的开发成本，也降低了客户的购买成本。另一方面由于将各驱动轮总成分别安装于对应的轮槽内，各驱动轮总成工作，可实现原地转向，极大的缩短了转弯半径，可适应更多狭窄路段的往返巡逻；将各位移轮总成安装于其对于的轮槽内，位移轮非驱动轮，无打滑现象，可精确计算及补偿各种工况下机器人底盘的位移数据，从而能够适用于不同的各种场景。附图说明

[0015]图1为实用新型一个优选实施例的轴测示意图。[0016]图2为本优选实施例的剖视示意图。[0017]图3为本优选实施例的仰视示意图。

[0018]图4为本优选实施例中驱动轮总成的轴测放大示意图。[0019]图5为本优选实施例中驱动轮模块的轴测放大示意图。[0020]图6为图5中X-X的剖视示意图。[0021]图7为图6中Y处的放大示意图。

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图8为本优选实施例中转向模块的剖视示意图。

[0023]图9为图8中Z-Z的剖视示意图。

[0024]图10为本优选实施例中位移轮总成的轴测放大示意图。[0025]图示序号：[0026]A—底盘，[0027]1—骨架，2—上盖，3—检修盖，4—舵轮总成，[0028]41—驱动轮模块，411—轮体，412—驱动电机，[0029]413—减震支架、4131—下支架、4132—上支架、4133—减震器、4134—销轴、4135—铰接座、4136—耐磨套、4137—转轴螺栓、4138—开口销，[0030]42—转向模块，421—转向电机，[0031]422—减速机构、4221—主减速器、4222—副减速器，[0032]423—转轴、4231—卡爪，[0033]424—强磁钢套，425—角度传感器，426—减震胶垫，[0034]5—位移轮总成，[0035]51—位移轮，52—位置传感器，[0036]53—连杆机构、531—长连杆、532—短连杆、533—H型连杆，[0037]54—安装座、541—基板、542—耳座；[0038]6—气压管，7—防撞角；[0039]B—机身，B1—主盒，B2—显示屏，[0040]C—机头，C1—顶盒,C2—高清摄像头，C3—热成像摄像头，C4—红外摄像头，C5—红蓝爆闪灯，

[0041]D—脚支架，[0042]E—俯仰机构，E1—固定座，E2—活动头，[0043]F—防护罩。

具体实施方式

[0044]如图1所示，本实施例公开的这种巡逻机器人，它包括底盘A、机身B和机头C。[0045]如图1、图2所示，机身B包括主盒B1和显示屏B2，显示屏嵌装于主盒的一侧，机头C包括顶盒C1，顶盒外设高清摄像头C2、热成像摄像头C3和红外摄像头C4，顶盒的顶部设置红蓝爆闪灯C5。装配时将机身B的底端通过脚支架D连接于定位柱上、顶端通过俯仰机构E与机头C相连。其中，在脚支架 D的底端设有连接环，脚支架以其顶端固接于主盒下、以连接环套于定位柱外配合紧固件锁紧。俯仰机构E包括固定座E1和活动头E2，固定座固接于机身上，活动头铰接于固定座上能够绕铰接位置转动并定位，并在俯仰机构外套有弹性防护罩F以提高防护等级。

[0046]如图1—3所示，底盘A包括底架1、上盖2、检修盖3、驱动轮总成4和位移轮总成5。底架1为矩型底架，其底部四角分别设有用于安装驱动轮总成4的轮槽，中部设有一对较小的轮槽用以安装位移轮总成5。上盖2的底部沿周缘开设有凹槽，凹槽内设气压6管，气压管转角处设有防撞角7，同时在上盖上设气压传感器，气压传感器检测气压管内气压的变化，当发生碰撞时气压管内气压改变，从而可以根据气压管内气压的变化来判定是否与外界发生

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碰撞，若发生碰撞，则可重新规划路线。上盖2上表面中部设有检修口，周缘设有定位柱8，定位柱为内设螺纹的圆筒柱。上盖连接于底架上围成电器元件腔，检修盖可拆卸连接于检修口处封闭电器元件腔。驱动轮总成4和位移轮总成5分别装配于对应的轮槽内。[0047]检修盖3为能够封闭检修口的盖体，其中部设有安装口用以安装激光、路由器等配件，其外缘设有下沿的下止口，检修盖与上盖通过紧固件安装，通过上止口和下止口搭接，并在搭架处填塞整圈的密封条以提高整机的防护等级。[0048]如图3所示，四套驱动轮总成4分别置于四角的轮槽内通过螺栓与底架装配。[0049]如图4所示，驱动轮总成4包括驱动轮模块41、转向模块42和连接板 43；连接板上对应安装孔位置处设有通孔，驱动轮总成置于轮槽内，转向模块穿过轮槽卡入底架中，通过穿过通孔拧入安装孔的螺栓与底架相连。驱动轮模块通过穿过连接板43的六颗螺钉固定在转向模块的输出轴下，转向模块输出轴的转动直接带动轮驱动轮模块左右偏转；驱动轮总成通过连接板。[0050]如图5、图6所示，驱动轮模块41包括轮体411、驱动电机412和减震支架413。轮体411为外圈轮胎。驱动电机412为与外圈轮胎相匹配的轮毂电机，驱动电机嵌于轮体内，通过其本身的中心轴与减震支架413相连，驱动电机的中心轴两端端部外设有螺纹，并在螺纹段外端铣有一对平面以便连接时夹持扳手。[0051]减震支架413包括下支架4131、上支架4132和减震器4133。下支架4131 为U型架，其两侧板的根部焊接有销轴4134、中部设有通孔、端部设有螺纹孔。上支架为n型架，其顶端设有一圈连接孔、底端两侧连接有铰接座414。如图7所示，铰接座4135为圆筒型座体，其中心嵌有耐磨套4136，实体上设有一圈关于轴向中心呈环形阵列布置的连接孔，铰接座通过穿过连接孔的螺栓与上支架相连。下支架水平布置，中心轴两端分别穿过下支架两侧的通孔配合相应的螺母锁紧完成下支架的安装；然后将上支架向下倾斜设置套于下支架外通过穿过铰接座4135的转轴螺栓4137铰接，上支架与下支架之间设有铜垫片，铜垫片与铰接座和耐磨套接触限位，使上支架与下支架之间存在间隙，不会直接磨损。转轴螺栓4137包括外径依次递减的圆柱头、光杆段和螺纹段，圆柱头为内六角头，转轴螺栓以其光杆段套于耐磨套内，螺纹段与下支架螺纹连接。上支架与下支架安装完成后，将减震器4133的两端分别套于销轴4134 外通过穿过径向孔的开口销4138定位。转向模块42安装于上支架的顶部，通过穿过连接孔的螺栓连接。

[0052]驱动轮模块41装配完成后，减震器与上支架、下支架呈三角形，上支架与下支架铰接，设计有耐磨灵活的转轴结构，可以自由转动，在遇到障碍时减震器压缩，下支架和轮毂电机可以绕转轴位置向上旋转，减少震动，并且能承受较大冲击。对于铰接点，由于铰接座内安装有耐磨套，耐磨套与铰接座为过盈配合。转轴螺栓一端为螺纹段，中间段为精密加工的圆柱，一端为内六角的圆柱头，螺纹段和中间段有一个台阶。转轴螺栓圆柱段安装在铜套孔内，螺纹段穿过铜垫片固定在驱动电机下支架上。转轴螺栓和铜套为间隙配合，可以自由转动，铜垫片与铰接座和铜套接触限位，使上电机支座和下电机支座之间存在间隙，不会直接磨损。

[0053]如图8、图9所示，转向模块42包括转向电机421、减速机构422和转轴 423。减速机构422包括主减速器4221和副减速器4222。主减速器4221的输入端与转向电机相连，输出轴与副减速器的输入齿轮相连，副减速器的输出端与转轴相连。主减速器的输出轴两端均伸

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至主减速器外，顶端外设强磁钢套 424并在转向电机下对应位置处设有角度传感器425，以便控制转向角度。副减速器4222的外壳包括上壳和下壳，上壳外缘设有一圈凹槽，下壳外缘设有相匹配的凸起，上壳和下壳通过凹槽与凸起的配合提高安装精度。转轴423为阶梯轴，转轴的顶端设有外凸的四个卡爪4231，副减速器的输出齿轮内设四个卡槽，转轴以其顶端与副减速器相连，卡爪伸至卡槽内并填塞八只减震胶垫 426，可以承受正反转两个方向冲击，防止撞击时导致齿轮损坏。转轴以其底部与减震支架通过穿过连接孔的螺栓相连。[0054]如图3所示，一对位移轮总成4分别置于中部的轮槽内通过螺栓与底架装配。[0055]如图10所示，位移轮总成5包括位移轮51、位置传感器52、连杆机构53 和安装座54。连杆机构53包括长连杆531、短连杆532和H型连杆533，长连杆531的上端设有槽口，下端设有连接孔，中部设有铰接轴；安装座54包括基板541和一对设置于基板上的耳座542。装配时，将短连杆的一端插入安装座顶部的耳座内通过销轴铰接、另一端插入长连杆顶部的槽口内配合销轴铰接；将H型连杆与短连杆平行布置、其一端卡于安装座的底部耳座外，通过销轴铰接，并在销轴外设置扭簧、另一端铰接于长连杆中部外的铰接轴上；将长连杆的底端与位移轮的轮轴相连；再将安装座置于底架中部的槽口内，通过穿过基本的紧固件与底架锁紧即可。[0056]相较于现有的机器人底盘而言，本底盘搭载了一套四轮四驱四转向的驱动系统，可实现原地转向，极大的缩短了转弯半径，可适应更多狭窄路段的往返巡逻；驱动轮总成采用轮毂电机驱动、舵机控制转向，转向时有效避免了驱动轮与地面产生滑动摩擦，位置数据精确；四驱系统在应对爬坡和越障路况表现较好，在应对不同的恶劣地形的时候往往能够保持稳定和极好的通过性；同时增加两套位移轮装置，位移轮非驱动轮，无打滑现象，两套位移轮分别集成编码器，可精确计算及补偿机器人底盘的位移数据；在底盘四周配备气压管和配套的气压传感器，当外部与底盘发生碰撞，气压管会因此受到压缩，造成气压管内气压发生明显变化，气压传感器感应到气压变化后向核心控制盒发出信号，底盘做出判断会反向移动，解除碰撞；并且底盘的检修口采用上下搭接止口形式，内部布置了整圈密封条，通过螺钉压紧，整机防护等级达IP55，可同时适应室内室外多种不同的工作场景。[0057]综上所述，这种机器人划分为底盘、机身和机头三部分，实现模块化，各部分功能划分清晰，并且内部元器件也相对。这样的构成方式能够使机器人在某个技术领域完成快速的更新、迭代而不影响其他部件，达到快速响应市场的需求。同时还可以根据实际需要旋转不同的机身、机头进行搭配，节省了单一定制的开发成本，也降低了客户的购买成本。另一方面由于将各驱动轮总成分别安装于对应的轮槽内，各驱动轮总成工作，可实现原地转向，极大的缩短了转弯半径，可适应更多狭窄路段的往返巡逻；将各位移轮总成安装于其对于的轮槽内，位移轮非驱动轮，无打滑现象，可精确计算及补偿各种工况下机器人底盘的位移数据，从而能够适用于不同的各种场景。

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