一种自平衡巡检机器人的制作方法

1.本实用新型涉及一种自平衡巡检机器人。


背景技术：

2.随着人工智能技术的发展，智能巡检机器人已成为当今社会的三大巡检方式之一。移动机器人机构是巡检机器人中的重要组成部分。巡检机器人在遇到障碍时，可能会发生倾斜或弹跳，当发生倾斜时，现有巡检机器人往往不能灵敏的调节自身回正，倾倒情况时有发生。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种自平衡巡检机器人。
4.本实用新型采用以下技术方案
5.一种自平衡巡检机器人，包括底板，所述底板安装有使机器人行走转向的驱动转向机构，还包括动量平衡机构，所述动量平衡机构包括安装于底板的第一动力机构、第一动量轮、第二动力机构和第二动量轮，所述第一动力机构驱动所述第一动量轮转动，所述第二动力机构驱动所述第二动量轮转动；
6.当机器人向左倾斜时，第一动力机构带动所述第一动量轮转动，第二动力机构制动，当机器人向右倾斜时，第二动力机构带动所述第二动量轮转动，第一动力机构制动。
7.可选地，所述第一动力机构包括第一电机、第一伞齿轮、第二伞齿轮，所述第一电机的输出轴和所述第一伞齿轮固定安装，所述第一伞齿轮和所述第二伞齿轮相啮合，所述第二伞齿轮和所述第一动量轮同轴传动连接，所述第二动力机构包括第二电机、第三伞齿轮、第四伞齿轮，所述第二电机的输出轴和所述第三伞齿轮固定安装，所述第三伞齿轮和所述第四伞齿轮相啮合，所述第四伞齿轮和所述第二动量轮同轴传动连接。
8.可选地，所述驱动转向机构包括驱动机构和转向机构，所述转向机构可转动的安装在底板上，所述驱动机构安装于底板下，所述转向机构驱动所述驱动机构转向。
9.可选地，所述转向机构包括转向电机、拨叉和转向套，所述转向电机安装于所述底板，所述转向套和所述转向电机的输出轴固定连接，所述拨叉一端和所述转向套轴向相对滑动周向相对固定的连接，所述转向套设有滑槽，所述拨叉一端设有凸起，所述拨叉一端伸入转向套，所述凸起与滑槽滑动的连接。
10.可选地，所述底板和所述拨叉之间设有减震机构，所述减震机构包括减震弹簧、第一弹簧碗托和第二弹簧碗托，所述第一弹簧碗托设有第一内孔，所述第二弹簧碗托设有第二内孔，所述拨叉的一端穿过所述第一内孔和所述第二内孔，所述减震弹簧设在所述第一弹簧碗托和所述第二弹簧碗托之间。
11.可选地，所述转向机构包括转向电机和拨叉，所述转向电机安装于所述底板，所述拨叉包括横向连接件、竖向连接件，所述横向连接件和所述转向电机的输出轴固定连接，所述竖向连接件一端和所述横向连接件的一侧铰接，所述竖向连接件另一端和所述横向连接
件的另一侧之间设有弹跳结构。
12.可选地，所述弹跳结构包括动力电机、导向柱、导向套和支撑连接件，所述支撑连接件和所述竖向连接件另一端铰接，所述动力电机安装于所述支撑连接件，所述导向柱和所述支撑连接件可转动的连接，所述动力电机和所述导向柱传动连接以驱动导向柱转动，所述导向套套设于所述导向柱外，所述导向套和所述横向连接件的另一侧铰接，所述导向套设有螺旋滑槽，所述螺旋滑槽绕所述导向套一周，螺旋滑槽两端之间设有轴向滑槽，导向柱设有和螺旋滑槽、轴向滑槽配合的凸起滑块，所述导向柱和所述导向套之间设有弹性件。
13.可选地，所述驱动机构包括驱动电机、驱动轮，所述驱动电机安装在所述拨叉上，所述驱动轮和所述拨叉转动的连接，所述驱动轮和所述驱动电机的输出轴固定连接。
14.可选地，所述底板设有伸缩升降机构，所述底板上方固定安装有支架，所述支架设有用于驱动伸缩升降机构升降的电动马达，伸缩升降机构的顶部安装有探测器。
15.可选地，所述伸缩升降机构包括变螺距丝杆和变螺距螺母，所述变螺距螺母套设在所述变螺距丝杆外，所述变螺距丝杆和所述底板周向相对固定轴向相对滑动的连接，所述变螺距丝杆包括多个连接座、螺旋件，多个所述连接座从下向上依次排列，上下相邻的两所述连接座之间设有相互套接的多个套件，最里侧的套件和其上方的所述连接座固定连接，最外侧的套件和其下方的所述连接座固定连接，所述螺旋件环绕于连接座外，并且和所述连接座铰接，所述变螺距螺母内设有与螺旋件配合的螺旋槽，变螺距螺母内的螺旋槽分为上段螺旋槽和下段螺旋槽，上段螺旋槽的螺距比下段螺旋槽的螺距大，所述变螺距螺母和电动马达齿轮传动连接。
16.采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
17.本实用新型提供的一种自平衡巡检机器人，它具有动量平衡机构，在机器人发生倾斜时，动量平衡机构能够使机器人保持平衡。
附图说明
18.图1为本实用新型驱动轮相平行时的机器人示意图；
19.图2为本实用新型驱动轮共线时的机器人示意图；
20.图3为本实用新型转向机构的示意图；
21.图4为本实用新型驱动机构的示意图；
22.图5为本实用新型动量平衡机构的示意图；
23.图6为本实用新型巡检机器人另一实施方式示意图；
24.图7为本实用新型转向机构的示意图；
25.图8为本实用新型弹跳结构的爆炸图；
26.图9为本实用新型导向柱的透视图；
27.图10为本实用新型伸缩升降机构的爆炸图；
28.图11为本实用新型变螺距丝杆剖视图；
29.图12为本实用新型变螺距螺母剖视图。
30.示意图中的标号说明：
31.1、底板；11、通孔；12、凹槽；2、转向机构；21、转向电机；22、转向电机安装架；23、转向套；231、滑槽；241、拨叉；2411、凸起；2412、安装孔；242、减震弹簧；243、第一弹簧碗托；
2431、第一内孔；244、第二弹簧碗托；2441、第二内孔；3、驱动机构；31、驱动电机；32、驱动电机安装板；33、传动轴；34、驱动轮；35、联轴器；4、动量平衡机构；41、第一电机安装板；42、第一电机；43、第一伞齿轮；44、第二伞齿轮；45、第一支撑座；46、第一动量轮；47、第一传动轴；48、第二支撑座；49、第二动量轮；410、第二传动轴；411、第三支撑座；412、第四伞齿轮；413、第二电机安装板；414、第二电机；415、第三伞齿轮；5、支架；6、探测器；71、横向连接件；72、竖向连接件；73、动力电机；74、导向柱；741、凸起滑块；75、导向套；751、螺旋滑槽；752、轴向滑槽；76、支撑连接件；77、弹性件；78、过渡连接件；81、电动马达；82、变螺距丝杆；821、连接座；822、套件；823、内凸筋；824、外凸筋83、变螺距螺母；831、上段螺旋槽；832、下段螺旋槽；84、周向限位套筒；85、螺旋件。
具体实施方式
32.为进一步了解本实用新型的内容，结合附图1-12及实施例对本实用新型作详细描述。
33.结合附图1-12，本实施例的一种自平衡巡检机器人，包括底板1、转向驱动机构和动量平衡机构4，转向驱动机构包括转向机构2和驱动机构3。转向机构2包括转向电机21、拨叉241、转向套23，转向电机21通过转向电机安装架22安装固定在底板1上，转向套23和转向电机21的输出轴固定连接，转向套23设有滑槽231，拨叉241一端设有凸起2411，拨叉241一端伸入转向套23内，凸起2411和滑槽231滑动的连接。凸起2411和滑槽231配合使转向套23和拨叉241之间可轴向相对滑动周向相对固定。
34.驱动机构3包括驱动电机31、驱动轮34，驱动电机31通过驱动电机安装板32安装在拨叉241一侧，驱动轮34设有传动轴33，所述拨叉241设有安装孔2412，传动轴33一端在安装孔2412内与安装孔2412转动的连接，传动轴33另一端与驱动轮34固定连接，传动轴33另一端与驱动电机31的输出轴通过联轴器35固定连接。
35.底板1和拨叉241之间设有减震机构，减震机构包括减震弹簧242、第一弹簧碗托243和第二弹簧碗托244，第一弹簧碗托243设有第一内孔2431，第二弹簧碗托244设有第二内孔2441。拨叉241的一端穿过第一内孔2431，拨叉241的一端和第一内孔2431转动连接。减震弹簧242套在拨叉241一端外，并且减震弹簧242一端滑动的连接在第一弹簧碗托243上。拨叉241一端穿过第二内孔2441，第二弹簧碗托244和减震弹簧242另一端滑动的连接。底板1设有通孔11，拨叉241一端穿过通孔11，使拨叉241和底板1转动的连接，第二弹簧碗托244和底板1滑动的连接。减震弹簧242设在第一弹簧碗托243和第二弹簧碗托244之间。
36.底板1中间设有凹槽12，底板1上设有支架5，凹槽12位于支架5的下方，动量平衡机构4安装在凹槽12内。动量平衡机构4包括安装于底板1的第一动力机构、第一动量轮46、第二动力机构和第二动量轮49，第一动力机构驱动第一动量轮46转动，第二动力机构驱动第二动量轮49转动。第一动力机构包括第一电机42、第一伞齿轮43、第二伞齿轮44，第一电机42通过第一电机安装板41安装于支架5，第一电机42的输出轴和第一伞齿轮43固定安装。底板1的凹槽12内设有第一支撑座45、第二支撑座48和第三支撑座411，第一支撑座45转动的连接有第一传动轴47，第一传动轴47一端和第一支撑座45转动的连接，第一传动轴47另一端和第二支撑座48转动的连接。第二伞齿轮44固定安装在第一传动轴47一端，第一动量轮46固定安装在第一传动轴47中间，第一伞齿轮43和第二伞齿轮44相啮合。第二动力机构包
括第二电机414、第三伞齿轮415、第四伞齿轮412，第二电机414的输出轴和第三伞齿轮415固定安装，第二电机414通过第二电机安装板413安装于支架5，第二支撑座48转动的连接有第二传动轴410，第二传动轴410的一端和第三支撑座411转动的连接，第二传动轴410的另一端和第二支撑座48转动的连接，第四伞齿轮412固定安装在第二传动轴410一端，第二动量轮49固定安装在第二传动轴410中间，第三伞齿轮415和第四伞齿轮412相啮合。
37.支架5上方固定安装有探测器6。
38.本实施例中设有两个转向机构2和两个驱动机构3。通过两个转向机构2分别控制两个驱动机构3。在宽阔道路上行进时，转向电机21带动转向套23转动，转向套23上的滑槽231带动拨叉241上的凸起2411使拨叉241转动，使两个驱动轮34平行。然后，通过驱动机构3控制机器人的运动速度和方向，驱动电机31带动联轴器35转动，联轴器35带动传动轴33转动，传动轴33带动驱动轮34转动，使机器人向前运动。通过两个驱动电机31差速控制转向。在通过较窄的道路时，通过转向机构2控制驱动机构3，使两个驱动轮34共线，通过控制其中一个转向机构2，控制机器人的运动方向。然后，通过控制驱动机构3控制机器人的运动速度。两个驱动轮34共线可以减小机器人行进的宽度，增强其适应道路的能力。在不平道路上，拨叉241带动第一弹簧碗托243向上运动，压缩减震弹簧242，同时拨叉241上的凸起2411在转向套23的滑槽231内滑动，达到减震的目的。
39.通过动量平衡机构4控制机器人在静止及运动状态下的平衡。当机器人向左倾斜时，第一电机42带动第一伞齿轮43转动，第一伞齿轮43带动第二伞齿轮44转动，第二伞齿轮44带动第一传动轴47转动，第一传动轴47带动第一动量轮46向右转动，第二电机414带动第三伞齿轮415制动，第三伞齿轮415带动第四伞齿轮412制动，第四伞齿轮412带动第二传动轴410制动，第二传动轴410带动第二动量轮49制动，使机器人恢复至平衡状态。相同的，当机器人向右倾斜时，第二电机414带动第三伞齿轮415转动，第三伞齿轮415带动第四伞齿轮412转动，第四伞齿轮412带动第二传动轴410转动，第二传动轴410带动第二动量轮49向左转动，第一电机42带动第一伞齿轮43制动，第一伞齿轮43带动第二伞齿轮44制动，第二伞齿轮44带动第一传动轴47制动，第一传动轴47带动第一动量轮46制动，使机器人恢复至平衡状态，避免电机频繁换向导致平衡调整不及时，甚至损坏电机。
40.结合附图6-9，在另一实施方式中，拨叉设有弹跳结构。弹跳结构使巡检机器人在遇到凹坑时，可以跳过去。拨叉包括横向连接件71、竖向连接件72，横向连接件71中部和转向电机的输出轴固定连接，竖向连接件72一端和横向连接件71的一侧铰接，竖向连接件72另一端和横向连接件71的另一侧之间设有弹跳结构。弹跳结构包括动力电机73、导向柱74、导向套75和支撑连接件76，支撑连接件76和竖向连接件72另一端铰接。动力电机73安装于支撑连接件76，导向柱74和支撑连接件76可转动的连接，动力电机73和导向柱74皮带传动连接以驱动导向柱74转动。导向套75套设于导向柱74外，导向套75的上端固定有过渡连接件78，过渡连接件78和横向连接件71的另一侧铰接。过渡连接件78和支撑连接件76之间设有弹性件77，弹性件77为弹簧。导向套75设有螺旋滑槽751，螺旋滑槽751绕导向套75一周，螺旋滑槽751两端之间设有轴向滑槽752，导向柱74设有和螺旋滑槽751、轴向滑槽752配合的凸起滑块741。当巡检机器人遇到凹坑时，动力电机73会带动导向柱74转动。导向柱74转动带动凸起滑块741在螺旋滑槽751内向上滑动，导向柱74向上运动会压缩弹性件77，当凸起滑块741滑动到螺旋滑槽751的顶端时就从轴向滑槽752的顶端向下运动，完成释放动作，
从而为巡检机器人提供一个弹跳力，使巡检机器人跳动。驱动电机和驱动轮安装在竖向连接件72的另一端。转向电机转动可带动拨叉转动，拨叉转动可带动驱动轮转向。驱动电机可驱动驱动轮转动。
41.结合附图6、10-12，底板1设有伸缩升降机构，底板1上方固定安装有支架5，支架5设有用于驱动伸缩升降机构升降的电动马达81，伸缩升降机构的顶部安装有探测器6。伸缩升降机构通过升高带动探测器6升高，以获得高远处视角。
42.伸缩升降机构包括变螺距丝杆82和变螺距螺母83，变螺距螺母83套设在变螺距丝杆82外。底板1固定有周向限位套筒84，周向限位套筒84的横截面为方形，变螺距丝杆82的底部设在周向限位套筒84内，变螺距丝杆82的底部的横截面也为方形，以使变螺距丝杆82相对于底板1周向相对固定轴向相对滑动的连接。变螺距丝杆82包括多个连接座821、螺旋件85，多个连接座821从下向上依次排列。上下相邻的两连接座821之间设有相互套接的三个套件822，从里向外套件822的直径依次增大。最里侧的套件822和其上方的连接座821固定连接，最外侧的套件822和其下方的连接座821固定连接，套件822和套件822之间可相互上下滑动。最里侧的套件822和中间的套件822之间设有防脱结构，防脱结构包括设于最里侧套件822外表面的外凸筋824和设于中间件套件822内表面的内凸筋823，内套件822向上滑动时，防脱结构防止最里侧的套件822脱离最外侧的套件822。中间套件822和最外侧的套件822之间也设有上述同样的防脱结构。螺旋件85环绕于连接座821外，并且和连接座821铰接。螺旋件85每半个螺距设置一个铰接点，铰接点处与连接座821铰接。变螺距螺母83内设有与螺旋件85配合的螺旋槽，变螺距螺母83内的螺旋槽分为上段螺旋槽831和下段螺旋槽832，上段螺旋槽831的螺距比下段螺旋槽832的螺距大。支架5设有用于规避变螺距丝杆82的规避孔，变螺距丝杆82穿过规避孔。变螺距螺母83外设有一圈传动齿轮，电动马达81的输出轴固定有主动齿轮，主动齿轮和传动齿轮啮合。主动齿轮和传动齿轮均设在支架5的下方。
43.当需要将探测器6升起时，驱动电动马达81，电动马达81转动带动变螺距螺母83转动，变螺距螺母83转动带动螺旋件85在螺旋槽内螺旋上升，螺旋件85上升带动连接座821上升，当螺旋件85转动到上段螺旋槽831的位置时，螺旋件85之间的螺距变大，同时使两相邻的连接座821之间间距增大，使变螺距丝杆82伸长。当电动马达81带动变螺距螺母83回旋时，螺旋件85螺旋下降，螺旋件85下降带动连接座821下降，当螺旋件85转动到下段螺旋槽832的位置时，螺旋件85之间的螺距变小，同时使两相邻的连接座821之间的间距变小，使变螺距丝杆82缩短。具体应用时，相邻的梁连接座821之间设有弹簧，以辅助变螺距丝杆82升起。
44.以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。