全文摘要
本实用新型公开了一种模块化巡线机器人及使用该机器人的系统，采用上述结构，基本模组为底板、托板、支撑装置和驱动装置构成，控制模块可以根据需求进行设置，本方案还包括基础的巡线机器人所需的高清摄像头和颜色传感器；机器人通过驱动装置实现向各个方向的运动和转向，机器人底部的颜色传感器用于对识别机器人下方站点的颜色，前方的高清摄像头用于识别巡线轨道的图像。通过在地面喷涂轨道的方法，使机器人的程序只涉及识别轨道和沿轨道行驶即可，不需要复杂的定位和导航程序，适用于学校这种始发地和目的地固定的区域，编程难度较低，可靠性高，且不占用通信资源，不需要后台服务器进行支持，能够大批量的使用。
主设计要求
1.一种模块化巡线机器人，其特征在于：包括底板(1)、设置在底板(1)上表面边缘的支撑装置和通过支撑装置设置在底板(1)上方与底板(1)平行的托板(2)；所述底板(1)上表面还设置有控制模块(3)和与控制模块(3)连接的若干驱动装置(4)，所述驱动装置(4)上设置有转轴(401)；所述底板(1)的下表面设置有颜色传感器(6)和云台(8)，所述云台(8)上还连接有高清摄像头(7)，所述颜色传感器(6)设置在底板(1)下表面的几何中心，所述云台(8)设置在底板(1)下表面的边缘。
设计方案
1.一种模块化巡线机器人，其特征在于：
包括底板(1)、设置在底板(1)上表面边缘的支撑装置和通过支撑装置设置在底板(1)上方与底板(1)平行的托板(2)；
所述底板(1)上表面还设置有控制模块(3)和与控制模块(3)连接的若干驱动装置(4)，所述驱动装置(4)上设置有转轴(401)；
所述底板(1)的下表面设置有颜色传感器(6)和云台(8)，所述云台(8)上还连接有高清摄像头(7)，所述颜色传感器(6)设置在底板(1)下表面的几何中心，所述云台(8)设置在底板(1)下表面的边缘。
2.根据权利要求1所述的一种模块化巡线机器人，其特征在于：所述支撑装置包括与底板(1)上表面连接的支撑座(501)，支撑座(501)的上表面开有竖直向下的凹槽，还包括一端插入凹槽内的支撑杆(503)，支撑杆(503)的另一端通过设置有与托板(2)匹配的连接板(504)，支撑杆(503)插入凹槽内一端的底部通过弹簧(502)与凹槽的底部连接。
3.根据权利要求2所述的一种模块化巡线机器人，其特征在于：所述连接板上开有螺孔，托板(2)通过螺栓(505)与连接板(504)固定。
4.根据权利要求1所述的一种模块化巡线机器人，其特征在于：所述颜色传感器(6)的周围还设置有补光灯(10)。
5.根据权利要求1所述的一种模块化巡线机器人，其特征在于：所述底板(1)的侧面还设置有超声波传感器(9)。
6.根据权利要求5所述的一种模块化巡线机器人，其特征在于：包括至少一个位置与云台(8)匹配的超声波传感器(9)。
7.根据权利要求1所述的一种模块化巡线机器人，其特征在于：所述托板(2)的上表面还设置有传感器组(11)，所述传感器组(11)设置在云台(8)的正上方。
8.根据权利要求1所述的一种模块化巡线机器人，其特征在于：所述托板(2)的上表面边缘还设置有固定桩(12)。
9.根据权利要求1所述的一种模块化巡线机器人，其特征在于：所述转轴上连接有麦克纳姆轮。
10.一种模块化巡线机器人系统，包括如权利要求1所述的一种模块化巡线机器人，其特征在于：还包括预设的站点和站点与站点之间的巡线轨道；
所述站点为喷涂在地面上的圆形标识，每个站点的颜色与其他站点的颜色不同；
所述巡线轨道为喷涂在地面上的标识带，所述标识带包括两段与两端站点连接的识别区和两段识别区之间的保持区，所述保持区为白色底带标识条，所述标识条上还设置有黑色色带，所述识别区为平行于标识带延伸方向间隔设置的目标站点颜色和白色标识条。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及机器人导航领域，特别涉及一种模块化巡线机器人及使用该机器人的系统。
背景技术
巡线机器人：巡线机器人是以移动机器人作为载体，以可见光摄像机、红外热成像仪、其它检测仪器作为载荷系统，以机器视觉—电磁场—GPS——GIS的多场信息融合作为机器人自主移动与自主巡检的导航系统，以嵌入式计算机作为控制系统的软硬件开发平台；具有障碍物检测识别与定位、自主作业规划、自主越障、对输电线路及其线路走廊自主巡检、巡检图像和数据的机器人本体自动存储与远程无线传输、地面远程无线监控与遥控、电能在线实时补给、后台巡检作业管理与分析诊断等功能。
由于学生交作业和老师发作业时，会有大量的习题本在教室和办公室之间搬运，一般由学生帮老师完成，但是，搬运重物容易对身体造成损伤，影响学生的发育，因此急需一种容错度高，编程简单的巡线机器人辅助搬运重物。
发明内容
本实用新型的目的在于：提供了一种模块化巡线机器人及使用该机器人的系统，解决了由于学生交作业和老师发作业时，会有大量的习题本在教室和办公室之间搬运，一般由学生帮老师完成，但是，搬运重物容易对身体造成损伤，影响学生的发育，因此急需一种容错度高，编程简单的巡线机器人辅助搬运重物的问题。
本实用新型采用的技术方案如下：
一种模块化巡线机器人，包括底板、设置在底板上表面边缘的支撑装置和通过支撑装置设置在底板上方与底板平行的托板；
所述底板上表面还设置有控制模块和与控制模块连接的若干驱动装置，所述驱动装置上设置有转轴；
所述底板的下表面设置有颜色传感器和云台，所述云台上还连接有高清摄像头，所述颜色传感器设置在底板下表面的几何中心，所述云台设置在底板下表面的边缘。
采用上述结构，基本模组为底板、托板、支撑装置和驱动装置构成，控制模块可以根据需求进行设置，本方案还包括基础的巡线机器人所需的高清摄像头和颜色传感器；机器人通过驱动装置实现向各个方向的运动和转向，机器人底部的颜色传感器用于对识别机器人下方站点的颜色，前方的高清摄像头用于识别巡线轨道的图像。通过在地面喷涂轨道的方法，使机器人的程序只涉及识别轨道和沿轨道行驶即可，不需要复杂的定位和导航程序，适用于学校这种始发地和目的地固定的区域，编程难度较低，可靠性高，且不占用通信资源，不需要后台服务器进行支持，能够大批量的使用。
进一步的，所述支撑装置包括与底板上表面连接的支撑座，支撑座的上表面开有竖直向下的凹槽，还包括一端插入凹槽内的支撑杆，支撑杆的另一端通过设置有与托板匹配的连接板，支撑杆插入凹槽内一端的底部通过弹簧与凹槽的底部连接。采用上述结构，在机器人通过颠簸的路段时能有效的对机器人进行减震，减震原理类似于汽车的非承载式结构，减震效果好。
进一步的，所述连接板上开有螺孔，托板通过螺栓与连接板固定。采用上述结构，便于多托板进行拆装，可以及时更换托板以适应不同的需求。
进一步的，所述颜色传感器的周围还设置有补光灯。避免底板下方的环境过按导致颜色传感器无法识别底部的颜色。
进一步的，所述底板的侧面还设置有超声波传感器。用于检测机器人周围的障碍物，为机器人避障提供服务。
进一步的，包括至少一个位置与云台匹配的超声波传感器。由于云台所在方向一般为机器人面对的方向，正常情况下机器人面对云台方向行驶最多，因此在与云台匹配的位置设置超声波传感器。
进一步的，所述托板的上表面还设置有传感器组，所述传感器组设置在云台的正上方。所述传感器组包括超声波传感器和颜色传感器，超声波传感器用于检测当托板上的货物码的较高时，高处是否有凸起的障碍，减小底板周围超声波传感器的盲区。颜色传感器用于检测周围环境光的颜色，为底板下方的颜色传感器提供修正参数。
进一步的，所述托板的上表面边缘还设置有固定桩。通过在托板上表面设置固定桩的方法，在托板上码垛货物时，可以将货物或者货物的牵引绳固定在固定桩上，使货物不易从托板上滑落。
进一步的，所述转轴上连接有麦克纳姆轮。这种全方位移动方式是基于一个有许多位于机轮周边的轮轴的中心轮的原理上，这些成角度的周边轮轴把一部分的机轮转向力转化到一个机轮法向力上面。依靠各自机轮的方向和速度，这些力的最终合成在任何要求的方向上产生一个合力矢量从而保证了这个平台在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，而不改变机轮自身的方向。在它的轮缘上斜向分布着许多小滚子，故轮子可以横向滑移。小滚子的母线很特殊，当轮子绕着固定的轮心轴转动时，各个小滚子的包络线为圆柱面，所以该轮能够连续地向前滚动。麦克纳姆轮结构紧凑，运动灵活，是很成功的一种全方位轮。有个这种新型轮子进行组合，可以更灵活方便的实现全方位移动功能。
一种模块化巡线机器人系统，包括所述模块化巡线机器人，还包括预设的站点和站点与站点之间的巡线轨道；
所述站点为喷涂在地面上的圆形标识，每个站点的颜色与其他站点的颜色不同；
所述巡线轨道为喷涂在地面上的标识带，所述标识带包括两段与两端站点连接的识别区和两段识别区之间的保持区，所述保持区为白色底带标识条，所述标识条上还设置有黑色色带，所述识别区为平行于标识带延伸方向间隔设置的目标站点颜色和白色标识条。
本方案基于图像识别技术，通过在每个班级或者办公室前设置站点，使小车能往返于各个教室和办公室，同时，通过在地面喷涂轨道的方法，使小车的程序只涉及识别轨道和沿轨道行驶即可，不需要复杂的定位和导航程序，适用于学校这种始发地和目的地固定的区域，编程难度较低，可靠性高，且不占用通信资源，不需要后台服务器进行支持，能够大批量的使用。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型一种模块化巡线机器人及使用该机器人的系统，解决了由于学生交作业和老师发作业时，会有大量的习题本在教室和办公室之间搬运，一般由学生帮老师完成，但是，搬运重物容易对身体造成损伤，影响学生的发育的问题；
2.本实用新型一种模块化巡线机器人及使用该机器人的系统，通过在地面喷涂轨道的方法，使机器人的程序只涉及识别轨道和沿轨道行驶即可，不需要复杂的定位和导航程序，适用于学校这种始发地和目的地固定的区域；
3.本实用新型一种模块化巡线机器人及使用该机器人的系统，编程难度较低，可靠性高，且不占用通信资源，不需要后台服务器进行支持，能够大批量的使用；
4.本实用新型一种模块化巡线机器人及使用该机器人的系统，机器人采用模块化设计，便于根据需求进行定制升级。
附图说明
本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本实用新型的机器人模块结构图；
图2是本实用新型的系统地图模型示意图；
图3是本实用新型的系统地图模型示意图；
图中，1-底板，2-托板，3-控制模块，4-驱动装置，401-转轴，501-支撑座，502弹簧，503-支撑杆，504-连接板，505-螺栓，6-颜色传感器，7-高清摄像头，8-云台，9-超声波传感器，10-补光灯，11-传感器组，12-固定桩。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和\/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合图1、图2对本实用新型作详细说明。
实施例1
一种模块化巡线机器人，包括底板1、设置在底板1上表面边缘的支撑装置和通过支撑装置设置在底板1上方与底板1平行的托板2；
所述底板1上表面还设置有控制模块3和与控制模块3连接的若干驱动装置4，所述驱动装置4上设置有转轴401；
所述底板1的下表面设置有颜色传感器6和云台8，所述云台8上还连接有高清摄像头7，所述颜色传感器6设置在底板1下表面的几何中心，所述云台6设置在底板1下表面的边缘。
采用上述结构，基本模组为底板1、托板2、支撑装置和驱动装置4构成，控制模块3可以根据需求进行设置，本方案还包括基础的巡线机器人所需的高清摄像头7和颜色传感器6；机器人通过驱动装置4实现向各个方向的运动和转向，机器人底部的颜色传感器6用于对识别机器人下方站点的颜色，前方的高清摄像头7用于识别巡线轨道的图像。通过在地面喷涂轨道的方法，使机器人的程序只涉及识别轨道和沿轨道行驶即可，不需要复杂的定位和导航程序，适用于学校这种始发地和目的地固定的区域，编程难度较低，可靠性高，且不占用通信资源，不需要后台服务器进行支持，能够大批量的使用。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，所述支撑装置包括与底板1上表面连接的支撑座501，支撑座501的上表面开有竖直向下的凹槽，还包括一端插入凹槽内的支撑杆503，支撑杆503的另一端通过设置有与托板2匹配的连接板504，支撑杆503插入凹槽内一端的底部通过弹簧502与凹槽的底部连接。采用上述结构，在机器人通过颠簸的路段时能有效的对机器人进行减震，减震原理类似于汽车的非承载式结构，减震效果好。
进一步的，所述连接板上开有螺孔，托板2通过螺栓505与连接板504固定。采用上述结构，便于多托板2进行拆装，可以及时更换托板2以适应不同的需求。
进一步的，所述颜色传感器6的周围还设置有补光灯10。避免底板1下方的环境过按导致颜色传感器6无法识别底部的颜色。
进一步的，所述底板1的侧面还设置有超声波传感器9。用于检测机器人周围的障碍物，为机器人避障提供服务。
进一步的，包括至少一个位置与云台8匹配的超声波传感器9。由于云台8所在方向一般为机器人面对的方向，正常情况下机器人面对云台8方向行驶最多，因此在与云台8匹配的位置设置超声波传感器9。
进一步的，所述托板2的上表面还设置有传感器组11，所述传感器组11设置在云台8的正上方。所述传感器组11包括超声波传感器和颜色传感器，超声波传感器用于检测当托板2上的货物码的较高时，高处是否有凸起的障碍，减小底板周围超声波传感器9的盲区。颜色传感器用于检测周围环境光的颜色，为底板1下方的颜色传感器6提供修正参数。
进一步的，所述托板2的上表面边缘还设置有固定桩12。通过在托板2上表面设置固定桩12的方法，在托板2上码垛货物时，可以将货物或者货物的牵引绳固定在固定桩12上，使货物不易从托板2上滑落。
进一步的，所述转轴上连接有麦克纳姆轮。这种全方位移动方式是基于一个有许多位于机轮周边的轮轴的中心轮的原理上，这些成角度的周边轮轴把一部分的机轮转向力转化到一个机轮法向力上面。依靠各自机轮的方向和速度，这些力的最终合成在任何要求的方向上产生一个合力矢量从而保证了这个平台在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，而不改变机轮自身的方向。在它的轮缘上斜向分布着许多小滚子，故轮子可以横向滑移。小滚子的母线很特殊，当轮子绕着固定的轮心轴转动时，各个小滚子的包络线为圆柱面，所以该轮能够连续地向前滚动。麦克纳姆轮结构紧凑，运动灵活，是很成功的一种全方位轮。有4个这种新型轮子进行组合，可以更灵活方便的实现全方位移动功能。
实施例3
一种模块化巡线机器人系统，包括所述模块化巡线机器人，还包括预设的站点和站点与站点之间的巡线轨道；
所述站点为喷涂在地面上的圆形标识，每个站点的颜色与其他站点的颜色不同；
所述巡线轨道为喷涂在地面上的标识带，所述标识带包括两段与两端站点连接的识别区和两段识别区之间的保持区，所述保持区为白色底带标识条，所述标识条上还设置有黑色色带，所述识别区为平行于标识带延伸方向间隔设置的目标站点颜色和白色标识条。
本方案基于图像识别技术，通过在每个班级或者办公室前设置站点，使小车能往返于各个教室和办公室，同时，通过在地面喷涂轨道的方法，使小车的程序只涉及识别轨道和沿轨道行驶即可，不需要复杂的定位和导航程序，适用于学校这种始发地和目的地固定的区域，编程难度较低，可靠性高，且不占用通信资源，不需要后台服务器进行支持，能够大批量的使用。
实施例4
所述巡线轨道包括三条并行的白色底带标识条。所述机器人通过识别区驶入保持区，保持行驶直到通过下一个识别区进入站点的过程中包括直线段和转弯端，其中：
直线段由机器人行驶方向左侧到右侧的三条并行的白色底带标识条中，中间的白色底带标识条喷涂为黑色；
左转段由机器人行驶方向左侧到右侧的三条并行的白色底带标识条中，左侧间的白色底带标识条喷涂为黑色；
右转段由机器人行驶方向左侧到右侧的三条并行的白色底带标识条中，右侧间的白色底带标识条喷涂为黑色。
采用上述方法，结构简单，不需要复杂的控制程序，仅需要通过变换三条并行的白色底带标识条上黑色色带的位置即可引导机器人进行直线行驶或转弯。
机器人在巡线状态下，前方的摄像头读取三条并行的白色底带标识条的黑白状态后的处理如下表1：
申请码:申请号:CN201920026941.0 申请日:2019-01-08 公开号:公开日:国家:CN 国家/省市:51(四川) 授权编号:CN209425452U 授权时间:20190924 主分类号:B25J 11/00 专利分类号:B25J11/00;B25J19/00 范畴分类:40E; 申请人:四川文理学院 第一申请人:四川文理学院 申请人地址:635000 四川省达州市通川区塔石路519号 发明人:蒲国林 第一发明人:蒲国林 当前权利人:四川文理学院 代理人:邹敏菲 代理机构:51230 代理机构编号:成都弘毅天承知识产权代理有限公司 优先权:关键词:当前状态:审核中 类型名称:外观设计
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