一种巡逻机器人论文和设计-吕哲诚

全文摘要

本实用新型涉及机器人技术领域，公开一种巡逻机器人。所述巡逻机器人包括：底盘驱动机构，底盘驱动机构包括车架、弹簧悬挂装置、电机和车轮，弹簧悬挂装置的一端设置在车架上，另一端连接有电机，电机的输出端连接有车轮，弹簧悬挂装置被配置为使车轮相对车架沿竖直方向摆动。本实用新型通过在巡逻机器人的底盘驱动机构设置弹簧悬挂装置，使车轮能够相对车架摆动，以调整车轮相对于车架的高度，进而使巡逻机器人在地形复杂的情况下行驶时，车架仍能够保持平稳，巡逻机器人能够适应各种地形的行驶，提高了巡逻机器人的灵活性。

主设计要求

1.一种巡逻机器人，其特征在于，包括：底盘驱动机构(1)，所述底盘驱动机构(1)包括车架、弹簧悬挂装置(14)、电机(12)和车轮(11)，所述弹簧悬挂装置(14)的一端设置在所述车架上，另一端连接有所述电机(12)，所述电机(12)的输出端连接有所述车轮(11)，所述弹簧悬挂装置(14)被配置为使所述车轮(11)相对所述车架摆动。

设计方案

1.一种巡逻机器人，其特征在于，包括：

底盘驱动机构(1)，所述底盘驱动机构(1)包括车架、弹簧悬挂装置(14)、电机(12)和车轮(11)，所述弹簧悬挂装置(14)的一端设置在所述车架上，另一端连接有所述电机(12)，所述电机(12)的输出端连接有所述车轮(11)，所述弹簧悬挂装置(14)被配置为使所述车轮(11)相对所述车架摆动。

2.根据权利要求1所述的巡逻机器人，其特征在于，所述弹簧悬挂装置(14)包括：

车架连接件(141)，所述车架连接件(141)固定在所述车架上；

电机连接件(142)，所述电机连接件(142)连接有所述电机(12)，所述电机连接件(142)转动连接在所述车架连接件(141)上；及

弹簧(143)，所述弹簧(143)一端转动连接在所述车架连接件(141)上，另一端转动连接在所述电机连接件(142)上。

3.根据权利要求1所述的巡逻机器人，其特征在于，所述车轮(11)设置有多个，每个所述车轮(11)均连接有一个所述电机(12)，且每个所述电机(12)均连接有所述弹簧悬挂装置(14)。

4.根据权利要求1所述的巡逻机器人，其特征在于，所述底盘驱动机构(1)还包括电源(13)，所述电源(13)固定在所述车架上，且与所述电机(12)电连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的巡逻机器人，其特征在于，所述巡逻机器人还包括电气控制模块(2)，所述电气控制模块(2)设置在所述底盘驱动机构(1)上，与所述底盘驱动机构(1)可拆卸连接，且能够控制所述电机(12)的运转。

6.根据权利要求5所述的巡逻机器人，其特征在于，所述电气控制模块(2)包括：

箱体(21)，所述箱体(21)与所述底盘驱动机构(1)可拆卸连接；

第一平台(24)，所述第一平台(24)盖设在所述箱体(21)顶部；及

电气控制元件(23)，所述电气控制元件(23)设置在所述箱体(21)与所述第一平台(24)形成的容纳空间中，能够控制所述电机(12)的运转。

7.根据权利要求6所述的巡逻机器人，其特征在于，所述箱体(21)上设置有接口面板(22)，所述接口面板(22)与所述电气控制元件(23)电连接；

所述接口面板(22)包括信号线接口、数据线接口和电源(13)线接口中的至少一个；

所述电气控制元件(23)与所述电机(12)通过所述接口面板(22)电连接。

8.根据权利要求5所述的巡逻机器人，其特征在于，所述巡逻机器人还包括机器人本体(3)，所述机器人本体(3)内设置有扩展功能模块，所述机器人本体(3)与所述电气控制模块(2)可拆卸连接，且所述扩展功能模块被配置为输出信号至所述电气控制模块(2)，并执行所述电气控制模块(2)的命令。

9.根据权利要求8所述的巡逻机器人，其特征在于，所述电气控制模块(2)的顶部设置有第一平台(24)，所述机器人本体(3)的底部设置有与所述第一平台(24)适配的第二平台(31)，所述第一平台(24)与所述第二平台(31)可拆卸连接；

所述机器人本体(3)和所述电气控制模块(2)二者中的一个设置有电气接口，另一个设置有与所述电气接口配合的电气接头，以电连接所述电气控制模块(2)和所述扩展功能模块。

10.根据权利要求8所述的巡逻机器人，其特征在于，所述扩展功能模块包括测距装置、报警装置、监控装置中的至少一种。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种巡逻机器人。

背景技术

巡逻机器人可以替代安保人员执行巡逻监控任务，降低人力成本。随着巡逻机器人技术的逐渐完善，巡逻机器人的应用范围也越来越宽。然而现有的巡逻机器人通常都是针对某一个特定的明确需求进行开发的，只能实现某一个特定的功能，具有使用场景狭窄的问题。应用场景变换后，现有的巡逻机器人无法适应新的应用场景，需要重新设计生产相应的巡逻机器人，消耗大量的人力物力，增加了巡逻机器人的开发成本。此外，巡逻机器人通常需要在户外作业，当户外地型较为复杂时，现有的巡逻机器人的运动往往会受到限制，甚至可能由于地势不平导致巡逻机器人侧翻，因此需要一种能够适应户外全地形稳定工作的巡逻机器人。

实用新型内容

基于以上所述，本实用新型的目的在于提供一种巡逻机器人，该巡逻机器人能够适应各种地形的行驶，具有较高的使用灵活性。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种巡逻机器人，包括：底盘驱动机构，所述底盘驱动机构包括车架、弹簧悬挂装置、电机和车轮，所述弹簧悬挂装置的一端设置在所述车架上，另一端连接有所述电机，所述电机的输出端连接有所述车轮，所述弹簧悬挂装置被配置为使所述车轮相对所述车架摆动。

作为一种巡逻机器人的优选方案，所述弹簧悬挂装置包括：车架连接件，所述车架连接件固定在所述车架上；电机连接件，所述电机连接件连接有所述电机，所述电机连接件转动连接在所述车架连接件上；及弹簧，所述弹簧一端转动连接在所述车架连接件上，另一端转动连接在所述电机连接件上。

作为一种巡逻机器人的优选方案，所述车轮设置有多个，每个所述车轮均连接有一个所述电机，且每个所述电机均连接有所述弹簧悬挂装置和所述电机均与所述车轮一一对应。

作为一种巡逻机器人的优选方案，所述底盘驱动机构还包括电源，所述电源固定在所述车架上，且与所述电机电连接。

作为一种巡逻机器人的优选方案，所述巡逻机器人还包括电气控制模块，所述电气控制模块设置在所述底盘驱动机构上，与所述底盘驱动机构可拆卸连接，且能够控制所述电机的运转。

作为一种巡逻机器人的优选方案，所述电气控制模块包括：箱体，所述箱体与所述底盘驱动机构可拆卸连接；第一平台，所述第一平台盖设在所述箱体顶部；及电气控制元件，所述电气控制元件设置在所述箱体与所述第一平台形成的容纳空间中，能够控制所述电机的运转。

作为一种巡逻机器人的优选方案，所述电气控制模块包括：所述箱体上设置有接口面板，所述接口面板与所述电气控制元件电连接；所述接口面板包括信号线接口、数据线接口和电源线接口中的至少一个；所述电气控制元件与所述电机通过所述接口面板电连接。

作为一种巡逻机器人的优选方案，所述巡逻机器人还包括机器人本体，所述机器人本体内设置有扩展功能模块，所述机器人本体与所述电气控制模块可拆卸连接，且所述扩展功能模块被配置为输出信号至所述电气控制模块，并执行所述电气控制模块的命令。

作为一种巡逻机器人的优选方案，所述电气控制模块的顶部设置有第一平台，所述机器人本体的底部设置有与所述第一平台适配的第二平台，所述第一平台与所述第二平台可拆卸连接；所述机器人本体和所述电气控制模块二者中的一个设置有电气接口，另一个设置有与所述电气接口配合的电气接头，以电连接所述电气控制模块和所述扩展功能模块。

作为一种巡逻机器人的优选方案，所述扩展功能模块包括测距装置、报警装置、监控装置中的至少一种。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过在巡逻机器人的底盘驱动机构设置弹簧悬挂装置，使车轮能够相对车架沿竖直方向摆动，以调整车轮相对于车架的高度，进而使巡逻机器人在地形复杂的情况下行驶时，车架仍能够保持平稳，巡逻机器人能够适应各种地形的行驶，提高了巡逻机器人的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的底盘驱动机构的仰视图；

图2是本实用新型提供的弹簧悬挂装置的立体图；

图3是本实用新型提供的弹簧悬挂装置的剖视图；

图4是本实用新型提供的底盘驱动机构运动状态对比图；

图5是本实用新型提供的电气控制模块的立体图；

图6是本实用新型提供的巡逻机器人分解结构的正视图；

图7是本实用新型提供的巡逻机器人的立体图。

图中：

1-底盘驱动机构，11-车轮，12-电机，13-电源，14-弹簧悬挂装置，141-车架连接件，141a-车架连接端，142-电机连接件，142a-电机连接端，143-弹簧，144-转轴，145-第一定位轴，146-第二定位轴，147-第一限位块，148-第二限位块；

2-电气控制模块，21-箱体，22-接口面板，23-电气控制元件，24-第一平台，25-电缆；

3-机器人本体，31-第二平台。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实施例提供一种巡逻机器人，该巡逻机器人包括底盘驱动机构1。底盘驱动机构1包括车架、电机12、电源13和车轮11。电机12连接在车架上，车轮11转动连接在电机12的输出端。电源13固定在车架上，且与驱动电机12电连接，通过设置电源13为电机12提供稳定的电能。由于巡逻机器人通常需要在户外作业，当户外地型较为复杂时，巡逻机器人的运动往往会受到限制，不能适应全地形工作。为了解决这一问题，底盘驱动机构1还包括弹簧悬挂装置14。弹簧悬挂装置14的一端设置在车架上，另一端连接有电机12，电机12的输出端连接有车轮，弹簧悬挂装置14被配置为使车轮11相对车架沿竖直方向摆动，以调整车轮11相对于车架的高度，使巡逻机器人在地形复杂的情况下行驶时，车架仍能够保持平稳。

具体而言，如图2-图3所示，弹簧悬挂装置14包括车架连接件141、电机连接件142和弹簧143。车架连接件141的顶部设置有车架连接端141a，弹簧悬挂装置14通过车架连接端141a固定在车架上。电机连接件142设置有电机连接端142a，电机连接端142a连接有电机12，电机连接件142转动连接在车架连接件141上，以改变电机12相对于车架的高度。弹簧143的一端转动连接在车架连接件141上，另一端转动连接在电机连接件142上，当电机连接件142相对车架连接件141转动时，弹簧143发生形变，能够向电机连接件142施加作用力以调整电机连接件142与车架连接件141的角度，进而调整车轮11相对于车架的高度，以使巡逻机器人行驶时车架保持平稳。为了使弹簧悬挂装置14更加稳定，每个弹簧悬挂装置14可以设置两个或两个以上弹簧143。车架连接件141与电机连接件142可以通过转轴144转动连接，弹簧143与电机连接件142可以通过第一定位轴145转动连接，弹簧143与车架连接件141可以通过第二定位轴146转动连接。当然，在其实施例中，其他能够实现车架连接件141、电机连接件142与弹簧143三个中任意两个之间的转动连接的方式均可以被采用。

弹簧143可以有多种设置方式，当电机连接端142a与第一定位轴145分别位于转轴144的两侧时，弹簧143可以选择压簧；当电机连接端142a与第一定位轴145均位于转轴144的同侧时，弹簧143可以选择拉簧；弹簧143也可以设置为扭力弹簧，扭力弹簧的两个弹性臂分别与第一定位轴145和第二定位轴146连接。

本实施例以弹簧143为压簧为例阐述弹簧悬挂装置14的工作原理。当底盘驱动机构1在平稳的路面行驶时，地面能够为车轮11提供竖直向上的支撑力，车轮11通过电机12与电机连接件142相连，为电机连接件142提供绕转轴144逆时针旋转的力，压簧为电机连接件142提供绕转轴144顺时针旋转的力，逆时针旋转的力与顺时针旋转的力相等，压簧处于平衡压缩状态，第一定位轴145和第二定位轴146间的距离保持恒定，车轮11与车架的相对高度不发生变化。当车轮11行进至凹坑上方时，车轮11悬空，地面无法为车轮11提供竖直向上的支撑力，车轮11与电机12无法为电机连接件142提供绕转轴144逆时针旋转的力，压簧被释放，第一定位轴145和第二定位轴146间的距离增大，电机连接件142绕转轴144顺时针旋转，电机12与车轮11相对车架沿竖直方向向下摆动，直至与地面接触。当车轮11行进至凸起上方时，车轮11受到竖直向上的力，带动电机12相对与车架沿竖直方向向上摆动，推动电机连接件142进一步绕转轴144逆时针旋转，第一定位轴145和第二定位轴146间的距离减小，压簧被进一步压缩。如图4所示，实线车轮11为车轮11的最低点状态，此时压簧被完全释放；虚线车轮11为车轮11位于最高点状态，此时压簧被完全压缩；最低点状态与最高点状态之间的差值即为车轮11可以适配的地面障碍行程。

为了防止压簧被过度压缩，第一定位轴145和第二定位轴146间还可以设置有限位结构。具体而言，第一定位轴145上设置有第一限位块147，第二定位轴146上设置有第二限位块148，第一限位块147和第二限位块148均穿设在压簧中。压簧被完全压缩时，第一限位块147和第二限位块148抵接，以限制电机连接件142进一步相对车架连接件141逆时针旋转。为了减轻第一限位块147和第二限位块148的碰撞，避免碰撞磨损和撞击噪音，第一限位块147和第二限位块148上均可以设置有减震块，减震块可以为橡胶，橡胶对声音和震动的传播有较好的缓和作用，且在较宽的温度范围内均能保持良好的弹性。当然，在其他实施例中，也可以仅在第一限位块147或第二限位块148上设置减震块，减震块也可以采用其他材质制成。

通过设置弹簧悬挂装置14，能够使底盘驱动机构1行驶在具有坡度或障碍物的底面时，或车轮11出现故障时，降低此类缺陷带来的冲击与振动。本实施例中，巡逻机器人能够在15°的斜坡上行驶，且能够跨越垂直高度为10cm的障碍，使底盘驱动机构1适应大部分户外地型。此外，弹簧悬挂装置14还可以在巡逻机器人的行驶速度发生变化时，例如巡逻机器人转弯、加速、减速时，平衡各个车轮11的受力，防止巡逻机器人侧翻。

为了巡逻机器人的平衡，车轮11设置有多个，每个车轮11均连接有一个电机12，且每个电机12均连接有一个弹簧悬挂装置14，多个弹簧悬挂装置14对称设置在车架的周围。每个电机12的转速可以单独控制，以分别调整各个车轮11的转速。通过单独控制每个电机12的转速，巡逻机器人能够灵活地前进、后退、转向以及旋转，其旋转半径可以为零，即巡逻机器人能够进行原地转向。电机12与车轮11间还可以设置有减速器，通过设置减速器可以降低转速并提高扭矩。

为了控制底盘驱动机构1的行驶，巡逻机器人还包括电气控制模块2。电气控制模块2与底盘驱动机构1电连接，能够控制电机12的运转以驱动车轮11转动。电气控制模块2设置在底盘驱动机构1上，与底盘驱动机构1可拆卸连接，降低了更换电气控制模块2的难度，降低了开发、装配和维修的时间成本、人力成本及制造成本。当然，在其他实施例中，也可以在电机12上设置信号接收装置，通过遥控的方式控制电机12的运转，进而控制底盘驱动机构1的行驶。

为了降低电气控制模块2与底盘驱动机构1装拆的难度，如图5-图6所示，电气控制模块2包括箱体21、第一平台24和电气控制元件23。第一平台24盖设在箱体21顶部，形成电气控制元件23的容纳空间。电气控制元件23与电机12电连接，能够控制电机12的运转。箱体21与底盘驱动机构1可拆卸连接，箱体21可以通过螺纹连接的方式固定车架的顶部，螺纹连接具有连接紧固、装拆方便等优势，采用螺钉、螺柱等标准化零件，能够进一步节省制造过程中的变更与管理成本。当然，在其他实施例中，其他能够实现箱体21与底盘驱动机构1可拆卸连接的方式均可以被采用。

箱体21上设置有接口面板22，接口面板22与电气控制元件23电连接，以实现的电气控制元件23信号的传递。接口面板22包括信号线接口、数据线接口和电源13线接口，通过设置接口面板22，能够方便的对巡逻机器人进行充电及数据的传输。电气控制元件23可以通过接口面板22与电机12实现电连接，以控制电机12的运转。此外，通过设置接口面板22，电气控制模块2还能够外接扬声器、摄像头、显示器等设备，进一步扩展了巡逻机器人的功能。当然，在其他实施例中，接口面板22也可以设置信号线接口、数据线接口和电源13线接口中的一个或多个。

为了进一步扩展巡逻机器人的功能，如图6和图7所示，巡逻机器人还包括机器人本体3，机器人本体3内设置有扩展功能模块，机器人本体3与电气控制模块2可拆卸连接，且扩展功能模块被配置为输出信号至电气控制模块2，并执行电气控制模块2的命令。其中，扩展功能模块包括测距装置、报警装置、监控装置中的至少一种。通过设置机器人本体3，可以将巡逻机器人的基础行驶功能和其他预期的扩展功能分别设置在彼此电连接的底盘驱动机构1、电气控制模块2和机器人本体3上，实现了通过更换扩展功能模块来改变巡逻机器人的预期功能，进一步提高了巡逻机器人的灵活性，降低了对巡逻机器人二次开发的时间成本、人力成本及制造成本。当更换扩展功能模块时，也可以根据需要更换电气控制模块2，或对箱体21内的部分电气控制元件23进行变更，不影响巡逻机器人其他部分的功能。

为了方便机器人本体3与电气控制模块2的装拆，机器人本体3的底部设置有与第一平台24适配的第二平台31，第一平台24与第二平台31可拆卸连接，以实现机器人本体3与行驶装置的可拆卸连接。在本实施例中，第一平台24与第二平台31通过螺纹连接，螺纹连接具有连接紧固、装拆方便等优势，采用螺钉、螺柱等标准化零件，能够进一步节省制造过程中的变更与管理成本。当然，在其他实施例中，第一平台24与第二平台31也可以采取卡接等方式实现可拆卸连接。

机器人本体3和电气控制模块2二者中的一个设置有电气接口，另一个设置有与电气接口配合的电气接头，以电连接电气控制模块2和扩展功能模块。具体而言，该巡逻机器人包括电缆25，第一电气接头设置在电缆25的一端，第一平台24和第二平台31上设置有允许电缆25穿过的电缆孔，电缆孔外侧设置有环状的防水凸台，通过设置防水凸台，能够避免巡逻机器人在雨雪等恶劣天气作业时，水通过电缆孔进入机器人本体3和\/或电气控制模块2。

通过将机器人本体3与电气控制模块2设置为可拆卸连接，且二者中的一个设置有第一电气接口，另一个设置有与第一电气接口配合的第一电气接头，降低了更换扩展功能模块的难度，提高了更换的效率。

巡逻机器人的底盘驱动机构1具有完整的运动功能，当仅设置该底盘驱动机构1时，可以通过人为遥控的方式，控制底盘驱动机构1运动。电气控制模块2能够根据预先设定的程序控制底盘驱动机构1的运动。通过设置扩展功能模块，进一步扩展了巡逻机器人的功能，扩展功能模块将信号传输至电气控制模块2，电气控制模块2对数据综合分析，将运动指令传输到底盘驱动机构1，同时将扩展功能指令传递至扩展功能模块，以完成更多的功能。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

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一种巡逻机器人论文和设计

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