全文摘要
本公开提供了一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人，包括基体，所述基体包括基座，所述基座上安装有旋转台和丝杠，所述丝杠上穿设有滑块；所述滑块通过驱动电机与控制器相连；行走机构，所述行走机构包括若干个结构相同的轮腿机构；检测机构，所述检测机构包括下臂，所述下臂固定在旋转台上，所述下臂与中臂连接，中臂与上臂连接，上臂与指节连接；所述指节上安装有传感器模块。
主设计要求
1.一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人，其特征在于，包括：基体，所述基体包括基座，所述基座上安装有旋转台和丝杠，所述丝杠上穿设有滑块；所述滑块通过驱动电机与控制器相连；行走机构，所述行走机构包括若干个结构相同的轮腿机构；所述轮腿机构包括基节，所述基节安装在基座上；所述基节与腿节连接，腿节与足节连接，足节首端还安装有轮式机构，所述轮式机构和足节末端均可作为足节触地端；所述基节通过腿部连杆与滑块固定连接；所述腿节与第一伺服电机相连，所述足节与第二伺服电机相连，所述第一伺服电机和第二伺服电机均与控制器相连；所述控制器用于控制足节的触地端，以实现轮式和腿式移动的切换；检测机构，所述检测机构包括下臂，所述下臂固定在旋转台上，所述下臂与中臂连接，中臂与上臂连接，上臂与指节连接；所述指节上安装有传感器模块，所述传感器模块与控制器相连。
设计方案
1.一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人，其特征在于，包括：
基体，所述基体包括基座，所述基座上安装有旋转台和丝杠，所述丝杠上穿设有滑块；所述滑块通过驱动电机与控制器相连；
行走机构，所述行走机构包括若干个结构相同的轮腿机构；所述轮腿机构包括基节，所述基节安装在基座上；所述基节与腿节连接，腿节与足节连接，足节首端还安装有轮式机构，所述轮式机构和足节末端均可作为足节触地端；所述基节通过腿部连杆与滑块固定连接；所述腿节与第一伺服电机相连，所述足节与第二伺服电机相连，所述第一伺服电机和第二伺服电机均与控制器相连；所述控制器用于控制足节的触地端，以实现轮式和腿式移动的切换；
检测机构，所述检测机构包括下臂，所述下臂固定在旋转台上，所述下臂与中臂连接，中臂与上臂连接，上臂与指节连接；所述指节上安装有传感器模块，所述传感器模块与控制器相连。
2.如权利要求1所述的一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人，其特征在于，所述轮式机构包括轮轴，所述轮轴设置在轴支架上，所述轴支架安装在足节上，所述轮轴两端设置有关节轮，所述轮轴与旋转电机相连，所述旋转电机与控制器相连，所述控制器用于控制旋转电机转动进而带动关节轮旋转，以实现轮式前进。
3.如权利要求2所述的一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人，其特征在于，所述关节轮上设置有弹簧接口，轮轴上穿设有弹簧，弹簧两端分别卡接至弹簧接口内。
4.如权利要求1所述的一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人，其特征在于，所述足节末端设置有胶垫，使足节末端与地面实现点面接触，增加与地面的摩擦力。
5.如权利要求1所述的一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人，其特征在于，所述丝杠安装在第一支板上，所述下臂的一端还与第一支板相连。
6.如权利要求1所述的一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人，其特征在于，所述传感器模块包括第二支板，所述第二支板安装在指节上，所述第二支板上设置有至少四种传感器。
7.如权利要求1所述的一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人，其特征在于，所述中臂与第三伺服电机相连，所述上臂与第四伺服电机相连，所述指节与第五伺服电机相连，所述第三伺服电机、第四伺服电机和第五伺服电机均与控制器相连。
8.如权利要求1所述的一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人，其特征在于，所述基座与旋转台铰接连接；
或所述基节与腿节铰接连接；
或所述腿节与足节铰接连接。
9.如权利要求1所述的一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人，其特征在于，所述下臂上还设置有第一图像采集装置。
10.如权利要求1所述的一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人，其特征在于，所述指节上还设置有第二图像采集装置。
设计说明书
技术领域
本公开属于机器人领域，尤其涉及一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
近年来，随着工业化的不断发展，机械装备朝着大型化、复杂化发展，尤其涉及到复杂管线、复杂工况等，并不适合人工监测。实用新型人发现，目前机器人结构复杂、轮腿转换不灵活、控制复杂且未融合多传感器来适应复杂环境的检测。
实用新型内容
为了解决上述问题，本公开提供了一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人，其具有轮腿快速转换、复杂环境高通过性且能够实现复杂工况下的在役设备状态监测的效果。
本公开的一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人的技术方案为：
本公开的一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人，包括：
基体，所述基体包括基座，所述基座上安装有旋转台和丝杠，所述丝杠上穿设有滑块；所述滑块通过驱动电机与控制器相连；
行走机构，所述行走机构包括若干个结构相同的轮腿机构；所述轮腿机构包括基节，所述基节安装在基座上；所述基节与腿节连接，腿节与足节连接，足节首端还安装有轮式机构，所述轮式机构和足节末端均可作为足节触地端；所述基节通过腿部连杆与滑块固定连接；所述腿节与第一伺服电机相连，所述足节与第二伺服电机相连，所述第一伺服电机和第二伺服电机均与控制器相连；所述控制器用于控制足节的触地端，以实现轮式和腿式移动的切换；
检测机构，所述检测机构包括下臂，所述下臂固定在旋转台上，所述下臂与中臂连接，中臂与上臂连接，上臂与指节连接；所述指节上安装有传感器模块，所述传感器模块与控制器相连。
进一步的，所述轮式机构包括轮轴，所述轮轴设置在轴支架上，所述轴支架安装在足节上，所述轮轴两端设置有关节轮，所述轮轴与旋转电机相连，所述旋转电机与控制器相连，所述控制器用于控制旋转电机转动进而带动关节轮旋转，以实现轮式前进。
上述方案的优点在于，结合轮式移动与腿式移动，兼顾高通过性和高移速，以使得机器人适应复杂环境下的在役设备状态监测。
进一步的，所述关节轮上设置有弹簧接口，轮轴上穿设有弹簧，弹簧两端分别卡接至弹簧接口内。
上述方案的优点在于，在轮部布置有预设刚度的弹簧，具有一定缓冲能力，提高了机器人在微变形环境下的被动适应能力。
进一步的，所述足节末端设置有胶垫，使足节末端与地面实现点面接触，增加与地面的摩擦力。
上述方案的优点在于，这样增加了足节末端与地面的摩擦力，提高了机器人在非结构地形下的通过性。
进一步的，所述丝杠安装在第一支板上，所述下臂的一端还与第一支板相连。
进一步的，所述传感器模块包括第二支板，所述第二支板安装在指节上，所述第二支板上设置有至少四种传感器。
这些传感器均设置在传感器支架上，通过支架旋转，实现多传感器的复合检测。
其中，传感器可包括但不限于振动传感器、磁传感器、超声波传感器和红外温度传感器。
上述方案的优点在于，本公开利用上述传感器来检测复杂环境下的在役设备的实时运行状态，实现故障的多传感器复合诊断。
进一步的，所述中臂与第三伺服电机相连，所述上臂与第四伺服电机相连，所述指节与第五伺服电机相连，所述第三伺服电机、第四伺服电机和第五伺服电机均与控制器相连。
上述方案的优点在于，通过控制器来控制中臂、上臂和指节的协同运行，使得传感器能到达大范围空间内的任意位置，提高检测的准确性。
进一步的，所述基座与旋转台铰接连接。
其中，基座与旋转台可通过螺栓铰接连接，这样有利用旋转台的转动。
需要说明的是，除了采用螺栓铰接连接的方式之外，也可采用其他现有的方式铰接连接。
进一步的，所述基节与腿节铰接连接。
进一步的，所述腿节与足节铰接连接。
其中，铰接连接的方式有利于两个关节之间的转动，提高两个关节之间的灵活性。
进一步的，所述下臂上还设置有第一图像采集装置。
进一步的，所述指节上还设置有第二图像采集装置。
进一步的，所述第一图像采集装置通过视频传输模块与控制器相连。
进一步的，所述第二图像采集装置通过视频传输模块与控制器相连。
其中，视频传输模块可设置在指节上。
具体地，第一图像采集装置和第二采集装置均可采用摄像头来实现，可实现设备周边环境的检测，以切换轮式或步行式，采用最有利的通过方式。
视频传输模块可采用无线传输方式，比如蓝牙或Wifi方式进行传输。
在可选实施例中，视频传输模块也可采用有线线缆传输方式。
本公开的有益效果是：
(1)本公开的轮腿复合式机器人的初始状态机体折叠，体积小，便于运输、携带；本公开的足节首端安装有轮式机构，轮式机构和足节末端均可作为足节触地端；控制器控制足节的触地端，以实现轮式和腿式移动的切换，而且在指节上安装有传感器模块，这样使得适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人拥有轮式和腿式这两种运行模式，其中轮式适用于平坦地形下的快速移动，腿式适用于通过复杂环境，这样兼顾了快速转场能力和高通过性，能够实现复杂工况下的在役设备状态监测与故障诊断。
(2)本公开在检测时，通过腿部机构的张开，增加占地面积，同时足尖位置可调，保证了复杂环境下，依旧有足够的底座面积，提给传感器模块提供了稳定的平台。
(3)本公开在关节轮处布置有弹簧，利用弹簧的缓冲能力，提高了微变形环境下的被动适应能力。
(4)本公开传感器模块可采用多传感器复合检测，提高了故障诊断的可信度。
(5)本公开通过控制器来控制中臂、上臂和指节的协同运行，使得传感器能到达大范围空间内的任意位置，能够实现大范围，复杂曲面的设备检测，而且还能提高检测的准确性。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是本公开实施例提供的适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人的结构示意图；
图2是本公开实施例提供的适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人的腿式结构示意图；
图3是本公开实施例提供的适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人的轮式结构示意图；
图4是本公开实施例提供的传感器模块的结构示意图；
图5是本公开实施例提供的轮式机构的结构示意图。
其中，1-传感器模块，2-基座，3-第一支板，4-丝杠，5-滑块，6-腿部连杆，7-基节，8-腿节，9-足节，10-胶垫，11-轮式机构，12-旋转台，13-下臂，14-中臂，15-上臂，16-指节，17-旋转电机，181-第一伺服电机，182-第二伺服电机，183-第三伺服电机，184-第四伺服电机，185-第五伺服电机，19-第一摄像头，20-第二支板，211-振动传感器，212-磁传感器，213-超声波传感器，214-红外温度传感器，22-摄像头支架，23-第二摄像头，111-关节轮，112-轮轴，113-弹簧，114-弹簧接口。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和\/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和\/或它们的组合。
如图1所示，本实施例的一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人，包括：
基体，所述基体包括基座2，所述基座2上安装有旋转台12和丝杠4，所述丝杠4上穿设有滑块5；所述滑块5通过驱动电机与控制器相连；
行走机构，所述行走机构包括若干个结构相同的轮腿机构；所述轮腿机构包括基节7，所述基节7安装在基座2上；所述基节7与腿节8连接，腿节8与足节9连接，足节9首端还安装有轮式机构11，所述轮式机构11和足节9末端均可作为足节触地端；所述基节7通过腿部连杆6与滑块5固定连接；所述腿节8与第一伺服电机181相连，所述足节9与第二伺服电机182相连；
所述第一伺服电机和第二伺服电机均与控制器相连；所述控制器用于控制足节的触地端，以实现轮式和腿式移动的切换；
检测机构，所述检测机构包括下臂13，所述下臂13固定在旋转台12上，所述下臂13与中臂14连接，中臂14与上臂15连接，上臂15与指节16连接；所述指节16上安装有传感器模块1，所述传感器模块与控制器相连。
在具体实施中，控制器可采用FPGA或其他可编程逻辑器件实现。
所述足节9末端设置有胶垫10，使足节末端与地面实现点面接触，增加与地面的摩擦力。
具体地，胶垫上可设置一些凸起，来增加与地面之间的摩擦力。
这样增加了足节末端与地面的摩擦力，提高了机器人在非结构地形下的通过性。
在可选实施例中，足节末端还可设置有外罩，外罩外侧设置有凸起。
这样外罩一方面能保护足节，另一方面能增加与地面之间的摩擦力。
在具体实施中，所述丝杠4安装在第一支板3上，所述下臂13的一端还与第一支板3相连。
所述基座2与旋转台12铰接连接，所述基节7与腿节8铰接连接，所述腿节8与足节9铰接连接。
其中，基座与旋转台可通过螺栓铰接连接，这样有利用旋转台的转动。
需要说明的是，除了采用螺栓铰接连接的方式之外，也可采用其他现有的方式铰接连接。
其中，铰接连接的方式有利于两个关节之间的转动，提高两个关节之间的灵活性。
在具体实施中，所述下臂13上还设置有第一图像采集装置；其中，第一图像采集装置可为第一摄像头19。
所述指节16上还设置有第二图像采集装置；其中，第二图像采集装置可为第二摄像头23，可实现设备周边环境的检测，以切换轮式或步行式，采用最有利的通过方式。
具体地，第二摄像头23设置在摄像头支架22上。
第一图像采集装置和第二图像采集装置与视频传输模块相连，所述视频传输模块设置在基座后端。
具体地，视频传输模块可采用无线传输方式，比如蓝牙或Wifi方式进行传输。
在可选实施例中，视频传输模块也可采用有线线缆传输方式。
如图2所示，腿节8与第一伺服电机181相连，足节9与第二伺服电机182相连，所述中臂14与第三伺服电机183相连，所述上臂15与第四伺服电机184相连，所述指节16与第五伺服电机185相连，所述第一伺服电机181、第二伺服电机182、第三伺服电机183、第四伺服电机184和第五伺服电机185均与控制器相连。
本实施例的第一伺服电机181、第二伺服电机182、第三伺服电机183、第四伺服电机184和第五伺服电机185实现各关节开合角度的可控，控制所述腿节摆动角度以及控制所述足节摆动角度，使足端能到达空间中的任意位置。通过腿部各节的交替摆动，实现整机在复杂环境下的高通过性。
而且本实施例通过控制中臂、上臂和指节的协同运行，使得传感器能到达大范围空间内的任意位置，提高检测的准确性。
如图3所示，本实施例的基节和位于所述丝杠上的滑块通过腿部连杆连接，通过丝杠滑块的移动控制基节的摆动角度。通过滑块5带动腿部连杆6，使得基节7向基体方向轴向平行运动，第二伺服电机182与第一伺服电机181控制腿节8和足节9折叠进基座2下方，使得轮式机构11触地，进而实现轮态移动，提高移动速度。
如图4所示，所述传感器模块1包括第二支板20，所述第二支板20安装在指节16上，振动传感器211、磁传感器212、超声波传感器213和红外温度传感器214集合于第二支板20上。
本实施例利用上述传感器来检测复杂环境下的在役设备的实时运行状态，实现故障的多传感器复合诊断。
如图5所示，所述轮式机构11包括轮轴112，所述轮轴112设置在轴支架上，所述轴支架安装在足节上，所述轮轴112两端设置有关节轮111，所述轮轴112与旋转电机17相连，所述旋转电机与控制器相连，所述控制器用于控制旋转电机转动进而带动关节轮旋转，以实现轮式前进。
具体地，所述关节轮111上设置有弹簧接口114，轮轴112上穿设有弹簧113，弹簧113两端分别卡接至弹簧接口114内。
本实施例在轮部布置有预设刚度的弹簧，具有一定缓冲能力，提高了机器人在微变形环境下的被动适应能力，本实施例结合轮式移动与腿式移动，兼顾高通过性和高移速，以使得机器人适应复杂环境下的在役设备状态监测。
轮式移动具有移速快的优点；腿式移动具有较高的地形适应能力。
本实施例的足节首端安装有轮式机构，轮式机构和足节末端均可作为足节触地端；控制器控制足节的触地端，以实现轮式和腿式移动的切换，而且在指节上安装有传感器模块，这样使得适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人拥有轮式和腿式这两种运行模式，其中轮式适用于平坦地形下的快速移动，腿式适用于通过复杂环境，这样兼顾了快速转场能力和高通过性，能够实现复杂工况下的在役设备状态监测与故障诊断。
本实施例通过控制器来控制中臂、上臂和指节的协同运行，使得传感器能到达大范围空间内的任意位置，能够实现大范围，复杂曲面的设备检测，而且还能提高检测的准确性。
本实施例的一种适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人的工作原理为：
机器人初始状态为轮式行走，各臂折叠至基座上；
判断周边环境的复杂度，进而选择相匹配的行走方式；
当到达预定检测位置，基节摆角张到最大，同时腿节和足节展开，各臂打开，协调运动；
传感器模块旋转切换不同的传感器，实现多传感器的复合检测。
本实施例的轮腿复合式机器人的足节首端安装有轮式机构，轮式机构和足节末端均可作为足节触地端；控制器控制足节的触地端，以实现轮式和腿式移动的切换，而且在指节上安装有传感器模块，这样使得适用于状态监测与故障诊断的轮腿复合式机器人拥有轮式和腿式这两种运行模式，其中轮式适用于平坦地形下的快速移动，腿式适用于通过复杂环境，这样兼顾了快速转场能力和高通过性，能够实现复杂工况下的在役设备状态监测与故障诊断。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920100590.3
申请日:2019-01-21
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:95(青岛)
授权编号:CN209351493U
授权时间:20190906
主分类号:B62D 57/032
专利分类号:B62D57/032
范畴分类:32B;27D;
申请人:青岛理工大学;青岛铭彧智能装备技术研究院
第一申请人:青岛理工大学
申请人地址:266033 山东省青岛市市北区抚顺路11号
发明人:贾鑫明;孙显彬;谭继文
第一发明人:贾鑫明
当前权利人:青岛理工大学;青岛铭彧智能装备技术研究院
代理人:张庆骞
代理机构:37221
代理机构编号:济南圣达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