环境检测取样机器人的制作方法

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种环境检测取样机器人。

背景技术：

环境检测分析需要进行取样，然后带回实验室进行实验，但是对于一些特殊的环境，例如环境中含有有毒物质、辐射射线，实验人员需要穿上特定的防护设备进入环境中进行取样，此种取样效率低，并且会对实验人员造成安全隐患。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种环境检测取样机器人，以解决现有技术中特殊环境中取样效率低、对实验人员造成安全隐患的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种环境检测取样机器人，包括车架、驱动单元、驱动轮、第一水平转动单元、第一支架、样品抓取单元、第二水平转动单元、垂直转动单元、环境参数采集单元、图像采集单元、样品存储单元、控制单元和遥控单元；

所述驱动轮和所述驱动单元安装在所述车架的底部，所述驱动单元的输出端连接所述驱动轮，所述样品存储单元和所述第一水平转动单元均安装在所述车架的顶部，所述第一支架安装在所述第一水平转动单元上，所述样品抓取单元安装在所述第一支架的侧部，所述第二水平转动单元安装在所述第一支架的顶部，所述垂直转动单元安装在所述第二水平转动单元上，所述环境参数采集单元和所述图像采集单元安装在所述垂直转动单元上；

所述驱动单元、所述第一水平转动单元、所述样品抓取单元、所述第二水平转动单元、所述垂直转动单元、所述环境参数采集单元、所述图像采集单元和所述样品存储单元均连接所述控制单元，所述控制单元和所述遥控单元之间无线通信。

进一步地，所述存储单元包括安装在所述车架上的存储盒、放置在所述存储盒内部的托盘和若干个存储瓶，所述托盘上设有若干个与存储瓶适配的固定槽，每个存储瓶放置在对应的固定槽中，所述存储盒的盒盖上设有若干个与所述固定槽对应的卡槽，所述卡槽用于卡接存储瓶的顶端，所述存储盒的侧部设有控制所述盒盖开合的开合机构，所述开合机构连接所述控制单元。

进一步地，所述开合机构包括第一电机、转动轮、第一支杆和第二支杆，所述第一电机的轴和所述转动轮固定连接，所述第一支杆的一端固定安装在所述转动轮上，所述第一支杆的另一端和所述第二支杆的一端转动连接，所述第二支杆的另一端和所述盒盖铰接，所述第一电机连接所述控制单元。

进一步地，所述样品抓取单元包括第二电机、第三电机、第三支杆、第四支杆和抓手机构，所述第二电机安装在所述第一支架的侧部，所述第二电机的轴连接所述第三支杆的一端，所述第三电机固定在所述第三支杆的另一端，所述第三电机的轴连接所述第四支杆的一端，所述抓手机构安装在所述第四支杆的另一端，所述第二电机、所述第三电机和所述抓手机构均连接所述控制单元。

进一步地，所述抓手机构包括壳体、第四电机、传动组件和若干个开合组件，所述传动组件安装在所述壳体的内部，所述第四电机的轴连接所述传动组件，所述传动组件包括可做往复运动的支板，每个开合组件包括弯杆和抓片，所述弯杆的弯折处和所述壳体上的第五支杆转动连接，所述弯杆的一端和所述支板铰接，所述弯杆的另一端和所述抓片固定连接，所述第四电机连接所述控制单元。

进一步地，所述传动组件还包括安装在所述壳体内的第一齿轮、第二齿轮、伞齿轮和丝杆，所述第四电机的轴和所述第一齿轮的中心固定连接，所述第一齿轮和所述伞齿轮啮合，所述伞齿轮和所述第二齿轮啮合，所述第二齿轮的中心和所述丝杆的一端固定连接，所述支板设有和所述丝杆适配的螺纹孔，所述丝杆的另一端穿过所述支板上的螺纹孔，所述壳体上设有卡件，所述支板上设有和所述卡件适配的凹槽，所述支板和所述壳体卡接，所述支板可沿所述卡件长度方向做往复运动。

进一步地，所述第二水平转动单元包括第五电机、第二支架和底座，所述底座安装在所述第一支架的顶部，所述第五电机固定安装在所述底座上，所述第五电机的轴和所述第二支架的一侧固定连接，所述第二支架的另一侧用于安装所述垂直转动单元，所述第五电机连接所述控制单元。

进一步地，所述垂直转动单元包括第六电机、第三支架和第四支架，所述第三支架固定安装所述第二支架的另一侧，所述第六电机设有两个可以同步转动的轴，所述第三支架的两端设有与所述第六电机的轴适配的凹槽，所述第六电机的两个轴分别和所述第三支架两端的凹槽连接，所述第四支架的两端和所述第六电机的壳固定连接，所述第四支架可与所述第六电机同时转动，所述环境参数采集单元和图像采集单元安装在所述第四支架上，所述第六电机连接所述控制单元。

进一步地，所述环境参数采集单元包括温湿度传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和灰尘传感器，所述温湿度传感器、所述二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和所述灰尘传感器均连接所述控制单元。

进一步地，所述控制单元包括第一处理器和第一无线信号收发器，所述遥控单元包括第二处理器、第二无线信号收发器、显示器和输入器，所述第一处理器分别连接所述第一无线信号收发器、所述驱动单元、所述第一水平转动单元、所述样品抓取单元、所述第二水平转动单元、所述垂直转动单元、所述环境参数采集单元、所述图像采集单元和所述样品存储单元，所述第二处理器分别连接所述第二无线信号收发器、所述显示器和输入器。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明设计了一种环境检测取样机器人，工作时，通过遥控单元输入指令至控制单元，控制单元根据指令控制驱动单元使驱动轮转动，实现环境检测取样机器人的运动，其中的图像采集单元能够对环境的图像信息进行采集、环境参数采集单元能够对环境参数信息进行采集，并将采集的图像信息和环境参数信息传送至控制单元中，控制单元将接收到的图像信息和环境参数信息传送至遥控单元，实验人员能够通过遥控单元观测图像信息和环境参数信息，能够了解环境检测取样机器人所在环境的图像和环境的各项参数；当需要对环境中的样品进行采样时，实验人员通过遥控单元输入指令控制样品抓取单元抓取目标样品，然后将样品放入到样品存储单元中，完成取样工作。环境检测取样机器人可以实现对环境的图像采集和环境参数的采集，并且能够取样工作，便于带回实验室进行研究，不再需要实验人员进入特殊的环境中工作也能够完成对特殊环境的研究，保证了实验人员的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的环境检测取样机器人的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的环境检测取样机器人的原理框图；

图3是本发明实施例提供的存储单元的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的开合机构的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的抓手机构合拢状态结构示意图；

图6是本发明实施例提供的抓手机构张开状态结构示意图；

图7是本发明实施例提供的开合组件的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的传动组件的结构示意图；

图9是本发明另一个实施例提供的环境检测取样机器人的原理框图。

图中：1、车架；2、驱动轮；3、样品存储单元；301、存储盒；302、托盘；303、存储瓶；304、固定槽；305、卡槽；306、盒盖；307、第一支杆；308、第二支杆；309、转动轮；4、第七电机；5、第五支架；6、第一支架；7、第二电机；8、第三支杆；9、第三电机；10、第四支杆；11、抓手机构；1101、第四电机；1102、壳体；1103、第一连接杆；1104、第二连接杆；1105、第五支杆；1106、抓片；1107、支板；1108、丝杆；1109、卡件；1110、第一齿轮；1111、第二齿轮；1112、伞齿轮；12、底座；13、第五电机；14、第二支架；15、第三支架；16、第六电机；17、第四支架；18、图像采集单元；19、环境参数采集单元。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

如图1和图2所示，环境检测取样机器人包括车架1、驱动单元、驱动轮2、第一水平转动单元、第一支架6、样品抓取单元、第二水平转动单元、垂直转动单元、环境参数采集单元19、图像采集单元18、样品存储单元3、控制单元和遥控单元；驱动轮2和驱动单元安装在车架1的底部，驱动单元的输出端连接驱动轮2，样品存储单元3和第一水平转动单元均安装在车架1的顶部，第一支架6安装在第一水平转动单元上，样品抓取单元安装在第一支架6的侧部，第二水平转动单元安装在第一支架6的顶部，垂直转动单元安装在第二水平转动单元上，环境参数采集单元19和图像采集单元18安装在垂直转动单元上；驱动单元、第一水平转动单元、样品抓取单元、第二水平转动单元、垂直转动单元、环境参数采集单元19、图像采集单元18和样品存储单元3均连接控制单元，控制单元和遥控单元之间无线通信。

工作时，通过遥控单元输入指令至控制单元，控制单元根据指令控制驱动单元使驱动轮2转动，实现环境检测取样机器人的运动，其中的图像采集单元18能够对环境的图像信息进行采集、环境参数采集单元19能够对环境参数信息进行采集，并将采集的图像信息和环境参数信息传送至控制单元中，控制单元将接收到的图像信息和环境参数信息传送至遥控单元，实验人员能够通过遥控单元观测图像信息和环境参数信息，能够了解环境检测取样机器人所在环境的图像和环境的各项参数；当需要对环境中的样品进行采样时，实验人员通过遥控单元输入指令控制样品抓取单元抓取目标样品，然后将样品放入到样品存储单元3中，完成取样工作。环境检测取样机器人可以实现对环境的图像采集和环境参数的采集，并且能够取样工作，便于带回实验室进行研究，不再需要实验人员进入特殊的环境中工作也能够完成对特殊环境的研究，保证了实验人员的安全。

本发明的一个实施例中，第一水平转动单元包括第七电机4和第五支架5，第七电机4安装在车架1上，第七电机4的轴和第五支架5的一侧固定连接，第一支架6的底部安装在第五支架5的另一侧，第七电机4连接控制单元，控制单元控制第七电机4转动，第七电机4带动第五支架5转动，带动第一支架6水平转动。

如图3所示，存储单元包括安装在车架1上的存储盒301、放置在存储盒301内部的托盘302和若干个存储瓶303，托盘302上设有若干个与存储瓶303适配的固定槽304，每个存储瓶303放置在对应的固定槽304中，存储盒301的盒盖306上设有若干个与固定槽304对应的卡槽305，卡槽305用于卡接存储瓶303的顶端，存储盒301的侧部设有控制盒盖306开合的开合机构，开合机构连接控制单元。

机器人取样时，控制单元控制样品抓取单元抓取样品，并控制开合机构动作，使盒盖306打开，样品抓取单元将样品放在存储瓶303中，放置后，控制单元控制开合机构动作，使盒盖306闭合。托盘302上的固定槽304可以对存储瓶303的底部进行固定，盒盖306上的卡槽305对存储瓶303的顶部进行密封，使存储瓶303固定在存储盒301的内部，机器人运动过程中，存储瓶303和存储盒301不会发生相对位移，同时使存储瓶303形成密封，保证存储瓶303内的样品不会掉落或流失。

如图4所示，开合机构包括第一电机、转动轮309、第一支杆307和第二支杆308，第一电机的轴和转动轮309固定连接，第一支杆307的一端固定安装在转动轮309上，第一支杆307的另一端和第二支杆308的一端转动连接，第二支杆308的另一端和盒盖306铰接，第一电机连接控制单元。

控制单元可以控制第一电机转动，第一电机的轴带动转动轮309转动，转动轮309带动第一支杆307动作，由于第一支杆307和第二支杆308为转动连接，第二支杆308和盒盖306为铰接，在第一支杆307和第二支杆308的作用下，能够控制盒盖306的打开或闭合。

本发明的一个实施例中，存储盒301的侧部设有密闭的空腔，空腔设有开口，第一电机和转动轮309均安装在空腔内，第一支杆307和第二支杆308均位于空腔的开口处。

在存储盒301的盒盖306处于关闭状态时，第一支杆307、第二支杆308、第一电机和转动轮309均位于空腔内部，当第一电机转动带动转动轮309转动时，第一支杆307和第二支杆308运动至空腔外，在二者共同作用下，使盒盖306打开。空腔的设计能够为第一电机、转动轮309起到保护作用，提高装置整体的稳定性。

本发明的一个实施例中，固定槽304的高度小于存储瓶303的高度。固定槽304的高度小于存储瓶303的高度能够保证固定槽304对存储瓶303起到限位的作用，又能够便于将存储瓶303放置在固定槽304中或从固定槽304中取出。例如，固定槽304的高度为存储瓶303高度的三分之一。

本发明的一个实施例中，存储盒301的内部为不锈钢制作而成，以降低装置本身对试样的污染，存储盒301的外部为碳钢材质制作而成，对样品不会造成污染。

本发明的一个实施例中，样品抓取单元包括第二电机7、第三电机9、第三支杆8、第四支杆10和抓手机构11，第二电机7安装在第一支架6的侧部，第二电机7的轴连接第三支杆8的一端，第三电机9固定在第三支杆8的另一端，第三电机9的轴连接第四支杆10的一端，抓手机构11安装在第四支杆10的另一端，第二电机7、第三电机9和抓手机构11均连接控制单元。

控制单元能够对第二电机7、第三电机9和抓手机构11进行控制，第二电机7转动可以带动第三支杆8转动，第三电机9转动带动第四支杆10转动，使抓手机构11在竖直面转动，控制单元控制第一水平转动单元可以在水平面转动，进而使抓手机构11在水平面转动，以此实现抓手机构11三维空间的动作，能够保证控制抓手机构11到达待抓取样品的位置，当抓手结构到达待抓取样品位置时，控制单元控制抓手机构11动作对样品进行抓取。

如图5至图7所示，抓手机构11包括壳体1102、第四电机1101、传动组件和若干个开合组件，传动组件安装在壳体1102的内部，第四电机1101的轴连接传动组件，传动组件包括可做往复运动的支板1107，每个开合组件包括弯杆和抓片1106，弯杆的弯折处和壳体1102上的第五支杆1105转动连接，弯杆的一端和支板1107铰接，弯杆的另一端和抓片1106固定连接，第四电机1101连接控制单元。

取样时，控制单元控制第四电机1101转动，通过传动组件使支板1107向下运动，由于弯杆的一端和支板1107铰接，弯杆的另一端和抓片1106固定连接，支板1107向下运动带动若干个抓片1106张开，控制单元控制张开的抓片1106移动到待取的样品处，控制单元控制第四电机1101反向转动，通过传动组件使支板1107向上运动，带动若干个抓片1106合拢，将待取的样品包围在若干个抓片1106内，然后控制单元控制抓手机构11将样品放入到样品存储单元3中，完成取样工作。

如图8所示，传动组件还包括安装在壳体1102内的第一齿轮1110、第二齿轮1111、伞齿轮1112和丝杆1108，第四电机1101的轴和第一齿轮1110的中心固定连接，第一齿轮1110和伞齿轮1112啮合，伞齿轮1112和第二齿轮1111啮合，第二齿轮1111的中心和丝杆1108的一端固定连接，支板1107设有和丝杆1108适配的螺纹孔，丝杆1108的另一端穿过支板1107上的螺纹孔，壳体1102上设有卡件1109，支板1107上设有和卡件1109适配的凹槽，支板1107和壳体1102卡接，支板1107可沿卡件1109长度方向做往复运动。

控制单元控制第四电机1101的正转和反转，第四电机1101的轴带动第一齿轮1110转动，通过伞齿轮1112带动第二齿轮1111转动，第二齿轮1111带动丝杆1108转动，由于支板1107和壳体1102卡接，支板1107和壳体1102无法发生相对转动，又由于丝杆1108穿过螺纹孔，因此丝杆1108带动支板1107沿壳体1102上的卡件1109的长度方向动作，支板1107和弯杆铰接，弯杆和第五支杆1105转动连接，因此支板1107动作能够带动若干个抓片1106张开或合拢，使抓片1106完成取样动作。

本发明的一个实施例中，弯杆包括第一连接杆1103和第二连接杆1104，第一连接杆1103的一端和第二连接杆1104的一端呈角度连接，第一连接杆1103和第二连接杆1104的连接处和第五支杆1105转动连接，第一连接杆1103的另一端和支板1107铰接，第二连接杆1104的另一端和抓片1106固定连接。

第一连接杆1103和第二连接杆1104固定连接后和第五支杆1105转动连接，通过调节第一连接杆1103和第二连接杆1104的连接角度及长度能够实现改变抓片1106的张开角度，对不同类型的样品进行取样。

本发明的一个实施例中，抓片1106的形状为凹型。设计为凹型，能够增大抓片1106处于合拢状态时内部的空间，能够实现对体积大的样品进行抓取。抓片1106上设有加强筋，设置加强筋能够加强抓片1106的强度，提高装置整体的稳定性。

本发明的一个实施例中，第二水平转动单元包括第五电机13、第二支架14和底座12，底座12安装在第一支架6的顶部，第五电机13固定安装在底座12上，第五电机13的轴和第二支架14的一侧固定连接，第二支架14的另一侧用于安装垂直转动单元，第五电机13连接控制单元；垂直转动单元包括第六电机16、第三支架15和第四支架17，第三支架15固定安装第二支架14的另一侧，第六电机16设有两个可以同步转动的轴，第三支架15的两端设有与第六电机16的轴适配的凹槽，第六电机16的两个轴分别和第三支架15两端的凹槽连接，第四支架17的两端和第六电机16的壳固定连接，第四支架17可与第六电机16同时转动，环境参数采集单元19和图像采集单元18安装在第四支架17上，第六电机16连接控制单元。

控制单元控制第五电机13转动，第五电机13带动第二支架14转动，第二支架14带动垂直转动单元水平方向转动；控制单元控制第六电机16转动，由于第六电机16的两个轴和第三支架15固定连接，因此第六电机16的轴和第三支架15不会发生相对转动，使第六电机16本体发生转动，进而带动第四支架17随第六电机16共同转动，以此实现安装在第四支架17上的图像采集单元18和环境参数采集单元19在三维空间内转动。

环境参数采集单元19可以对环境参数信息进行采集，然后将采集的环境参数信息传送至控制单元，控制单元将接收到的环境参数信息传送至遥控单元，实验人员通过遥控单元对环境的各项参数进行监控。图像采集单元18能够对环境的图像信息进行采集，控制单元可以控制第五电机13和第六电机16的转动，第五电机13转动可以使图像采集单元18水平转动，第六电机16的转动可以使图像采集单元18发生垂直方向的转动，以此实现图像采集单元18的三维空间转动，实现对环境不同角度的采集，能够增大图像采集的范围，便于实验人员能够全方位对环境进行监控。

本发明的一个实施例中，第六电机16的两个电机轴的端部的横截面为正多边形，第三支架15两端凹槽与第六电机16的两个电机轴的端部适配。此设计相当于第六电机16的轴和第三支架15卡接，可以保证第六电机16和第四支架17同步转动，达到改变图像采集单元18竖直角度的效果。

本发明的一个实施例中，图像采集单元18包括若干个安装在垂直转动单元上的摄像头，若干个摄像头连接控制单元。

若干个摄像头能够采集周围环境的图像信息，达到增大采集范围的效果。例如可以设置两个、三个或四个摄像头，摄像头采集图像信息，并将采集的图像信息传送至控制单元。

本发明的一个实施例中，环境参数采集单元19包括温湿度传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和灰尘传感器，温湿度传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和灰尘传感器均连接控制单元。

不同的传感器可以采集不同的环境参数，根据实际需要也可以更改具体传感器的数量或种类，达到对机器人所处环境的环境参数的监控。

如图9所示，控制单元包括第一处理器和第一无线信号收发器，遥控单元包括第二处理器、第二无线信号收发器、显示器和输入器，第一处理器分别连接第一无线信号收发器、驱动单元、第一水平转动单元、样品抓取单元、第二水平转动单元、垂直转动单元、环境参数采集单元19、图像采集单元18和样品存储单元3，第二处理器分别连接第二无线信号收发器、显示器和输入器。

图像采集单元18采集的图像信息和环境参数采集单元19采集的环境参数信息传送至第一处理器中，第一处理器通过第一无线信号收发器发送图像信息和环境参数信息，第二处理器通过第二无线信号收发器接受图像信息和环境参数信息，实验人员通过显示器可以对环境进行监控。实验人员通过输入器进行控制指令的输入，第二处理器接收控制指令并通过第二无线信号收发器将控制指令发送出去，第一处理器通过第一无线信号收发器接收控制指令，并根据控制指令进行环境参数的监测或取样。实现对机器人的远程控制。

本发明的一个实施例中，驱动单元包括第八电机和第九电机，第八电机的轴和第九电机的轴分别连接一个驱动轮2，第八电机和第九电机均连接控制单元，控制单元控制第八电机和第九电机的转动可以使机器人前进或后退，控制机器人转弯时，控制单元控制第八电机和第九电机的转速不同，实现机器人的转弯。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。