专利名称：列车空调管道内取物机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于列车空调管道内取物的机器人。
背景技术：
随着动车、高速列车的发展，对旅客列车空调通风管道的要求是越来越规范化。但在旅客列车空调通风管道安装、运行中，难免有杂物进入风管内，对空调运行带来一定的危害。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种列车空调管道内取物机器人，它具有图像传输、自动取物等多项功能，可用笔记本电脑进行控制，且工作效果好、设备性能稳定、操作方便，效率高、结构简单而紧凑、重量轻、携帯方便。本发明的技术解决方案是，ー种列车空调管道内取物机器人，包括车身，车身两侧各装有一条行走履帯，车身前、后端分別装有摄像头和灯光，且车身前端还装有机械臂，其特征是，所述机械臂与车身连接端装有旋转云台且机械臂另一端装有两个机械手夹板，并在车身内装有驱动旋转云台旋转的云台电机；所述机械臂包括控制机械手夹板向各方向转动的换向驱动节組，换向驱动节组前端通过机械手固定支架与机械手夹板相连，所述换向驱动节组内设有控制两个机械手夹板张开或闭合的机械手控制机构，该机械手控制机构通过转动轴组与机械手夹板连接，所述换向节组后端与旋转云台连接。所述换向驱动节组依次包括第一换向驱动节、第二换向驱动节、第三换向驱动节、 第四换向驱动节和第五换向驱动节，所述第一换向驱动节底端固定在旋转云台顶部，第一换向驱动节与第二换向驱动节通过第二换向驱动节轴连接而使第二换向驱动节可绕第二换向驱动节轴上下转动，并在第二换向驱动节内设有第二换向节驱动电机和第二换向节传动齿轮，第二换向节传动齿轮一端与第二换向节驱动电机输出轴连接且第二换向节传动齿轮另一端与第二换向节驱动节轴相连；第二换向驱动节与第三换向驱动节通过第三换向驱动节轴连接而使第三换向驱动节可绕第三换向驱动节轴上下转动，并在第二换向驱动节内设有第三换向节驱动电机和第三换向节传动齿轮，第三换向节传动齿轮一端与第三换向节驱动电机输出轴连接且第三换向节传动齿轮另一端与第三换向节驱动节轴相连；所述第四换向驱动节内设有第五换向节驱动板，第三换向驱动节内设有第四换向节驱动电机，所述第三换向驱动节与第四换向驱动节通过第四换向节传动关节连接，且第四换向节传动关节两端分别连接第五换向节驱动板和第四换向节驱动电机而使第四换向驱动节可绕第四换向节传动关节左右转动；所述第五换向驱动节安装在第四换向驱动节上。所述机械手控制机构包括运动筒体、运动齿条、机械手运动电机和机械手运动电机传动齿轮，机械手运动电机的输出轴通过机械手运动电机传动齿轮与运动齿条连接，运动齿条的一端连接到运动筒体，该运动筒体与转动轴组相连。所述机械手控制机构置于第五换向驱动节内。
所述转动轴组包括机械手第一转动轴、机械手第二转动轴、机械手第三转动轴、连接机械手第一转动轴与机械手控制机构的机械手活动支架和连接机械手第一转动轴与机械手第二转动轴及连接机械手第二转动轴与机械手第三转动轴的机械手活动连接板。本发明的机械机构工作原理如下參见图3，启动图3所示行走驱动电机38，通过伞形驱动齿轮39、40旋转带动行走驱动轴41旋转，行走驱动轴41带动履带轮42，履带轮42旋转带动履带4运动，则可实现车身1的前后、左右行走；启动云台电机37，旋转台36旋转；启动后摄像头灯光系统旋转电机 34，后摄像头7、灯光4、5上下旋转；參见图4，启动图4所示前摄像头灯光系统旋转电机43，后摄像头20、灯光18、19 上下旋转；启动第二换向节驱动电机46，则第二换向驱动节10上下运动；启动第三换向节驱动电机47，则第三换向驱动节11上下运动；启动第四换向节驱动电机50，则第四换向驱动节12左右旋转；启动机械手运动电机53，则机械夹板16、17张开或合拢。本发明的控制电路包括第一电平转换电路、第二电平转换电路、单片机、12V直流电源电路、24V直流电源电路、摄像头与照明灯控制电路、第一换向电机驱动电路、第二换向电机驱动电路、第三换向电机驱动电路、第四换向电机驱动电路、第五换向电机驱动电路、左行走驱动电机驱动电路、右行走驱动电机驱动电路、前后摄像头与灯光系统俯仰驱动电路、各摄像头与灯光控制电路；这些电路可集中在一个安装于车体内的控制电路盒中，其控制信号输出线及电源线等相关导线通过接插ロ或接插头(如耐用和密闭性好的“航空接头”)同相应的负载连接， 并且笔记本电脑的串ロ输出用信号电缆依次经接ロ电路的第一电平转换电路和第二电平转换电路接至单片机的信号输入端；所述单片机的多路控制信号输出端分別同以下驱动电路的控制信号输入端连接摄像头与照明灯控制电路，各换向电机驱动电路，前后摄像头与灯光系统俯仰驱动电路，各摄像头与灯光控制电路；还可以在以上所述单片机的多路控制信号输出端与所述各驱动电路之间设置驱动隔离电路；所述摄像头与照明灯控制电路的后级信号控制端分別同所述车身前部摄像头、车身前部照明灯、车身后部摄像头、车身后部照明灯、视频采集卡连接，而所述摄像头的输出信号经视频采集卡送至笔记本电脑(进行显示或储存)；所述机械臂各换向节驱动节驱动电路分別同对应组的换向节驱动电机的电源端子连接；所述12V直流电源电路向图5中单片机左侧各工作电路提供工作电源并经稳压模块向单片机提供工作电源，24V直流电源电路向图5中单片机右侧各工作电路提供工作电源。上述方案采用笔记本电脑控制，具有智能化、自动化和软件化的操作平台，装置体积小、使用灵活方便，行走、取物定位准确、摄像与录像及时方便，可直接生成影视文件。图6、7、8是图5所示框图的实际电路图。图6中，Jl输出转换后的指令，J2接笔记本电脑(上位机)的串ロ。
图7中，Ul为机器人的主控制芯片，机器人的运行动作和各种环境參数的采集和处理都要通过这个微处理器进行加工处理。J3为控制电路部分的电源输入端，在通过集成稳压芯片进行稳压得到稳定的+5V 电压。JPl是ー个硬件看门狗，它的主要作用是在微处理器由于意外情况失控后从新启动微处理器，从而保证系统运行的安全可靠。JP4为摄像头的连接插座，摄像头的切換是通过三极管Q4、Q7、Q3、Q8的关断和导通来实现的。JP6是灯光的连接插座，灯光的切換是通过三极管Ql、Q5、Q2、Q6的关断和导通来实现的。而灯光的強弱调节是通过PWM调节来实现的。图中UlO是用来隔离微处理器和电机驱动的作用。图8中Jl是驱动部分和微处理器部分的连线接ロ。J2、J3是驱动电路的稳压集成电路，为电机驱动提供稳定的电压。U1、U2为大电流电机的驱动电路，其中换向节电机，行走电机，云台电机，都由他们来驱动。U14、U15为小电流电机的驱动电路，摄像头的旋转电机就是由这个电路来驱动的。由以上可知，本发明为列车空调管道内取物机器人，它可前后、左右运动；可以拾取各种物体；可用笔记本电脑进行控制，且工作效果好、设备性能稳定、操作方便，效率高、 结构简单而紧凑、重量轻、携帯方便。
图1是本发明一种实施例的整机外形结构示意图；图2是图1所示装置前视结构示意图；图3是图1所示装置的结构示意图(带局部剖视)；图4是图1所示装置的前视结构示意图(带局部剖视)；图5是ー种实施例的控制电路框图；图6是图5中单片机的一种实施例主控芯片电路图；图7是图5中摄像头与照明灯控制电路的ー种实施例电路；图8是图5中第一电平转换电路、第二电平转换电路及12V直流电源电路、24V直流电源电路、稳压模块的一种实施例电路；图9是图5中传感器信号处理电路的ー种实施例电路；图10是图5中由24V直流电源电路做电机驱动电源的驱动电路中的一组线路；图11是图5中由12V直流电源电路做电机驱动电源的驱动电路中的一组线路；在附图中I-车身，2-天线，3-右履帯，4-左履帯，5、6_后照明灯， 7-后摄像头8-航空接头， 9-第一换向驱动节，10-第二换向驱动节，11-第三换向驱动节，12-第四换向驱动节，13-第五换向驱动节，14、15-机械手固定支架，
16、17-机械手夹板，20-前摄像头，23-主摄像头，沈、27-机械手第一转动轴，30、31_机械手第三转动轴，34-后摄像头灯光系统旋转电机，36-旋转云台， 37-云台电机，39、40_伞形驱动齿轮，42-履带轮，44-第二换向驱动节轴，46-第二换向节驱动电机，48-第三换向驱动节传动齿轮，50-第四换向节驱动电机，52-第五换向节驱动板，54-机械手运动电机传动齿轮，56-运动筒体。
具体实施例方式如图1-图4所示，一种列车空调管道内取物机器人，包括车身1，车身1两侧各装有一条行走履带0，3)，车身1前、后端分別装有摄像头20，7和灯光，且车身1前端还装有机械臂，所述机械臂与车身1连接端装有旋转云台36且机械臂另一端装有两个机械手夹板16，17，并在车身1内装有驱动旋转云台36旋转的云台电机37 ；所述机械臂包括控制机械手夹板向各方向转动的换向驱动节組，换向驱动节组前端通过机械手固定支架14，15与机械手夹板16，17相连，所述换向驱动节组内设有控制两个机械手夹板16，17张开或闭合的机械手控制机构，该机械手控制机构通过转动轴组与机械手夹板16，17连接，所述换向节组后端与旋转云台36连接。所述换向驱动节组依次包括第一换向驱动节9、第二换向驱动节10、第三换向驱动节11、第四换向驱动节12和第五换向驱动节13，所述第一换向驱动节9底端固定在旋转云台36顶部，第一换向驱动节9与第二换向驱动节10通过第二换向驱动节轴44连接而使第二换向驱动节10可绕第二换向驱动节轴44上下转动，并在第二换向驱动节10内设有第 ニ换向节驱动电机46和第二换向节传动齿轮45，第二换向节传动齿轮45 —端与第二换向节驱动电机输出轴连接且第二换向节传动齿轮45另一端与第二换向节驱动节轴44相连； 第二换向驱动节10与第三换向驱动节11通过第三换向驱动节轴49连接而使第三换向驱动节11可绕第三换向驱动节轴49上下转动，并在第二换向驱动节10内设有第三换向节驱动电机47和第三换向节传动齿轮48，第三换向节传动齿轮48 —端与第三换向节驱动电机 47输出轴连接且第三换向节传动齿轮48另一端与第三换向驱动节轴49相连；所述第四换向驱动节12内设有第五换向节驱动板52，第三换向驱动节11内设有第四换向节驱动电机50，所述第三换向驱动节11与第四换向驱动节12通过第四换向节传动关节51连接，且第四换向节传动关节51两端分别连接第五换向节驱动板52和第四换向节驱动电机50而
18、19-前照明灯， 21、22_主照明灯， 24、25_机械手活动支架， 观、29-机械手第二转动轴， 32、33-机械手活动连接板 35-后摄像头灯光系统旋转齿轮， 38-行走驱动电机， 41-行走驱动轴
43-前摄像头灯光系统旋转电机， 45-第二换向驱动节传动齿轮， 47-第三换向节驱动电机， 49-第三换向驱动节轴， 51-第四换向驱动节传动关节， 53-机械手运动电机， 55-运动齿条，
6使第四换向驱动节12可绕第四换向节传动关节51左右转动；所述第五换向驱动节13安装在第四换向驱动节12上。所述机械手控制机构包括运动筒体56、运动齿条55、机械手运动电机53和机械手运动电机传动齿轮M，机械手运动电机53的输出轴通过机械手运动电机传动齿轮M与运动齿条55连接，运动齿条55的一端连接到运动筒体56，该运动筒体56与转动轴组相连。所述机械手控制机构置于第五换向驱动节13内。所述转动轴组包括机械手第一转动轴沈，27、机械手第二转动轴观，29、机械手第三转动轴30，31、连接机械手第一转动轴沈，27与机械手控制机构的机械手活动支架24，25 和连接机械手第一转动轴沈，27与机械手第二转动轴观，四及连接机械手第二转动轴28， 29与机械手第三转动轴30，31的机械手活动连接板32，33。參见图5，本发明的控制电路包括第一电平转换电路、第二电平转换电路、单片机、 12V直流电源电路、24V直流电源电路、摄像头与照明灯控制电路、第一换向电机驱动电路、 第二换向电机驱动电路、第三换向电机驱动电路、第四换向电机驱动电路、第五换向电机驱动电路、左行走驱动电机驱动电路、右行走驱动电机驱动电路、前后摄像头与灯光系统俯仰驱动电路、各摄像头与灯光控制电路；这些电路可集中在ー个安装于车体内的控制电路盒中，其控制信号输出线及电源线等相关导线通过接插ロ或接插头(如耐用和密闭性好的 “航空接头”)同相应的负载连接，并且笔记本电脑的串ロ输出用信号电缆依次经接ロ电路的第一电平转换电路和第二电平转换电路接至单片机的信号输入端；所述单片机的多路控制信号输出端分別同以下驱动电路的控制信号输入端连接摄像头与照明灯控制电路，各换向电机驱动电路，前后摄像头与灯光系统俯仰驱动电路，各摄像头与灯光控制电路；还可以在以上所述单片机的多路控制信号输出端与所述各驱动电路之间设置驱动隔离电路；所述摄像头与照明灯控制电路的后级信号控制端分別同所述车身前部摄像头、车身前部照明灯、车身后部摄像头、车身后部照明灯、视频采集卡连接，而所述摄像头的输出信号经视频采集卡送至笔记本电脑(进行显示或储存)；所述机械臂各换向节驱动节驱动电路分別同对应组的换向节驱动电机的电源端子连接；所述12V直流电源电路向图5中单片机左侧各工作电路提供工作电源并经稳压模块向单片机提供工作电源，24V直流电源电路向图5中单片机右侧各工作电路提供工作电源。上述方案采用笔记本电脑控制，具有智能化、自动化和软件化的操作平台，装置体积小、使用灵活方便，行走、取物定位准确、摄像与录像及时方便，可直接生成影视文件。图6、7、8是图5所示框图的实际电路图。图6中，Jl输出转换后的指令，J2接笔记本电脑(上位机)的串ロ。
图7中，Ul为机器人的主控制芯片，机器人的运行动作和各种环境參数的采集和处理都要通过这个微处理器进行加工处理。J3为控制电路部分的电源输入端，在通过集成稳压芯片进行稳压得到稳定的+5V 电压。JPl是ー个硬件看门狗，它的主要作用是在微处理器由于意外情况失控后从新启动微处理器，从而保证系统运行的安全可靠。JP4为摄像头的连接插座，摄像头的切換是通过三极管Q4、Q7、Q3、Q8的关断和导通来实现的。JP6是灯光的连接插座，灯光的切換是通过三极管Ql、Q5、Q2、Q6的关断和导通来实现的。而灯光的強弱调节是通过PWM调节来实现的。图中UlO是用来隔离微处理器和电机驱动的作用。图8中Jl是驱动部分和微处理器部分的连线接ロ。J2、J3是驱动电路的稳压集成电路，为电机驱动提供稳定的电压。U1、U2为大电流电机的驱动电路，其中换向节电机，行走电机，云台电机，都由他们来驱动。U14、U15为小电流电机的驱动电路，摄像头的旋转电机就是由这个电路来驱动的。本发明所述用于列车空调管道内取物机器人技术參数有1、驱动部分指标机器移动距离大于100米；不规则障碍物越障高度大于10cm。2、监视部分指标摄像头800万象素；俯仰旋转120°。3、控制器重量小于3kg。
权利要求
1.一种列车空调管道内取物机器人，包括车身(1)，车身(1)两侧各装有一条行走履带 0，3)，车身⑴前、后端分別装有摄像头00，7)和灯光，且车身⑴前端还装有机械臂，其特征是，所述机械臂与车身(1)连接端装有旋转云台(36)且机械臂另一端装有两个机械手夹板(16，17)，并在车身(1)内装有驱动旋转云台(36)旋转的云台电机(37)；所述机械臂包括控制机械手夹板(16，17)向各方向转动的换向驱动节組，换向驱动节组前端通过机械手固定支架(14,1 与机械手夹板(16，17)相连，所述换向驱动节组内设有控制两个机械手夹板(16，17)张开或闭合的机械手控制机构，该机械手控制机构通过转动轴组与机械手夹板(16，17)连接，所述换向节组后端与旋转云台(36)连接。
2.根据权利要求1所述列车空调管道内取物机器人，其特征是，所述换向驱动节组依次包括第一换向驱动节(9)、第二换向驱动节(10)、第三换向驱动节(11)、第四换向驱动节 (12)和第五换向驱动节(13)，所述第一换向驱动节(9)底端固定在旋转云台(36)顶部，第 ー换向驱动节(9)与第二换向驱动节(10)通过第二换向驱动节轴G4)连接而使第二换向驱动节(10)可绕第二换向驱动节轴G4)上下转动，并在第二换向驱动节(10)内设有第 ニ换向节驱动电机G6)和第二换向节传动齿轮(45)，第二换向节传动齿轮0 —端与第 ニ换向节驱动电机输出轴连接且第二换向节传动齿轮0 另一端与第二换向节驱动节轴 (44)相连；第二换向驱动节(10)与第三换向驱动节(11)通过第三换向驱动节轴G9)连接而使第三换向驱动节(11)可绕第三换向驱动节轴G9)上下转动，并在第二换向驱动节 (10)内设有第三换向节驱动电机G7)和第三换向节传动齿轮(48)，第三换向节传动齿轮 (48) 一端与第三换向节驱动电机G7)输出轴连接且第三换向节传动齿轮G8)另一端与第三换向驱动节轴G9)相连；所述第四换向驱动节(1 内设有第五换向节驱动板(52)， 第三换向驱动节(11)内设有第四换向节驱动电机(50)，所述第三换向驱动节(11)与第四换向驱动节(1 通过第四换向节传动关节(51)连接，且第四换向节传动关节(51)两端分别连接第五换向节驱动板(5 和第四换向节驱动电机(50)而使第四换向驱动节(12)可绕第四换向节传动关节(51)左右转动；所述第五换向驱动节(1 安装在第四换向驱动节 (12)上。
3.根据权利要求1所述列车空调管道内取物机器人，其特征是，所述机械手控制机构包括运动筒体(56)、运动齿条(55)、机械手运动电机(5 和机械手运动电机传动齿轮 64)，机械手运动电机(5 的输出轴通过机械手运动电机传动齿轮(54)与运动齿条(55) 连接，运动齿条(5 的一端连接到运动筒体(56)，该运动筒体(56)与转动轴组相连。
4.根据权利要求2所述列车空调管道内取物机器人，其特征是，所述机械手控制机构置于第五换向驱动节(13)内。
5.根据权利要求1所述列车空调管道内取物机器人，其特征是，所述转动轴组包括机械手第一转动轴06，27)、机械手第二转动轴08，四)、机械手第三转动轴(30，31)、连接机械手第一转动轴(26，27)与机械手控制机构的机械手活动支架(M，2 和连接机械手第一转动轴(沈，27)与机械手第二转动轴( ，29)及连接机械手第二转动轴( ，29)与机械手第三转动轴(30，31)的机械手活动连接板(32，33)。
全文摘要
本发明涉及一种用于列车空调管道内取物的机器人，机械臂与车身连接端装有旋转云台且机械臂另一端装有两个机械手夹板，并在车身内装有驱动旋转云台旋转的云台电机；所述机械臂包括控制机械手夹板向各方向转动的换向驱动节组，换向驱动节组前端通过机械手固定支架与机械手夹板相连，所述换向驱动节组内设有控制两个机械手夹板张开或闭合的机械手控制机构，该机械手控制机构通过转动轴组与机械手夹板连接，所述换向节组后端与旋转云台连接。本发明为列车空调管道内取物机器人，它可前后、左右运动；可以拾取各种物体；可用笔记本电脑进行控制，且工作效果好、设备性能稳定、操作方便，效率高、结构简单而紧凑、重量轻、携带方便。
文档编号B25J9/08GK102554915SQ20121000400
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者祝加铧, 雷学军, 雷谨榕 申请人:雷学军