一种激光雷达悬挂式机器人

1.本实用新型涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达悬挂式机器人。


背景技术：

2.目前，智能巡检机器人根据其运动方式差异一般可分为两类。第一类是地面式巡检机器人,例如轮式、履带式，其能够沿地面自主移动，运动灵活性高，但往往需要依托较高的传感器精度、可靠的运动控制算法和较强的运算能力。第二类是悬挂轨道式巡检机器人，这种机器人只能沿悬挂安装的固定轨道移动；悬轨式巡检机器人并不依赖高精度传感器和实时性算法保障其运动的鲁棒性，而是通过机械结构将其“束缚”在已规划好的轨道路径上,主体只能沿导轨前进、后退从而进行一个维度的运动；也可通过配置升降机构，灵活调整传感器高度，其易控、有效、安全、稳定,完全满足中继站对巡检机器人的各项性能要求；然而，目前的悬轨式机器人在滑车单元在滑动导轨上运动时，会产生运动距离的累积误差，累积误差常常由导轨滑动摩擦、机械误差及编码误差等引起；因此，长时间运行定位精度低，若通过高精度传动机械结构来保障机器人位置精度，则成本较高。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是为了解决背景技术中提及的问题，提供一种激光雷达悬挂式机器人，该机器人具有巡检与定位精度高并且能够有效降低使用成本的优点。
4.为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：
5.一种激光雷达悬挂式机器人，包括：一悬挂安装于顶棚上的滑动导轨，所述滑动导轨包括向上倾斜一定角度的左接触板、右接触板；一位于滑动导轨下方的机器人外壳；一设置于所述机器人外壳顶部的行走轮机构；所述行走轮机构能够同时与左接触板、右接触板保持接触并在其接触面上滚动前行或后退，进而实现机器人的前后行走；还包括一设置于机器人外壳前端的激光雷达模块，通过所述激光雷达模块实现机器人定位以及环境感知。
6.进一步地，所述滑动导轨整体为水平放置的三棱柱状，其底部为水平的定位面；所述左接触板、右接触板均相对于水平定位面向上倾斜一定的角度，所述倾斜角度为45
°
或30
°
。
7.进一步地，所述左接触板与右接触板的顶端间设有竖直的连接架，所述连接架的顶端设有连接架底座，所述连接架底座通过膨胀螺钉固定安装于顶棚上。
8.进一步地，多组所述滑动导轨能够通过其端面拼接成任意长度的滑轨单元，从而能够增加机器人的行驶面。
9.进一步地，所述行走轮机构包括呈前、后两侧安装于机器人外壳顶部的驱动轮、支撑轮，所述机器人外壳上设置有轮毂制动电机，所述轮毂制动电机与驱动轮相连接，直接控制驱动轮滚动行走或制动刹车；所述支撑轮为从动轮，用于保持机器人行走时的平衡稳定。
10.进一步地，所述激光雷达模块包括模块主体，所述模块主体前侧设置激光雷达发射窗，所述模块主体的顶部设有激光雷达连接口，所述激光雷达连接口为双通用usb接口。
11.进一步地，所述机器人外壳的内部设有控制模块，所述激光雷达模块、轮毂制动电机均与控制模块电气连接，从而能够实现模块间的控制信号传递以及信息交互。
12.本实用新型具有以下优点：
13.1、本实用新型通过激光雷达模块感知机器人当前位置，能够通过绝对位置来实时消除累积误差，同时通过轮式行走机构与水平三棱柱式的滑动导轨相配合控制机器人的行驶或制动，传动结构及方式简单可靠，累积的运动误差也较小，其能够从整体上提高机器人定位的位置精度。
14.2、本实用新型在机器人进行环境检测或执行巡检任务过程中，无需布设价格昂贵的高精度齿轮、齿条、滑轨和滚轮等机械结构来实现机器人的高精度定位，从而建设成本较低，适用范围广。
15.3、本实用新型运动过程中激光雷达模块感知周围环境生成高精度地图，不仅能通过周边环境反馈机器人的位置，还可巡检设备及环境检测；同时，激光雷达模块对光照的变化不敏感，黑暗感测能力较强，信息量丰富。
附图说明
16.图1是本实用新型的整体结构示意图；
17.图2是本实用新型的俯视结构示意图；
18.图3是本实用新型的前视结构示意图；
19.图4是本实用新型第一实施例中滑动导轨的轴侧结构示意图；
20.图5是本实用新型第一实施例中滑动导轨的端面结构示意图。
21.图中标记名称：驱动轮11、支撑轮12、机器人外壳2、激光雷达模块3、激光雷达连接口31、激光雷达发射窗32、连接架4、连接架底座41、左接触板51、右接触板52。
具体实施方式
22.以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述，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。
23.第一实施例：
24.如图1～5所示，本实施例的一种激光雷达悬挂式机器人，包括：一悬挂安装于顶棚上的滑动导轨，滑动导轨包括向上倾斜一定角度的左接触板51、右接触板52；一位于滑动导轨下方的机器人外壳2；机器人外壳2具有中空内腔，用于放置机器人主控、通信、电池等模块；一设置于机器人外壳2顶部的行走轮机构；行走轮机构能够同时与左接触板51、右接触板52保持接触并在其接触面上滚动前行或后退，进而实现机器人的前后行走；还包括一设置于机器人外壳2前端的激光雷达模块，通过激光雷达模块实现机器人定位以及环境感知。
25.本实施例中，滑动导轨整体为水平放置的三棱柱状，滑动导轨的底部为水平的定位面，左接触板51、右接触板52均相对于水平定位面向上倾斜一定的角度，倾斜角度优选为45
°
或30
°
；左接触板51、右接触板52的顶部相交构成所述三棱柱的其中一个棱边，所述棱边与定位面之间还设置一加强肋，左接触板51、右接触板52的外板面为机器人前进或后退时的行驶面；滑动导轨端部截面为三角形结构，既能为机器人的行驶提供较好的支撑力，又能保证导轨整体结构不易变形。
26.其中，左接触板51与右接触板52的顶端间设有竖直的连接架4，连接架4的顶端设有连接架底座41，连接架底座41通过膨胀螺钉固定安装于顶棚上；连接架4的数量优选为2组，连接架底座41设有2个安装孔，使用膨胀螺钉穿过相应安装孔将连接架底座41固定于顶棚上。
27.本实施例中，多组滑动导轨能够通过其端面拼接成任意长度的滑轨单元，从而能够增加机器人的行驶面；其中，滑动导轨一般为钢制导轨，钢轨单元通过矫直后可在水平的安装底座上随意拼接。
28.本实施例中，行走轮机构包括呈前、后两侧安装于机器人外壳2顶部的驱动轮11、支撑轮12，机器人外壳2上设置有轮毂制动电机，轮毂制动电机与驱动轮11相连接，直接控制驱动轮11滚动行走或制动刹车；支撑轮12为从动轮，用于保持机器人行走时的平衡稳定。
29.其中，如图1～3所示，机器人外壳2的左右两侧分别设有一向左接触板51、右接触板52一侧弯曲的圆弧板，驱动轮11和支撑轮12数量均为2个， 前侧2个驱动轮11左右对称设置于两侧的圆弧板之间；后侧2个支撑轮12亦左右对称设置于两侧的圆弧板之间。
30.本实施例中，激光雷达模块包括模块主体，模块主体前测设置激光雷达发射窗32，模块主体的顶部设有激光雷达连接口31，激光雷达连接口31为双通用usb接口；激光雷达模块3能够采用激光束探测地面形成地图图像，当图像与前端构建地图相对比即确定机器人当前所处位置。
31.本实施例中，机器人外壳2的内部还设有控制模块，激光雷达模块、轮毂制动电机均与控制模块电气连接，从而能够实现模块间的控制信号传递以及信息交互。
32.本实用新型中，激光雷达模块通过激光雷达发射窗32发出激光束，测量激光束从发出到返回所用时间的功能；并通过上述电气连接在机器人控制模块实现环境感知功能，完成3d地图的构建。
33.本实用新型中激光雷达定位或巡检的工作过程及工作原理如下：
34.激光雷达模块测量3d空间中每个像素到发射器间的距离和方向，通过传感器创造出真实世界完整的3d模型；操作激光雷达系统的基本方法是发射一束激光，然后测量光在物体表面反射而返回来的信号；激光雷达模块接收到反射回来的信号所需的时间提供了一种直接测量激光雷达模块与物体之间的距离的手段；关于物体的额外的信息，比如它的速率或材料成分，也可以通过测量反射回来的信号中的某些特性而得以确定，这些特性包括诱导多普勒频移（induced doppler shift）、飞行时间（tof， time of flight）；具体而言，就是根据激光遇到障碍物后的折返时间。最后，通过操控发射出去的光可以测量出环境中许多不同的点，从而创建出完整的3d模型。机器人通过检测当前环境与匹配预设环境模型来实现定位与巡检设备是否外观损伤，机器人采用轨道设计，保证在行进过程中机器人的平稳运行。
35.以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。