一种调整摄像头朝向的调节机构及铁路巡检机器人的制作方法

1.本实用新型涉及巡检机器人技术领域，特别涉及一种调整摄像头朝向的调节机构及铁路巡检机器人。


背景技术：

2.我国铁路营业里程在逐年增加，客运总量也呈爆发式增长，在面对铁路的“安全、高速、舒适”的高要求高标准中，“安全”始终是铁路稳定、健康发展的第一要务，这一要求重点就体现在了线路安全上。线路安全主要由巡道工负责，然而在铁路高爆发式增长的情况下，巡道工人数的紧缺以及工作效率的低下直接影响到了铁路高速发展。
3.现有技术中为解决上述问题，已设计研发了一种铁路巡检机器人，包括多个固定朝向的摄像头，但每个摄像头只能拍摄一个方向上的照片，设置多个摄像头极大地增加了巡检机器人的造价。


技术实现要素：

4.本实用新型的发明目的在于：针对现有技术中铁路巡检机器人造价过高的问题，提供一种调整摄像头朝向的调节机构及铁路巡检机器人。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
6.一种调整摄像头朝向的调节机构，包括自转组件、公转组件和支撑杆，所述支撑杆用于连接摄像头，所述自转组件用于带动所述支撑杆自转，所述自转组件包括转动轴和传动组件，所述支撑杆沿所述转动轴的径向设置，所述传动轴连接第一电机，所述传动轴通过所述传动组件连接所述支撑杆；
7.所述公转组件与所述支撑杆连接，所述公转组件用于驱动所述支撑杆绕所述转动轴转动。
8.支撑杆沿所述转动轴的径向设置，即是指支撑杆的轴线基本垂直于转动轴的轴线。所述传动组件用于建立转动轴与支撑杆之间的传动关系，传动组件可选用齿轮进行传动，也可选用涡轮蜗杆传动等其他现有技术中的传动机构。
9.自转组件包括转动轴和传动组件，转动轴的一端连接第一电机，转动轴的另一端通过传动组件连接支撑杆。经由自转组件的第一电机驱动，可使得所述支撑杆实现绕自身轴线的旋转，进而实现摄像头的自转。公转组件与支撑杆连接，公转组件使得支撑杆绕转动轴的轴线产生旋转，即实现摄像头绕转动轴的公转。自转组件和公转组件之间相互独立运转，互不影响。自转组件和公转组件的角度调节范围根据实际需要设置。
10.通过自转组件控制摄像头进行自转，公转组件控制摄像头绕转动轴进行公转，从而使得单个摄像头在该调节机构的调节下能覆盖相较于现有技术更大的图像采集范围，调节机构采用电机驱动，结构简单，成本低廉，相较于现有技术能以较低造价实现对多方向的图像采集。
11.作为本实用新型的优选方案，所述公转组件包括连接架和第二电机，所述第二电
机的输出端通过所述连接架与所述支撑杆连接。
12.第二电机驱动连接架绕第二电机的输出端转动，对应的，第二电机的输出端的轴线与所述转动轴的轴线基本重合，进而实现摄像头绕转动轴的公转。
13.作为本实用新型的优选方案，所述转动轴通过转动套件与所述连接架连接，所述转动套件包括能够相互转动的第一转动件和第二转动件，所述第一转动件连接所述转动轴，所述第二转动件连接所述连接架。
14.所述转动套件用于连接转动轴和连接架，即是指将自转组件和公转组件之间连接起来，转动套件的第一转动件和第二转动件之间能够相对转动，避免因自转组件和公转组件分别由不同的电机驱动导致自转组件和公转组件相互影响。第二转动件连接所述连接架，可为直接连接，也可为间接连接，第二转动件和第一转动件分别与转动轴和连接架连接时，两者均随转动轴或连接架转动。设置转动套件连接自转组件和公转组件有利于提高整个调节机构传动的稳定性。
15.作为本实用新型的优选方案，所述传动组件包括两个锥形齿轮，所述转动轴和所述支撑杆分别连接有一个所述锥形齿轮，两个所述锥形齿轮之间啮合传动。
16.另一方面，本实用新型还提供一种用于铁路巡检的机器人，包括机身和摄像头，所述机身通过如上述方案中任一所述的一种调整摄像头朝向的调节机构连接所述摄像头。
17.所述机身连接有调节机构，调节机构可安装在机身内，也可安装在机身表面，如设置一个安装盒，在安装盒内安装所述调节机构，而不影响机身内其他部件布置。调节机构可根据不同的使用需求安装在机身的其他位置。
18.在机器人的机身设置调整摄像头朝向的调节机构，并在调节机构的支撑杆上连接摄像头，摄像头伸出所述机器人的机身设置。调节机构不仅可以带动摄像头进行自转，而且还可以带动摄像头进行绕机身进行转动，从而使得摄像头可以根据摄像需求进行多角度的调节，扩大了单个摄像头的摄像范围，进而可以更好地实现机器人巡检的摄像需求，避免设置多个摄像头，增加机器人的造价。
19.作为本实用新型的优选方案，所述机身顶部连接有基座，所述基座内设有所述调节机构。
20.作为本实用新型的优选方案，所述转动轴沿所述基座的长度方向设置，所述支撑杆的一端贯穿所述基座顶部设置并连接所述摄像头。
21.所述基座的长度方向基本垂直于机器人的行进方向，即转动轴的轴线方向垂直于机器人的行进方向。支撑杆贯穿所述基座设置是指基座上对应开有开口，所述开口供支撑杆做前述的公转运动，支撑杆的公转运动范围的最大值取决于开口的尺寸。
22.作为本实用新型的优选方案，所述机身底部连接有清扫机构，所述清扫机构包括刷板和驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述刷板沿所述机器人行进方向做线性往复运动。
23.驱动机构有多种，如采用电控制的轨道实现线性往复运动，或采用电机和传动装置驱动刷板，通过电机正反转实现线性往复运动。传动方式可选择螺杆传动、丝杆传动等，上述传动方式将旋转运动转换成直线运动，而旋转运动常为电机的运动方式，配合电机能以较低的造价实现刷板的线性往复运动。
24.作为本实用新型的优选方案，所述驱动机构包括第三电机和螺杆，所述第三电机
用于驱动所述螺杆转动，所述螺杆与所述刷板之间螺纹配合。
25.所述螺杆转动是指螺杆绕自身轴线转动。螺杆可只设置一根，连接在刷板的中部，也可设置两根，连接在刷板的两端。第三电机能够正反转，第三电机驱动螺杆带动刷板做线性往复运动。
26.作为本实用新型的优选方案，所述机身安装有红外传感器、烟雾传感器、温度传感器、照明灯和显示屏。
27.综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
28.1、调节机构通过设置自转组件控制摄像头进行自转，设置公转组件控制摄像头绕转动轴进行公转，从而使得单个摄像头在该调节机构的调节下能覆盖足够大的范围，调节机构采用电机驱动，结构简单，成本低廉，相较于现有技术能以较低造价实现对多方向的图像采集。
29.2、在机器人的机身连接调整摄像头朝向的调节机构，并在调节机构的支撑杆上连接摄像头，调节机构不仅可以带动摄像头进行自转，而且还可以带动摄像头进行绕机身进行转动，从而使得摄像头可以根据摄像需求进行多角度的调节，扩大了单个摄像头的摄像范围，进而可以更好地实现机器人巡检的摄像需求，避免设置多个摄像头，增加机器人的造价。
30.3、通过在机器人的机身上设置红外传感器，结合现有技术实现机器人的避障功能，设置温度传感器和烟雾传感器，实现对巡检的机房的火情监测，设置显示屏，实现实时显示警示信息，提醒无关人员远离铁路线段。
31.4、通过在机器人的机身底部设置清扫机构，使得本实用新型可以在巡检的同时对机房内的环境起到清洁效果，从而使得其可以更好的实现铁路电务段通信和信号专业机房内的设备和环境的无人巡检需求。
附图说明
32.图1为实施例1的调整摄像头朝向的调节机构的结构示意图；
33.图2为实施例2的调节机构安装于机器人的基座内的结构剖视图；
34.图3为转动套件的一种具体实施方式；
35.图4为本技术的一种用于铁路巡检的机器人的结构示意图一；
36.图5为本技术的一种用于铁路巡检的机器人的结构示意图二；
37.图6为实施例2的清扫机构的结构示意图；
38.图7为实施例2的刷板的结构示意图；
39.图中标记：1、自转组件；2、公转组件；3、固定块；4、固定板；5、固定座；6、滚子轴承；7、连接套；8、锥形齿轮；9、安装腔；10、摄像头；11、第一电机；12、转动轴；13、支撑杆；14、基座；15、显示屏；16、温度传感器；17、照明灯；18、红外传感器；19、烟雾传感器；20、刷板；21、连接架；22、第二电机；23、第三电机；24、固定条；25、滑槽；26、螺杆；27、滑块；28、转动套件；281、第一转动件；282、第二转动件。
具体实施方式
40.下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
41.为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图，这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
42.实施例1
43.如图1，本实施例公开一种调整摄像头10朝向的调节机构，所述自转组件1包括第一电机11、转动轴12和支撑杆13，转动轴12由第一电机11提供动能，第一电机11安装在固定板4上，固定板4上设置有固定座5，固定座5穿插设置有转动轴12，转动轴12可在固定座5中自由转动，如可在固定座5中安装滚子轴承6，使得在固定座5支承转动轴12时又不妨碍转动轴12转动。转动轴12与支撑杆13之间通过传动组件连接，通过转动轴12连接的第一电机11驱动，使得支撑杆13可绕自身轴线转动，而支撑杆13的一端用于连接摄像头10，因而实现了摄像头10的自转。
44.支撑杆13上连接有公转组件2，公转组件2驱动所述支撑杆13绕所述转动轴12旋转。公转组件2沿支撑杆13的径向提供给支撑杆13推进力，所述推进力使得支撑杆13绕转动轴12的轴线产生旋转，即实现摄像头10绕转动轴12的公转。
45.若转动轴12与支撑杆13平行设置，则支撑杆13在公转组件2的驱动下绕转动轴12旋转时摄像头10的摄像范围太小，为尽可能通过一个摄像头10覆盖更大的摄像范围，本实施例选择支撑杆13沿转动轴12的径向设置，即转动轴12的轴线基本垂直于支撑杆13的轴线，在此位置关系下，支撑杆13远离所述转动轴12的一端用于连接摄像头10，支撑杆13的另一端通过传动组件连接所述转动轴12，在支撑杆13绕转动轴12旋转的过程中，支撑杆13所扫过的空间范围更大，有利于摄像头10采集图像。
46.通过设置包括第一电机11、转动轴12、支撑杆13的自转组件1控制摄像头10进行自转，再设置公转组件2控制摄像头10绕转动轴12进行公转，从而使得单个摄像头10在该调节机构的调节下能覆盖足够大的范围，调节机构采用电机驱动，结构简单，成本低廉，相较于现有技术能以较低造价实现对多区域多方向的图像采集。
47.对应的，本实施例中传动组件选择锥形齿轮8，两个锥形齿轮8的轴线相互垂直，锥形齿轮8之间齿轮啮合传动，其中一个锥形齿轮8安装在转动轴12的轴身上，另一个锥形齿轮8安装在支撑杆13的端头。本方案也可选择涡轮蜗杆传动，即转动轴12上设置螺纹，在支撑杆13上设置齿轮。
48.进一步地，所述公转组件2包括连接架21和第二电机22，第二电机22安装在固定板4上，第二电机22的输出端接有连接套7，连接套7通过新设置的另一个固定座5支承并可自由转动，连接套7的外侧壁连接所述连接架21，连接架21与支撑杆13的中部连接在一起。为便于连接架21与支撑杆13连接，在连接架21的一端连接有固定块3，固定块3与连接架21固定连接，支撑杆13贯穿所述固定块3设置。
49.如图1，为提高整个调节机构传动的稳定性，还可在固定块3的左侧再设置一个连接架21，此连接架21也与转动轴12连接，其与转动轴12的连接处应对应设置滚子轴承6。进一步地，转动轴12的右端通过转动套件28与连接套7连接。由于自转组件1和公转组件2相对独立，各自控制摄像头10的不同旋转方式，因而对应的需要设置可使自转组件1和公转组件2互不影响的转动套件28，转动套件28提供支承。第二电机22的输出端、转动轴12、第一电机
11的输出端基本同轴。
50.转动套件28中有第一转动件281和第二转动件282，第一转动件281和第二转动件282之间可相对转动，所述第一转动件281连接所述转动轴12，所述第二转动件282连接所述连接架21，第一转动件281和第二转动件282的连接关系可为如图3所示的同轴并列排布，左边为第一转动件281，右边为第二转动件282，第二转动件282的侧壁用于连接所述连接架21，第二转动件282的空腔连接第二电机22的输出端，若第二电机22连接有连接套7，则第二转动件282连接所述连接套7，连接套7再连接所述连接架21，即第二转动件282通过连接套7间接连接所述连接架21，第一转动件281的空腔连接所述转动轴12，第二转动件282和第一转动件281之间通过连接件转动连接。也可为其中一个转动件同轴套装在另一个转动件内部，如滚子轴承6等。本实施例选用滚子轴承6作为转动组件，滚子轴承6的内圈为第一转动件281，用于连接转动轴12，滚子轴承6的外圈为第二传动件，滚子轴承6的外圈连接所述连接套7，连接套7的外壁连接所述连接架21，即通过连接套7间接连接所述连接架21。通过转动套件28连接所述连接架21和转动轴12，使得转动轴12、连接架21、支撑杆13都直接或间接被两个固定座5支承起来，从而提高了整个调节机构传动的稳定性。
51.实施例2
52.在实施例1的基础上，本实施例公开一种用于铁路巡检的机器人，包括机身和摄像头10。在所述机身连接有实施例1中的一种调整摄像头10朝向的调节机构。具体地，如图4，所述机身包括基座14，所述基座14内设有安装腔9，所述调节机构通过固定板4安装在所述安装腔9内，所述基座14位于机身的上部。也可根据实际巡检要求在机身其他位置设置所述基座14和调节机构，更好的满足巡检要求。具体的，所述调节机构安装在基座14内时，所述转动轴12的轴线垂直于所述机器人的行进方向，如图2，所述基座14上方开有开口，所述开口连通所述安装腔9，所述支撑杆13远离所述转动轴12的一端从开口伸出安装腔9，在此端上安装摄像头10，在调节机构的驱动下，支撑杆13可沿自身轴线自转，也可沿机器人的前后方向转动，即沿机器人的行进方向转动。支撑杆13绕转动轴12转动的角度最大值取决于开口的尺寸。
53.通过在机器人的机身内安装用于调节摄像头10角度的调节机构，使得单个摄像头10可在调节机构的控制下，实现摄像头10的自转和绕机器人的机身转动，两种运动结合，使得单个摄像头10能覆盖原本多个固定摄像头10才能覆盖的图像采集范围，从而可以更好地实现机器人巡检的摄像需求，避免设置多个摄像头10，增加机器人的造价。
54.进一步地，所述机器人底部还设置有清扫机构，清扫机构用于在机器人巡检的时候，同时对巡检的机房内的环境起到清洁效果。具体的，在机身底部开设凹槽，在凹槽内安装驱动机构和刷板20，驱动机构有多种，如采用电控制的轨道实现线性往复运动，或采用电机和传动装置驱动刷板20，通过电机正反转实现线性往复运动。本实施例中，驱动机构包括第三电机23和螺杆26，螺杆26也可替换为丝杆。具体地，在凹槽的两侧分别安装一个固定条24，所述固定条24的内侧均开设有滑槽25，滑槽25的内部均设置有螺杆26，螺杆26的一端均贯穿滑槽25的一端与第三电机23连接，螺杆26与第三电机23的传动方式为通过两个相互垂直的齿轮传动。所述刷板20的两端各设置有一个滑块27，所述滑块27分别与对应的螺杆26连接。所述第三电机23可正反转，从而实现经由螺杆26带动刷板20做线性往复运动。而刷板20的清洁面朝向远离所述机身的一侧，故借由驱动机构可实现对机房的清扫。
55.通过清扫机构的使用，使得本实用新型可以在巡检的同时对机房内的环境起到清洁效果，从而使得其可以更好的实现铁路电务段通信和信号专业机房内的设备和环境的无人巡检需求。
56.实施例3
57.如图4，在实施例2的基础上，本实施例进一步公开用于机器人上的其他配件，在具体应用中，本实施例中的机器人具有自动避障功能，避障使用的传感器主要有超声传感器、视觉传感器、红外传感器18、激光传感器等，本实施例中选择红外传感器18，红外传感器18的型号为lhl958。本实施例中的避障是基于神经网络算法的机器人避障方法：
58.神经网络(neural network，缩写nn)，是一种模仿生物神经网络的结构和功能的数学模型或计算模型。神经网络由大量的人工神经元联结进行计算。大多数情况下人工神经网络能在外界信息的基础上改变内部结构，是一种自适应系统。人工神经网络通常通过一个基于数学统计学类型的学习方法优化，是一种非线性统计性数据建模工具，可以对输入和输出间复杂的关系进行建模。
59.传统的神经网络路径规划方法往往是建立一个关于机器人从初始位置到目标位置行走路径的神经网络模型，模型输入是传感器信息和机器人前一位置或者前一位置的运动方向，通过对模型训练输出机器人下一位置或者下一位置的运动方向。可以建立基于动态神经网络的机器人避障算法，动态神经网络可以根据机器人环境状态的复杂程度自动地调整其结构，实时地实现机器人的状态与其避障动作之间的映射关系，能有效地减轻机器人的运算压力。还有研究通过使用神经网络避障的同时与混合智能系统(his)相连接，可以使移动机器人的认知决策避障能力和人相近。
60.额外地，机器人巡检时应具备监测机房是否发生火情的功能，对应的，在机器人的机身设置温度传感器16和烟雾传感器19，温度传感器16的型号为pt100，烟雾传感器19的型号为mq-2，烟雾传感器19、温度传感器16和红外传感器18均与机身内的中央处理器交换数据，它们之间的连接方式和数据处理方法均为现有技术。
61.额外地，机身的表面还设置有照明灯17，便于实现摄像头10在光线较暗的特殊场景下进行拍摄。
62.额外地，机身的表面还设置有显示屏15，通过显示屏15的使用，使得其可以实时显示警示信息，提醒无关人员远离铁路线段。
63.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
64.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。