防爆通用底盘及轮式巡检机器人的制作方法

1.本技术涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种防爆通用底盘及轮式巡检机器人。


背景技术：

2.石油、化工企业存在高温、高压、易燃易爆或者有毒的气体介质，如果气体从设备中泄漏出来并积累到一定的程度，则非常容易发生爆炸或者中毒事故，进而对工作人员的生命健康及设备造成不可估量的损失。因此石油化工和电力行业为了保证安全生产，必须进行日常巡检，及时发现异常，并采取可行、有效的措施来减少和避免事故的发生。
3.传统人工巡检主要通过看、触、听、嗅等人的感官对设备进行简单定性判断，非常容易出现漏检、报错等问题，同时巡检效率较低。巡检机器人搭载各种行业应用传感器进行数据采集和智能分析，实现了自动化、信息化、集约化，可以在很大程度上代替人工完成大部分巡检任务，降低了巡检成本，提高了巡检效率和质量，避免了巡检人员生命健康受到危害。
4.相关技术见申请号为cn201810565536.6的专利，其公开了一种巡检机器人及巡检系统，包括可见光相机、拾音器、架体、天线、控制电路板及转动电机，控制电路板包括微处理器、数据采集模块及控制模块，控制模块控制巡检机器人移动，拾音器采集现场环境声音。
5.针对上述相关技术，当机器人上的功能部件发生变化，架体的结构一般需要重新设计和生产。


技术实现要素：

6.为了改善目前机器人的底盘一般只适用当前型号而无法通用的问题，本技术提供一种防爆通用底盘及轮式巡检机器人。
7.第一方面，本技术提供的一种防爆通用底盘，采用如下的技术方案：
8.一种防爆通用底盘，包括舱体和盖板，盖板盖合于舱体的开口上，舱体和盖板围成空腔，舱体相对侧壁底部设有四个用于安装驱动机构的安装孔，盖板上设有用于安装云台和/或天线的安装区。
9.通过采用上述技术方案，舱体和盖板围成空腔，机器人的电路控制板等重要部件可以安装在底盘内被保护，提高防爆性，以便用于化工生产等危险场所的巡检机器人。安装区能够用于选择性的安装云台或者天线，根据实际需要选装，提高通用性。
10.第二方面，本技术提供的一种轮式巡检机器人，采用如下的技术方案：
11.一种轮式巡检机器人，包括电池、电路控制板、驱动机构和车轮，还包括上述的防爆通用底盘，电池、电路控制板安装于防爆通用底盘内，驱动机构安装于安装孔，驱动机构带动车轮转动。
12.综上所述，本技术具有以下有益技术效果：底盘在具有良好抗爆性能的情况下通用性强，适用多种类型的巡检机器人。
附图说明
13.图1是本技术实施例机器人的结构示意图；
14.图2是图1的主视图；
15.图3是图2的左视图；
16.图4是防爆通用底盘的俯视图；
17.图5是图4中a-a向的剖视图；
18.图6是图4中b-b向的剖视图；
19.图7是底盘与驱动机构连接结构的示意图；
20.图8是驱动机构的结构示意图；
21.图9是体现底盘与驱动机构装配关系的剖视图；
22.图10是盖板与舱体连接的结构示意图；
23.图11是铰链的结构示意图；
24.图12是图11的左视图；
25.图13是图12中c-c向的剖视图；
26.图14是散热机构与底盘的位置关系示意图；
27.图15是图14中d-d向的剖视图；
28.图16是第一散热组件的结构示意图；
29.图17是未安装散热机构时底盘内部热量分布模拟图；
30.图18是安装散热机构时底盘内部热量分布模拟图。
31.附图标记说明：
32.1、舱体；11、加强筋；12、安装孔；13、检测口；14、开口； 15、吸音板；16、封盖；17、安装架；18、凸台；19、防撞梁；
33.2、盖板；21、凹槽；
34.3、驱动机构；31、壳体；32、车桥安装轴；33、向心轴承；34、主动齿轮；35、轴端盖；36、动力源；
35.4、车轮；
36.5、报警机构；51、云台；52、声光报警组件；
37.61、探沟传感器；62、前后探测传感器；63、侧向探测传感器；
38.7、铰链；71、基座；711、第一安装部；712、纵臂；713、腰孔；
39.72、连接座；721、第二安装部；722、耳板；73、销轴；
40.8、弹簧阻尼器；
41.9、散热机构；91、风扇；92、半导体制冷片；93、第一散热组件；
42.931、固定件；9311、端板；9312、折边；9313、固定部；932、散热片；94、导热板；95、第二散热组件。
具体实施方式
43.以下结合附图1-18对本技术作进一步详细说明。
44.本技术公开了一种防爆通用底盘及轮式巡检机器人。
45.参考图1至图3，轮式巡检机器人包括防爆通用底盘、驱动机构 3和车轮4，防爆通
用底盘包括围成空腔的舱体1和盖板2，驱动机构3和车轮4安装于舱体1，驱动机构3带动车轮4移动使得机器人移动。舱体1内安装有电源和控制电路板，电源用于对驱动机构3和机器人的用电设备供电，控制电路板用于对驱动机构和机器人带有的巡检仪器进行控制。
46.防爆通用底盘包括舱体1和盖板2，舱体1可以为两个连通的长方体腔室结构，在其他实施方式中，舱体1也可以是空心圆柱状或棱柱状，也可以是其他根据需要选择设计的不规则空心壳体结构。舱体1上设有开口14，盖板2盖合于开口14位置。
47.防爆通用底盘上安装有报警机构5，报警机构5包括云台51和报警组件52，云台51可以通过法兰与盖板2固定连接，报警组件52 固定安装在云台51上。报警组件52可以为声光报警器。为了适应报警组件52的支撑高度，云台51与盖板2之间还是固定有支架，支架与云台51和盖板2之间均可以通过法兰连接，支架可以有多段通过螺栓连接而成，这样能够调节支架的高度。
48.防爆通用底盘上还安装有探沟传感器61、前后探测传感器62以及侧向探测传感器63，各传感器均为光电传感器，传感器与控制电路板电性连接，这样通过传感器便于控制机器人的移动和转向，减少防爆通用底盘发生碰撞的可能。
49.前后探测传感器62可以固定在舱体1的前端和后端侧壁外部，最好靠近顶端设置，用于检测巡检机器人有无靠近障碍物，防止发生碰撞；侧向探测传感器63固定在盖板2沿车轮4轮轴方向的两侧，以便探测底盘两侧距离障碍物的距离；探沟传感器61固定在舱体1 的前端侧壁两侧，探沟传感器61最好靠近前端底部设置，探沟传感器61的探测方向倾斜向下并朝向车轮4移动路径设置，当机器人前进移动时，探沟传感器61的探测点始终处于车轮4前方一段距离，这段距离可以为10-30cm。此外，探沟传感器61能够对车轮4行进路线的障碍或凹坑进行预先探测，当遇到无法逾越的障碍或沟壑可选择绕行或停止。
50.参考图4至图6，舱体1的底壁和四周侧壁内侧固设有加强筋11，提高舱体1的结构强度和刚度，在保证防爆性能的同时减轻底盘的质量。舱体1外观上呈阶梯形，前端较低的部分称为控制仓，用于安装控制系统部件，后端较高的部分称为电池仓，用于安装动力锂电池。在舱体1的侧壁底部开设有用于安装驱动机构3的安装孔12。
51.由于驱动机构4位于底盘下部，驱动机构4工作产生的噪音声波在底盘内部表面发生全反射，能量衰减较少，反射回来的声波与声源处的声波以及其他部位反弹回来的声波相互叠加，由于回声增强原声，噪声强度较大。为了削弱防爆通用底盘表面的声压级，底盘内壁铺设有吸音板15，吸音板15可以粘贴固定在加强筋11之间的区域。
52.泡沫铝为多孔性吸声材料，多孔金属的吸声机理主要分为粘滞效应和温度效应。声波在空气介质中传播时，介质中相邻质点运动速率不同，产生相互的摩擦力，即粘滞阻力，阻碍质点的运动。由于粘滞阻力的存在，声波在空中介质中运动时，声能转化为热能消耗掉；此外，声波通过空气介质时会引起介质体积的变化，从而产生温度的改变，根据热力学定律，温度从高向低处流动，产生热交换，从而使声能以热量的形式耗散。泡沫铝板能够削弱底盘内部表面接收的声辐射量，继而降低底盘外部的声压级，达到降噪的目的。
53.由于泡沫铝分为闭孔泡沫铝、半开孔泡沫铝以及开孔泡沫铝，声波传至泡沫铝后，由于孔洞的存在，声波发生漫反射，且在空洞内由于粘滞效应的存在，声波能量一部分转化为热能，回声增强原声减弱，噪声水平降低，继而达到隔音降噪的效果。三种泡沫铝对声波的粘滞效应依次增强，因此泡沫铝优选开孔泡沫铝材质，相同的降噪效果下，吸音板15的板
厚会低一些，还能减轻重量。
54.为了便于检测，舱体1上还开设有检测口13，检测口13上可拆卸连接有封盖16，检测口13便于对组装后的机器人进行检测，封盖 16对检测口13进行封堵，减少底盘内部的噪音通过检测口13直接外泄。封盖16与检测口13之间可以选择螺纹连接、插接、磁吸固定等。
55.参考图7至图9，驱动机构3包括动力源36和轮边减速器，动力源36和轮边减速器安装于舱体1上。动力源36通过轮边减速器驱动车轮4转动，从而带动整个机器人能够行走移动。动力源36优选采用伺服电机，电机可以通过螺栓固定在安装孔12位置，电机的输出轴伸入安装孔12中。在其他实施方式中，动力源36也可以为液压马达。
56.轮边减速器包括减速箱，减速箱包括壳体31、主动齿轮34和从动从轮，主动齿轮34与从动齿轮啮合，主动齿轮34的轮轴为减速箱的输入轴，输入轴用于与电机的输出轴连接；从动齿轮的轮轴为输出轴，输出轴用于与车轮4固定连接。为了提高机器人的结构紧凑性并简化零件，此处主动齿轮34的轮轴沿轴线设有轴孔，电机的输出轴插入到轴孔中并与主动齿轮34的轮轴固定。为了提高减速箱的防水防尘性能，减速箱的输入轴和输出轴分别设置有密封结构。
57.壳体31位于输入轴位置通过螺栓固定有车桥安装轴32，车桥安装轴32可以为一端外壁带有法兰盘的圆筒结构，车桥安装轴32与主动齿轮34的轮轴同轴设置。车桥安装轴32固定在壳体31后，车桥安装轴32的端部略长于主动齿轮34的轮轴端部。车桥安装轴32远离壳体31的一端外壁套设有向心轴承33，车桥安装轴32通过向心轴承33与舱体1连接，从而使得轮边减速器整体安装于舱体1上，通过该轮边减速器进一步增强了机器人的驱动扭矩。向心轴承33可以有两个且并排设置。
58.轮边减速器可以提供车轮4上下自由度，为机器人的减震提供自由度基础，这是由于当车轮4在行进过程中发生碰撞时，车轮4突然抬升，车轮4带动轮边减速器2整体抬升，车桥安装轴32相对舱体 1有移动趋势，由于向心轴承33沿径向方向存在一定的间隙，为车桥安装轴32沿径向移动提供缓冲。此时整个轮边减速器2内的传动基本保持原来状态，大大减小了冲击对电机输出轴的冲击。
59.在车桥安装轴32上还套设有轴端盖35，轴端盖35用于将向心轴承33封堵，轴端盖35通过螺栓与舱体1固定。
60.壳体31上还设有用于安装弹簧阻尼器的安装接口，这样轮边减速器的壳体31与舱体1的侧壁之间可以连接弹簧阻尼器8，使得轮边减速器的外壳31可绕动力输入端轴线旋转，以补偿因地面不平整引起的车轮4上下波动，并起到减震的作用。在舱体1的侧壁固定有安装架17，弹簧阻尼器8的另一端连接于安装架17上。同一侧的两个轮边减速器连接的弹簧阻尼器8末端可以连接于同一安装架17。
61.每个车轮4均有独立的伺服电机进行驱动，伺服电机与轮边减速器之间还可以设置直角减速器，伺服电机连接直角减速器将动力传输到直角减速器输出端，直角减速器对称布置固定在舱体1内壁上，直角减速器输出端与轮边减速器的输入端相连接，轮边减速器输出端连接车轮4，从而将电源的电能转化为伺服电机动能并通过直角减速器和轮边减速器传递给车轮4，实现轮式巡检机器人底盘行走。
62.可通过控制伺服电机的转速来控制四个车轮4的转速，当两侧车轮4转速和转向相同且不为零时，巡检机器人直线行走；当两侧车轮 4转速相同和转向相反时，巡检机器人原
地自转；当两侧车轮4转速不同时，巡检机器人向转速小的一侧沿圆弧转弯，从而实现差速转向。
63.参考图10，为了进一步提高底盘的降噪性能，减少噪音通过盖板2与舱体1的结合面外泄的可能，舱体1位于开口14的周围固设有凸台18，凸台18环绕开口14一周，盖板2上开设有与凸台18配合的凹槽21。在凸台18上还可以开设密封槽，用于放置密封圈。
64.为了盖板2打开后能够与舱体1连接一起，盖板2的一侧与舱体 1通过铰链7铰接。铰链包括基座71、连接座72和销轴73，连接座 72与基座71通过销轴73相对转动。
65.使用普通的铰链连接将导致翻转闭合时盖板2相对于舱体1结合面存在垂直运动的同时也存在平行位移，就需要在舱体1的凸台18 和盖板2的凹槽21之间预留一定的空间给上述平行位移，进而导致舱体1的凸台18和盖板2的凹槽21之间间隙过大，结合面的密封不够理想。
66.为了进一步提升结合面的密封性能，参考图11至图13，基座71 包括固定连接的第一安装部711和纵臂712，纵臂712上设有弧形的腰孔713；连接座72包括固定连接的第二安装部721和耳板722；销轴73穿过纵臂712上的腰孔713与耳板722连接，销轴73能够沿腰孔713活动。第一安装部711与舱体1结合面的侧面固定，第二安装部721与盖板2结合面的侧面固定。
67.当盖板2翻转打开时，销轴73滑至圆弧状的腰孔713底部，对盖板2起到支撑作用；当盖板2逐渐关闭时，销轴73沿着圆弧状的腰孔713逐渐向上滑动；到盖板2结合面上的凹槽21左侧面即将与舱体1的凸台18左侧面接触时，销轴73滑至圆弧状的腰孔713的顶端，且此时盖板2结合面与舱体1结合面平行；随着盖板2向下移动使得盖板2上的凹槽21插入舱体1上的凸台18，销轴73在圆弧状的腰孔713内向左移动，使盖板2上的凹槽21的右侧面与凸台18的右侧面紧密贴合，实现密封，此时销轴73位于圆弧状的腰孔713顶端稍下位置。
68.第一安装部711和第二安装部721可以为矩形板，矩形板的厚度均为d。第一安装部711的高度为h1，第二安装部721的高度可以为 h2，此处h1＝h2。在其他实施方式中，第一安装部711的高度h1与第二安装部721的高度h2也可以不同。
69.参考图11至图13，纵臂712也可以板状结构，纵臂712高出于第一安装部711一段距离，高出的距离大于第二安装部721的高度。为了减少纵臂712对连接座72转动的影响，纵臂712靠近第一安装部711位置的宽度大于高出部位的宽度。弧形的腰孔713的轴线位于纵臂712与第一安装部711顶端的相接处。销轴73中心轴到第二安装部721的垂直距离为l，弧形的腰孔713的内侧半径为r1，弧形的腰孔713的外侧半径为r2，r1＜l＜(r1+r2)/2。销轴73的直径与腰孔713的内侧壁与外侧壁之间的宽度相同。
70.具体的，d＝5mm，h1＝h2＝15mm，r1＝13mm，r2＝19mm，l＝14mm。
71.腰孔713的两端为半圆形孔，半圆形孔的两侧分别与腰孔713的内侧壁与外侧壁相切。当销轴73移动至腰孔713的端部时，半圆形孔的中心与销轴73的轴线重合。即在同一平面上，半圆形孔的中心、销轴73与腰孔713的切点、腰孔713的圆弧中心点o位于同一直线上。
72.销轴73在腰孔713内最大移动范围对应的圆心角为α。腰孔713 的中心点o与腰孔713内侧面顶端的连线和第一安装部711靠近纵臂 712一侧的竖平面之间的夹角为β。优选的，α可以为55
°‑
75
°
，满足100
°
≤α+β≤120
°
；更优选的，α为60度，β为50度。
73.耳板722有两个并对称分布在纵臂712的两侧，两个耳板722之间形成用于纵臂712
活动的空间，耳板722上开设有用于销轴73穿过的销孔。在其他实施方式中，耳板722也可以为一个，销轴73也可以直接与耳板722固定。第一安装部711与第二安装部12上开设有通孔，用于螺钉穿过通孔以便固定第一安装部711和第二安装部 12。此处通孔各有两个，在其他实施方式中，第一安装部711与第二安装部12上的通孔数量还可以是其他数量，如1个、3个或4个等。
74.为了降低防爆通用底盘内部元件的工作环境温度，防爆通用底盘上还可以安装散热机构9，散热机构9可以有多组，此处散热机构9 有两组并设置在控制仓上的盖板2的两侧。在其他实施方式中，根据散热区域和散热效果需要，散热机构9还可以为一组、三组或四组以上等。散热机构9也可以安装在舱体1的侧壁或底壁。
75.参考图14和图16，散热机构9包括风扇91、半导体制冷片92 和第一散热组件93，半导体制冷片92与盖板2连接，盖板2可以为金属板，半导体制冷片92的发热端贴合盖板2，半导体制冷片92的制冷端远离盖板2设置，半导体制冷片92电性连接电源；第一散热组件93固定于盖板2位于半导体制冷片92所在区域，第一散热组件 93和半导体制冷片92位于盖板2的两侧；风扇91可以通过螺栓安装于底盘上，风扇91电性连接电源，用于使得底盘内的空气流动。
76.半导体制冷片92工作时，制冷端吸热，并将热量通过发热端，发热端的热量通过盖板2传递至第一散热组件93，第一散热组件93 将热量发散到外部环境中，从而降低了散热底盘内的温度。此外，制冷端的周围温度较低，风扇91工作时，使得内部热量流动，一方面将制冷端周围的冷空气扩散到舱体1内部其他区域，避免热量局部堆集，一方面使得半导体制冷片92从内部吸取更多热量。
77.参考图16，第一散热组件93包括固定件931和散热片932，散热片932有多个且并排设置，相邻两个散热片932之间留有一定间隙以利于热量散出，散热片932为热的良导体制作成矩形片，多个散热片932形成长方体结构；固定件931有两个并固定于散热片932长度方向的两端，固定件931用于将多个并排的散热片932固定在盖板2 上。固定件931包括端板9311、折边9312和固定部9313，端板9311 为矩形板，矩形板轮廓与散热片932形成的长方体端面轮廓相适应，固定部9313有一个并沿着矩形板的棱边设置，折边9312有三个并分布在矩形板剩余的三个棱边上，固定部9313与折边9312相对端板 9311的弯折方向相反。固定件931可以为金属板通过钣金制作，折边9312初始状态可以与端板9311在同一平面，待端板9311与散热片932的端面抵接后，再弯折折边9312将散热片932包覆限位，固定部9313通过螺钉与盖板2固定，与固定部9313相对位置的折边 9312用于将多个散热片932在垂直于盖板2的高度方向限位，两侧的折边9312用于对两侧的散热片932限位。当需要对散热片932进行维护更换时，将固定件931拆下即可。
78.为了进一步增大散热面积，端板9311上开设有散热孔，散热孔可以为一个或两个以上的多个，具体根据需要选择。
79.在其他实施方式中，散热片932也可以是呈多个同心圆或其他结构，此时固定件931的结构可以适应性调整，即端板9311的轮廓随着散热片932的形状可以变化。多个散热片932也可以是制作为一个整体，散热片932直接粘接或焊接固定在盖板2上。
80.为了提高导热速率，将散热底盘内的热量尽快的传递到第一散热组件93，半导体制冷片92与盖板2之间还可以设置导热板94，导热板94可以为铜片。在其他实施方式中，导
热板94还可以为铜基镀银片、铜基镀金片、银基镀金片、金箔等。导热板94通过螺钉固定在盖板2上，在其他实施方式中，导热板94也可以粘接在盖板2上。导热板94上设有用于安装半导体制冷片92的容纳槽。
81.根据需要，半导体制冷片92可以一个、两个或三个以上数量，具体根据功率和散热需要合理选择。导热板94可以为一个，能够将所有半导体制冷片92区域覆盖；或者导热板94也可以是两个以上，将关键位置的半导体制冷片92区域覆盖。
82.为了提高半导体制冷片92制冷端的吸热效率以及冷空气扩散效率，半导体制冷片92的制冷端固定连接有第二散热组件95，第二散热组件95包括基板和固定于基板上的多个翅片，基板与制冷端连接，基板和翅片为铝质或其他热的良导体的材质。翅片增大了半导体制冷片92与散热底盘内部空间的热交换面积。第二散热组件95的数量可以根据覆盖区域面积和半导体制冷片92所在区域选择，可以是两个半导体制冷片92对应一个第二散热组件95，也可以是每个半导体制冷片92对应一个第二散热组件95，或者四个半导体制冷片92对应一个第二散热组件95。
83.风扇91的风向可以正对第二散热组件95的翅片，也可以平行与翅片之间的通道设置。
84.当散热机构9安装在散热底盘的舱体1的侧壁或底壁时，图15 中的盖板2可以适应性的表示舱体1的侧壁或底壁。
85.散热机构9加入前后，舱体1内的温度模拟如图17和图18所示，可见，加入散热机构9后，底盘内整体温度明显降低，没有热量堆集现象，为元件能够在适宜温度下正常工作提供良好环境。
86.为了提高机器人的巡检能力，云台51还可以配备红外和可见光摄像头，具备拍照和实时图像传输功能。位于电池仓上的盖板2上方安装有用于通信和数据传输的天线。舱体1的后端面设置有无线充电设备，以便对电源进行充电。舱体1的前端外壁可拆卸固定有防撞梁 19。舱体1的两侧固定有吊杆。防爆通用底盘上还可以安装气体传感器，用于监测周围环境气体浓度以便判断有无气体泄漏。盖板2上还可以安装拾音器和麦克风。
87.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。