专利名称：一种智能型测量机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种智能型測量机器人。
背景技术：
随着社会经济的发展，物质生活水平的提高，人们越来越关注室内空气质量。通风管道内积聚的灰尘是细菌、真菌、病毒等病源微物的寄居地，通风管道内的积尘是室内空气质量污染的重要来源，因此必须定期对通风管道内的积尘进行检测，来确定是否对通风管道进行清洗消毒。目前，国内外还没有操作简单、检测准确，用于测积尘量的机器人。虽有 吸尘式采样和擦拭法采样的设备，但易受粉尘颗粒、积尘量和操作者熟练程度影响。操作步骤复杂，采样误差相大，不适合准确评价风管内积尘量。智能型測量机器人不但能准确测量风管内积尘，还能測量风管展开面积，为清洗施工提供科学的风管展开面积评价依据。
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，提供ー种智能型測量机器人，它可用笔记本电脑进行控制，性能稳定、操作简便，体积小、重量轻、携帯方便等特点。为实现上述目的，本发明所采用的技术解决方案是，ー种智能型測量机器人，所述车身两侧装有行走履带或车轮，所述两侧履带轮或车轮通过行走驱动齿轮副与行走驱动电机相连，所述车身内部装有刮板运动机构，所述刮板通过刮板螺杆、刮板水平移动齿轮副与刮板水平移动电机相连，所述升降板通过上下升降螺杆、上下升降螺杆座套与车身顶部相连，所述车身内部还装有3D摄像头，车身前后各装一组摄像头和车灯，车身左右和顶部各装一组红外线传感器。以下做出进ー步说明。參见图I至图8，本发明车身两侧有左履带、右履带，其结构特点是，车身两侧为左内侧板、右内侧板；所述左内侧板外侧装有左履带、左外侧板；所述右内侧板外侧装有右履带、右外侧板；所述左内侧板通过前连结架、后连结架与右内侧板相连。參见图I 3、图8，所述左履带、右履带围绕履带主动轮、履带从动轮旋转；所述行走主动轴与履带主动轮相连；所述行走从动轴与履带从动轮相连。參见图2、图7，所述前摄像头水平旋转电机通过前摄像头水平旋转齿轮副与前摄像头旋转架相连；所述前摄像头俯仰旋转电机通过前摄像头俯旋转齿轮副与前摄像头俯仰旋转轴相连；所述前摄像头旋转架通过前摄像头俯仰旋转轴与前摄像头灯光总成相连；所述前摄像头灯光总成上安装有前摄像头、前车灯。參见图3、图6、图8，所述行走驱动电机通过行走驱动齿轮副与行走主动轴相连；同样机构所述行走驱动电机通过行走驱动齿轮副与行走主动轴相连；所述后摄像头旋转电机通过后摄像头电机轴、后摄像头旋转齿轮副、后摄像头灯光总成轴与后摄像头灯光总成相连；后摄像头灯光总成上安装有后摄像头、后车灯，所述后连结架上安装有航空接头。參见图4、图5，所述车身顶部安装有红外线传感器窗ロ，所述左外侧上安装有红外线传感器窗ロ，同样结构所述右外侧上安装有红外线传感器窗ロ ；所述红外线传感器窗口内安装有红外线传感器；所述车身内部前方装有3D摄像头；所述3D摄像头朝车身下方安装，并且带有供照明用的灯光；所述车身内部后方装有刮板运动机构；所述刮板通过刮板螺杆座与刮板螺杆相连；所述板螺杆通过刮水平移动齿轮副与刮板水平移动电机相连；所述板螺杆通过刮板水平移动螺杆座套与升降板相连；所述上下升降电机通过上下升降齿轮副与上下升降螺杆相连；所述上下升降螺杆通过上下升降螺杆座套与车身的顶板相连；所述上下升降螺杆通过上下升降螺杆座与升降板相连；所述底板通过导柱与车身的顶板相连。本发明的工作原理是，启动图6中的行走驱动电机并控制其旋转方向(正转或反转)，即可控制车身I前进后退、左转右转；启动后摄像头旋转电机，并控制其旋转方向(正转或反转)，即可控制图3中后摄像头灯光总成上下旋转；參见图2，启动前摄像头水平旋转电机并控制其旋转方向(正转或反转)，即可控制前摄像头旋转架水平旋转；启动前摄像头俯仰旋转电机并控制其旋转方向(正转或反转)，即可控制图7中前摄像头灯光总成俯仰旋转。參见图7，启动刮板水平移动电机控制其旋转方向(正转或反转)，即可控制刮板螺杆旋转；通过刮板螺杆正反旋转带动刮板前后移动；启动上下升降电机控制其旋转方向(正转或反转)，即可控制上下升降螺杆旋转；通过上下升降螺杆正反旋转带升降板上下移动。本发明装置可采用笔记本电脑进行控制。图9是ー种实施例的控制电路框图。由图9可知，所述左侧行走电机、右侧行走电机、刮板上下电机、刮板前后电机、前摄像头水平旋转电机、前摄像头俯仰旋转电机、前摄像头旋转电机的电源端分别同对应的驱动电源输出端连接，而所述各驱动电路的控制极分别同单片机相应控制信号输出端对应连接，所述单片机的另外一路控制信号输出端同摄像头与车灯驱动电路控制极连接，所述摄像头与车灯驱动电路的驱动电源输出端分别同摄像头与照明灯的电源相连接；摄像头的信号输出接线连至视频采集卡的信号输入端，该视频采集卡的信号输出端与笔记本电脑的总线连接，交流220V市电电源接插头分别同笔记本电脑、24V直流电源电路、12V直流电源电路的电源输入端连接，所述24V直流电源电路的直流输出端分别接至电动机驱动电路的电源输入端，12V直流电源电路的直流输出端的一路接至5V直流电源电路的输入端而其另一路接至摄像头与车灯驱动电路的电源输入端，5V直流电源电路的输出端同单片机的工作电源端连接，笔记本电脑的串行输出接ロ经电平转换接ロ电路同单片机的控制信号输入端连接。图9所示控制电路框图的工作过程是，启动笔记本电脑，进入专用控制软件，在显示屏上可显示全部控制功能窗ロ菜单；执行控制命令时，控制指令经电平转换接ロ电路送至单片机(下位机)，而单片机根据不同指令发出驱动信号给各驱动电路，使其分别或同步完成相应的功能；摄像头的输出信号送至视频采集卡处理后送到笔记本电脑(上位机)还原成像显示在屏幕上。还可将一块看门狗芯片接至单片机的对应端，在系统出现不可逆转的干扰时，该模块将重启系统，并从断点处继续执行；由此提高了系统的可靠性。所述车灯可选用市售高亮度LCD组合而成；摄像头可采用市售高清晰度产品。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，行走平稳、操作灵活，測量准确、超障能力强，摄像与录像及时方便，可直接生成影视文件。红外线传感器能測量出风管横切面大小，加上机器人行走距，通过安装在笔记本电脑内的专业软件，可自动计算出风管展开面积。3D摄像头可拍摄出风管积尘三维图像，通过自带的软件分析，能计算出风管积尘。
图I是本发明一种实施例的立体结构示意图；图2是图I所示装置的前视结构示意图(带局部剖视)；图3是图I所示装置的后视结构示意图；图4是图I所示装置的主体结构示意图(带局部剖视)
图5是图I所示刮板运动机构的主体结构示意图；图6是图I所示后连结架的主体结构示意图(带局部剖视)；图7是图I所示前连结架的主体结构示意图；图8是图I所示内侧板的主体结构示意图(带局部剖视)；图9是本发明一种实施例的控制电路框图；图10是图9中单片机的一种实施例主控芯片电路图；图11是图9中摄像头与照明灯控制电路的一种实施例电路；图12是图9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13是图9中由24V直流电源电路做驱动电路的一组线路；图14是图9中由12V直流电源电路做驱动电路的一组线路；图15是图9中红外线测距控制电路的一种实施例电路；图16是图9中3D摄像头控制电路的一种实施例电路；图17是图9中驱动隔离电路和一种实施例电路。在所述附图中I-车身，2-前连结架， 3-后连结架，4-左内侧板， 5-右内侧板， 6-右外侧板，7-左外侧板， 8-左履带，9-右履带，10-行走从动轴，11、12_红外线传感器窗ロ，13-前摄像头，14-前车灯，15-前摄像头旋转架，16、17-前摄像头俯仰旋转轴，18-前摄像头俯仰旋转齿轮副，19-前摄像头俯仰旋转电机，20-前摄像头水平旋转电机，21-前摄像头水平旋转齿轮副，22-刮板水平移动齿轮副，23-航全接头，24-后摄像头灯光总成，25-后摄像头，26、27_后车灯，28-电路板，29-红外线传感器，30-3D摄像头，31-刮板，32-刮板螺杆，33-刮板水平移动电机，34-上下升降电机， 35-上下升降螺杆，36-上下升降螺杆座套，37-上下升降齿轮副，38-刮板螺杆座，39-上下升降螺杆座， 40-升降板，41-底板，42、43、44、45_导柱，46-行走主动轴， 47、48_行走驱动电机，
49-行走驱动齿轮副， 50-后摄像头旋转电机，51-后摄像头电机轴，52-后摄像头旋转齿轮副，53-后摄像头灯光总成轴，54-如摄像头灯光总成，55-履带主动轮，56-履带从动轮，57-刮板水平移动螺杆座套。
具体实施例方式实施例Iー种智能型測量机器人，參见图I至图8，本发明车身I两侧有左履带8、右履带9，其结构特点是，车身I两侧为左内侧板4、右内侧板5 ;所述左内侧板4外侧装有左履带8、左外侧板7 ;所述右内侧板5外侧装有右履带9、右外侧板6 ;所述左内侧板4通过前连结架
2、后连结架3与右内侧板5相连。參见图I 3、图8，所述左履带8、右履带9围绕履带主动轮55、履带从动轮56旋转；所述行走主动轴46与履带主动轮55相连；所述行走从动轴10与履带从动轮56相连。參见图2、图7，所述前摄像头水平旋转电机20通过前摄像头水平旋转齿轮副21与前摄像头旋转架15相连；所述前摄像头俯仰旋转电机19通过前摄像头俯旋转齿轮副18与前摄像头俯仰旋转轴17相连；所述前摄像头旋转架15通过前摄像头俯仰旋转轴16、17与前摄像头灯光总成54相连；所述前摄像头灯光总成54上安装有前摄像头13、前车灯14。參见图3、图6、图8，所述行走驱动电机47通过行走驱动齿轮副49与行走主动轴46相连；同样机构所述行走驱动电机48通过行走驱动齿轮副与行走主动轴相连；所述后摄像头旋转电机50通过后摄像头电机轴51、后摄像头旋转齿轮副52、后摄像头灯光总成轴63与后摄像头灯光总成24相连；后摄像头灯光总成24上安装有后摄像头25、后车灯26、27，所述后连结架3上安装有航空接头23。參见图4、图5，所述车身I顶部安装有红外线传感器窗ロ 11，所述左外侧7上安装有红外线传感器窗ロ 12，同样结构所述右外侧6上安装有红外线传感器窗ロ ；所述红外线传感器窗ロ 11、12内安装有红外线传感器29 ;所述车身I内部前方装有3D摄像头30 ;所述3D摄像头30朝车身I下方安装，并且带有供照明用的灯光；所述车身I内部后方装有刮板运动机构；所述刮板31通过刮板螺杆座38与刮板螺杆32相连；所述板螺杆32通过刮水平移动齿轮副22与刮板水平移动电机33相连；所述板螺杆32通过刮板水平移动螺杆座套57与升降板40相连；所述上下升降电机34通过上下升降齿轮副37与上下升降螺杆35相连；所述上下升降螺杆35通过上下升降螺杆座套36与车身I的顶板相连；所述上下升降螺杆35通过上下升降螺杆座39与升降板40相连；所述底板41通过导柱42、43、44、45与车身I的顶板相连。參见图9，所述12V直流电源回路向图14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直流电源回路向图9中单片机右侧各工作电路提供工作电源。所述控制电路中还包括有用来隔离微处理器和电机的驱动隔离电路。图10是图9中单片机的一种实施例主控芯片电路图，其中Ul为机器人的主控制芯片，机器人的运行动作都要通过这个微处理器进行加工处理。图11是图9中摄像头与照明灯控制电路的ー种实施例电路图，其中(a)为灯光控制电路，J6是灯光的连接插座，灯光的切换是通过三极管Q7、Q8的关断和导通来实现，而灯光的强弱调节是通过PWM调节来实现；(b)为摄像头控制电路，J5为摄像头的连接插座，摄像头的切换是通过三极管Q5、Q6的关断和导通来实现的。图12是图9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。其中(a)为硬件看门狗电路，JPI是一个硬件看门狗芯片，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靠；(b)稳压模块,其中J5为控制电路部分的电源输入端，J5接微型电脑(上位机)的串口，在通过集成稳压芯片进行稳压得到稳定的+5V电压；(c)和(d)分别是+12V电源、+24V电源，其中J4、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。(e)为连线接口，即Jl是驱动部分和微处理器部分的连线接口 ；J2输出转换后的指令。图13是图9中由24V直流电源电路做驱动电路的一组线路，U7、U14为大电流电机的驱动电路，其中行走驱动电机，举臂驱动电机、毛刷驱动电机，吹气电磁阀、吸尘气头毛刷驱动电机、消毒电机，都由它们来驱动。图14是图9中由12V直流电源电路做驱动电路的一组线路，U6为小电流电机的驱动电路，前后灯光摄像头驱动电机就是由这个电路来驱动的。图15是图9中红外线测距控制电路的一种实施例电路，单片机采用89C52系列使用外部时钟源，外接6MHZ的晶振，由PO. 0 口直接输出40KHZ的驱动信号给放大电路。接收到回波后，经滤波产生中断信号，并由P3.2 口输出进行中断。计时器停止计时，保存时间信息，并且根据温度补偿计算出当前环境下的声速，计算出当前待测距离后储存，并调用显示子程序，然后再重复测量过程。图16是图9中3D摄像头控制电路的一种实施例电路，采TPS67D301单片机，可配置两路不同电压值，每路稳定输出电压最大电流1A。图17是所述驱动隔离电路的一种实施例线路图，其中UlO起到隔离微处理器和电机驱动的作用。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，行走平稳、操作灵活，测量准确、超障能力强，摄像与录像及时方便可直接生成影视文件。红外线传感器能测量出风管横切面大小，加上机器人行走距，通过安装在笔记本电脑内的专业软件，可自动计算出风管展开面积。3D摄像头可拍摄出风管积尘三维图像，通过自带的软件分析，能计算出风管积尘。本发明的工作原理是，启动图6中的行走驱动电机47、48并控制其旋转方向(正转或反转)，即可控制车身I前进后退、左转右转；启动后摄像头旋转电机50，并控制其旋转方向(正转或反转)，即可控制图3中后摄像头灯光总成24上下旋转；参见图2，启动前摄像头水平旋转电机20并控制其旋转方向(正转或反转)，即可控制前摄像头旋转架15水平旋转；启动前摄像头俯仰旋转电机19并控制其旋转方向(正转或反转)，即可控制图7中前摄像头灯光总成54俯仰旋转。参见图7，启动刮板水平移动电机33控制其旋转方向(正转或反转)，即可控制刮板螺杆32旋转；通过刮板螺杆32正反旋转带动刮板31前后移动；启动上下升降电机34控制其旋转方向(正转或反转)，即可控制上下升降螺杆35旋转；通过上下升降螺杆35正反旋转带升降板40上下移动。实施例2、
一种智能型测量机器人，参见图I至图8，本发明车身I两侧有车轮，其结构特点是，车身I两侧为左内侧板4、右内侧板5 ;所述左内侧板4、右内侧板5外侧装车轮；所述车轮外侧装有相应的左外侧板7、右外侧板6 ;所述左内侧板4通过前连结架2、后连结架3与右内侧板5相连；所述轮采用高磨擦系数、高弹性的橡胶板制作。参见图I 3、图8,所述所述行走主动轴46与车轮相连；所述行走从动轴10与车
轮相连；控制行走主动轴46旋转方向(正转或反转)，即可控制车身I前进后退、左转右转。所述一种智能型测量机器人的其它部件的结构以及控制方式与实施例I相同，不再赘述。
权利要求
1.ー种智能型測量机器人，所述车身(I)两侧有左履带(8)、右履带(9)，其结构特点是，车身⑴两侧为左内侧板(4)、右内侧板(5);所述左内侧板⑷外侧装有左履带(8)、左外侧板⑵；所述右内侧板(5)外侧装有右履带(9)、右外侧板(6);所述左内侧板⑷通过前连结架(2)、后连结架(3)与右内侧板(5)相连；所述左履带(8)、右履带(9)围绕履带主动轮(55)、履带从动轮(56)旋转；所述行走主动轴(46)与履带主动轮(55)相连；所述行走从动轴(10)与履带从动轮(56)相连。
2.根据权利要求I所述的ー种智能型測量机器人，其特征是，所述前摄像头水平旋转电机(20)通过前摄像头水平旋转齿轮副( 21)与前摄像头旋转架(15)相连；所述前摄像头俯仰旋转电机(19)通过前摄像头俯旋转齿轮副(18)与前摄像头俯仰旋转轴(17)相连；所述前摄像头旋转架(15)通过前摄像头俯仰旋转轴(16、17)与前摄像头灯光总成(54)相连；所述前摄像头灯光总成(54)上安装有前摄像头(13)、前车灯(14)。
3.根据权利要求I所述的ー种智能型測量机器人，其特征是，所述行走驱动电机(47)通过行走驱动齿轮副(49)与行走主动轴(46)相连；同样机构所述行走驱动电机(48)通过行走驱动齿轮副与行走主动轴相连；所述后摄像头旋转电机(50)通过后摄像头电机轴(51)、后摄像头旋转齿轮副(52)、后摄像头灯光总成轴￠3)与后摄像头灯光总成(24)相连；后摄像头灯光总成(24)上安装有后摄像头(25)、后车灯(26、27)，所述后连结架(3)上安装有航空接头(23)。
4.根据权利要求I所述的ー种智能型測量机器人，其特征是，所述车身(I)顶部安装有红外线传感器窗ロ(11)，所述左外侧(7)上安装有红外线传感器窗ロ(12)，同样结构所述右外侧(6)上安装有红外线传感器窗ロ ；所述红外线传感器窗ロ(11、12)内安装有红外线传感器(29);所述车身(I)内部前方装有3D摄像头(30);所述3D摄像头(30)朝车身(I)下方安装，并且带有供照明用的灯光；所述车身(I)内部后方装有刮板运动机构；所述刮板(31)通过刮板螺杆座(38)与刮板螺杆(32)相连；所述板螺杆(32)通过刮水平移动齿轮副(22)与刮板水平移动电机(33)相连；所述板螺杆(32)通过刮板水平移动螺杆座套(57)与升降板(40)相连；所述上下升降电机(34)通过上下升降齿轮副(37)与上下升降螺杆(35)相连；所述上下升降螺杆(35)通过上下升降螺杆座套(36)与车身(I)的顶板相连；所述上下升降螺杆(35)通过上下升降螺杆座(39)与升降板(40)相连；所述底板(41)通过导柱(42、43、44、45)与车身(I)的顶板相连。
5.根据权利要求I所述的ー种智能型測量机器人，其特征是，所述左侧行走电机、右侧行走电机、刮板上下电机、刮板前后电机、前摄像头水平旋转电机、前摄像头俯仰旋转电机、前摄像头旋转电机的电源端分别同对应的驱动电源输出端连接，而所述各驱动电路的控制极分别同单片机相应控制信号输出端对应连接，所述单片机的另外一路控制信号输出端同摄像头与车灯驱动电路控制极连接，所述摄像头与车灯驱动电路的驱动电源输出端分别同摄像头与照明灯的电源相连接；摄像头的信号输出接线连至视频采集卡的信号输入端，该视频采集卡的信号输出端与笔记本电脑的总线连接，交流220V市电电源接插头分别同笔记本电脑、24V直流电源电路、12V直流电源电路的电源输入端连接，所述24V直流电源电路的直流输出端分别接至电动机驱动电路的电源输入端，12V直流电源电路的直流输出端的一路接至5V直流电源电路的输入端而其另一路接至摄像头与车灯驱动电路的电源输入端，5V直流电源电路的输出端同单片机的工作电源端连接，笔记本电脑的串行输出接ロ经电平转换接ロ电路同单片机的控制信号输入端连接。
6.根据权利要求I所述的ー种智能型測量机器人，其特征是，所述12V直流电源回路向图9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直流电源回路向图9中单片机右侧各工作电路提供工作电源；所述控制电路中还包括有用来隔离微处理器和电机的驱动隔离电路；所述单片机的主控芯片电路图，其中Ul为机器人的主控制芯片，机器人的运行动作都要通过这个微处理器进行加工处理；所述摄像头与照明灯控制电路图，其中(a)为灯光控制电路，J6是灯光的连接插座，灯光的切换是通过三极管Q7、Q8的关断和导通来实现，而灯光的強弱调节是通过PWM调节来实现；(b)为摄像头控制电路，J5为摄像头的连接插座，摄像头的切换是通过三极管Q5、Q6的关断和导通来实现的；所述第一电平转换电路、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；其中(a)为硬件看门狗电路，JPI是ー个硬件看门狗芯片，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靠；(b)稳压模块，其中J5为控制电路部分的电源输入端，J5接微型电脑(上位机)的串ロ，在通过集成稳压芯片进行稳压得到稳定的+5V电压；(c)和(d)分别是+12V电源、+24V电源，其中J4、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；(e)为连线接ロ，即Jl是驱动部分和微处理器部分的连线接ロ J2输出转换后的指令；所述24V直流电源电路驱动电路中U7、U14为大电流电机的驱动电路，其中行走驱动电机，举臂驱动电机、毛刷驱动电机，吹气电磁阀、吸尘气头毛刷驱动电机、消毒电机，都由它们来驱动；所述12V直流电源电路驱动电路中U6为小电流电机的驱动电路，前后灯光摄像头驱动电机就是由这个电路来驱动的；所述红外线测距控制电路单片机采用89C52系列使用外部时钟源，夕卜接6MHZ的晶振，由PO. O ロ直接输出40KHZ的驱动信号给放大电路，接收到回波后，经滤波产生中断信号，并由P3. 2 ロ输出进行中断；所述3D摄像头控制电路采TPS67D301单片机；所述驱动隔离电路中UlO起到隔离微处理器和电机驱动的作用。
全文摘要
一种适合于测量各种矩形通风管道面积和矩形通风管道内积尘的智能型测量机器人，所述车身两侧装有行走履带或车轮，所述两侧履带轮或车轮通过行走驱动齿轮副与行走驱动电机相连，所述车身内部装有刮板运动机构，所述刮板通过刮板螺杆、刮板水平移动齿轮副与刮板水平移动电机相连，所述升降板通过上下升降螺杆、上下升降螺杆座套与车身顶部相连，所述车身内部还装有3D摄像头，车身前后各装一组摄像头和车灯，车身左右和顶部各装一组红外线传感器。红外线传感器能测量出风管横切面大小，加上机器人行走距，通过安装在笔记本电脑内的专业软件，可自动计算出风管展开面积。3D摄像头能拍出风管积尘三维图像，通过自带的软件分析，能计算出风管积尘。可用笔记本电脑进行控制，性能稳定、操作简便，体积小、重量轻、携带方便等特点。
文档编号G01C11/00GK102661740SQ20121016964
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者庞浩, 曹朝辉, 李坚, 李 灿, 王汉青, 蔡建国, 蔡建波, 邱永祥 申请人:李坚