本發明涉及機器人技術領域，尤其涉及一種智能安防機器人。

背景技術：

目前，安全防范系統在各行各業中有著廣泛的應用，傳統安防系統主要采用固定位置的監控設備采集圖像等信號配合人員巡視，需要投入大量監控設備和人力資源，適應性較差，易產生監控死角，發現問題后不能及時發出警報信息等。

隨著人工智能技術、移動機器人技術以及通訊技術等迅速發展，移動安防機器人順勢而生。但目前國內外開發的安防機器通常存在結構過于復雜且難以維護等缺點，不能很好的應用于安保服務。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明的目的是提供一種模塊化設計、結構簡單且易于維護的智能安防機器人。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種智能安防機器人，包括模塊化移動底盤和安裝在所述模塊化移動底盤上的機器人本體；所述機器人本體上安裝有定位模塊、避障模塊、云臺模塊和自動充電裝置；所述定位模塊用于確定機器人位置；所述避障模塊用于使機器人避開行進路上的障礙物；所述云臺模塊包括云臺和安裝在所述云臺上的攝像頭，用于拍攝機器人周圍的圖像信息；所述自動充電裝置與充電樁相互配合，用于實現機器人自動充電；所述定位模塊、避障模塊、云臺模塊和自動充電裝置均與控制系統電聯接。

優選地，還包括氣體采集分析模塊、聲光報警模塊、對講模塊和信號收發模塊；所述氣體采集分析模塊用于采集機器人周圍氣體并分析成分；所述聲光報警模塊包括播放器和照明燈，用于發出報警信號；所述對講模塊包括揚聲器，用于實現對講功能；所述信號收發模塊用于接收并發送信息；所述氣體采集分析模塊、聲光報警模塊、對講模塊和信號收發模塊均與所述控制系統電聯接。

優選地，所述機器人本體內部采用層式結構安裝，相鄰兩層之間設有裝配板，所述裝配板之間用立柱固定。

優選地，所述模塊化移動底盤包括底板、萬向輪、兩個驅動輪和兩個驅動模塊；每個所述驅動模塊對應設置至少一個減震模塊，其中，所述減震模塊的一端穿過所述底板與相對應的所述驅動模塊的一端連接，該驅動模塊另一端與所述底板鉸接；每個所述驅動模塊均包括用于驅動所述驅動輪的驅動電機；兩個所述驅動輪同軸間隔設置，所述萬向輪設置在兩個所述驅動輪的前側。

優選地，所述驅動模塊通過鉸接軸與所述底板鉸接，所述鉸接軸通過兩個軸承固定在所述底板上。

優選地，還包括安裝在所述裝配板上或所述模塊化移動底盤上的重心調節裝置；所述重心調節裝置包括重心電機、第一擋板、第二擋板、重心絲杠、重心絲杠滑塊、導向桿和配重塊；所述重心絲杠的一端穿過所述第一擋板與所述重心電機的輸出軸連接，另一端與所述第二擋板連接，所述重心絲杠能夠相對所述第一擋板和第二擋板轉動；所述導向桿一端與所述第一擋板連接，另一端與所述第二擋板連接，且所述導向桿與所述重心絲杠平行設置；所述重心絲杠滑塊同時套設于所述重心絲杠和所述導向桿上，且位于所述第一擋板和第二擋板之間，所述重心絲杠滑塊用于套設所述導向桿的過孔內設有直線軸承；所述重心絲杠轉動時，所述重心絲杠滑塊沿所述重心絲杠的軸向移動，所述第一擋板和所述第二擋板上分別設有一個限位開關，用于限制所述重心絲杠滑塊的行程；所述配重塊連接在所述重心絲杠滑塊上。

優選地，所述自動充電裝置安裝在所述裝配板上或所述模塊化移動底盤上，包括充電電機、充電絲杠、充電絲杠滑塊、傳動桿、擋板和充電電刷；所述充電絲杠的一端與所述充電電機的輸出軸連接，另一端與所述擋板連接，且所述充電絲杠能夠相對所述擋板轉動，所述充電絲杠滑塊套設在所述充電絲杠上；所述傳動桿與所述充電絲杠平行設置，且所述傳動桿的一端與所述充電絲杠滑塊連接，另一端穿過所述擋板與所述充電電刷連接；所述充電絲杠轉動時，所述充電絲杠滑塊沿所述充電絲杠軸向移動，并通過所述傳動桿推動所述充電電刷移動。

優選地，所述充電電刷包括電刷正極、電刷負極和電刷連接板，所述電刷正極和電刷負極通過壓縮彈簧平行間隔設置在所述電刷連接板一側；所述電刷連接板的另一側與所述傳動桿連接。

優選地，還包括安裝在所述機器人本體側面的碰撞防護裝置，所述碰撞防護裝置包括防護外殼、第一旋轉軸、第二旋轉軸和交錯軸座；所述防護外殼安裝在所述第一旋轉軸上；所述第一旋轉軸穿設在所述交錯軸座上，且能夠相對所述交錯軸座轉動；所述第二旋轉軸與所述第一旋轉軸呈異面垂直設置；所述交錯軸座套設固定于所述第二旋轉軸上，且能夠帶動所述第二旋轉軸相對機器人本體轉動。

優選地，所述第二旋轉軸可轉動的安裝在安裝板上，所述安裝板固定在所述機器人本體上。

(三)有益效果

本發明的上述技術方案具有如下優點：本發明提供了一種智能安防機器人，包括模塊化移動底盤和安裝在所述模塊化移動底盤上的機器人本體；所述機器人本體上安裝有定位模塊、避障模塊、云臺模塊和自動充電裝置；所述定位模塊用于確定機器人位置；所述避障模塊用于使機器人避開行進路上的障礙物；所述云臺模塊包括云臺和安裝在所述云臺上的攝像頭，用于拍攝機器人周圍的圖像信息；所述自動充電裝置與充電樁相互配合，用于實現機器人自動充電；各模塊與裝置均與控制系統聯接。本發明提供的智能安防機器人采用模塊化設計，結構簡單，且易于維護。

附圖說明

圖1是本發明實施例一中的模塊化移動底盤底視圖；

圖2是本發明實施例一中的驅動模塊結構示意圖；

圖3是本發明實施例一中的模塊化移動底盤結構示意圖；

圖4是本發明實施例一中的模塊化移動底盤立體圖；

圖5是本發明實施例一中的重心調節裝置軸側圖；

圖6是本發明實施例一中的重心調節裝置主視圖；

圖7是本發明實施例一中的自動充電裝置的軸側圖；

圖8是本發明實施例一中的自動充電裝置的主視圖；

圖9是本發明實施例一中的智能安防機器人整體示意圖；

圖10是本發明實施例一中的智能安防機器人主視圖；

圖11是本發明實施例二中的碰撞防護裝置的主視圖；

圖12是本發明實施例二中的碰撞防護裝置的立體圖。

圖中：1：模塊化移動底盤；11：底板；

12：驅動輪；121：連接盤；122：傳動軸122；123：支撐軸承；124：支撐軸承固定座；

13：驅動模塊；131：驅動電機；132：第一同步帶輪；133：第二同步帶輪；134：同步帶；135：連接板；136：殼體；

14：減震模塊；15：萬向輪；16：固定件；

2：重心調節裝置；21：重心電機；211：重心電機支架；

22：第一擋板；23：第二擋板；24：重心絲杠；25：重心絲杠滑塊；251：重心絲杠螺母；252：直線軸承；

26：導向桿；27：配重塊；

3：自動充電裝置；31：充電電機；311：充電電機支架；

32：支撐板；33：擋板；34：充電絲杠；35：充電絲杠滑塊；351：充電絲杠螺母；36：傳動桿；

37：電刷連接板；371：絕緣層；372：電刷正極；373：電刷負極；

38：導軌；381：導軌滑塊；39：充電樁；

4：碰撞防護裝置；41：防護外殼；411：固定架；

42：第一旋轉軸；43：第二旋轉軸；44：交錯軸座；

45：限位彈簧；451：限位塊；46：安裝板；461：安裝孔；

47：霍爾傳感器；48：旋轉軸承；481：旋轉軸承座；

5：限位開關；61：磁體；62：霍爾接近開關；7：聯軸器；

8：角接觸軸承；81：孔用彈性擋圈；

9：機器人本體；91：外殼；92：激光雷達；93：照明燈；94：氣味傳感器；

95：云臺模塊；951：攝像頭；96：定位模塊；97：對講模塊。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要說明的是，序列詞語“第一”、“第二”僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定順序或重要性的差異。

實施例一

本發明實施例提供的智能安防機器人包括模塊化移動底盤1和安裝在模塊化移動底盤1上的機器人本體9；

機器人本體9上安裝有定位模塊96、避障模塊、云臺模塊95、氣體采集分析模塊、聲光報警模塊、對講模塊97和信號收發模塊，還有重心調節裝置2和自動充電裝置3。

定位模塊96用于確定機器人位置；避障模塊用于使機器人避開行進路上的障礙物；云臺模塊95包括云臺和安裝在云臺上的攝像頭951，用于拍攝機器人周圍的圖像信息；氣體采集分析模塊包括氣味傳感器94，用于采集機器人周圍氣體并分析成分；聲光報警模塊包括播放器和照明燈93，用于發出報警信號；對講模塊97包括揚聲器，用于實現對講功能；信號收發模塊用于接收并發送信息，實現機器人與監控室的聯接；重心調節裝置2能夠實現機器人自主調節重心；自動充電裝置3與充電樁39相互配合，用于實現機器人自動充電；各模塊裝置均與控制系統電聯接。

機器人本體9內部采用層式結構安裝，相鄰兩層之間設有裝配板，裝配板之間用立柱固定。安裝時，各個模塊與裝置固定在裝配板上，或者固定在模塊化移動底盤1上方。采用這樣的安裝方式，可以有效利用空間，同時分層安裝各個組件，拆裝方便，維護簡單。

控制系統能夠通過計算完成機器人的定位、路徑規劃以及避障等，是機器人的神經系統。

機器人內還設有傳感系統，傳感系統包括圖像、紅外、聲音、氣體等多種傳感監測模塊，為機器人更好的運作提供信息支撐。本實施例中的氣體采集分析模塊即屬于傳感系統。傳感系統中的模塊可根據需要自行選擇，在此不做進一步限定。

如圖1至圖4所示，本發明實施例提供的智能安防機器人的模塊化移動底盤1，包括底板11、萬向輪15、兩個驅動輪12和兩個驅動模塊13。其中，兩個驅動輪12和兩個驅動模塊13均設置在底板11的同一側，且兩個驅動模塊13與兩個驅動輪12一一對應連接，使每個驅動模塊13單獨驅動一個驅動輪12轉動。另外，本實施例中模塊化移動底盤1還設有減震模塊14，具體地，每個驅動模塊13對應設置至少一個減震模塊14，該減震模塊14的一端穿過底板11與對應的驅動模塊13的一端連接，該驅動模塊13的另一端與底板11鉸接。在遇到路面不平的情況時，減震模塊14相對底板11上下移動，使驅動模塊13繞鉸接軸轉動，實現緩沖，增加了底盤的穩定性。

優選地，每個驅動模塊13對應設置兩個減震模塊14，兩個減震模塊14間隔設置。

具體地，每個驅動模塊13包括用于驅動對應的驅動輪12的驅動電機131，兩個驅動輪12同軸間隔設置，萬向輪15設置在兩個驅動輪12的前側，形成三點支撐的結構，萬向輪15主要起到轉向和支撐的作用，通過兩個驅動電機131分別驅動兩個驅動輪12，實現差速轉彎，減小轉彎半徑，運動更為靈活。

底板11為裝配基準板，設有安裝孔和用于安裝驅動輪12的開孔，開孔為兩個平行相對的長方形。安裝時，驅動輪12自底板11下方伸入開孔中，能夠在開孔中轉動。采用這種設計是為了降低移動模塊化移動底盤1的重心，當然，底板11也可以不設開孔，驅動輪12在底板11下方轉動。

在本實施例中，優選地，驅動輪12為橡膠輪，也可根據需要選擇其他材質的車輪，在此不做限定。

如圖2和圖3所示，本實施例中所采用的驅動模塊13中，驅動電機131通過同步帶輪組與驅動輪12連接，同步帶輪組包括傳動軸122、同步帶134、第一同步帶輪132和第二同步帶輪133。第一同步帶輪132套設在驅動電機131的輸出軸上，與驅動電機131同步轉動。第二同步帶輪133通過同步帶134與第一同步帶輪132連接，驅動輪12通過傳動軸122與第二同步帶輪133連接，使驅動輪12與驅動電機131的輸出軸同步轉動。

優選地，驅動電機131和同步帶輪組均安裝在至少一塊連接板135上，該塊連接板135與底板11平行間隔設置，驅動模塊13通過該連接板135與底板11鉸接，減震模塊14也與該連接板135連接。

進一步地，驅動模塊13還包括支撐軸承123，傳動軸122穿過第二同步帶輪133，其一端與支撐軸承123的內圈連接，另一端與驅動輪12連接。可選地，支撐軸承123通過支撐軸承固定座124固定在連接板135上。

驅動電機131通過同步帶輪組帶動驅動輪12轉動，所受力經過同步帶輪組緩沖，對驅動電機131輸出軸的沖擊減小，增加驅動電機131的使用壽命。

具體地，傳動軸122通過連接盤121與驅動輪12連接，連接盤121設置在驅動輪12外側，傳動軸122連接在連接盤121的中心處，通過螺釘固定在驅動輪12上。當然，也可以采用其他的安裝方式連接傳動軸122和驅動輪12。

驅動模塊13外側還設有殼體136，用于保護驅動模塊13的零部件，并且進一步實現驅動模塊13的模塊化，方便安裝、拆卸。具體地，殼體136由多塊連接板135構成的空腔結構，驅動電機131和同步帶輪組安裝在殼體136內，當然，將驅動模塊13安裝在空腔結構的殼體136內僅是本實施例優選方案，也可以如上文所述將驅動模塊13安裝在連接板135上。

如圖1、圖2和圖3所示，鉸接軸通過兩個固定件16可轉動的安裝在底板11上，具體地，固定件16上設有用于穿設鉸接軸的軸承，使鉸接軸能夠相對底板11轉動。

為了減小底盤體積，如圖1和圖2所示，本實施例中，驅動模塊13內同步帶輪組與驅動電機131連接一體后呈l型分布，兩個驅動電機131平行設置，兩個同步帶輪組平行設置，構成近似矩形的形狀，即每個同步帶輪組作為一個整體是垂直于與其連接的驅動電機131，并且在安裝時，一個驅動模塊13的同步帶輪組向靠近另一個驅動模塊13的方向安裝。這樣的排列方式可以有效節省空間，使底盤結構更為緊湊，可以適用于體積較小的機器人。

如圖3和圖4所示，減震模塊14包括懸掛部、減震彈簧和連接軸，連接軸一端與懸掛部連接，另一端穿過底板11上的孔，減震彈簧套設在連接軸上，且位于懸掛部與驅動模塊13之間。

當機器人行進中遇到不平的路況時，驅動模塊13遠離驅動輪12的一端鉸接在底板11上，驅動輪12可以在一定范圍內向上或向下移動，減震模塊14設置在靠近驅動輪12這一端，驅動輪12上下移動時，減震彈簧產生壓縮或拉伸形變，使驅動輪12受到一個回復力，起緩沖與復位的作用，減輕驅動輪12的振動對于模塊化移動底盤1的影響。

由于每個驅動模塊13的減震模塊14相對獨立，不受其他驅動模塊13的影響，構成獨立的減震結構，即使路面環境復雜，也可以平穩通過。當然，為提高減震的效果，也可以設置三個以上的減震模塊14。

使用時，模塊化移動底盤1安裝機器人本體9底部，每個驅動輪12設有獨立的減震結構，擁有良好的減震性能，極大地提高了機器人的運動穩定性。

如圖5和圖6所示，本發明實施例提供的智能安防機器人的重心調節裝置2，包括重心電機21、第一擋板22、第二擋板23、重心絲杠24、重心絲杠滑塊25、導向桿26和配重塊27；重心絲杠24的一端穿過第一擋板22與重心電機21的輸出軸連接，另一端與第二擋板23連接，重心絲杠24能夠相對第一擋板22和第二擋板23轉動；導向桿26一端與第一擋板22連接，另一端與第二擋板23連接，且導向桿26與重心絲杠24平行設置；重心絲杠滑塊25同時套設于重心絲杠24和導向桿26上，且位于第一擋板22和第二擋板23之間，重心絲杠滑塊25用于套設導向桿26的過孔內設有直線軸承252；重心絲杠24轉動時，重心絲杠滑塊25沿重心絲杠24的軸向移動，第一擋板22和第二擋板23上分別設有一個限位開關5，用于限制重心絲杠滑塊25的行程；配重塊27連接在重心絲杠滑塊25上。

重心電機21通過重心電機支架211安裝在機器人本體9內，重心電機支架211為l型，重心電機21的輸出軸穿過重心電機支架211與重心絲杠24連接，重心電機21和重心絲杠24之間采用聯軸器7同軸連接，具體到本實施例中，重心電機21為57步進電機，聯軸器7為gr波紋管聯軸器，安裝在第一擋板22外側，安裝后，重心絲杠24可隨重心電機21轉動。當然，在另一個實施例中，重心電機21和重心絲杠24也可以采用同步輪連接，連接后，重心電機21能夠驅動重心絲杠24轉動。

第一擋板22上設有供重心絲杠24通過的過孔，過孔內設有角接觸軸承8，孔用彈性擋圈81設置在角接觸軸承8的外側，用于固定角接觸軸承8的位置。重心絲杠24的一端通過角接觸軸承8的內孔后與重心電機21的輸出軸同軸連接，當重心絲杠24隨重心電機21轉動時，角接觸軸承8和重心絲杠24配合，重心絲杠24能夠相對第一擋板22和第二擋板23轉動。當然，在另一個實施例中，重心絲杠24與第二擋板23也可以采用設有角接觸軸承8的過孔連接。第一擋板22和第二擋板23作為重心絲杠24的支撐點，能夠限定重心絲杠24的位置，且不影響重心絲杠24的轉動。

如圖5所示，本實施例采用了兩根導向桿26，兩根導向桿26平行設置。具體到本實施例中，兩根導向桿26平行于重心絲杠24，到重心絲杠24的距離相等，導向桿26與重心絲杠24位于同一水平面。優選地，在另一個實施例中，也可以采用四根導向桿26，四根導向桿26可設于重心絲杠滑塊25的四角，四根導向桿26到重心絲杠24的距離相等，兩根導向桿26位于同一水平面且高于重心絲杠24，另兩根導向桿26位于同一水平面且低于重心絲杠24，四根導向桿26位于重心絲杠24兩側對稱位置上，這樣對稱的設置導向桿26可以使得重心絲杠滑塊25受力均勻。

重心絲杠滑塊25同時套設于重心絲杠24和導向桿26上，重心絲杠滑塊25設有用于穿過導向桿26的過孔。顯然，若根據需要而增加導向桿26的數目，與之相對應的，重心絲杠滑塊25上也應增加相應數目的過孔。重心絲杠滑塊25的過孔內設有直線軸承252，能夠減少重心絲杠滑塊25沿導向桿26移動時受到的阻力。對稱設置的導向桿26與直線軸承252相互配合，可以分擔重心絲杠滑塊25的重量，減輕重心絲杠滑塊25對于重心絲杠24的壓力，使得重心絲杠滑塊25可以更容易隨重心絲杠24轉動而移動。

具體到本實施例中，重心絲杠滑塊25靠近重心電機21的一側固定連接有重心絲杠螺母251，重心絲杠螺母251與重心絲杠滑塊25上用于穿設重心絲杠24的過孔同心設置，重心絲杠滑塊25通過重心絲杠螺母251與重心絲杠24嚙合。重心絲杠24轉動時，重心絲杠螺母251帶動重心絲杠滑塊25沿重心絲杠24軸向移動，將重心絲杠24的轉動轉化為重心絲杠滑塊25的直線位移。

當然，重心絲杠滑塊25上用于穿設重心絲杠24的過孔也可以是螺紋孔，重心絲杠滑塊25通過螺紋孔直接與重心絲杠24嚙合。

為了更安全地限定重心絲杠滑塊25的運動，第一擋板22和第二擋板23上設有限位開關5，限位開關5與重心電機21電連接，當重心絲杠滑塊25的移動距離超出重心絲杠24的行程，將會觸發限位開關5，重心電機21立即停止轉動，確保重心絲杠滑塊25處在可調范圍內，重心電機21不會發生卡頓或空轉。限位開關5避免了工作人員根據經驗判斷重心是否處在安全區域內，起到了保護裝置的作用。

優選的，第一擋板22和第二擋板23靠近重心絲杠滑塊25的一側還設有緩沖墊(圖中未示出)，緩沖墊可以采用橡膠墊、海綿墊或其他減震材料。緩沖墊可以在重心絲杠滑塊25意外移動超出行程時，減輕重心絲杠滑塊25對第一擋板22或第二擋板23的沖擊，防止裝置發生損壞。

在另一個實施方式中，也可在重心絲杠滑塊25靠近第一擋板22的一側，以及靠近第二擋板23的一側設有緩沖墊。

進一步地，為了防止重心電機21出現丟步現象，重心絲杠滑塊25的底側裝有磁體61，本實施例中采用的是小磁鐵，霍爾接近開關62安裝在機器人本體9內對應位置，位于重心絲杠滑塊25處于重心絲杠24中間的初始位置時小磁鐵的正下方。在重心絲杠24行程的中間位置安裝霍爾接近開關62，當小磁鐵從霍爾接近開關62上經過時，可實現重心電機21歸零，從而可消除重心電機21的累積誤差。

如圖5所示，為了增加配重，本實施例中重心絲杠滑塊25上方連接了可拆卸的配重塊27。當然，也可以在其他位置設置配重塊27，處于對平衡性能的考慮，配重塊27應對稱設置，例如在重心絲杠滑塊25的正下方，或上下兩側，或左右兩側，或者四周均設有配重塊27。本實施中采用可以拆卸的配重塊27，能夠靈活調整配重塊27的重量，可根據實際需要，設置不同的重心調節量。

本實施例中，重心電機21、限位開關5、霍爾接近開關62均與控制系統電連接。控制系統接收傳感系統的信號反饋，并處理后發出指令。傳感系統中包括傾角傳感器，用于探測機器人本體9與地面的傾角角度值，并將信息反饋給控制系統。因為重心絲杠24的導程確定，所以重心電機21旋轉一圈，重心絲杠滑塊25移動的距離也是確定的。且實際角度值和預設角度值的差值與重心電機21的旋轉圈數存在一定關系，預先將這種關系通過算法寫入控制系統中，由控制系統進行處理，即可根據傾角與重心位置的算法，實現機器人本體9重心的自動調整。

使用時，當機器人處于水平狀態，此時配重塊27處于中間位置，機器人本體9的總體重心在靠近中心的某一點，當遇到上坡、下坡等路況時，此時機器人本體9上的傾角傳感器會機器人本體9與地面的傾角角度值發送給控制系統，控制系統進行判斷，角度超出判定的預設角度值，控制系統即向重心電機21發送正轉或反轉指令。重心電機21帶動重心絲杠24轉動，重心絲杠24轉動帶動重心絲杠滑塊25移動，因為重心絲杠滑塊25與配重塊27連接，配重塊27也沿重心絲杠24移動，使得機器人的重心移動。當安防機器人的傾斜角度超出預設的最大角度值，機器人會停止運動并報警。當重心絲杠滑塊25的移動距離超出重心絲杠24的行程，觸發限位開關5中的一個，控制系統接收到信號并發出指令，重心電機21立即停止轉動。重心絲杠滑塊25移動中經過機器人本體9上的霍爾接近開關62，重心電機21計數清零，消除積累誤差。

如圖7所示，本發明實施例提供的智能安防機器人的自動充電裝置3，包括充電電機31、充電絲杠34、充電絲杠滑塊35、傳動桿36、擋板33和充電電刷；充電絲杠34的一端與充電電機31的輸出軸連接，另一端與擋板33連接，且充電絲杠34能夠相對擋板33轉動，充電絲杠滑塊35套設在充電絲杠34上；傳動桿36與充電絲杠34平行設置，且傳動桿36的一端與充電絲杠滑塊35連接，另一端穿過擋板33與充電電刷連接；充電絲杠34轉動時，充電絲杠滑塊35沿充電絲杠34軸向移動，并通過傳動桿36推動充電電刷移動。

如圖7和圖8所示，本實施例中還包括支撐板32，支撐板32與擋板33平行相對設置，支撐板32套設在充電絲杠34上。充電絲杠34的一端穿過支撐板32后，通過聯軸器7與充電電機31同軸連接，另一端連接在擋板33上。

當然，在另一個實施例中，充電絲杠34與充電電機31也可以采用同步輪連接，充電電機31同樣可以帶動充電絲杠34轉動。

具體地，本實施例中所采用的充電電機31為57步進電機，聯軸器7為gr波紋管聯軸器。當然也可以根據實際情況需要而選擇其他型號的充電電機31和聯軸器7。

充電電機31通過充電電機支架311固定在機器人本體9中。充電電機支架311為l型結構，充電電機31的輸出端穿過充電電機支架311與充電絲杠34連接。

充電絲杠34能夠相對支撐板32和擋板33轉動。支撐板32上設有用于穿設充電絲杠34的過孔，過孔內設有角接觸軸承8，孔用彈性擋圈81設置在角接觸軸承8的外側，防止角接觸軸承8脫離過孔。充電絲杠34穿過角接觸軸承8的內孔后與充電電機31連接。當充電電機31轉動時，充電絲杠34同步轉動，充電絲杠34與角接觸軸承8配合，角接觸軸承8能夠使充電絲杠34相對支撐板32轉動時不受阻礙。

優選的，在另一個實施例中，擋板33也可以采用設有角接觸軸承8過孔來穿設充電絲杠34。支撐板32和擋板33起支撐與限制充電絲杠34位置的作用，同時不影響充電絲杠34的轉動。

如圖7所示本實施例中采用了四根傳動桿36。充電絲杠滑塊35穿設在充電絲杠34上，傳動桿36平行于充電絲杠34，一端與充電絲杠滑塊35連接，另一端穿過擋板33與充電電刷連接。

充電絲杠滑塊35的一側連接有充電絲杠螺母351。具體地，充電絲杠螺母351連接在充電絲杠滑塊35的左側(以圖8所示的方向而定)。充電絲杠螺母351與充電絲杠滑塊35上用于穿設充電絲杠34的過孔同心設置。充電絲杠滑塊35通過充電絲杠螺母351與充電絲杠34嚙合。轉動充電絲杠34，與充電絲杠34充電絲杠螺母351沿充電絲杠34移動，拖動或推動充電絲杠滑塊35沿充電絲杠34軸向移動，將充電絲杠34的轉動轉化為充電絲杠滑塊35的直線運動。當然，在另一個實施例中，充電絲杠滑塊35的過孔也可以是螺紋孔，充電絲杠滑塊35通過內部的螺紋孔與充電絲杠34嚙合。

當充電絲杠34轉動時，充電絲杠滑塊35發生移動，并通過傳動桿36推動充電電刷移動。傳動桿36使得充電電刷移動過程中可以保持穩定，充電接頭伸出機器人本體9充電時不會發生晃動。

如圖7和圖8所示，優選地，四根傳動桿36分別設置在充電絲杠滑塊35的四角上，將充電絲杠34圍繞在中間，且到充電絲杠34的距離相等，這樣的結構是為了使得受力更為均勻，傳動過程更為穩定。

充電電刷包括電刷連接板37、電刷正極372和電刷負極373，電刷正極372和電刷負極373通過壓縮彈簧與電刷連接板37的外側連接，電刷連接板37的內側與傳動桿36連接。一種安裝方式是電刷正極372和電刷負極373通過螺釘固定在電刷連接板37外側，充電電刷與電刷連接板37之間留有一定空間，彈簧套設在螺釘上，設置在充電電刷與電刷連接板37之間，且呈壓縮狀態。由于電刷正極372和電刷負極373均通過壓縮彈簧安裝到絕緣板上，壓縮彈簧在與充電樁接觸過程中起到減震作用，減少了充電接頭對自動充電裝置3和充電樁39的沖擊，同時可以有效的避免電刷出現虛接，造成冒火花現象。

另外，普通的充電電刷與充電樁上的電刷面積比約為，本實施例中的充電電刷為加大的電刷，面積約為充電樁上的電刷的2倍以上，優選地，面積為充電樁上的電刷2～3倍。增大充電電刷的有效接觸面積后，充電時，機器人本體9不必進行精確的移動，即可正常充電，能夠更為安全可靠的完成充電過程。

優選地，還設有絕緣層371，電刷正極372和電刷負極373通過絕緣層371與電刷連接板37與連接。具體到本實施例中，電刷連接板37與傳動桿36垂直設置，電刷正極372和電刷負極373平行間隔安裝在絕緣板上，絕緣板再安裝到電刷連接板37上。

優選地，電刷連接板37上方還設有橫向隔板，位于電刷正極372和電刷負極373上方，起到保護充電電刷的作用。機器人本體9的外殼91上對應位置設有鉸接的擋片作為充電開口，電刷連接板37伸出時，橫向隔板推動擋片轉動，充電電刷伸出機器人本體9進行充電，電刷連接板37收回時，鉸接的擋片落下，遮擋住充電開口，防止機器人內部落灰。

如圖7和圖8所示，優選地，擋板33一側還設有平行于充電絲杠34的導軌38，導軌38上設有可沿導軌38滑動的導軌滑塊381，導軌滑塊381一端套設在導軌38上，另一端與充電絲杠滑塊35連接。具體到本實施例中，導軌38設置在支撐板32和擋板33的底部，安裝時，導軌38可固定在機器人本體9內，支撐板32和擋板33的底部套設在導軌38上。導軌滑塊381的底部套接在導軌38，頂部連接充電絲杠滑塊35，導軌38和導軌滑塊381相互配合，能夠在傳動過程中減輕充電絲杠滑塊35對于充電絲杠34的壓力，使得充電絲杠滑塊35可以更容易移動，并且不容易發生位置偏移。

進一步地，為確保充電絲杠滑塊35沿充電絲杠34移動時不會超出行程，對充電電機31造成損傷，擋板33側部還設置有兩個限位開關5，一般情況下的充電不會觸碰到限位開關5，當充電電機31出現丟步或者程序出現錯誤時，充電絲杠滑塊35或電刷連接板37將會觸發限位開關5，將充電電機31斷電，防止出現事故。

當然，在另一個實施例中，也可以在擋板33和支撐板32上分別設置一個限位開關5，當充電絲杠滑塊35即將超出行程時，觸發限位開關5使充電電機31迅速停止轉動。

如何設置兩個限位開關5取決于傳動桿36和充電絲杠34中較短的一方：若傳動桿36較短，則兩個限位開關5分別設置在擋板33和支撐板32上；若充電絲杠34較短，則兩個限位開關5均設置在擋板33；若二者行程相同，即電刷連接板37觸碰到擋板33時充電絲杠滑塊35也觸碰到支撐板32，則兩種設置方案都一樣。

為了防止充電電機31出現丟步現象，充電絲杠滑塊35上裝有磁體61，在本實施例中磁體61選用的是小磁鐵，安裝在充電絲杠滑塊35底部一側，霍爾接近開關62安裝在機器人本體9內，且充電絲杠滑塊35處于初始位置時霍爾接近開關62位于小磁鐵的正下方。在充電絲杠34行程中安裝霍爾接近開關62，小磁鐵經過霍爾接近開關62時，可實現充電電機31歸零，清除累積誤差，防止充電電機31出現丟步現象，提高自動充電裝置3運動的精度。

優選地，擋板33的左右兩側(以圖8所示方向為準)和支撐板32靠近充電絲杠滑塊35的一側還設有緩沖墊(圖中未示出)，當然，在另一個實施例中，也可以在充電絲杠滑塊35的左右兩側(以圖8所示方向為準)以及電刷連接板37靠近擋板33的一側設置緩沖墊。緩沖墊可以選用彈性橡膠等減震材料，能夠在出現意外事故時，防止充電絲杠滑塊35和電刷連接板37直接與支撐板32或擋板33發生碰撞，減輕充電絲杠滑塊35和電刷連接板37對裝置的沖擊，防止裝置發生損壞。

本實施例中，機器人本體9內還設有電量監測單元。其中充電電機31、限位開關5、霍爾接近開關62和電量監測單元均與控制系統電連接。電量監測單元用于監測機器人本體9內的電池電量，當電量低于設定值時，向控制系統發出信號。控制系統控制機器人本體9移動到充電樁39附近，機器人的自動充電裝置3開始工作。

使用時，充電電機31帶動充電絲杠34轉動，充電絲杠滑塊35沿充電絲杠34和導軌38向擋板33方向移動，由于傳動桿36連接在充電絲杠滑塊35和充電電刷之間，充電電刷與充電絲杠滑塊35同步向外側移動，伸出機器人本體9，插入充電樁39進行充電，電能充入機器人本體9中的電池內。充電結束后，充電電機31帶動充電絲杠34反向轉動，充電絲杠滑塊35沿充電絲杠34和導軌38向支撐板32方向移動，傳動桿36帶動充電電刷收回。

需要說明的是，電刷正極372和電刷負極373的位置和大小可以根據需要發生變化，但相應的，充電樁39也應調整，與自動充電裝置3的充電電刷相匹配。

如圖9和圖10所示，本實施例中的智能安防機器人，機器人本體9內部采用層式安裝結構，采用層式結構安裝，相鄰兩層之間設有裝配板。安裝時，采用裝配板作為分割，相鄰的兩個裝配板之間設有支撐用的立柱。模塊化移動底盤1位于最下層，由于模塊化移動底盤1包括底板11，上方可不設裝配板，重心調節裝置2安裝在模塊化移動底盤1的底板11上，自動充電裝置3安裝在重心調節裝置2上層的裝配板上。如需更換或維修，只拆卸相應裝配板即可。優選地，自動充電裝置3對應的充電開口位于萬向輪15的正上方，使得機器人本體9在充電時能夠更靈活的移動。

在另一個實施例中，也可以自動充電裝置3安裝在模塊化移動底盤1上，重心調節裝置2安裝在自動充電裝置3上層的裝配板上。

如圖9和圖10所示，機器人本體9外部設有起到保護作用的外殼91，本實施例中的氣味傳感器94、定位模塊96以及對講模塊97安裝在外殼91上，其他模塊或元件則安裝在外殼91內部。其中，氣味傳感器94安裝在機器人本體9前方(圖10所示)，外殼91上設有對應的開口。定位模塊96采用gps定位模塊，安裝在機器人本體9的頂部。兩個對講模塊97安裝在機器人本體9的側面(圖10所示側面)，外殼91上設有對應的開口，用于安裝對講模塊97中的揚聲器。

實現避障功能的方法為超聲波+近距離激光雷達，避障模塊中采用的激光雷達92安裝在機器人本體9的中部，位于自動充電裝置3的上方，安裝時需保證270°范圍內沒有遮擋。本實施例中，外殼91上安裝激光雷達92的位置設有水平的開口，保證激光雷達92的使用環境。激光雷達92能夠探測周圍障礙物，也能夠在自動充電裝置3工作時，探測充電樁39的位置，確保充電電刷能夠準確的插入充電樁39。超聲波傳感器位置則不做限定。

聲光報警模塊包括播放器和照明燈93，照明燈93安裝在激光雷達92上方的外殼91上，需要報警時，播放器響，同時照明燈93亮起。播放器的位置不做限定，優選地，為了節省空間，提高利用率，也可以將對講模塊97的揚聲器作為聲光報警模塊的播放器。

云臺模塊95安裝在機器人本體9的上部，包括云臺和安裝在云臺上的攝像頭951，云臺模塊95安裝在骨架支撐板上，用防護透明罩防護，以保證視線不被遮擋。本實施例中采用的是單目云臺，能通過攝像頭對周圍環境做實時掃描和記錄，攝像頭360度無死角，夜間也可以工作，能通過麥克風實時采集機器人周圍的聲音并存儲與回傳。云臺參數：防水、防塵等級：ip65。云臺模塊95可以將智能安防機器人巡視的圖像數據反饋至機器人本體9的控制系統進行初步分析，判斷是否出現火險等異常狀況，并及時將畫面傳輸至遠端的監控中心，使得安保人員可以看到智能安防機器人所在之處的實際情況。

優選地，為了使得機器人夜間巡邏時依然能夠傳回清晰的畫面，可以采用具有夜視功能的攝像頭951，或者開啟照明燈93。夜間開啟照明燈93能夠機器人夜間巡邏時提供照明，避免行人不慎撞上機器人。

使用時，機器人采集周圍的信息并反饋至控制系統，控制系統計算后，規劃移動路徑，并向模塊化移動底盤1發出指令，控制機器人本體9移動；當遇到不平整的路況時，傾角傳感器感受到機器人本體9發生傾斜，并反饋至控制系統，控制系統向重心調節裝置2發出指令，調節機器人本體9的重心，使得安防機器人可以平穩行進；當電量監測單元檢測到電量低于設定值時，控制系統規劃充電路線，尋找充電位置后，向自動充電裝置3發出指令并進行充電。

在巡視過程中，定位模塊96能夠確定機器人本體9所在位置，確保機器人按照控制系統規劃的路線進行移動，并可以機器人本體9所在位置反饋給安保人員，激光雷達92能夠檢測機器人本體9周圍的障礙物，對講模塊97能夠使得安保人員通過智能安防機器人跨距離通訊，聲光報警模塊能夠在檢測到危險因素時發出警報或驅散信號。

綜上，本實施例提供的智能安防機器人采用模塊化設計，結構簡單，各部分拆裝方便，可自由組合，易于維護，且不需要投入過多的人力，能夠適應環境的變化自主做出決策，并在發現問題后及時發出警報信息，從而實現智能化運行和無人化運維。

需要說明的是，針對重要單位、場館、倉庫、小區等區域，本實施例提供的智能安防機器人還可以攜帶其他安防監控設備，以便在工作區域內進行更全面的智能巡視。

實施例二

本實施例二與實施例一基本相同，相同之處不再贅述，不同之處在于：本實施例二中的智能安防機器人還安裝有碰撞防護裝置4。

如圖11和圖12所示，本發明實施例提供的智能安防機器人的碰撞防護裝置4，包括防護外殼41、第一旋轉軸42、第二旋轉軸43、交錯軸座44和安裝板46；防護外殼41安裝在第一旋轉軸42上；第一旋轉軸42穿設在交錯軸座44上，且能夠相對交錯軸座44轉動；第二旋轉軸43與第一旋轉軸42呈異面垂直設置；交錯軸座44套設固定于第二旋轉軸43上，第二旋轉軸43安裝在機器人本體9上，且能夠相對機器人轉動。具體地，可以采用旋轉軸承48安裝在機器人內部，使防護外殼41替代機器人前側的部分防護外殼41，即，使機器人前側具有一塊能夠向各方向轉動的防護外殼41。當機器人在行進過程中碰到障礙物時，防護外殼41先與障礙物接觸，根據接觸位置和角度的不同，會出現以下三種情況：(1)防護外殼41帶動第一旋轉軸42轉動；(2)防護外殼41、第一旋轉軸42和交錯軸座44整體帶動第二旋轉軸43轉動；(3)第一旋轉軸42和第二旋轉軸43同時發生轉動。三種轉動方式都能實現減少碰撞對機器人造成的碰撞傷害。

優選地，本實施例中，第二旋轉軸43可轉動的安裝在安裝板46上。在另一個實施方式中，第二旋轉軸43也可以直接通過旋轉軸承48可轉動的安裝在機器人本體9上。設置安裝板46有利于實現機器人的碰撞防護裝置4模塊化安裝，且結構簡單，通用性好，能夠更為便捷地安裝與拆卸該碰撞防護裝置4，并將其應用于不同型號的機器人或者其他設備。

具體地，安裝板46上還設有安裝孔461，安裝板46通過安裝孔461固定在所述機器人本體9上。

優選地，可采用單獨一個本實施例中的碰撞防護裝置4安裝在機器人本體9的前側，也可以采用多個本實施例中的碰撞防護裝置4安裝在機器人本體9的周圍。

如圖11所示，防護外殼41通過固定架411可拆卸地安裝在第一旋轉軸42上，如只需更換防護殼，只更換防護外殼41即可。具體到本實施例中，第一旋轉軸42與防護外殼41平行設置，當然，在另一些實施例中，根據實際情形需要，第一旋轉軸42與防護外殼41之間也可以存在一定的夾角。防護外殼41的形狀可以根據需要改變，在此不做限定。

交錯軸座44用于穿設第一旋轉軸42的孔內設有旋轉軸承48，第一旋轉軸42通過旋轉軸承48可轉動的穿設在交錯軸座44上。本實施例中，交錯軸座44位于第一旋轉軸42中間，當然，也可以根據需要將交錯軸座44設置在第一旋轉軸42上其他位置。

優選地，交錯軸座44與第一旋轉軸42之間還設有限位彈簧45，與限位彈簧45相配合的還設有一個限位塊451。第一旋轉軸42上設有與限位塊451相配合的平面或凹槽。限位塊451的一部分沿限位彈簧45的軸向穿設在限位彈簧45內，且該部分的長度小于限位彈簧45的軸向長度，另一部分位于限位彈簧45的外側，并與平面或凹槽的槽底面配合，且寬度大于限位彈簧45的直徑。

本實施例中采用的限位塊451縱截面呈t型，頂面為平面，第一旋轉軸42上采用的也是平面。若第一旋轉軸42采用凹槽與限位塊451相配合，則凹槽的底面積應當大于限位塊451的頂面積。限位塊451與第一旋轉軸42通過平面定位，限位彈簧45呈壓縮狀態，用于向第一旋轉軸42提供預緊力。

本實施例中，由于采用了平面定位和彈簧預緊，有效解決了現有的防護裝置中采用彈簧浮動安裝造成的防護外殼41不穩定的問題，避免了機器人本體9在不夠平整的地面上移動時，防護外殼41發生震動，造成碰撞防護裝置4的誤判。

如圖11所示，交錯軸座44套設在第二旋轉軸43的中間并與第二旋轉軸43相對固定。第二旋轉軸43與安裝板46平行設置，兩端通過旋轉軸承48可轉動的安裝在安裝板46上，旋轉軸承座481連接在安裝板46上，旋轉軸承座481上用于穿設第二旋轉軸43的過孔內設有旋轉軸承48，第二旋轉軸43的兩端穿設在旋轉軸承48的內孔中，并可以與交錯軸座44一同相對安裝板46轉動。當然，在另一個實施例中，第二旋轉軸43和安裝板46也可以根據實際需要而呈一定角度設置。

如圖11所示，第二旋轉軸43與安裝板46之間也設有限位塊451和限位彈簧45。優選地，安裝板46上設有一個空心圓柱，限位彈簧45固定在空心圓柱內，限位塊451的一部分沿限位彈簧45的軸向插入限位彈簧45的中心孔，另一部分卡接在限位彈簧45外。限位塊451插入后，下方與安裝板46之間留有一定余量，底部不接觸安裝板46，起到緩沖與減震的作用。空心圓柱的作用是更好的限制限位彈簧45的位置。限制的方法并不唯一，在另一個實施例中，也可以采用在安裝板46上設置柱形凹槽來輔助限制限位彈簧45的位置。限位塊451和限位彈簧45用于向第二旋轉軸43提供平面定位和彈簧預緊。

本實施例中，限位塊451和限位彈簧45位于交錯軸座44與旋轉軸承座481之間，除了可以減小防護外殼41震動造成誤判的可能性，還可以起到緩沖與減震的功能，進一步減少碰撞時機器人本體9受到的沖擊。當然，在另一個實施例中，限位塊451和限位彈簧45也可以設置在旋轉軸承座481的外側或者旋轉軸承座481內部。

在另一個實施例中，也可以不設限位塊451，限位彈簧45一端連接在交錯軸座44上，另一端直接連接在第一旋轉軸42上；安裝板46與第二旋轉軸43之間的限位彈簧45采用同樣的方式安裝。限位彈簧45呈壓縮狀態，用于向第一旋轉軸42或第二旋轉軸43提供預緊力，同時，限位彈簧45能夠在發生碰撞時吸收部分沖擊的力量，進一步減少機器人受到的碰撞損傷。

第一旋轉軸42和第二旋轉軸43上均設有霍爾傳感器47。如圖12所示，本實施例中，一個霍爾傳感器47套設在第一旋轉軸42上且靠近交錯軸座44的位置，用于檢測第一旋轉軸42的旋轉角度；另一個霍爾傳感器47套設在第二旋轉軸43上且靠近端部的位置，用于檢測第二旋轉軸43的旋轉角度。

安裝時，碰撞防護裝置4的安裝板46垂直安裝在機器人本體9內，外殼91上設有開口，防護外殼41嵌入外殼91的開口中，并可以相對外殼91發生轉動。優選地，碰撞防護裝置4設置在萬向輪15的正上方，位于萬向輪15和自動充電裝置3之間，即碰撞防護裝置4位于機器人本體9的正前方。顯然，在其他實施例中，碰撞防護裝置4也可以位于機器人本體9的側前方、側方或者正后方。

使用時，當防護外殼41受到碰撞，來自防護外殼41前方任意角度的碰撞都會引起第一旋轉軸42和第二旋轉軸43轉動，安裝在第一旋轉軸42和第二旋轉軸43上的霍爾傳感器47會把角度信息反饋給機器人的控制系統，控制系統發出機器人向與碰撞前運動方向相反的方向運動，或者發出停止機器人繼續向前運動的命令。

本實施例提供的碰撞防護裝置4能夠在各個方向減輕障礙物對機器人的碰撞損傷，并且該碰撞防護裝置4可以作為機器人防碰撞的二級保護裝置，例如，在機器人避障失敗后，減輕碰撞損傷。尤其是對于尖桿類等難以用避障算法規避的障礙物，本發明提供的碰撞防護裝置4尤為重要。并且該機器人的碰撞防護裝置4采用模塊化設計，結構簡單，通用性好，成本低，可靠性好。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。