一種帶有攝像頭防護結構的爬樹機器人

尤顯達 許娜 王正秀 張彬 馬繼東

[摘? ? 要]? 機器人是21世紀最具代表性的光機電一體化技術系統。工業機器人在現代化工業國家正在得到越來越廣泛的應用，各種工業機器人的商品樣機不斷進入市場，在這種情況下，模擬工業機器人來開發各種各樣的機器人是一個很需要重視的領域，它作為機器人技術、計算機技術和機電一體化技術教育的教學工具，對人才培養和高新技術的推廣應用有著重要的意義。文章介紹了國內外爬樹機器人的發展狀況，并對其進行了功能原理分析，在總結國內外爬樹機器人現狀的基礎上，對爬樹機器人進行了機構設計和理論分析，并設計一種帶有攝像頭防護結構的爬樹機器人檢測其實用性。

[關鍵詞]爬樹機器人;攝像頭;防護結構

[中圖分類號]TP242 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）04–0–04

A Tree Climbing Robot with Camera Protection Structure

You Xian-da，Xu Na，Wang Zheng-xiu，Zhang Bin，Ma Ji-dong

[Abstract]Robot is the most representative optical electromechanical integration technology system in the 21st century. Industrial robots are being more and more widely used in modern industrial countries， and the commodity prototypes of various industrial robots are constantly entering the market. In this case， simulating industrial robots to develop various robots is a field that needs to be paid attention to. It is used as a teaching tool for the education of robot technology， computer technology and mechatronics technology， It is of great significance to the cultivation of talents and the popularization and application of high and new technology. This paper introduces the development status of tree climbing robot at home and abroad， and analyzes its functional principle. On the basis of summarizing the current situation of tree climbing robot at home and abroad， this paper makes mechanism design and theoretical analysis of tree climbing robot， and designs a tree climbing robot with camera protection structure to test its practicability.

[Keywords]tree climbing robot; camera; protective structure

涉及爬樹機器人技術領域，尤其涉及一種帶有攝像頭防護結構的爬樹機器人。其技術方案包括：機器人機身和固定連接于機器人機身頂端的機器人機頭以及固定連接于機器人機頭頂端的攝像頭。機器人機頭的頂端且位于攝像頭外側可拆卸式連接有攝像頭防護罩，所述攝像頭防護罩的一側開設有進氣口，另一側開設有與進氣口相對的出塵口，所述機器人機頭頂部且位于進氣口的一側固定連接有吹氣泵。通過在攝像頭外側增加攝像頭防護罩的設計，可以將攝像頭附近的枝葉推開，減少枝葉對攝像頭的刮擦;攝像頭防護罩具有可拆卸功能，即可以根據不同的使用場景自由選擇使用。

1 基信息

1.1 背景技術

機器人是一種能夠半自主或全自主工作的智能機器，具有感知、決策、執行等特征，可以輔助甚至替代人類完成危險、繁重、復雜的工作，提高工作效率與質量，服務人類生活，擴大或延伸人的活動及能力范圍。爬樹機器人是指具有攀爬能力的機器人，能面向農業、林業和建筑業等領域的高空作業。爬樹機器人搭配攝像頭，可以在高空作業時實現攝錄功能。爬樹機器人的攝像頭缺少防護裝置，在爬樹時，枝葉容易與攝像頭發生刮擦。監控攝像機的清晰度指影像上各細部影紋及其邊界的清晰程度。通過看重放圖像的清晰程度比較圖像質量，所以常用清晰度一詞。而攝像機一般使用分解力一詞來衡量它“分解被攝景物細節”的能力。意思是從水平方向上看，相當于將每行掃描線豎立起來，然后乘上4/3（寬高比），構成水平方向的總線，稱水平分解力。但無論是CCD（CMOS）像素是CCD（CMOS）的主要性能指標如何優越，出現在鏡頭表面的污垢決定了另一因素對顯示圖像的清晰程度、分辨率、圖像細節的表現好與壞。

1.2 課題的來源、目的和意義

隨著現代科學技術的發展，1980年后，我國的機器人技術不斷地進步，而且機器人被廣泛地應用在了各個領域。各國都專注于針對機器人的研究，許多發達國家把機器人技術的研發和機器人的應用列入國家高新技術的發展計劃，所以針對機器人制作和研究的領域也越來越多，研究機器人類型的劃分也越來越多，目前國內關于爬樹機器人的資料較少，而爬樹機器人作為爬行機器人的一個分支，將借鑒爬行機器人的相關理論來分析爬樹機器人的具體發展狀況。9B178129-0589-4EEC-87E3-FCDD26843F0E

當前，雖然爬行機器人的研究取得了非常大的進展，但是在一些復雜情況下，爬樹機器人的應用仍然不能讓人滿意。隨著計算機系統的復雜和運算量的增加，對于爬樹機器人設備的計算能力，也需要提升。因為爬樹機器人需要進行靈活的攀爬，而機器人的計算系統又比較繁重，所以需要靈活爬行的機器人難以攜帶大量的計算設備。在設計爬樹機器人時，需要將機器人和計算機分開，機器人只負責傳遞感覺和視覺，按照系統的規劃，傳輸到遠方的計算機上，再由功能強大的計算機，對于收集到的信息進行歸納和處理，再由遠端計算機發出一定的控制信號給機器人，機器人收到信號后控制整個爬樹機器人的行為。與此同時，將現在發展速度飛快的VR技術應用在爬行機器人的行動導航中，是一個較為可行的辦法，在整個控制爬行機器人的智能系統中，使用較為單一的智能控制方法不能取得更好的效果，所以需要執行協調和管理3個層次齊全的智能系統，采取統籌兼顧的方法，才能使爬行機器人的活動和行為有更好的規范。

1.3 技術領域

傳感器融合技術在近年來被引入機器人導航研究中，并以取得令人振奮的成果，采用常規傳感器導航的移動機器人將成為機器人產業的主要發展方向。當然，在一些復雜的地理條件下，非視覺傳感器的探測范圍就不如視覺系統那么完整，目前對于一些高精度的導航還難以勝任，因而開發傳感器或按照一定融合策略構造傳感器陣列以彌補單個傳感器的缺陷，以及提出新的融合方法完善探測的結果，都將是重要的研究方向。

視覺導航研究由于受到現有的計算機設備運算速度和存儲容量的限制而發展較慢，但隨著計算機圖像處理能力和技術的提高，加之視覺導航具有信號探測范圍寬、目標信息完整等優勢，在圖像處理速度得到解決以后，視覺導航仍然是主要導航方式。

文章涉及爬樹機器人技術領域，尤其涉及一種帶有攝像頭防護結構的爬樹機器人。

2 內容

文章的目的是針對背景技術中存在的問題，提出一種帶有攝像頭防護結構的爬樹機器人。

技術方案：一種帶有攝像頭防護結構的爬樹機器人，包括機器人機身和固定連接于機器人機身頂端的機器人機頭以及固定連接于機器人機頭頂端的攝像頭，機器人機頭的頂端且位于攝像頭外側可拆卸式連接有攝像頭防護罩，攝像頭防護罩的一側開設有進氣口，攝像頭防護罩另一側開設有與進氣口相對的出塵口，機器人機頭頂部且位于進氣口的一側固定連接有吹氣泵。

攝像頭防護罩一側開設有用于轉動連接第一螺軸的安裝槽。

攝像頭防護罩一側設有開口，開口兩端處固定連接有用于轉動連接第二螺軸的安裝條。

機器人機頭頂部開設有與第一螺軸相匹配的第一螺栓孔。

機器人機頭頂部開設有與第二螺軸相匹配的第二螺栓孔。

與現有的技術相比，有益效果是：

（1）通過在攝像頭外側增加攝像頭防護罩的設計，可以將攝像頭附近的枝葉推開，減少枝葉對攝像頭的刮擦;

（2）圖中的攝像頭防護罩具有可拆卸功能，即可以根據不同的使用場景自由選擇使用;

（3）通過吹氣泵、進氣口和出塵口的設計，便于將落到攝像頭上的落葉吹除，避免落葉擋住攝錄鏡頭。

圖1給出一種實施例的結構示意圖;圖2為圖1中A處的放大示意圖;圖3為圖2的俯視圖;圖4為圖2在實施例三的結構示意圖。

（1）一種帶有攝像頭防護結構的爬樹機器人，包括機器人機身和固定連接于機器人機身頂端的機器人機頭以及固定連接于機器人機頭頂端的攝像頭，其特征在于：所述機器人機頭的頂端且位于攝像頭外側可拆卸式連接有攝像頭防護罩，所述攝像頭防護罩的一側開設有進氣口，所述攝像頭防護罩另一側開設有與進氣口相對的出塵口，所述機器人機頭頂部且位于進氣口的一側固定連接有吹氣泵。

（2）根據圖中1所述的一種帶有攝像頭防護結構的爬樹機器人，其特征在于，攝像頭防護罩一側開設有用于轉動連接第一螺軸的安裝槽。

（3）根據圖中1或2所述的一種帶有攝像頭防護結構的爬樹機器人，其特征在于，攝像頭防護罩一側設有開口，開口兩端處固定連接有用于轉動連接第二螺軸的安裝條。

（4）根據圖中2所述的一種帶有攝像頭防護結構的爬樹機器人，其特征在于，機器人機頭頂部開設有與第一螺軸相匹配的第一螺栓孔。

（5）根據圖中3所述的一種帶有攝像頭防護結構的爬樹機器人，其特征在于，機器人機頭頂部開設有與第二螺軸相匹配的第二螺栓孔。

2.1 實施例一

如圖1，圖2，圖3所示，提出的一種帶有攝像頭防護結構的爬樹機器人，包括機器人機身和固定連接于機器人機身頂端的機器人機頭以及固定連接于機器人機頭頂端的攝像頭，機器人機身兩側連接有用于攀爬的智能爬行肢，機器人機頭的頂端且位于攝像頭外側可拆卸式連接有攝像頭防護罩，攝像頭防護罩前側開設有用于轉動連接第一螺軸的安裝槽，機器人機頭頂部開設有與第一螺軸相匹配的第一螺栓孔。攝像頭防護罩后側設有開口，開口兩端處固定連接有用于轉動連接第二螺軸的安裝條，機器人機頭頂部開設有與第二螺軸相匹配的第二螺栓孔。

實施例中，將攝像頭防護罩置于機器人機頭頂部，使第一螺軸底端與第一螺栓孔對齊，第二螺軸與第二螺栓孔對齊，分別轉動第一螺軸和第二螺軸，使第一螺軸與第一螺栓孔固定連接，第二螺軸與第二螺栓孔固定連接，從而完成攝像頭防護罩在機器人機頭上的安裝，機器人在攀爬時，攝像頭防護罩可以將位于攝像頭上方的部分枝葉擋開，從而減少枝葉對攝像頭的剮蹭。

2.2 實施例二

如圖1，圖2，圖3所示，提出的一種帶有攝像頭防護結構的爬樹機器人，包括機器人機身1和固定連接于機器人機身頂端的機器人機頭以及固定連接于機器人機頭頂端的攝像頭，機器人機身1兩側連接有用于攀爬的智能爬行肢，機器人機頭的頂端且位于攝像頭外側可拆卸式連接有攝像頭防護罩，攝像頭防護罩前側開設有用于轉動連接第一螺軸的安裝槽，機器人機頭頂部開設有與第一螺軸相匹配的第一螺栓孔。攝像頭防護罩后側設有開口，開口兩端處固定連接有用于轉動連接第二螺軸的安裝條，機器人機頭頂部開設有與第二螺軸相匹配的第二螺栓孔。

實施例中，還包括：攝像頭防護罩的一側開設有進氣口，攝像頭防護罩另一側開設有與進氣口相對的出塵口，機器人機頭頂部且位于進氣口的一側通過螺栓固定連接有吹氣泵。吹氣泵通過進氣口向攝像頭防護罩內吹風，從而將落到攝像頭上的落葉由出塵口處吹除，避免落葉擋住攝錄鏡頭。

2.3 實施例三

如圖1、圖2和圖4所示，提出的一種帶有攝像頭防護結構的爬樹機器人，包括機器人機身和固定連接于機器人機身頂端的機器人機頭以及固定連接于機器人機頭頂端的攝像頭，機器人機身兩側連接有用于攀爬的智能爬行肢，機器人機頭的頂端且位于攝像頭外側可拆卸式連接有攝像頭防護罩，攝像頭防護罩前后側均開設有用于轉動連接第一螺軸的安裝槽，機器人機頭頂部開設有與第一螺軸相匹配的第一螺栓孔，攝像頭防護罩的一側開設有進氣口，攝像頭防護罩另一側開設有與進氣口相對的出塵口，機器人機頭頂部且位于進氣口的一側通過螺栓固定連接有吹氣泵。

實施例中，將攝像頭防護罩設計為一個完整的漏斗形結構，相較于實施例一或實施例二，其防護范圍更廣，但是加工耗材更多。

上述具體實施例僅僅是的幾種優選的實施例，基于的技術方案和上述實施例的相關啟示，領域技術人員可以對上述具體實施例做出多種替代性的改進和組合。

3 結束語

由于該機器人體積小，運動靈活，在具體設計過程中根據工作環境的不同，能夠完成在高空的一系列動作，以實現一些復雜的功能：

在懸鎖橋及斜拉橋上的探傷。該機器人可以方便的爬行在鋼纜繩上，通過安裝探傷儀可以檢測到一切可能的事故的隱患，而且操作方便，不但節約資源而且能夠保證工作的可持續性。帆船的船帆懸掛及檢查。高層樓宇外觀清潔管道檢測維修、隧道掘進、高層建筑頂制件安裝、墻面施工傳遞物資、檢查電纜有無故障等工作。

參考文獻

[1] 黃天姿，王媛媛，池泓穎，等.爬樹機器人的研究現狀淺析[J].科技傳播，2020，12（24）：148-150.

[2] 李毅.仿生爬樹機器人的運動特性與步態軌跡規劃研究[D].南寧：廣西大學，2020.9B178129-0589-4EEC-87E3-FCDD26843F0E