一种带有摄像头防护结构的爬树机器人

尤显达 许娜 王正秀 张彬 马继东

[摘    要]  机器人是21世纪最具代表性的光机电一体化技术系统。工业机器人在现代化工业国家正在得到越来越广泛的应用，各种工业机器人的商品样机不断进入市场，在这种情况下，模拟工业机器人来开发各种各样的机器人是一个很需要重视的领域，它作为机器人技术、计算机技术和机电一体化技术教育的教学工具，对人才培养和高新技术的推广应用有着重要的意义。文章介绍了国内外爬树机器人的发展状况，并对其进行了功能原理分析，在总结国内外爬树机器人现状的基础上，对爬树机器人进行了机构设计和理论分析，并设计一种带有摄像头防护结构的爬树机器人检测其实用性。

[关键词]爬树机器人;摄像头;防护结构

[中图分类号]TP242 [文献标志码]A [文章编号]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

涉及爬树机器人技术领域，尤其涉及一种带有摄像头防护结构的爬树机器人。其技术方案包括：机器人机身和固定连接于机器人机身顶端的机器人机头以及固定连接于机器人机头顶端的摄像头。机器人机头的顶端且位于摄像头外侧可拆卸式连接有摄像头防护罩，所述摄像头防护罩的一侧开设有进气口，另一侧开设有与进气口相对的出尘口，所述机器人机头顶部且位于进气口的一侧固定连接有吹气泵。通过在摄像头外侧增加摄像头防护罩的设计，可以将摄像头附近的枝叶推开，减少枝叶对摄像头的刮擦;摄像头防护罩具有可拆卸功能，即可以根据不同的使用场景自由选择使用。

1 基信息

1.1 背景技术

机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器，具有感知、决策、执行等特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。爬树机器人是指具有攀爬能力的机器人，能面向农业、林业和建筑业等领域的高空作业。爬树机器人搭配摄像头，可以在高空作业时实现摄录功能。爬树机器人的摄像头缺少防护装置，在爬树时，枝叶容易与摄像头发生刮擦。监控摄像机的清晰度指影像上各细部影纹及其边界的清晰程度。通过看重放图像的清晰程度比较图像质量，所以常用清晰度一词。而摄像机一般使用分解力一词来衡量它“分解被摄景物细节”的能力。意思是从水平方向上看，相当于将每行扫描线竖立起来，然后乘上4/3（宽高比），构成水平方向的总线，称水平分解力。但无论是CCD（CMOS）像素是CCD（CMOS）的主要性能指标如何优越，出现在镜头表面的污垢决定了另一因素对显示图像的清晰程度、分辨率、图像细节的表现好与坏。

1.2 课题的来源、目的和意义

随着现代科学技术的发展，1980年后，我国的机器人技术不断地进步，而且机器人被广泛地应用在了各个领域。各国都專注于针对机器人的研究，许多发达国家把机器人技术的研发和机器人的应用列入国家高新技术的发展计划，所以针对机器人制作和研究的领域也越来越多，研究机器人类型的划分也越来越多，目前国内关于爬树机器人的资料较少，而爬树机器人作为爬行机器人的一个分支，将借鉴爬行机器人的相关理论来分析爬树机器人的具体发展状况。9B178129-0589-4EEC-87E3-FCDD26843F0E

当前，虽然爬行机器人的研究取得了非常大的进展，但是在一些复杂情况下，爬树机器人的应用仍然不能让人满意。随着计算机系统的复杂和运算量的增加，对于爬树机器人设备的计算能力，也需要提升。因为爬树机器人需要进行灵活的攀爬，而机器人的计算系统又比较繁重，所以需要灵活爬行的机器人难以携带大量的计算设备。在设计爬树机器人时，需要将机器人和计算机分开，机器人只负责传递感觉和视觉，按照系统的规划，传输到远方的计算机上，再由功能强大的计算机，对于收集到的信息进行归纳和处理，再由远端计算机发出一定的控制信号给机器人，机器人收到信号后控制整个爬树机器人的行为。与此同时，将现在发展速度飞快的VR技术应用在爬行机器人的行动导航中，是一个较为可行的办法，在整个控制爬行机器人的智能系统中，使用较为单一的智能控制方法不能取得更好的效果，所以需要执行协调和管理3个层次齐全的智能系统，采取统筹兼顾的方法，才能使爬行机器人的活动和行为有更好的规范。

1.3 技术领域

传感器融合技术在近年来被引入机器人导航研究中，并以取得令人振奋的成果，采用常规传感器导航的移动机器人将成为机器人产业的主要发展方向。当然，在一些复杂的地理条件下，非视觉传感器的探测范围就不如视觉系统那么完整，目前对于一些高精度的导航还难以胜任，因而开发传感器或按照一定融合策略构造传感器阵列以弥补单个传感器的缺陷，以及提出新的融合方法完善探测的结果，都将是重要的研究方向。

视觉导航研究由于受到现有的计算机设备运算速度和存储容量的限制而发展较慢，但随着计算机图像处理能力和技术的提高，加之视觉导航具有信号探测范围宽、目标信息完整等优势，在图像处理速度得到解决以后，视觉导航仍然是主要导航方式。

文章涉及爬树机器人技术领域，尤其涉及一种带有摄像头防护结构的爬树机器人。

2 内容

文章的目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种带有摄像头防护结构的爬树机器人。

技术方案：一种带有摄像头防护结构的爬树机器人，包括机器人机身和固定连接于机器人机身顶端的机器人机头以及固定连接于机器人机头顶端的摄像头，机器人机头的顶端且位于摄像头外侧可拆卸式连接有摄像头防护罩，摄像头防护罩的一侧开设有进气口，摄像头防护罩另一侧开设有与进气口相对的出尘口，机器人机头顶部且位于进气口的一侧固定连接有吹气泵。

摄像头防护罩一侧开设有用于转动连接第一螺轴的安装槽。

摄像头防护罩一侧设有开口，开口两端处固定连接有用于转动连接第二螺轴的安装条。

机器人机头顶部开设有与第一螺轴相匹配的第一螺栓孔。

机器人机头顶部开设有与第二螺轴相匹配的第二螺栓孔。

与现有的技术相比，有益效果是：

（1）通过在摄像头外侧增加摄像头防护罩的设计，可以将摄像头附近的枝叶推开，减少枝叶对摄像头的刮擦;

（2）图中的摄像头防护罩具有可拆卸功能，即可以根据不同的使用场景自由选择使用;

（3）通过吹气泵、进气口和出尘口的设计，便于将落到摄像头上的落叶吹除，避免落叶挡住摄录镜头。

图1给出一种实施例的结构示意图;图2为图1中A处的放大示意图;图3为图2的俯视图;图4为图2在实施例三的结构示意图。

（1）一种带有摄像头防护结构的爬树机器人，包括机器人机身和固定连接于机器人机身顶端的机器人机头以及固定连接于机器人机头顶端的摄像头，其特征在于：所述机器人机头的顶端且位于摄像头外侧可拆卸式连接有摄像头防护罩，所述摄像头防护罩的一侧开设有进气口，所述摄像头防护罩另一侧开设有与进气口相对的出尘口，所述机器人机头顶部且位于进气口的一侧固定连接有吹气泵。

（2）根据图中1所述的一种带有摄像头防护结构的爬树机器人，其特征在于，摄像头防护罩一侧开设有用于转动连接第一螺轴的安装槽。

（3）根据图中1或2所述的一种带有摄像头防护结构的爬树机器人，其特征在于，摄像头防护罩一侧设有开口，开口两端处固定连接有用于转动连接第二螺轴的安装条。

（4）根据图中2所述的一种带有摄像头防护结构的爬树机器人，其特征在于，机器人机头顶部开设有与第一螺轴相匹配的第一螺栓孔。

（5）根据图中3所述的一种带有摄像头防护结构的爬树机器人，其特征在于，机器人机头顶部开设有与第二螺轴相匹配的第二螺栓孔。

2.1 实施例一

如图1，图2，图3所示，提出的一种带有摄像头防护结构的爬树机器人，包括机器人机身和固定连接于机器人机身顶端的机器人机头以及固定连接于机器人机头顶端的摄像头，机器人机身两侧连接有用于攀爬的智能爬行肢，机器人机头的顶端且位于摄像头外侧可拆卸式连接有摄像头防护罩，摄像头防护罩前侧开设有用于转动连接第一螺轴的安装槽，机器人机头顶部开设有与第一螺轴相匹配的第一螺栓孔。摄像头防护罩后侧设有开口，开口两端处固定连接有用于转动连接第二螺轴的安装条，机器人机头顶部开设有与第二螺轴相匹配的第二螺栓孔。

实施例中，将摄像头防护罩置于机器人机头顶部，使第一螺轴底端与第一螺栓孔对齐，第二螺轴与第二螺栓孔对齐，分别转动第一螺轴和第二螺轴，使第一螺轴与第一螺栓孔固定连接，第二螺轴与第二螺栓孔固定连接，从而完成摄像头防护罩在机器人机头上的安装，机器人在攀爬时，摄像头防护罩可以将位于摄像头上方的部分枝叶挡开，从而减少枝叶对摄像头的剐蹭。

2.2 实施例二

如图1，图2，图3所示，提出的一种带有摄像头防护结构的爬树机器人，包括机器人机身1和固定连接于机器人机身顶端的机器人机头以及固定连接于机器人机头顶端的摄像头，机器人机身1两侧连接有用于攀爬的智能爬行肢，机器人机头的顶端且位于摄像头外侧可拆卸式连接有摄像头防护罩，摄像头防护罩前侧开设有用于转动连接第一螺轴的安装槽，机器人机头顶部开设有与第一螺轴相匹配的第一螺栓孔。摄像头防护罩后侧设有开口，开口两端处固定连接有用于转动连接第二螺轴的安装条，机器人机头顶部开设有与第二螺轴相匹配的第二螺栓孔。

实施例中，还包括：摄像头防护罩的一侧开设有进气口，摄像头防护罩另一侧开设有与进气口相对的出尘口，机器人机头顶部且位于进气口的一侧通过螺栓固定连接有吹气泵。吹气泵通过进气口向摄像头防护罩内吹风，从而将落到摄像头上的落叶由出尘口处吹除，避免落叶挡住摄录镜头。

2.3 实施例三

如图1、图2和图4所示，提出的一种带有摄像头防护结构的爬树机器人，包括机器人机身和固定连接于机器人机身顶端的机器人机头以及固定连接于机器人机头顶端的摄像头，机器人机身两侧连接有用于攀爬的智能爬行肢，机器人机头的顶端且位于摄像头外侧可拆卸式连接有摄像头防护罩，摄像头防护罩前后侧均开设有用于转动连接第一螺轴的安装槽，机器人机头顶部开设有与第一螺轴相匹配的第一螺栓孔，摄像头防护罩的一侧开设有进气口，摄像头防护罩另一侧开设有与进气口相对的出尘口，机器人机头顶部且位于进气口的一侧通过螺栓固定连接有吹气泵。

实施例中，将摄像头防护罩设计为一个完整的漏斗形结构，相较于实施例一或实施例二，其防护范围更广，但是加工耗材更多。

上述具体实施例仅仅是的几种优选的实施例，基于的技术方案和上述实施例的相关启示，领域技术人员可以对上述具体实施例做出多种替代性的改进和组合。

3 结束语

由于该机器人体积小，运动灵活，在具体设计过程中根据工作环境的不同，能够完成在高空的一系列动作，以实现一些复杂的功能：

在悬锁桥及斜拉桥上的探伤。该机器人可以方便的爬行在钢缆绳上，通过安装探伤仪可以检测到一切可能的事故的隐患，而且操作方便，不但节约资源而且能够保證工作的可持续性。帆船的船帆悬挂及检查。高层楼宇外观清洁管道检测维修、隧道掘进、高层建筑顶制件安装、墙面施工传递物资、检查电缆有无故障等工作。

参考文献

[1] 黄天姿，王媛媛，池泓颖，等.爬树机器人的研究现状浅析[J].科技传播，2020，12（24）：148-150.

[2] 李毅.仿生爬树机器人的运动特性与步态轨迹规划研究[D].南宁：广西大学，2020.9B178129-0589-4EEC-87E3-FCDD26843F0E