CN104742111A - 一种电缆隧道巡检机器人行走机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆隧道巡检机器人行走机构，属于机器人技术领域。本发明包括导轨和驱动导向机构，所述导轨具有中空的腔室，所述驱动导向机构包括安装在导轨的中空腔室内的车架，车架设有水平导向轮组，水平导向轮组在导轨的中空腔室内起水平导向作用，机器人悬挂在车架下方，车架设有承重轮组，导轨的中空腔室内设有承重轨道用于支撑承重轮组，车架下方设有驱动轮组，驱动轮组在导轨的下方与导轨的下表面滚动配合。本发明具有较强的负载能力，且结构简单，重量较轻，易于运输、安装、调试。

Description

一种电缆隧道巡检机器人行走机构

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种电缆隧道巡检机器人行走机构。

背景技术

电缆隧道巡检机器人已经广泛运用于电力行业，其能够对电缆隧道内的电力电缆及各种电力设施进行巡检，从而保障供电***的可靠性和稳定性。

一般而言，电缆隧道巡检机器人在行走机构的设计上，主要采用轨道式行走方式。中国专利文件CN102841604A《面向隧道电缆巡检机器人的轨道***及测试方法》中给出了一种隧道电缆巡检机器人导轨***设计方法，其轨道采用悬挂于隧道顶部，轨道本身包含吊杆、T型凹槽导轨、充电线路和通信线路、无线传感器等。由于只采用一对T型凹槽导轨同时承担承重和导向功能，当机器人重负载时导向摩擦增大，需要驱动的力矩增加，此种设备方法对于负重较大采用电池供电的电缆隧道巡检机器人不太实用。同时，导轨中设置了充电线路和通信线路增加的安装维护的工作量。

中国专利文件CN103802086A《巡检机器人》也公开了一种驱动行走机构，其技术方案将驱动导向机构设置于轨道外壁两侧，这种设计方法将导向机构暴露在隧道环境中，长期运行机构的清洁维护是一个问题。同时，驱动导向机构只设置了水平导向轮组，对垂直方向的摩擦没有做充分考虑。

中国专利文件203186345U《一种电力隧道无线移动视频巡检机器人结构》也公开了一种电缆隧道巡检机器人行走机构，其轨道部分主要结构由中空的铝合金导轨组成，前车架和后车架藏于其中，前驱动轮组和后驱动轮组安装在前车架和后车架，在铝合金导轨的支撑面上行驶。前车架与后车架前后分别装有一对可水平方向上能左右浮动的前导向轮组和后导向轮组。该技术方案的主要问题在于前驱动轮组和后驱动轮组在铝合金导轨的支撑面上行驶，既要起驱动作用，也要起承重作用，从而加重了驱动机构的压力，降低了整个行走机构负载能力。同时，该合金导轨为中空的矩形结构，从结构上而言不够稳固。

发明内容

本发明目的是：为了克服上述电缆隧道巡检机器人行走机构存在的种种问题，提出一种新的电缆隧道巡检机器人行走机构，该机构具有较强的负载能力，且结构简单，重量较轻，易于运输、安装、调试。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括导轨和驱动导向机构，所述导轨具有中空的腔室，所述驱动导向机构包括安装在导轨的中空腔室内的车架，车架设有水平导向轮组，水平导向轮组在导轨的中空腔室内起水平导向作用，机器人悬挂在车架下方，车架设有承重轮组，导轨的中空腔室内设有承重轨道用于支撑承重轮组，车架下方设有驱动轮组，驱动轮组在导轨的下方与导轨的下表面滚动配合。

由于在车架上设置了承重轮组，使得承重轮组和驱动轮组而分离，驱动轮组在导轨的下方与导轨的下表面滚动配合从而不需要起承重作用，这样的结构既可以有效承载车架和机器人的重量，又减轻了驱动机构的压力，提高了整个行走机构负载能力。

本发明的导轨可以为铝合金制成的圆弧边倒梯形形状，导轨的中空腔室两侧设有减重孔。这样使得导轨的结构既美观大方，又稳固轻便，易于运输、安装、调试。

进一步而言，减重孔有4个，导轨的中空腔室的每侧各有2个。这样能够起到更好的减重效果。

进一步而言，承重轮组包括前承重轮对和后承重轮对，前承重轮对和后承重轮对分别位于车架的前部和后部。

进一步而言，所述驱动轮组包括主驱动轮和从驱动轮，主驱动轮和电机相连、在电机的驱动下转动以驱动车架行走，从驱动轮起平衡作用。

进一步而言，所述水平导向轮组包括水平设置的前端导向轮、前部导向轮、中部导向轮和后部导向轮，前端导向轮位于车架前端，前部导向轮、中部导向轮和后部导向轮分别位于车架的前部、中部和后部。

进一步而言，所述前部导向轮包括上前部导向轮和下前部导向轮，所述后部导向轮包括上后部导向轮和下后部导向轮，上前部导向轮位于前承重轮对正上方，下前部导向轮位于前承重轮对正下方，上后部导向轮位于后承重轮对正上方，下后部导向轮位于后承重轮对正下方，上前部导向轮、中部导向轮和上后部导向轮位于同一水平轴线，所述导轨的中空腔室由上至下相应的分为上部水平导向腔体、承重腔体和下部水平导向腔体，上部水平导向腔体用于容纳上前部导向轮、中部导向轮和上后部导向轮，其腔壁与上前部导向轮、中部导向轮和上后部导向轮相接触，下部水平导向腔体用于容纳下前部导向轮和下后部导向轮，其腔壁与下前部导向轮和下后部导向轮相接触，承重腔体用于容纳前承重轮对和后承重轮对，承重轨道位于承重腔体底部的两侧，上部水平导向腔体底部两侧设有前端导向轨道，前端导向轮与前端导向轨道相配合。这样的导向和承重结构能够使得机器人移动时能够稳定导向不至于震动摇晃，且移动阻力小。

进一步而言，上部水平导向腔体与上前部导向轮、中部导向轮和上后部导向轮接触的腔壁、下部水平导向腔体与下前部导向轮和下后部导向轮接触的腔壁、以及承重轨道与前承重轮对和后承重轮对接触的位置均设有纹路。

为了使巡检机器人准确到达各个测量点，在导轨的顶部设有多个磁钢定位点，车架设有磁性传感器用于感知磁钢定位点的磁场信号，从驱动轮连接有编码器。编码器用于机器人行走距离反馈，这样能够保证对机器人的位置进行标定并修正可能产生的距离误差，保证机器人精确定位。

进一步而言，所述磁性传感器设置在前端导向轮上部。

本发明的有益效果如下：本发明由于在车架上设置了承重轮组，使得承重轮组和驱动轮组而分离，驱动轮组在导轨的下方与导轨的下表面滚动配合从而不需要起承重作用，这样的结构既可以有效承载车架和机器人的重量，又减轻了驱动机构的压力，提高了整个行走机构负载能力。导轨可以为铝合金制成的圆弧边倒梯形形状，且设有减重孔，这样使得导轨的结构既美观大方，又稳固轻便，易于运输、安装、调试。导向和承重结构能够使得机器人移动时能够稳定导向不至于震动摇晃，且移动阻力小。采用磁钢定位点和磁性传感器配合定位，根据编码器对机器人行走距离进行反馈，保证机器人精确定位。磁钢定位点在安装位置标定时容易移动更改位置，增加了安装和调试的便捷性和准确度。

附图说明

图1为导轨截面图。

图2为驱动导向机构示意图。

图3 为导轨及驱动导向机构安装截面图。

图4 为行走示意图。

以上附图中，101为导轨；110为导轨壳体；111为水平导向腔体；112为水平导向纹路；113为上减重孔；114为下减重孔；115为承重轨道；116为底臂；117为承重腔体；118为底隙；119为前端导向轨道；102为驱动导向机构；120为磁性传感器；121为前端导向轮；122为上前部导向轮；126为下前部导向轮；123为中部导向轮；124为上后部导向轮；125为下后部导向轮；130和131组成前承重轮对；132和133组成后承重轮对；130为主驱动轮；131为从驱动轮；140为编码器；141为磁钢定位点；150为机器人悬挂点。

具体实施方式

下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，考虑美观性和牢固性所述导轨101采用铝合金材料并设计成圆弧边倒梯形，具有一对上减重孔113、一对下减重孔114、一对水平导向腔体111、一对前端导向轨道119，一个承重腔体117、一对承重轨道115、一对底臂116和底隙118。

具体而言，上减重孔113位于导轨壳体110两侧上方，其形状为带圆弧的倒梯形，用于减轻导轨101的重量，同时还可以用于导轨101的安装。下减重孔114位于上减重孔113的下方，其形状也为带圆弧的倒梯形，用于减轻导轨101的重量。

导轨101中部上下两端设置一对带圆弧角的矩形的水平导向腔体111，上端为上部水平导向腔体，下端为下部水平导向腔体。水平导向腔体111两侧腔壁上设置有水平导向纹路112，用于和驱动导向机构上的多个导向轮产生有效摩擦。上部水平导向轮腔体的底部设置一对前端导向轨道119。下部水平导向腔体的底部开有底隙118，底隙118两侧为底臂116。

在两水平导向轮腔体111之间的是承重腔体117，三个腔体联通。承重腔体117的底部设置有一对承重轨道115，该对轨道上也设有纹路。驱动导向机构102前后端的前后承重轮对可沿承重轨道115滚动。

如图2所示，驱动导向机构102为一车架结构，其前端上部具有磁性传感器120，用于行走过程中感知安装在导轨顶部的磁钢定位点141。磁性传感器120下部安装一个水平设置的前端导向轮121。磁性传感器120水平轴线位置水平设置三个导向轮，即上前部导向轮122、中部导向轮123和上后部导向轮124。上前部导向轮122和上后部导向轮124下各设置一对承重轮对，即由前承重轮130和131组成的前承重轮对，和由后承重轮132和133组成的后承重轮对。前后承重轮对的正下方水平设置有下前部导向轮126和下后部导向轮125。下前部导向轮126和下后部导向轮125分部通过轴承与上前部导向轮122和上后部导向轮124构成前后水平导向轮组。

主驱动轮130和从驱动轮131分别安装于车架下方，位于前后水平导向轮组之下。主驱动轮130和从驱动轮131之间为机器人悬挂点150，用于悬挂机器人。编码器140与从驱动轮131通过轴承连接在一个水平线上。

如图3所示，前端导向轮121具有两个轮缘，安装在前端轨道上，形成相配合的结构。前承重轮对和后承重轮对安装于承重腔体117内，并与承重轨道115接触。机器人运动时前端导向轮121、前承重轮对和后承重轮滚动，起到承重和导向的作用。前后水平导向轮组及中部导向轮123安装在水平导向腔体111内部，并通过水平导向纹路112与腔壁产生有效摩擦接触，起到在机器人运动时减小驱动导向机构102和导轨101之间的阻力的作用，实现良好的导向作用。

如图4所示，主驱动轮130在电机的驱动下转动并与底臂116产生摩擦力，从而驱动机器人行走。从驱动轮131起到平衡作用，并带动编码器（131）内部的测量机构旋转。编码器140用于机器人行走距离反馈。多个磁钢定位点141安装在导轨101顶部。机器人运行到磁钢定位点时，驱动导向机构102上的磁性传感器120便能感知到磁场信号，从而对机器人的位置进行标定并修正可能产生的距离误差。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (10)

1.一种电缆隧道巡检机器人行走机构，包括导轨和驱动导向机构，所述导轨具有中空的腔室，所述驱动导向机构包括安装在导轨的中空腔室内的车架，车架设有水平导向轮组，水平导向轮组在导轨的中空腔室内起水平导向作用，机器人悬挂在车架下方，其特征在于，车架设有承重轮组，导轨的中空腔室内设有承重轨道用于支撑承重轮组，车架下方设有驱动轮组，驱动轮组在导轨的下方与导轨的下表面滚动配合。

2.根据权利要求1所述的电缆隧道巡检机器人行走机构，其特征在于，所述导轨为铝合金制成的圆弧边倒梯形形状，导轨的中空腔室两侧设有减重孔。

3.根据权利要求2所述的电缆隧道巡检机器人行走机构，其特征在于，所述减重孔有4个，导轨的中空腔室的每侧各有2个。

4.根据权利要求3所述的电缆隧道巡检机器人行走机构，其特征在于，所述承重轮组包括前承重轮对和后承重轮对，前承重轮对和后承重轮对分别位于车架的前部和后部。

5.根据权利要求4所述的电缆隧道巡检机器人行走机构，其特征在于，所述驱动轮组包括主驱动轮和从驱动轮，主驱动轮和电机相连、在电机的驱动下转动以驱动车架行走，从驱动轮起平衡作用。

6.根据权利要求5所述的电缆隧道巡检机器人行走机构，其特征在于，所述水平导向轮组包括水平设置的前端导向轮、前部导向轮、中部导向轮和后部导向轮，前端导向轮位于车架前端，前部导向轮、中部导向轮和后部导向轮分别位于车架的前部、中部和后部。

7.根据权利要求6所述的电缆隧道巡检机器人行走机构，其特征在于，所述前部导向轮包括上前部导向轮和下前部导向轮，所述后部导向轮包括上后部导向轮和下后部导向轮，上前部导向轮位于前承重轮对正上方，下前部导向轮位于前承重轮对正下方，上后部导向轮位于后承重轮对正上方，下后部导向轮位于后承重轮对正下方，上前部导向轮、中部导向轮和上后部导向轮位于同一水平轴线，所述导轨的中空腔室由上至下相应的分为上部水平导向腔体、承重腔体和下部水平导向腔体，上部水平导向腔体用于容纳上前部导向轮、中部导向轮和上后部导向轮，其腔壁与上前部导向轮、中部导向轮和上后部导向轮相接触，下部水平导向腔体用于容纳下前部导向轮和下后部导向轮，其腔壁与下前部导向轮和下后部导向轮相接触，承重腔体用于容纳前承重轮对和后承重轮对，承重轨道位于承重腔体底部的两侧，上部水平导向腔体底部两侧设有前端导向轨道，前端导向轮与前端导向轨道相配合。

8.根据权利要求7所述的电缆隧道巡检机器人行走机构，其特征在于，上部水平导向腔体与上前部导向轮、中部导向轮和上后部导向轮接触的腔壁、下部水平导向腔体与下前部导向轮和下后部导向轮接触的腔壁、以及承重轨道与前承重轮对和后承重轮对接触的位置均设有纹路。

9.根据权利要求6~8任意所述的电缆隧道巡检机器人行走机构，其特征在于，所述导轨的顶部设有多个磁钢定位点，车架设有磁性传感器用于感知磁钢定位点的磁场信号，从驱动轮连接有编码器。

10.根据权利要求9所述的电缆隧道巡检机器人行走机构，其特征在于，所述磁性传感器设置在前端导向轮上部。