CN105798876B - 一种巡检机器人行走机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种巡检机器人行走机构，包括驱动机构和导向机构，所述驱动机构包括承载板，所述承载板上设置有由驱动装置驱动的齿轮；所述导向机构位于所述承载板的上方，包括上连接块以及前、后导向轮组；所述前、后导向轮组结构相同，包括轮组连接件以及左、右导向臂，所述左、右导向臂分别活动地安装在所述轮组连接件的左、右端，所述前、后导向轮组的轮组连接件分别可水平旋转地安装在所述上连接块的前、后端。本发明转弯时无需额外的辅助装置，在坡度较大的坡道上下坡时，运行稳定，安装卸载方便，易于维护。

Description

一种巡检机器人行走机构

技术领域

本发明涉及一种巡检机器人行走机构。

背景技术

中国发明专利文献CN201510159496.1《一种电缆隧道巡检机器人行走机构》中公开了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，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。

驱动导向机构前端上部具有磁性传感器，用于行走过程中感知安装在导轨顶部的磁钢定位点，磁性传感器下部安装一个前端导向轮，磁性传感器水平轴线位置一次设置三个水平导向轮，前后两个水平导向轮下各设置一对承重导向轮，承重导向轮正下方安装两个水平导向轮并通过轴承与承重导向轮组上方的两个水平导向轮组成前、后水平导向轮组；主、从驱动轮分别安装于前后端水平导向轮组下方，主从驱动轮之间为机器人悬挂点，编码器与从驱动轮通过轴承连接在一个水平线上。

驱动轮依靠和轨道底部摩擦实现驱动，运行时间较长后，摩擦系数减小容易打滑。此行走机构具有承重轮组，适合负载较重的机器人，但导向轮机构车沉重轮和导向轮机构无法水平转动只能在直行轨道上行走，需要辅助装置实现转弯。该专利文献公开的发明方案适合于环境相对较好的隧道应用环境，采用轨道内安装驱动导向装置的方式，行走机构本身不具备上下坡驱动和急弯转向功能，不方便检修。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种巡检机器人行走机构，转弯时无需额外的辅助装置，在坡度较大的坡道上下坡时，运行稳定，安装卸载方便，易于维护。

本发明提供的巡检机器人行走机构，包括驱动机构和导向机构；所述驱动机构包括承载板，所述承载板上设置有由驱动装置驱动的齿轮；所述导向机构位于所述承载板的上方，包括上连接块以及前、后导向轮组；所述前、后导向轮组结构相同，包括轮组连接件以及左、右导向臂，所述左、右导向臂分别活动地安装在所述轮组连接件的左、右端，所述前、后导向轮组的轮组连接件分别可水平旋转地安装在所述上连接块的前、后端。

本发明提供的巡检机器人行走机构安装在轨道上，轨道包括主轨，主轨下方安装有齿条，主轨从前、后导向轮组的轮组的左、右导向臂之间穿过，前、后导向轮组的左、右导向臂夹持主轨，驱动机构的齿轮与轨道的齿条齿合。为使得对轨道的夹持更稳定，前、后导向轮组的左、右导向臂与所述主轨接触部位与所述主轨相适配。驱动装置驱动齿轮转动，使得巡检机器人行走机构在主轨上移动，当遇到弯道时，前、后导向轮组可以水平转动一定角度以适应弯道，无需其他辅助装置辅助转弯；当遇到坡道时，由于前、后导向轮组的左、右导向臂活动地安装，左、右导向臂可以适应坡道进行上、下移动，适度抬起或放下左、右导向臂，使得行走机构自适应坡道，进行上下坡。本发明采用行走机构齿轮与轨道齿条齿合的方式实现行走，齿轮转动并沿齿条前进后退以提供驱动力，外力干扰下不会出现打滑现象。

所述左、右导向臂结构相同，包括导向轮和导向轮轴，所述导向轮可转动地安装在导向轮轴的下端，所述导向轮轴的上端活动地安装在所述轮组连接件上。行走机构移动时，导向轮与轨道滚动配合，减小移动阻力，导向轮轴活动地安装，进入坡道时，导向轮轴随着坡道进行上下抬放以适应坡道。导向轮与轨道相适配，如轨道主轨为圆形，则导轨具有具有与圆形主轨相适配的弧度。

为确保轨道齿条与驱动机构齿轮的有效齿合，尤其是在弯道、坡道时避免齿条与齿轮脱离，所述驱动机构还包括轨道贴合件，该轨道贴合件可转动地安装在所述承载板上；在所述上连接块的中部，所述上连接块的侧面活动地安装有外导向臂，该外导向臂与所述轨道贴合件相对。轨道贴合件与外导向臂配合，起到夹持轨道的作用，当进入弯道、坡道时，无论行走机构如何晃动，轨道贴合件、外导向臂施其中之一或两者同时施以向行走机构晃动方向的相反方向的阻挡，使得齿轮与齿条紧密齿合，防止齿轮与齿条分离，避免行走机构失去动力；可转动的轨道贴合件与轨道滚动接触，减小移动阻力。

外导向臂结构与左、右导向臂相同，包括导向轮和导向轮轴，所述导向轮可转动地安装在导向轮轴的下端，所述导向轮轴的上端活动地安装在所述上连接块上。导向轮与轨道滚动配合，减小移动阻力，导向轮轴活动地安装，进入坡道时，导向轮轴随着坡道进行上下抬放以适应坡道。导向轮与轨道相适配，如轨道主轨为圆形，则导轨具有具有与圆形主轨相适配的弧度。

为实现驱动机构合理布局，所述轨道贴合件位于所述齿轮的上方，所述驱动装置还与所述轨道贴合件连接，驱动轨道贴合件转动，驱动装置一般设置在承载板下方，驱动装置输出轴依次连接齿轮、轨道贴合件，同步驱动齿轮、轨道贴合件转动，使得行走机构移动更稳定。

优选地，所述轨道贴合件呈圆台型，具有内凹弧度，内凹弧度与圆形轨道相适配，有利于两者紧密贴合。

所述前、后导向轮组的轮组连接件通过水平旋转部件与所述上连接块的前、后端连接，水平旋转部件可采用轴承等部件，当行走机构进入弯道时，由于水平旋转部件的连接，前、后导向轮组转动一定角度以适应弯道。

所述上连接块通过背连接块固定在所述承载板上，上连接块与承载板的连接方式以不会干涉驱动机构、导向机构工作为宜。

本发明具有以下有益效果：(1)各个部件分工明确，可根据不同隧道环境选用不用材质加工，以适应某些严酷的隧道环境。(2)具有转弯和上下坡道能力，无需额外辅助装置。在坡度较大的坡道上下坡时，具有稳定驱动和制动能力。驱动方式简单可靠，便于安装和卸载维护。(3)设置前后两组对称的导向轮组，每对导向轮组具有一定的向内斜角可以夹持轨道。(4)驱动机构上设置齿轮，轨道下方具有齿条，齿轮转动并沿齿条前进后退以提供驱动力并保证外力干扰下不出现打滑。(5)导向轮组顶部设置可水平旋转的部件，前后行走弯道处可实现稳定导向。(6)导向臂活动地安装，具有抬起放下的自适应性，以适应上下坡的稳定导向。(7)设置外导向臂与驱动机构的轨道贴合件配合，保证齿轮与齿条的有效的贴合。

附图说明

图1为本发明所述轨道示意图；

图2为本发明所述驱动机构示意图；

图3为本发明所述导向机构示意图。

图中：101-轨道；110-主轨；111-齿条；102-驱动机构；120-轨道贴合件；121-齿轮；122-承载板；123-驱动电机；103-导向机构；131-导向轮；132-导向轮轴；134-水平旋转部件；135-轮组连接件；136-上连接块；137-背连接块；138-外导向臂。

具体实施方式

下面结合附图1～附图3阐述本发明的具体实施方式：

本发明提供的巡检机器人行走机构，具有斜坡稳定行走和急弯转向功能，包括驱动机构102、导向机构103。

如图1所示，铝合金轨道101由截面为圆形的主轨110和安装在主轨110下方的齿条111构成，轨道依据隧道走向可具有坡道和弯段部分。

如图2所示，驱动机构102包括承载板122、驱动电机123、齿轮121、轨道贴合件120，驱动电机123安装在承载板122的下方，承载板122的上方依次安装齿轮121、轨道贴合件120，驱动电机123的电机轴通过轴承穿过承载板122后与齿轮121、轨道贴合件120同轴连接，驱动电机123同步带动齿轮121、轨道贴合件120正反向转动；轨道贴合件120呈圆台型，侧面内凹一定弧度，与圆形轨道适配。轨道贴合件120可采用塑料制作，齿轮、承载板为不锈钢材质。

如图3所示，导向机构103包括前、后导向轮组、外导向臂138、上连接块136、背连接块137；上连接块136位于承载板122正上方并通过背连接块137固定到承载板122的侧面，以不干涉导向机构本身及驱动机构等为宜；前、后导向轮组结构相同并对称地安装在上连接块136的前、后端。以前导向轮组为例，详细说明前、后导向轮组的结构：前导向轮组包括左、右导向臂、轮组连接件135、水平旋转部件134，水平旋转部件134可采用轴承实现；左、右导向臂结构相同并对称地安装在轮组连接件135的左、右侧，轮组连接件135上部为安装在上连接件136前端的水平旋转部件134。以前导向轮组的右导向臂为例，详细说明各导向臂的结构，右导向臂包括导向轮131、导向轮轴132，导向轮131侧面为内弧形，与轨道主轨相适配，导向轮131顶部与导向轮轴132底部连接，导向轮131可以转动，采用塑料制作，导向轮轴132顶部与轮组连接件135活动连接，当进入坡道时，导向轮、导向轮轴可绕连接点进行抬起放下的动作，也可以设计成进行旋转动作，即遇到坡道时，向上或向下转动一定角度以适应坡道；导向轮轴与轮组连接件的活动连接不能过松，要保证左、右导向臂对轨道主轨的夹持力。外导向臂138的结构与左、右导向臂相同，外导向臂138活动地安装在上连接块136的中部外侧，与左、右导向臂类似，当进入坡道时，外导向臂138可绕连接点进行抬起放下的动作，也可以设计成进行旋转动作，即遇到坡道时，向上或向下转动一定角度以适应坡道；外导向臂与上连接块的活动连接也不能过松。外导向臂138也包括导向轮和导向轮轴，导向轮轴的上端与上连接块活动连接，导向轮轴的下端与导向轮连接，导向轮在导向轮轴上可以转动，导向轮采用塑料制作，具有内凹弧度以适配圆形轨道主轨。位于承载板上表面的齿轮、轨道贴合件位于上连接块的下方，轨道贴合件与外导向臂的导向轮正对，轨道贴合件与外导向臂的导向轮形成一个类似于前、后导向轮组的轨道夹持装置。

结合图1、2、3，本发明提供的巡检机器人行走机构安装时，轨道101的主轨110从前、后导向轮组的左、右导向臂以及轨道贴合件120、外导向臂138之间穿过，圆形主轨110与左、右导向臂、轨道贴合件120紧密贴合；驱动机构的齿轮121与轨道的齿条111齿合，驱动机构的齿轮沿齿条前进和后退以提供动力，并且起到防止滑动的作用。行走机构沿主轨行进到弯道需要转弯时，前、后导向轮组可以进行水平转动以自适应轨道，进而调整方向；如果转弯过大，轨道贴合件与外导向臂起到防止齿条与齿轮分离的作用；当进入坡道需要沿主轨上下坡时，导向轮轴带动导向轮进行抬起放下动作以自适应轨道，进而调整方向。

Claims (10)

1.一种巡检机器人行走机构，包括驱动机构和导向机构，其特征在于：所述驱动机构包括承载板，所述承载板上设置有由驱动装置驱动的齿轮；所述导向机构位于所述承载板的上方，包括上连接块以及前、后导向轮组；所述前、后导向轮组结构相同，包括轮组连接件以及左、右导向臂，所述左、右导向臂分别活动地安装在所述轮组连接件的左、右端，所述前、后导向轮组的轮组连接件分别可水平旋转地安装在所述上连接块的前、后端。

2.如权利要求1所述的巡检机器人行走机构，其特征在于：所述左、右导向臂结构相同，包括导向轮和导向轮轴，所述导向轮可转动地安装在导向轮轴的下端，所述导向轮轴的上端活动地安装在所述轮组连接件上。

3.如权利要求1所述的巡检机器人行走机构，其特征在于：所述驱动机构还包括轨道贴合件，该轨道贴合件可转动地安装在所述承载板上；在所述上连接块的中部，所述上连接块的侧面活动地安装有外导向臂，该外导向臂与所述轨道贴合件相对。

4.如权利要求3所述的巡检机器人行走机构，其特征在于：所述外导向臂包括导向轮和导向轮轴，所述导向轮可转动地安装在导向轮轴的下端，所述导向轮轴的上端活动地安装在所述上连接块上。

5.如权利要求3或4所述的巡检机器人行走机构，其特征在于：所述轨道贴合件位于所述齿轮的上方，所述驱动装置还与所述轨道贴合件连接，驱动轨道贴合件转动。

6.如权利要求3或4所述的巡检机器人行走机构，其特征在于：所述轨道贴合件呈圆台型，具有内凹弧度。

7.如权利要求1-4任一权利要求所述的巡检机器人行走机构，其特征在于：所述前、后导向轮组的轮组连接件通过水平旋转部件与所述上连接块的前、后端连接。

8.如权利要求1-4任一权利要求所述的巡检机器人行走机构，其特征在于：所述巡检机器人行走机构安装在轨道上，所述轨道包括主轨，该主轨下方安装有齿条；所述前、后导向轮组的左、右导向臂夹持轨道，所述齿轮与所述轨道的齿条齿合。

9.如权利要求8所述的巡检机器人行走机构，其特征在于：所述前、后导向轮组的左、右导向臂与所述主轨接触部位与所述主轨相适配。

10.如权利要求1-4任一权利要求所述的巡检机器人行走机构，其特征在于：所述上连接块通过背连接块固定在所述承载板上。