CN113510715B - 一种自充电式胶带机全方位巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自充电式胶带机全方位巡检机器人，括车架及安装在车架上驱动本装置在胶带机内部行走的行走装置，和固定在车架上为巡检机器人提供电能的自充电装置；还包括检测控制***，检测控制***用于控制行走装置的动作及对胶带机各部件状态进行检测；本装置设置于胶带机内部，实现胶带机各部件状态检测的全面巡检。

Description

一种自充电式胶带机全方位巡检机器人

技术领域

本发明涉及煤矿输送皮带巡检领域，具体涉及一种自充电式胶带机全方位巡检机器人。

背景技术

煤炭运输是指煤炭经开采出来后依靠铁路、公路、沿海和内河水运等方式将合格煤炭输送至目的地的过程，而皮带输送机是煤炭运输过程中的主要设备，在煤炭运输中，煤矿开采后，通过皮带输送机将煤炭运输到矿井外。

随着工业智能化的不断推广与发展，对于煤矿皮带输送机巡检机器人的开发与应用已屡见不鲜；但现有市面皮带输送机巡检装置均在皮带输送机外部机架一侧安装，位于皮带输送机外部机架上，只能对胶带是否有裂痕进行检测；但是对于皮带输送机的轴承温度，托辊是否损坏；电动机、减速机、液力偶合器等运转设备声音，温度等信息无法采集够，通过机器人对皮带输送机进行状态检测仍存在盲点。

例如授权公告号为CN111217108B的一种用于极端环境皮带输送机的单轨巡检机器人***：该发明代替原有的人工巡检，使用控制器、拾音器、红外探测仪、视频成像装置和照明装置；监测输送带托辊温度、噪声等级、表面磨损、变形、微裂纹和卡死等现象；对托辊的故障检测、预警及剩余寿命预估；但是应用于煤矿的胶带机，大多数为几百多米，输送机周围及胶带内部且空间较小；其充电是一个大问题、现有的胶带机巡检机器人供能方式主要有拖缆式、充电式和滑触式；上述方式的方式不适合与长距离与小空间，并且对设备改造也是一个大问题；基于此技术背景之下，发明人设计一种自充电式胶带机全方位巡检机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自充电式胶带机全方位巡检机器人，本装置

设置于胶带机内部，实现胶带机各部件状态检测的全面巡检。

本发明采用的技术方案如下：一种自充电式胶带机全方位巡检机器人,包括车架及安装在车架上驱动本装置在胶带机内部行走的行走装置，和固定在车架上为巡检机器人提供电能的自充电装置；还包括检测控制***，检测控制***用于控制行走装置的动作及对胶带机各部件状态进行检测。

具体的，所述行走装置包括安装在胶带上托辊架与下槽胶带之间的轨道及与轨道两侧配合的行走轮；行走轮与驱动装置的输出轴固定，驱动装置固定于车架外侧；所述车架包括一块水平板与两块垂直板，水平板上设有安装耳；垂直板通过安装耳与水平板固定；驱动装置固定在两侧的水平板上。

优选的，自充电装置为一个可升降的发电装置，利用胶带机皮带运转的动力为巡检机器人供能。

具体的，所述自充电装置包括第一发电机及与第一发电机的驱动轴相配合的第一驱动轮；在第一发电机上固定有两个摆杆，摆杆的另一端与吊耳铰接；所述吊耳固定于车架的下侧；在摆杆上开设有滑道；第一推杆的推头上水平设有顶轴；顶轴与滑道滑动配合；滑道内设有对顶轴施压的缓冲装置；第一推杆铰接在车架的侧壁；通过第一推杆的长度改变，来控制摆杆与吊耳的转动角度，使第一驱动轮与胶带机的皮带紧贴和分离。

所述缓冲装置包括缓冲弹簧及滑块；所述滑块滑动配合于滑道内，滑块靠近顶轴一侧设有与顶轴相对应的凹槽，其另一侧与缓冲弹簧的一端固定，缓冲弹簧的另一端与滑道侧壁固定。

所述缓冲弹簧通过微型压力传感器与滑道侧壁固定；微型压力传感器与检测控制***电连接。

可选的，所述自充电装置包括第二推杆、第二发电机及施压板，所述施压板设于车架的下侧，施压板上设有与驱动装置的输出轴位置相对应的压紧柱，车架的底部对应设有安装通道；压紧柱穿过安装通道与压紧块固定；施压板与车架之间的压紧柱上穿有压缩弹簧；施压板与车架之间的间距大于压紧块与驱动装置的输出轴之间的间距；第二推杆固定在施压板的下侧；第二推杆的推头与第二发电机固定，第二发电机的驱动轴相配合的第二驱动轮；进行充电时，第二推杆推动第二驱动轮与胶带机的皮带紧贴，施压板挤压压缩弹簧，压紧块对驱动装置的输出轴挤压抱死。

具体的，所述检测控制***包括供电装置、plc；自充电装置与供电装置电连接为供电装置充电，供电装置为整个巡检机器人供电；plc上连接有拾音器、红外探测仪、视频成像装置，拾音器、红外探测仪、视频成像装置对胶带机各部件状态进行检测；检测控制***还包括照明装置用于夜间照明；所述检测控制***还包括远程数据传输模块；远程数据传输模块与外界进行通讯。

本发明的有益效果在于：本装置设置于胶带机内部，实现胶带机各部件状态检测的全面巡检；代替原有的人工巡检，使用巡检机器人通过监测输送带托辊温度、噪声等级、表面磨损、变形、微裂纹和卡死等现象实现对托辊的故障检测、预警及剩余寿命预估。

此外，本发明还具备如下特点：

1.自充电装置为一个可升降的发电装置，利用胶带机皮带运转的动力为巡检机器人供能；煤矿的胶带机，大多数为几百多米，输送机周围及胶带内部且空间较小，进行自充电，减小了改造的难度。

2.车架包括一块水平板与两块垂直板，水平板上设有安装耳；垂直板通过安装耳与水平板固定；车架为分体式的主要目的是，若发生故障，方便从轨道中间卸下。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的行走装置结构示意图。

图3为本发明的车架结构示意图。

图4为本发明的摆杆、吊耳结构示意图。

图5为本发明的滑道位置示意图。

图6为本发明的实施例一的巡检状态示意图。

图7为本发明的实施例一的充电状态示意图。

图8为本发明的实施例二结构示意图。

图9为本发明的施压板结构示意图。

图10为本发明的电路示意框图。

图中：车架1、自充电装置2、轨道3、行走轮4、减速器5、步进电机6、水平板7、垂直板8、安装耳9、第一发电机10、第一驱动轮11、摆杆12、吊耳13、滑道14、第一推杆15、顶轴16、缓冲弹簧17、微型压力传感器18、滑块19、第二推杆20、第二发电机21、施压板22、压紧柱23、安装通道24、压紧块25、压缩弹簧26、第二驱动轮27。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍，以下所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

但现有市面胶带机巡检机器人均在胶带机外部机架一侧安装，位于胶带机外部，对于胶带机各部件的状态状况（如图像、声音、温度）等信息采集不够全面精准，设备部分区域部件状态检测仍存在盲点；在此情况下我公司着手开发一种自充电式胶带机全方位巡检机器人；通过对胶带机现场实际情况的观察与研究，对其内部空间、检测距离、可覆盖检测位置等情况进行了综合考虑并进行反复探讨论证，在保障检测快速性、准确性、全面性的前提下，同时兼顾安装作业的安全性、可行性，以及后期维护保养的便利性，决定将巡检机器人安装至胶带上托辊架与下槽胶带之间；此处的检测范围覆盖广，并且便于改造。

如图所示，一种自充电式胶带机全方位巡检机器人,包括车架1及安装在车架上驱动本装置在胶带机内部行走的行走装置，和固定在车架1上为巡检机器人提供电能的自充电装置2；还包括检测控制***，检测控制***用于控制行走装置的动作及对胶带机各部件状态进行检测；将巡检机器人安装至胶带上托辊架与下槽胶带之间；直接设于胶带机的内部检测范围覆盖广，并且便于改造；所述检测控制***包括供电装置、plc；自充电装置与供电装置电连接为供电装置充电，供电装置为整个巡检机器人供电；plc上连接有拾音器、红外探测仪、视频成像装置；红外探测仪可用于检测托辊的温度，当托辊温度较高时，证明此处摩擦程度高，出现了故障；拾音器可用于采集托辊运转的噪声，如噪声异常则出现故障；照明装置为视频成像装置提供光源，便于视频成像装置在黑暗处能监测到托辊表面异常情况；plc上还可以根据具体环境的需求安装其他信息采集装置，并不局限于本实施例中列举的这些装置；考虑到远程通讯与信息传输的问题，plc上还连接有远程数据传输模块；远程数据传输模块可以为5G模块、4G模块；通过远程数据传输模块与外界进行通讯；本装置设置于胶带机内部，实现胶带机各部件状态检测的全面巡检；代替原有的人工巡检，使用巡检机器人通过监测输送带托辊温度、噪声等级、表面磨损、变形、微裂纹和卡死等现象实现对托辊的故障检测、预警及剩余寿命预估。

考虑到行走时的驱动力，行走装置包括安装在胶带上托辊架与下槽胶带之间的轨道3及与轨道3两侧配合的四个行走轮4；行走轮4与每个行走轮4分别与减速器5、步进电机6传动连接，减速器5、步进电机6固定于车架1外侧；采用四驱的方式便于适应煤矿的恶略环境与爬坡路段；经过研究与探讨，车架1采用分体式的，设计为分体式的主要目的是，若发生故障，整体式不方便直接从轨道中间卸下，，车架1包括一块水平板7与两块垂直板8，水平板7上设有安装耳9；垂直板8通过安装耳9与水平板7固定；减速器5、步进电机6依次固定在两侧的水平板上，为行走轮提供动力；通过螺栓拆卸对水平板7、垂直板8进行紧固和拆卸，两个垂直板8可从水平板上取下；方便后期维修。

应用于煤矿的胶带机，大多数为几百多米，输送机周围及胶带内部且空间较小；其充电是一个大问题，现有的胶带机巡检机器人供能方式主要有拖缆式、充电式和滑触式。

拖缆式：拖动较长电缆为巡检机器人持续功供电；由于煤矿用的皮带输送机，大多数为几百多米，输送机周围及胶带内部且空间较小，电缆的拖动极易与胶带结构部件发生摩擦剐蹭，存在安全隐患，影响胶带机设备及巡检机器人使用运行的安全性及稳定性；同时改造起来较为复杂，费时费力。

充电式：利用蓄电池为机器人供电，并定点设置普通充电桩或感应充电桩为电池充电；巡检机器人跑几个来回充一次电；但由于冬季天气寒冷，冬季电池亏电严重，极大影响机器人行走里程；极易出现中途电量不足机器人停摆状况；同时普通充电桩与机器人如何进行连接充电极其容易出现配合问题，因此也不太适合。

滑触式：在沿线布置供电滑轨，通过碳刷触头与滑轨相连进行供电。由于胶带巡检线路较长，巡检机器人需长期行走，电刷触头长期滑动极易磨损消耗，同时巡检线路较长，供电滑轨电压下降严重，滑轨末端容易出现出现充电电压不足现象了使用起来不稳定可靠。

因此自充电装置为一个可升降的发电装置，利用胶带机皮带运转的动力为巡检机器人供能；电量充足时机器人正常巡检，电量低于设定值时，机器人停止巡检，放下自充电装置进行发电，待电池充满后，收起自充电装置继续进行巡检。

实施例一，自充电装置包括第一发电机10及与第一发电机10的驱动轴相配合的第一驱动轮11；在第一发电机10上固定有两个摆杆12，摆杆12的另一端与吊耳13铰接；吊耳13固定于车架1的下侧；在摆杆12上开设有滑道14；第一推杆15推杆的推头上水平设有顶轴16；顶轴16与滑道14滑动配合；滑道14内设有对顶轴16施压的缓冲装置；第一推杆15铰接在车架1的侧壁；通过第一推杆15的长度改变，来控制摆杆12与吊13耳的转动角度，使第一驱动轮15与胶带机的皮带紧贴和分离；当第一驱动轮11与胶带机的皮带紧贴时；顶轴16移动到滑道14的中间位置；缓冲装置压紧顶轴16；这时第一驱动轮11可以有一个向上的回复空间，当胶带机的皮带有凸起或不平整时，使第一驱动轮11有一个缓冲，与胶带机的皮带柔性接触，避免硬性接触造成结构性损坏。

所述缓冲装置包括缓冲弹簧17及滑块19；所述滑块19滑动配合于滑道14内，滑块19靠近顶轴16一侧设有与顶轴16相对应的凹槽，其另一侧与缓冲弹簧17的一端固定，缓冲弹簧17的另一端通过微型压力传感器18与滑道14侧壁固定；微型压力传感器18与PLC电连接；可以通过微型压力传感器10的检测数据控制推杆6的长度，来保证驱动轮4与胶带机的皮带紧贴；避免接触的摩擦力不足的问题；当时缓冲装置也可以是气弹簧液压弹簧等。

但是实施后发现，第一发电机10的第一驱动轮11与皮带输送机的皮带接触后，由第一驱动轮11带动第一发电机10转动进行充电；这就要保证行走轮4在充电时不会移动；所以第一电机优选为步进电机或抱死电机。

实施例二，所述自充电装置包括第二推杆20、第二发电机21及施压板22，施压板22设于车架1的下侧，施压板22上设有与减速器5的输出轴位置相对应的压紧柱23，车架1的底部对应设有安装通道24；压紧柱23穿过安装通道24与压紧块25固定；施压板22与车架1之间的压紧柱23上穿有压缩弹簧26；施压板22与车架1之间的间距大于压紧块25与减速器5的输出轴之间的间距；这样保证了压紧块25抵住减速器5的输出轴时，压缩弹簧26一侧的压紧柱23还有剩余的空间；压紧柱12上还是设置有一个止回的限位环，保证恢复原位；第二推杆20固定在施压板22的下侧；第二推杆20的推头与第二发电机21固定，第二发电机21的驱动轴相配合的第二驱动轮27；电量充足时机器人正常巡检，电量低于设定值时，机器人停止巡检；第二推杆20伸长，第二发电机21的第二驱动轮27与皮带输送机的皮带接触后，施压板22挤压压缩弹簧26，减速器5的输出轴卡于压紧块25对应的容纳槽内，相当于对行走轮4进行抱死；由第二驱动轮27带动第二发电机21转动进行充电；待电池充满后，收起发电装置继续进行巡检。

尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行和修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自充电式胶带机全方位巡检机器人，其特征在于：包括车架及安装在车架上驱动本装置在胶带机内部行走的行走装置，和固定在车架上为巡检机器人提供电能的自充电装置；还包括检测控制***，检测控制***用于控制行走装置的动作及对胶带机各部件状态进行检测；所述自充电装置包括第一发电机及与第一发电机的驱动轴相配合的第一驱动轮；在第一发电机上固定有两个摆杆，摆杆的另一端与吊耳铰接；所述吊耳固定于车架的下侧；在摆杆上开设有滑道；第一推杆的推头上水平设有顶轴；顶轴与滑道滑动配合；滑道内设有对顶轴施压的缓冲装置；第一推杆铰接在车架的侧壁；充电时，行走装置停止，第一推杆伸长带动顶轴沿滑道向靠近第一发电机一侧移动，摆杆一端绕吊耳转动，使摆杆另一端的第一驱动轮与胶带机的皮带接触;胶带机的皮带运转，带动第一驱动轮转动使第一发电机发电。

2.根据权利要求1所述的一种自充电式胶带机全方位巡检机器人，其特征在于：所述行走装置包括安装在胶带上托辊架与下槽胶带之间的轨道及与轨道两侧配合的行走轮；行走轮与驱动装置的输出轴固定，驱动装置固定于车架外侧。

3.根据权利要求2所述的一种自充电式胶带机全方位巡检机器人，其特征在于：所述车架包括一块水平板与两块垂直板，水平板上设有安装耳；垂直板通过安装耳与水平板固定；驱动装置固定在两侧的水平板上。

4.根据权利要求1所述的一种自充电式胶带机全方位巡检机器人，其特征在于：所述缓冲装置包括缓冲弹簧及滑块；所述滑块滑动配合于滑道内，滑块靠近顶轴一侧设有与顶轴相对应的凹槽，其另一侧与缓冲弹簧的一端固定，缓冲弹簧的另一端与滑道侧壁固定。

5.根据权利要求4所述的一种自充电式胶带机全方位巡检机器人，其特征在于：所述缓冲弹簧通过微型压力传感器与滑道侧壁固定；微型压力传感器与检测控制***电连接。

6.根据权利要求1所述的一种自充电式胶带机全方位巡检机器人，其特征在于：所述自充电装置的替代方案包括第二推杆、第二发电机及施压板，所述施压板设于车架的下侧，施压板上设有与驱动装置的输出轴位置相对应的压紧柱，车架的底部对应设有安装通道；压紧柱穿过安装通道与压紧块固定；施压板与车架之间的压紧柱上穿有压缩弹簧；施压板与车架之间的间距大于压紧块与驱动装置的输出轴之间的间距；第二推杆固定在施压板的下侧；第二推杆的推头与第二发电机固定，第二发电机的驱动轴相配合的第二驱动轮；进行充电时，第二推杆推动第二驱动轮与胶带机的皮带紧贴，施压板挤压压缩弹簧，压紧块对驱动装置的输出轴挤压抱死。

7.根据权利要求1所述的一种自充电式胶带机全方位巡检机器人，其特征在于：所述检测控制***包括供电装置、plc；自充电装置与供电装置电连接为供电装置充电，供电装置为整个巡检机器人供电；plc上连接有拾音器、红外探测仪、视频成像装置，拾音器、红外探测仪、视频成像装置对胶带机各部件状态进行检测；检测控制***还包括照明装置用于夜间照明。

8.根据权利要求7所述的一种自充电式胶带机全方位巡检机器人，其特征在于：所述检测控制***还包括远程数据传输模块；远程数据传输模块与外界进行通讯。

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