CN114407033A - 一种用于户外大坡度运行的挂轨巡检机器人辅助爬坡机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于户外大坡度运行的挂轨巡检机器人辅助爬坡机构，包括驱动挂轨机器人行走的行走机构及辅助爬坡机构，辅助爬坡机构包括轨道和固定于轨道底面的链条，链条设置于轨道坡道处；行走机构包括机架，机架上安装有供机架于轨道上移动的驱动轮组，机架上还安装有供机架于链条上移动的驱动链轮组；平轨处依靠驱动轮组与轨道面的摩擦力行走；在坡道处，通过驱动链轮链条的配合，实现稳定上下坡，有效避免打滑和溜车，提高机器人***的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及挂轨巡检机器人技术领域，具体涉及一种用于户外大坡度运行的挂轨巡检机器人辅助爬坡机构。
背景技术
传统的巡检方式为人工巡检，依靠人的感官和经验，同时辅以相关检测设备进行工作，这样的巡检方式存在很多缺点和不足，经常会出现误检、漏检等缺陷，或者一些危险场所难以巡检等问题，因此，很多安全隐患未被及时发现而导致严重事故。
为解决这类问题，在户外场所，例如变电站，化工厂，风电、光伏厂等大型户外场所均采用巡检机器人代替工人进行巡检工作。目前巡检机器人主要分为地面式和挂轨式两种，地面式主要为轮式和履带式机器人，沿地面上的固定磁轨进行巡检工作；挂轨式巡检机器人是机器人在架设的轨道上进行巡检工作。挂轨式相对于地面式，有着不占用地面空间，不受地形地貌影响，拥有更好的监测视野等优势。
目前户外挂轨式巡检机器人的主要问题在于，由于户外环境条件复杂，在进行大坡度轨道运行时会出现打滑现象，导致驱动失效；目前解决上述问题的方法是增加备用驱动装置，即机器人爬坡时由备用驱动装置将其运送上去，这样的方式增加了机器人成本、重量及能耗。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种用于户外大坡度运行的挂轨巡检机器人辅助爬坡机构，包括驱动挂轨机器人行走的行走机构及辅助爬坡机构，辅助爬坡机构包括轨道和固定于轨道底面的链条，链条设置于轨道坡道处；行走机构包括机架，机架上安装有供机架于轨道上移动的驱动轮组，机架上还安装有供机架于链条上移动的驱动链轮组。
进一步的，机架包括一块底板和两块侧板，驱动轮组包括与两侧板转动连接的两个上轮轴，上轮轴处于两侧板间的一端固定有驱动轮，上轮轴的另一端固定有齿轮A。
进一步的，驱动链轮组处于驱动轮组的正下方，驱动链轮组包括一根穿过两侧板且与侧板转动连接的下轮轴，下轮轴的中部固定有可与链条啮合的链轮，下轮轴的两端固定有与齿轮A相啮合的齿轮B。
进一步的，底板上安装有一个电机，电机的输出端连接有齿轮C，齿轮C与齿轮B相啮合，齿轮B的外径大于齿轮A的外径。
进一步的，行走机构还包括安装于两侧板相靠近一侧的两个从动轮，从动轮与侧板转动连接，且驱动轮与从动轮对称设置。
进一步的，轨道为H型钢或工字钢轨道，链条为带安装弯板的链条，链条固定在轨道的下翼板的底面的中心线位置，两端延伸至轨道平轨段，轨道的下翼板底部于链条两端固定有导向块。
进一步的，行走机构还包括导向轮组，导向轮组包括上导向轮和下导向轮；两个侧板相靠近的侧壁均安装有两个上导向轮，上导向轮处于驱动轮上方，且上导向轮相对轨道腹板两侧对称设置；底板顶部两侧均安装有两个下导向轮，且下导向轮对称设置。
进一步的，驱动轮和从动轮的正下方均设置有安装于底板上的张紧轮，张紧轮的下方连接有弹簧。
进一步的，驱动轮组位于轨道的下翼板上方，驱动轮和从动轮与轨道的下翼板顶面滚动连接，驱动链轮组位于轨道的下翼板下方，张紧轮与轨道的下翼板底面滚动连接。
本发明有益效果如下：
1、在平轨处依靠驱动轮与轨道面的摩擦力行走；在坡道处，通过链轮链条的啮合，实现稳定上下坡，有效避免打滑和溜车，提高机器人***的可靠性，没有其他动力源或备用驱动装置切换，即可实现主行驶轮在驱动轮与链轮之间自动转换，且结构简单，拆装方便，有效降低成本。
2、采用独特的单电机多轴同步驱动结构，不需要复杂的备用驱动装置和动力切换装置，有利于降低控制难度及能耗，提高挂轨机器人行驶的稳定性。
3、链轮和链条啮合精度要求也低，链轮和链条啮合方式可以解决上下坡打滑和溜车的问题，并且链条可选用标准件，更换方便。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中行走机构的结构示意图；
图3为本发明中行走机构另一方向的结构示意图
图4为本发明中轨道和链条的结构示意图；。
附图标记说明如下：1、行走机构；11、机架；111、底板；112、侧板；12、驱动链轮；121、齿轮A；122、链轮；123、轴承座；13、驱动轮组；131、驱动轮；132、齿轮B；14、从动轮；15、张紧轮；161、上导向轮；162、下导向轮；17、电机；171、齿轮C；2、辅助爬坡机构；21、导向块；22、链条；23、轨道。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。
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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合说明书附图对本发明做进一步说明：
如图1至图4所示，一种用于户外大坡度运行的挂轨巡检机器人辅助爬坡机构，包括挂轨机器人行走的行走机构1及辅助爬坡机构2，行走机构1包括驱动轮组13、驱动链轮组12和从动轮14，辅助爬坡机构2包括挂轨机器人行走的轨道23、固定在轨道23底面的链条22及导向块21，链条22布置区域为轨道23坡道处，驱动链轮组12中的链轮122可与链条22啮合。轨道23为H型钢或工字钢轨道23，链条22为带安装弯板的链条22，链条22固定在轨道23下翼板的底面的中心位置，两端延伸至轨道23平轨段。即在平轨处依靠驱动轮131与轨道23面的摩擦力行走；在坡道处，通过链轮122链条22的啮合，实现稳定爬坡，下坡同理。
本实施例中，如图1至图3所示，行走机构1的驱动轮组13、驱动链轮组12、从动轮14全部安装在机架11上，形成一个整体。机架11包括一块底板111和两块侧板112；驱动轮组13和从动轮14都对称安装在两块侧板112上；在单块侧板112上，其中驱动轮组13在前，从动轮14在后，且处于同一水平线上。驱动链轮组12位于机架11底板111上，且位于驱动轮组13的正下方。机器人在平轨上运行时，驱动轮131为主行驶轮，依靠驱动轮131与轨道23间的摩擦力行走，此时链轮122空转；当机器人行驶在坡轨处，链轮122与链条22啮合时，驱动链轮组12中的链轮122为主行驶轮，机器人依靠链轮122链条22的啮合实现上下坡。
本实施例中，如图1至图3所示，驱动轮组13与从动轮14于轨道23的下翼板上方左右对称布置，处于机架11左右侧板112的上方，同时落于轨道23下翼板的上面，驱动轮131轮轴的另一末端安装齿轮B132。对称布置可有效地分担机器人的自重，避免机器人单边行走，保证机器人平稳运行。
本实施例中，如图2和图3所示，驱动轮组13与驱动链轮组12由行走机构1的电机17驱动，电机17可固定在行走机构1底板111的左侧或右侧。三者共同组成一个单电机多轴同步驱动结构；电机17置于行走机构1的一侧有利于散热，同时也可为其他部件预留空间。电机17的输出端安装有齿轮C171，驱动链轮组12位于机架11底板111上，且在驱动轮组13的正下方，其轮轴由两个轴承座123支撑，轮轴两端安装有齿轮A121，齿轮C171与齿轮A121啮合，齿轮A121与齿轮B132啮合；在驱动链轮组12的另一端，同样有齿轮A121与齿轮B132啮合，因此在驱动链轮组12轮轴的作用下，通过各齿轮传动，电机17的输出动力可以同时传递给驱动链轮组12和组驱动轮组13，实现单电机多轴同步驱动。通过计算和选取合适的中心距和传动比，可得到极小偏差的驱动轮131与链轮122线速度。
实施例二：
根据实施例一中的一种用于户外大坡度运行的挂轨巡检机器人辅助爬坡机构，如图1和图4所示，其中，链条22两端安装导向块21，且位于轨道23下翼板底面中心。挂轨机器人在坡轨处运行时，在链轮122链条22即将啮合时，利用安装在轨道23下翼板底部的导向块21，可将车身导正居中，以便于链轮122链条22顺利啮合，有效防止因无法啮合而导致机器人行走失效的现象出现。
本实施例中，如图1至图3所示，导向轮组包括上导向轮161和下导向轮162，上导向轮161在轨道23腹板两侧对称布置，以允许机器人在自身中心线与轨道23延伸方向成一定范围的夹角内运行。下导向轮162在底板111上呈前后左右对称布置。在机器人行至坡轨处，链轮122链条22啮合前，机器人的前后两组下导向轮162依次通过导向块21将车身导正居中，进一步保证链轮122链条22能顺利啮合。
本实施例中，如图1至图3所示，驱动轮131和从动轮14的正下方均设置有安装于底板111上的张紧轮15，张紧轮15在轨道3下翼板下面延轨道23中心线左右对称布置，张紧轮15安装在行走机构1底板111上，其下方设置有弹簧151，在挂轨机器人在轨道23上行走时，张紧轮15沿轨道23的下翼板底面行走，其中的弹簧151一直处于压缩状态，可以起到缓冲减震的功能，降低机器人行走过程中产生的振动，提高机器人行走的稳定性。
本发明工作原理如下：
电机17通电开始转动，同时驱动电机17输出轴上的齿轮C171，齿轮C171与齿轮A121啮合，齿轮A121与齿轮B132啮合；在驱动链轮组12的另一端，同样有齿轮A121与齿轮B132啮合，因此在驱动链轮组12轮轴的作用下，通过各齿轮传动，电机17的输出动力可以同时传递给驱动链轮组12和组驱动轮组13，这样就可实现单电机多轴同步驱动。通过计算和选取合适的中心距和传动比，可使驱动轮131与链轮122的线速度差降至更低。
挂轨机器人在平轨上行驶时，驱动轮组13与从动轮14落在轨道23下翼板上面，张紧轮15紧贴轨道23下翼板底面，在重力和张紧轮15提供的张紧力的作用下，依靠驱动轮131与轨道23面的摩擦力行走，此时驱动轮131为主行驶轮，链轮122空转。上导向轮161能够保证机器人在自身中心线与轨道23延伸方向成一定范围的夹角内运行。
当机器人即将进入坡轨处时，机架11底板111上的两组下导向轮162会依次经过安装在轨道23下翼板底面的导向块21，将车身导正居中，使位于轨道23下的链轮122与链条22顺利啮合，依靠链轮122链条22的啮合，实现实现平稳的且不打滑的上下坡行走。此时链轮122为主行驶轮。
在整个行驶过程中，没有其他动力源或备用驱动装置切换，即可实现主行驶轮在驱动轮131与链轮122之间自动转换，使结构更加简化，控制更加简单，稳定性更高。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (9)
1.一种用于户外大坡度运行的挂轨巡检机器人辅助爬坡机构，其特征在于：包括驱动挂轨机器人行走的行走机构(1)及辅助爬坡机构(2)，所述辅助爬坡机构(2)包括轨道(23)和固定于轨道(23)底面的链条(22)，所述链条(22)设置于轨道(23)坡道处；所述行走机构(1)包括机架(11)，所述机架(11)上安装有供机架(11)于轨道(23)上移动的驱动轮(131)组，所述机架(11)上还安装有供机架(11)于链条(22)上移动的驱动链轮(122)组。
2.根据权利要求1所述的一种用于户外大坡度运行的挂轨巡检机器人辅助爬坡机构，其特征在于：所述机架(11)包括一块底板(111)和两块侧板(112)，所述驱动轮(131)组包括与两侧板(112)转动连接的两个上轮轴，所述上轮轴处于两侧板(112)间的一端固定有驱动轮(131)，所述上轮轴的另一端固定有齿轮A(121)。
3.根据权利要求2所述的一种用于户外大坡度运行的挂轨巡检机器人辅助爬坡机构，其特征在于：所述驱动链轮(122)组处于驱动轮(131)组的正下方，所述驱动链轮(122)组包括一根穿过两侧板(112)且与侧板(112)转动连接的下轮轴，所述下轮轴的中部固定有可与所述链条(22)啮合的链轮(122)，下轮轴的两端固定有与所述齿轮A(121)相啮合的齿轮B(132)。
4.根据权利要求3所述的一种用于户外大坡度运行的挂轨巡检机器人辅助爬坡机构，其特征在于：所述底板(111)上安装有一个电机(17)，所述电机(17)的输出端连接有齿轮C(171)，所述齿轮C(171)与所述齿轮B(132)相啮合，所述齿轮B(132)的外径大于所述齿轮A(121)的外径。
5.根据权利要求2所述的一种用于户外大坡度运行的挂轨巡检机器人辅助爬坡机构，其特征在于：所述行走机构(1)还包括安装于两侧板(112)相靠近一侧的两个从动轮(14)，所述从动轮(14)与侧板(112)转动连接，且所述驱动轮(131)与从动轮(14)对称设置。
6.根据权利要求2所述的一种用于户外大坡度运行的挂轨巡检机器人辅助爬坡机构，其特征在于：所述轨道(23)为H型钢或工字钢轨道(23)，链条(22)为带安装弯板的链条(22)，链条(22)固定在轨道(23)的下翼板的底面的中心线位置，两端延伸至轨道(23)平轨段，所述轨道(23)的下翼板底部于链条(22)两端固定有导向块(21)。
7.根据权利要求2所述的一种用于户外大坡度运行的挂轨巡检机器人辅助爬坡机构，其特征在于：所述行走机构(1)还包括导向轮组，所述导向轮组包括上导向轮(161)和下导向轮(162)；两个所述侧板(112)相靠近的侧壁均安装有两个上导向轮(161)，所述上导向轮(161)处于所述驱动轮(131)上方，且上导向轮(161)相对轨道(23)腹板两侧对称设置；所述底板(111)顶部两侧均安装有两个下导向轮(162)，且所述下导向轮(162)对称设置。
8.根据权利要求5所述的一种用于户外大坡度运行的挂轨巡检机器人辅助爬坡机构，其特征在于：所述驱动轮(131)和从动轮(14)的正下方均设置有安装于底板(111)上的张紧轮(15)，所述张紧轮(15)的下方连接有弹簧(151)。
9.根据权利要求8所述的一种用于户外大坡度运行的挂轨巡检机器人辅助爬坡机构，其特征在于：所述驱动轮组(13)位于轨道(23)的下翼板上方，所述驱动轮(131)和从动轮(14)与所述轨道(23)的下翼板顶面滚动连接，所述驱动链轮组(12)位于轨道(23)的下翼板下方，所述张紧轮(15)与轨道(23)的下翼板底面滚动连接。
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