CN115042152A - 一种矿用巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种矿用巡检机器人，属于巡检机器人技术领域，其包括行走机构和隔爆挂载组件，隔爆挂载组件挂载在行走机构的底部；其中，行走机构包括：支架、两套结构相同且对称固设在支架上的行走组件、至少两套导向组件、以及至少两对承重轮；隔爆挂载组件包括：隔爆箱体、集成本安箱和充电装置；隔爆箱体内部设有电源和控制板，集成本安箱上安装有第二摄像头、快速插头、烟雾传感器等；充电装置包括：插头部分和插座部分。本发明的矿用巡检机器人，整体结构紧凑，重量轻，运行稳健，功能强大，扩展性好，可自主回桩充电，可与软件平台配合实现自主监测预警，是实现矿井无人化、自动化、智能化的好帮手。

Description

一种矿用巡检机器人

技术领域

本发明涉及巡检机器人技术领域，尤其是一种矿用巡检机器人。

背景技术

目前，大型输送带输送机巷道的巡视和检修工作大部分都由人工完成，而巷道中环境复杂、空间狭小、皮带下常见积水，对人工巡视造成非常大的阻碍；同时由于人工巡检频率低、间隔长，而且设备运行过程中因安全原因不能巡检，有可能导致在风险发生时不能及时介入，而导致皮带断裂、发生火灾等严重后果。

发明内容

为解决现有输送机巷道人工巡检效率低、难度大，存在较大安全隐患的问题，本发明提供了一种矿用巡检机器人。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种矿用巡检机器人，包括：行走机构和隔爆挂载组件，隔爆挂载组件挂载在行走机构的底部；其中，行走机构包括：支架、两套结构相同且对称固设在支架上的行走组件、至少两套导向组件、以及至少两对承重轮；每套行走组件包括：防爆电机、驱动轮、合页组件、转轮底板、转轮顶板、第一连接件、第二连接件和第三连接件；其中，驱动轮位于转轮底板与转轮顶板之间，驱动轮套设在防爆电机的轴上，防爆电机的轴贯穿转轮底板与转轮顶板转动连接；转轮底板与转轮顶板之间一端通过压板固连，另一端通过合页组件的第一页固连；合页组件的第二页底部通过第一连接件与支架固连；螺杆贯穿压板，其内侧端与固定块转动连接，其外侧端套设有压簧，并在外侧端转动连接有压力传感器，压簧的两端分别压在压板和压力传感器上；固定块与第二连接件的外侧面固连，第二连接件的底部通过第三连接件与支架固连；两个驱动轮分别沿轨道的两侧壁同步转动；两套导向组件分别位于两套行走组件的端部；每套导向组件包括：底部竖立固设有转轴的导向架、至少两块立板和至少两个导向轮；其中，导向架通过其转轴和轴承固定在支架上，两块立板分别竖直固设于导向架的两侧，立板上开设有若干中空槽，导向轮转动设于中空槽内，导向轮可沿轨道的两侧壁转动；每对承重轮分别转动设于相对的两块立板的上部，承重轮沿轨道的底部的承载面转动。

优选地，支架呈工字型。

优选地，导向轮与轨道之间留有间隙。

优选地，轨道包括工字型轨道、H型轨道或倒立T字型轨道。

优选地，行走机构还包括：测距装置，其包括：第一支座、一端固设有摇臂轴的摇臂、扭簧和测距传感器，其中，第一支座固设于导向架底部，摇臂轴贯穿第一支座，并可相对第一支座转动；扭簧套设在摇臂轴上，且两端分别固连于第一支座和摇臂；测距传感器固设于摇臂的外端。

优选地，隔爆挂载组件包括：隔爆箱体，其内部设有电源和控制板，其外顶部设有挂载点，其外侧面安装有急停开关，其底部安装有第一摄像头，其外部还设有预留扩展安装孔位；防爆电机、压力传感器、急停开关和第一摄像头与电源、控制板分别电路连接。

优选地，隔爆挂载组件还包括：集成本安箱，固设于隔爆箱体前方；集成本安箱前部安装有第二摄像头，其后部设有多组快速插头，其侧面安装有显示屏以及状态指示灯，其前部下方还安装有烟雾传感器和有害气体传感器；第二摄像头、快速插头、显示屏、状态指示灯、烟雾传感器和有害气体传感器与电源、控制板分别电路连接。

优选地，隔爆箱体包括第一腔体和第二腔体，两个腔体之间通过穿墙端子连通，集成本安箱固设于第一腔体上；隔爆挂载组件还包括：充电装置，充电装置包括：插头部分和插座部分；插头部分固设于第二腔体的尾部，插座部分固设于轨道上；第二腔体的下部和尾部设有接线引入装置，其底部安装有测距雷达，测距雷达与电源、控制板分别电路连接。

优选地，插座部分包括：中空立体结构的第二支座、活动板、插座、固定板、导向槽和顶杆；第二支座与轨道固连，第二支座的正面开设有第一开口；活动板呈凸台型，活动板的凸台位于第一开口处，第一开口的面积大于活动板的凸台面积，小于活动板的底板面积；固定板中部开设有第二开口，第二开口的面积小于活动板的底板面积；插座贯穿并固定在活动板上，固定板通过其第二开口穿过插座的尾部，与第二支座固连，活动板的底板边缘位于固定板与第二支座之间；插座的两侧对称设有中空的导向槽；顶杆固设于第二支座上，并位于插座的上方；插头部分包括：充电插头、防尘盖和导向柱，充电插头两侧对称布置有导向柱，导向柱与导向槽相配合；充电插头顶部转动安装有防尘盖，且二者的连接处安装有第二扭簧；第二腔体的顶部固设有行程开关，与顶杆相配合。

本发明的矿用巡检机器人，整体结构紧凑，重量轻，运行稳健，功能强大，扩展性好，可自主回桩充电，可与软件平台配合实现自主监测预警，是实现矿井无人化、自动化、智能化的好帮手。

附图说明

图1为实施例中矿用巡检机器人的整体结构示意图；

图2为实施例中行走机构的结构示意图；

图3为与图2不同视角的行走机构的结构示意图；

图4为实施例中隔爆挂载组件的结构示意图；

图5为与图4不同视角的隔爆挂载组件的结构示意图；

图6为实施例中插座部分的结构示意图；

图7为实施例中插座部分各部件的拆分结构示意图；

图8为实施例中充电装置的结构示意图；

1、轨道；2、行走机构；3、隔爆挂载组件；4、行走组件；5-1、第一连接件；5-2、第二连接件；5-3、第三连接件；6、支架；7、防爆电机；8、驱动轮；9、合页组件；10、转轮底板；11、转轮顶板；12、压板；13、固定块；14、压簧；15、压力传感器；16、导向架；17、承重轮；18、导向轮；19、立板；20、轴承；21、第一支座；22、摇臂；23、扭簧；24、测距传感器；25、隔爆箱体；26、挂载点；27、急停开关；28、机器人支腿；29、预留扩展安装孔位；30、行程开关；31、充电插头；33、测距雷达；34、第一摄像头；35、接线引入装置；36、集成本安箱；37、第二摄像头；38、快速插头；39、显示屏；40、状态指示灯；41、烟雾传感器；42、有害气体传感器；43、L型安装板；44、第二支座；440、第一开口；45、活动板；46、插座；47、固定板；48、顶杆；49、防尘盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本实施例的一种矿用巡检机器人包括：行走机构2和隔爆挂载组件3，隔爆挂载组件3挂载在行走机构2的底部；其中，行走机构2包括：支架6、两套结构相同且对称固设在支架6上的行走组件4、至少两套导向组件、以及至少两对承重轮17；每套行走组件4包括：防爆电机7、驱动轮8、合页组件9、转轮底板10、转轮顶板11、第一连接件5-1、第二连接件5-2和第三连接件5-3；其中，驱动轮8位于转轮底板10与转轮顶板11之间，驱动轮8套设在防爆电机7的轴上，防爆电机7的轴贯穿转轮底板10与转轮顶板11转动连接；转轮底板10与转轮顶板11之间一端通过压板12固连，另一端通过合页组件9的第一页固连；合页组件9的第二页底部通过第一连接件5-1与支架6固连；螺杆贯穿压板12，其内侧端与固定块13转动连接，其外侧端套设有压簧14，并在外侧端转动连接有压力传感器15，压簧14的两端分别压在压板12和压力传感器15上；固定块13与第二连接件5-2的外侧面固连，第二连接件5-2的底部通过第三连接件5-3与支架6固连；两个驱动轮8分别沿轨道1的两侧壁同步转动；两套导向组件分别位于两套行走组件4的端部；每套导向组件包括：底部竖立固设有转轴的导向架16、至少两块立板19和至少两个导向轮18；其中，导向架16通过其转轴和轴承20固定在支架6上，两块立板19分别竖直固设于导向架16的两侧，立板19上开设有若干中空槽，导向轮18转动设于中空槽内，导向轮18可沿轨道1的两侧壁转动；每对承重轮17分别转动设于相对的两块立板19的上部，承重轮17沿轨道1的底部的承载面转动。

上述实施例中，支架6优选高强度轻量化支架，其兼具挂载承重和挂载功能；防爆电机7为隔爆设计，紧凑布局的小型机身，在完成自身功能的基础上占用最小的安装空间；驱动轮8优选减速一体化轮毂，内置大减速比多级行星减速装置，外覆盖聚氨酯包胶，将轮毂与减速器合二为一，极大减少了传统的传动布置所需空间；防爆电机7与减速一体化轮毂直接连接，构成巡检机器人的驱动模块，内置大功率电机，结构简洁可靠；第一连接件5-1、第二连接件5-2和第三连接件5-3优选中空的框型结构；压板12上留有开口槽，可使螺杆直接通过；压簧14均为压缩状态，通过旋转压力传感器15调整压簧14的压力，将驱动轮8固定在支架6上，同时调整驱动轮8与轨道1之间的压紧力，使巡检机器人能够适应各种坡度，最大坡度25°。实施例中，巡检机器人整体依托于轨道1运行，由行走机构2提供动力，隔爆挂载组件3可采用现有技术，其内部搭载核心控制板，便携式电源以及安装有各类传感器及摄像头等，实时监测现场的图像、声音、烟雾、气体、温度等数据，进行故障监测。

优选地，支架6呈工字型。

优选地，导向轮18与轨道1之间留有间隙。

优选地，轨道1包括工字型轨道、H型轨道或倒立T字型轨道等。

实施例中，轨道1夹在导向组件中间，当轨道1走向发生变化时，引导行走机构2的前进方向与轨道1走向保持一致；导向轮18与轨道1之间的间隙，以及可自由转动的导向架16，以确保行走机构2能够通过大于等于某特定半径的弯轨。优选地，导向组件优选两套，分别位于两套行走组件4的两端；导向架16的两侧分别设一块立板19，每块立板19上开设有两个中空槽，导向轮18与中空槽一一对应设置。实施例中，承重轮17为带有轴的第二轴承。优选地，每套导向组件设有一对承重轮17。

实施例中的行走机构2还包括：测距装置，其包括：第一支座21、一端固设有摇臂轴的摇臂22、扭簧23和测距传感器24，其中，第一支座21固设于导向架16底部，摇臂轴贯穿第一支座21，并可相对第一支座21转动；扭簧23套设在摇臂轴上，且两端分别固连于第一支座21和摇臂22；测距传感器24固设于摇臂22的外端。实施例中，在一侧导向组件下安装测距装置即可，通过套在摇臂轴上的扭簧23，可使摇臂22产生向上方旋转的运动趋势，使得测距传感器24时刻紧贴轨道1，利用测距传感器24内置的编码器测量巡检机器人沿轨道1的移动距离，使得巡检机器人的动态位置清晰明确，可结合软件平台实现对巡检机器人行为模式控制等功能。

如图4和5所示，实施例中的隔爆挂载组件3包括：隔爆箱体25，其内部设有电源和控制板，其外顶部设有挂载点26，其外侧面安装有急停开关27，其底部安装有第一摄像头34，其外部还设有预留扩展安装孔位29；防爆电机7、压力传感器15、测距传感器24、急停开关27和第一摄像头34与电源、控制板分别电路连接。优选地，第一摄像头34为红外高清摄像头，可用于实现红外检测、异常温升报警等功能。本实施例中，隔爆箱体25内部分别搭载便携式电源及控制板等电气元件；当巡检机器人失控或者发生意外状况时，拍下急停开关27，则巡检机器人停止运行；隔爆箱体25下部预留有安装孔，可安装机器人支腿28，防止巡检机器人重要元器件磕碰，一般在上轨调试完成后拆除；预留扩展安装孔位29可用于安装扩展模块、挂载其他设备等。

实施例中的隔爆挂载组件还包括：集成本安箱36，固设于隔爆箱体25前方；集成本安箱36前部安装有第二摄像头37，其后部设有多组快速插头38，其侧面安装有显示屏39以及状态指示灯40，其前部下方还安装有烟雾传感器41和有害气体传感器42；第二摄像头37、快速插头38、显示屏39、状态指示灯40、烟雾传感器41和有害气体传感器42与电源、控制板分别电路连接。实施例中，集成本安箱36为本安异形单腔设计，以配合巡检机器人整体造型，通过多组L型安装板43固定在隔爆箱体25前方；第二摄像头37为高清摄像头，可进行实时监控；所有传感器及电路板全部通过快速插头38进线，方便维修，防止井下烟尘、积水浸入；显示屏39优选微型显示屏，可以显示巡检机器人状态及电量指示等；状态指示灯40可以利用不同的灯光及闪烁组合显示巡检机器人的状态；烟雾传感器41和有害气体传感器42，可以监控气体成分和实现安全预警。

实施例中的隔爆箱体25包括第一腔体和第二腔体，两个腔体之间通过穿墙端子连通，集成本安箱36固设于第一腔体上；如图6和7所示，实施例中的隔爆挂载组件还包括：充电装置，充电装置包括：插头部分和插座部分；插头部分固设于第二腔体的尾部，插座部分固设于轨道1上；第二腔体的下部和尾部设有接线引入装置35，其底部安装有测距雷达33，测距雷达33分别与电源、控制板电路连接。接线引入装置35用于内部控制电路及电子元器件的安全进线；当巡检机器人行进路线上有人员或其他障碍物时，巡检机器人会根据测距雷达33的反馈进行相应的警告和行走模式控制。

优选地，如图6和7所示，插座部分包括：中空立体结构的第二支座44、活动板45、插座46、固定板47、导向槽和顶杆48；第二支座44与轨道1固连，第二支座44的正面开设有第一开口440；活动板45呈凸台型，活动板45的凸台位于第一开口440处，第一开口440的面积大于活动板45的凸台面积，小于活动板45的底板面积；固定板47中部开设有第二开口，第二开口的面积小于活动板45的底板面积；插座46贯穿并固定在活动板45上，固定板47通过其第二开口穿过插座46的尾部，与第二支座44固连，活动板45的底板边缘位于固定板47与第二支座44之间；插座46的两侧对称设有中空的导向槽；顶杆48固设于第二支座44上，并位于插座46的上方。

优选地，如图8所示，插头部分包括：充电插头31、防尘盖49和导向柱，充电插头31两侧对称布置有导向柱，导向柱与导向槽相配合；充电插头31顶部转动安装有防尘盖49，且二者的连接处安装有第二扭簧；第二腔体的顶部固设有行程开关30，与顶杆48相配合，充电插头31、行程开关30与电源、控制板分别电路连接。

实施例中，第二支座44的中空立体结构在提供插座安装基础的同时，可以保护插座46的尾部；插座46优选带有柔性塑料片保护可以防尘的五芯电气插座；活动板45通过固定板47安装在充电第二支座44上的设计，使活动板45的凸台仍能够在第一开口440范围内的水平方向和竖直方向实现相对微小移动，进而实现插座46的微调；充电插头31优选五芯电气插头。当巡检机器人完成一个工作周期充电时，顶杆48顶开防尘盖49，充电通道开启；充电插头31的导向柱与插座46的导向槽慢慢接触，导向柱沿着导向槽移动的同时，活动板45会自主进行微调，使得充电插头31与插座46完全对中；当充电插头31完全到位时，顶杆48触发行程开关30，使巡检机器人开始待机充电；充电完成后，巡检机器人先待机，当收到任务指令时，充电插头31与插座46分离，在第二扭簧的作用下防尘盖49自动复位。

行走机构2选用高强度轻量化支架，在保证最大挂载能力的前提下经过多轮迭代优化，支架6上预留有多个挂载孔，可以方便搭载不同模块；配置防爆设计的双电机驱动，减速装置集成于驱动轮8之内，结构紧凑，动力强劲；驱动轮8于轨道1双侧对称布置，通过合页组件9等与支架6铰接，未紧固时可自由开合，维修方便；正常工作时，驱动轮8通过压力传感器15及压簧14将压板12和固定块13压紧，进而将驱动轮8压紧在轨道1上，由于压簧14的两端靠紧压力传感器15和压板12，压力传感器15测量压簧14对其施加的压力大小，将压力信号传递给控制板，控制板预先设置合适的压力值，确保行走机构2获得足够的预紧力，如果压力传感器15检测到的压力值未达到控制板预先设置的压力值，则控制板控制防爆电机7不工作；配置双侧导向结构，内含承重轮17，一体化设计，所需空间小，布置方便，可在承载巡检机器人重量的同时，引导巡检机器人转向，实现自由平稳行走。

以上所有实施例中的电子元器件均与电源、控制板分别电路连接。

本发明的矿用巡检机器人，整体结构紧凑，重量轻，运行稳健，功能强大，扩展性好，可自主回桩充电，可与软件平台配合实现对监控对像的自主监测预警。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种矿用巡检机器人，其特征在于，包括：行走机构（2）和隔爆挂载组件（3），所述隔爆挂载组件（3）挂载在所述行走机构（2）的底部；其中，

所述行走机构（2）包括：支架（6）、两套结构相同且对称固设在所述支架（6）上的行走组件（4）、至少两套导向组件、以及至少两对承重轮（17）；每套所述行走组件（4）包括：防爆电机（7）、驱动轮（8）、合页组件（9）、转轮底板（10）、转轮顶板（11）、第一连接件（5-1）、第二连接件（5-2）和第三连接件（5-3）；其中，所述驱动轮（8）位于所述转轮底板（10）与所述转轮顶板（11）之间，所述驱动轮（8）套设在所述防爆电机（7）的轴上，所述防爆电机（7）的轴贯穿所述转轮底板（10）与所述转轮顶板（11）转动连接；所述转轮底板（10）与所述转轮顶板（11）之间一端通过压板（12）固连，另一端通过所述合页组件（9）的第一页固连；所述合页组件（9）的第二页底部通过所述第一连接件（5-1）与所述支架（6）固连；螺杆贯穿所述压板（12），所述螺杆的内侧端与固定块（13）转动连接，其外侧端套设有压簧（14），并在外侧端转动连接有压力传感器（15），所述压簧（14）的两端分别压在所述压板（12）和所述压力传感器（15）上；所述固定块（13）与所述第二连接件（5-2）的外侧面固连，所述第二连接件（5-2）的底部通过所述第三连接件（5-3）与所述支架（6）固连；两个所述驱动轮（8）分别沿轨道（1）的两侧壁同步转动；两套导向组件分别位于两套所述行走组件（4）的端部；每套所述导向组件包括：底部竖立固设有转轴的导向架（16）、至少两块立板（19）和至少两个导向轮（18）；其中，所述导向架（16）通过其所述转轴和轴承（20）固定在所述支架（6）上，两块所述立板（19）分别竖直固设于所述导向架（16）的两侧，所述立板（19）上开设有若干中空槽，所述导向轮（18）转动设于所述中空槽内，所述导向轮（18）可沿所述轨道（1）的两侧壁转动；每对所述承重轮（17）分别转动设于相对的两块所述立板（19）的上部，所述承重轮（17）沿所述轨道（1）的底部的承载面转动。

2.根据权利要求1所述的一种矿用巡检机器人，其特征在于，所述支架（6）呈工字型。

3.根据权利要求1所述的一种矿用巡检机器人，其特征在于，所述导向轮（18）与所述轨道（1）之间留有间隙。

4.根据权利要求3所述的一种矿用巡检机器人，其特征在于，所述轨道（1）包括工字型轨道、H型轨道或倒立T字型轨道。

5.根据权利要求1所述的一种矿用巡检机器人，其特征在于，所述行走机构（2）还包括：测距装置，其包括：第一支座（21）、一端固设有摇臂轴的摇臂（22）、扭簧（23）和测距传感器（24），其中，所述第一支座（21）固设于所述导向架（16）底部，所述摇臂轴贯穿所述第一支座（21），并可相对所述第一支座（21）转动；所述扭簧（23）套设在所述摇臂轴上，且两端分别固连于所述第一支座（21）和所述摇臂（22）；所述测距传感器（24）固设于所述摇臂（22）的外端。

6.根据权利要求1所述的一种矿用巡检机器人，其特征在于，所述隔爆挂载组件（3）包括：隔爆箱体（25），其内部设有电源和控制板，其外顶部设有挂载点（26），其外侧面安装有急停开关（27），其底部安装有第一摄像头（34），其外部还设有预留扩展安装孔位（29）；所述防爆电机（7）、所述压力传感器（15）、所述急停开关（27）和所述第一摄像头（34）与所述电源、所述控制板分别电路连接。

7.根据权利要求6所述的一种矿用巡检机器人，其特征在于，所述隔爆挂载组件（3）还包括：集成本安箱（36），固设于所述隔爆箱体（25）前方；所述集成本安箱（36）前部安装有第二摄像头（37），其后部设有多组快速插头（38），其侧面安装有显示屏（39）以及状态指示灯（40），其前部下方还安装有烟雾传感器（41）和有害气体传感器（42）；所述第二摄像头（37）、所述快速插头（38）、所述显示屏（39）、所述状态指示灯（40）、所述烟雾传感器（41）和所述有害气体传感器（42）与所述电源、所述控制板分别电路连接。

8.根据权利要求7所述的一种矿用巡检机器人，其特征在于，所述隔爆箱体（25）包括第一腔体和第二腔体，两个腔体之间通过穿墙端子连通，所述集成本安箱（36）固设于所述第一腔体上；所述隔爆挂载组件（3）还包括：充电装置，充电装置包括：插头部分和插座部分；所述插头部分固设于所述第二腔体的尾部，所述插座部分固设于所述轨道（1）上；所述第二腔体的下部和尾部设有接线引入装置（35），其底部安装有测距雷达（33），所述测距雷达（33）与所述电源、所述控制板分别电路连接。

9.根据权利要求8所述的一种矿用巡检机器人，其特征在于，

所述插座部分包括：中空立体结构的第二支座（44）、活动板（45）、插座（46）、固定板（47）、导向槽和顶杆（48）；所述第二支座（44）与所述轨道（1）固连，所述第二支座（44）的正面开设有第一开口（440）；所述活动板（45）呈凸台型，所述活动板（45）的凸台位于所述第一开口（440）处，所述第一开口（440）的面积大于所述活动板（45）的凸台面积，并小于所述活动板（45）的底板面积；所述固定板（47）中部开设有第二开口，所述第二开口的面积小于所述活动板（45）的底板面积；所述插座（46）贯穿并固定在所述活动板（45）上，所述固定板（47）通过其所述第二开口穿过所述插座（46）的尾部，与所述第二支座（44）固连，所述活动板（45）的底板边缘位于所述固定板（47）与所述第二支座（44）之间；所述插座（46）的两侧对称设有中空的导向槽；所述顶杆（48）固设于所述第二支座（44）上，并位于所述插座（46）的上方；

所述插头部分包括：充电插头（31）、防尘盖（49）和导向柱，所述充电插头（31）两侧对称布置有导向柱，所述导向柱与所述导向槽相配合；所述充电插头（31）顶部转动安装有所述防尘盖（49），且二者的连接处安装有第二扭簧；

所述第二腔体的顶部固设有行程开关（30），与所述顶杆（48）相配合。

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