CN104308861B - 一种轨道式机器人行走路径变换装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道式机器人行走路径变换装置及其实现方法，包括：方向转换平台以及若干条方向不同的路径轨道；所述方向转换平台能够与任意路径轨道对接；方向转换平台包括平台基体、平台伸缩机构、平台旋转机构和平台安装板；所述平台基体与平台伸缩机构连接，平台伸缩机构与平台旋转机构连接，所述平台旋转机构固定在平台安装板上。本发明有益效果：机器人行走路径变换装置实现了多通道并存、多方向选择，一套机器人主体就可完成多个方向场合的工作，提高了工作覆盖率。路径方向变化适应性强，可适应各种角度要求，克服了弯轨转弯角度单一、路径单一的缺点，达到了路径设计随意性。

Description

一种轨道式机器人行走路径变换装置及其实现方法

技术领域

本发明属于特种机器人领域，特别涉及一种机器人轨道应用，通过变换轨道的方向，以更改机器人行走路径的装置。

背景技术

在设备巡回检测、物料转运应用中，轨道式机器人以其续航能力强、维护方便的优势得以逐渐应用。为加大机器人运行地理范围，提高对对设备检测、物料投运地点的覆盖率，需要将机器人轨道延伸至多处角落，这涉及到轨道路径的拐弯、分叉，有的路径拐弯角度太大、分叉太多，普通弯轨设计已经无法解决，这对轨道式机器人的行走带来了很多的技术难题。因此研究一种可变换机器人行走路径的装置，能极大推动轨道机器人在设备巡回检测、物料转运应用的发展。

经对现有技术的文献检索发现，申请号为201310040511.1名称为“带拐弯装置的轨道机器人”的专利以及申请号为201110091368.X名称为“一种轨道式自主移动机器人”的专利，均提出了一种轨道式机器人的应用，但是其对机器人运行轨道的研究，只局限于单条轨道的运行，对与轨道的拐弯、分叉未能进行具体、深入的研究和探索，更未能提供一种实施方案用于应对行走路径多方向、多分叉的问题，无法拓展轨道机器人的应用。

由此可见，现在应用技术中仍没有一种装置来满足轨道路径多方向、多分叉的需要，轨道机器人的应用仍存在较大的技术缺陷，此种现状已经严重制约着轨道机器人的实际应用和推广。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种可更改轨道机器人行走路径的装置。该装置能够在轨道机器人行走路径出现岔口时，轨道路径由一条变换为三条或多条，当机器人行至并刹车停留在方向转换平台上时，方向转换平台进行下降、旋转、上升的动作，完成行走路径的改变。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种轨道式机器人行走路径变换装置，包括：方向转换平台以及若干条方向不同的路径轨道；所述方向转换平台能够与任意路径轨道对接；

所述方向转换平台包括平台基体、平台伸缩机构、平台旋转机构和平台安装板；所述平台基体与平台伸缩机构连接，平台伸缩机构与平台旋转机构连接，所述平台旋转机构固定在平台安装板上；

所述每一条路径轨道包括轨道基体，在所述轨道基体上分别连接有滑触线、导轨、轨道定位板和齿条；所述导轨平行布置在轨道基体的两侧，所述滑触线沿与导轨平行的方向固定在轨道基体上，所述齿条固定在其中一侧导轨上。

所述平台基体包括：平台底板、定位凸板、平台齿条、平台滑触线和平台导轨；

所述平台底板的两端分别设有定位凸板，定位凸板上设有凸台，所述定位凸板与平台底板通过紧固件连接，在所述平台底板的两侧分别平行布置平台导轨，所述平台滑触线通过滑触线支撑架沿与平台导轨平行方向固定在平台底板上，滑触线两端分别设有滑触线对接头，用于与路径轨道中的滑触线进行对接；所述平台齿条，沿与平台导轨平行方向设置在其中一侧导轨的内侧。

所述平台旋转机构包括电机、减速器以及驱动机构；

所述电机与减速器连接后固定在平台安装板上，所述电机与驱动机构连接；所述驱动机构用于驱动方向转换平台的转动。

所述驱动机构包括：大齿轮、转筒和小齿轮；所述电机与小齿轮连接，小齿轮与大齿轮进行外啮合，所述转筒固定在平台安装板上，所述转筒的外圆设有安装槽，大齿轮固定在所述安装槽内。

所述平台伸缩机构包括：伸缩驱动机构、导向杆、伸缩杆和导向联接座；

所述伸缩驱动机构设在转筒内部，所述伸缩杆与导向杆一端与平台安装板上的滑动套配合，另一端与导向联接座连接，所述导向联接座与平台底板连接。

所述每一条路径轨道的轨道基体两侧分别平行布置导轨，所述导轨与轨道基体通过紧固件联接；所述滑触线通过滑触线支撑架沿与轨道平行的方向装配在轨道基体上，所述滑触线对接头，一端设为直线形状，与滑触线采用平滑无缝对接，另一端设为圆弧喇叭口形状，与方向转换平台的平台滑触线采用有缝对接。

所述轨道定位板设置在轨道基体的与方向转换平台接触的一端，所述轨道定位板上设有凹槽，所述凹槽与平台基体上的定位凸板配合，用于实现方向转换平台与路径轨道的对接。

所述凹槽包括弧形引导部分和直线定位部分，弧形引导部分设于凹槽外端部、直线部分设于凹槽底部，两部分相切；所述弧形引导部分用于弥补加工及装配尺寸误差，定位凸板沿弧形引导部分滑动到位后，与直线部分形成配合，完成定位。

一种轨道式机器人行走路径变换装置的实现方法，包括：

机器人在方向转换平台上需要进行路径转换时，平台伸缩机构带动平台基体下降，平台基体上的定位凸板与轨道定位板脱离接合，下降动作停止；

平台旋转机构开始动作，电机及减速器输出扭矩，带动小齿轮旋转，小齿轮驱使大齿轮带动转筒转动，进而带动方向转换平台转动，到达预定方向后，转动运动停止；

平台伸缩机构带动平台基体上升，平台基体上的定位凸板与相应方向上的轨道定位板接合到位，上升动作停止。

所述方向转换平台与相应方向的路径轨道对接完成后，方向转换平台上的两组平台导轨与路径轨道上的两组导轨无缝结合，方向转换平台上的平台滑触线与路径轨道上的滑触线通过滑触线接头有缝接合。

本发明的有益效果是：

1、机器人行走路径变换装置实现了多通道并存、多方向选择，一套机器人主体就可完成多个方向场合的工作，提高了工作覆盖率。

2、路径方向变化适应性强，可适应各种角度要求，克服了弯轨转弯角度单一、路径单一的缺点，达到了路径设计随意性。

3、方向转换机构结构简单、轨道对接方便，克服了其它转弯设备造价高、施工精度要求，有利于普及化。

4、使用场合的拓展性较大，路径轨道及方向转换平台的结构适应性强，可在单一室内运行，也可多室之间的联通运行。轨道及方向转换平台的设计，通用性强，使用成本低，有利于维护及推广。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图；

图2为本发明实施例方向转换平台与路径轨道完成对接示意图；

图3为本发明路径轨道结构示意图；

图4为本发明方向转换平台结构示意图；

图5为本发明平台基体结构示意图。

其中，1.第一路径轨道，2.第二路径轨道，3.第三路径轨道，4.第四路径轨道，5.方向转换平台，6.轨道基体，7.滑触线，8.滑触线对接头，9.导轨，10.滑触线支撑架，11.轨道定位板，12.齿条，13.定位凸板，14.平台齿条，15.平台滑触线，16.平台导轨，17.平台导轨，18.平台安装板，19.电机及减速器，20.转筒，21.大齿轮，22.小齿轮，23.伸缩驱动机构，24.导向杆，25.导向联接座。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

本发明实施例主要由方向转换平台、第一路径轨道、第二路径轨道、第三路径轨道、第四路径轨道或更多路径轨道组成，具体结构如图1和图2所示。路径轨道的长度及与建筑体的安装方式根据现场实际情况确定。

第一路径轨道1架设在建筑体支架上，根据现场要求，存在多个岔口以适应不同的行进方向，本案例采用三个岔口，可选择三个行进方向，分别是第二路径轨道2、第三路径轨道3、第四路径轨道4，中间布置方向转换平台5。

如图3所示，第一路径轨道包括轨道基体6、滑触线7、滑触线对接头8、导轨9、滑触线支撑架10、轨道定位板11、齿条12。

轨道基体6通过预留装配孔，搭建在建筑体上，并设有安装孔位，用于滑触线7、导轨9、轨道定位板11及齿条12与建筑体的联接，轨道基体的设计类型可采用通用型材、特制板材。

滑触线7通过滑触线支撑架10装配在轨道基体6上，滑触线对接头8的直线部分与滑触线7对接无缝后，通过紧固件装配在轨道基体6上；滑触线7类型可选用无接缝式、管式等，通用性强、维护性好。滑触线对接头8，一端设为直线形状，与滑触线7采用平滑无缝对接，一端设为圆弧喇叭口形状，与方向转换平台的平台滑触线15采用有缝对接，降低现场调试难度并方便集电器滑触头顺畅通过。滑触线支撑架10，用于滑触线7与轨道基体6之间的联接，设有装配孔及调整孔位，方便调整滑触线7的高度及直线度。

导轨9利用紧固件装配在轨道基体6上，两件导轨平行布置在轨道基体6两侧，导轨9的滑轨面类型可采用圆弧或三角形设计，选用范围较宽；

齿条12通过紧固件与其中一侧导轨9的内侧面装配，与导轨9形成整体，方便调整；齿条12的设计类型可采用直齿或斜齿，齿条12的材质按相应国标要求。

轨道定位板11，一端与轨道基体联接，另一端的定位凹槽用于定位。在工作工程中与方向转换平台5的定位凸板13配合，定位凹槽设有弧形引导部分和直线定位部分，降低安装精度要求并能确保定位准确。

第二路径轨道2、第三路径轨道3、第四路径轨道4，结构及包含零部件与第一路径轨道1相同，根据现场需要选用，为适应多路径的存在，可增加至第五路径轨道或更多轨道。

如图4和图5所示，方向转换平台5包括平台安装板17、平台基体18、平台旋转机构和平台伸缩机构。所述平台基体18上安装定位凸板13、平台齿条14、平台滑触线15和平台导轨16。

平台安装板17，设有与台旋转机构及平台伸缩机构装配孔、与建筑体的联接孔。

平台基体18上设有安装孔位，用于与方向转换平台各零件的联接，平台基体18的设计类型与第一路径轨道中的轨道基体相同。

定位凸板13装配在平台基体18两端，定位凸板13上设有凸台，用于与轨道定位板11的凹槽配合，实现平台旋转机构5的平台导轨16与路径轨道的导轨9的对接；定位凸板13与平台基体18通过紧固件连接。

平台导轨16平行布置在平台基体18的两侧，采用紧固件联接；类型与第一路径轨道中的“导轨”相同。

平台齿条14与其中一侧导轨装配在一起，设计类型与第一路径轨道中的“齿条”相同。

平台滑触线15装配在平台基体18上；布置方式与第一路径轨道1上的滑触线7相同。

其中平台旋转机构5包括电机及减速器19、转筒20、大齿轮21、小齿轮22；电机及减速器19和转筒20都装配在平台安装板17上，转筒20的外圆设有安装槽与大齿轮21配合，小齿轮22与电机及减速器19的输出轴采用键连接，大齿轮21与小齿轮22进行外啮合。

电机及减速器19，本实施例采用交流伺服电机和行星减速器；转筒20的外圆设有安装槽与大齿轮配合，底部设有装配孔与平台安装板17联接，顶部及内部孔位与平台伸缩机构联接。平台安装板17底部可与建筑体支架联接。大齿轮21和小齿轮22采用国标设计，方便维护及更换；

平台伸缩机构包括伸缩驱动机构23、导向杆24、导向联接座25。伸缩驱动机构23主体装配在转筒20内部，可采用电动或启动方式；伸缩杆与导向杆24一端与平台安装板17上的滑动套配合，另一端与导向联接座25联接，导向联接座25与平台基体18底部联接；平台伸缩机构进行上升、下降动作，完成方向转换平台与路径轨道的定位配合。

导向杆24，设为三杆或多杆圆周均匀分布，杆部机座设有油槽，采用免维护滑动设计。导向联接座25，设有联接导向杆24、平台基体18的装配孔，一端联接导向杆24，另一端联接平台基体18。

机器人主体在第一路径轨道1上行进，根据现场需要，前方道路径由一条变成了为3条，即第二路径轨道2、第三路径轨道3、第四路径轨道4，若按照预先要求，先选择第二路径轨道2，以下步骤将介绍如何行进。

机器人行至在方向转换平台5，根据预先设定执行刹车并停留在平台上，方向转换平台5随即启动路径转换动作。伸缩机构23和导向杆24下降，拖动平台基体18下降，定位凸板13与轨道定位板11脱离接合，下降动作停止；平台旋转机构开始动作，电机及减速器19输出扭矩，小齿轮22驱使大齿轮21带动转筒20转动，转换平台5承载机器人本体转动，方向运动停止；伸缩机构23和导向杆24上升，推动平台基体18上升，定位凸板13与轨道定位板11接合到位，上升动作停止，此时平台导轨16与导轨9接合完毕，两组导轨为无缝接合，平台滑触线15与滑触线7也完成接合，两组滑触线接合为有缝接合，由于设有滑触线对接头8，集电器触头在滑动中既保证动作流畅也保证触头与滑线导体的及时联通。

此时，方向转换平台5完成方向转换动作，图1为方向转换平台转动过程示意图；图2为方向转换平台与第二路径轨道2完成对接示意图。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种轨道式机器人行走路径变换装置，其特征是，包括：方向转换平台以及若干条方向不同的路径轨道；所述方向转换平台能够与任意路径轨道对接；

所述方向转换平台包括平台基体、平台伸缩机构、平台旋转机构和平台安装板；所述平台基体与平台伸缩机构连接，平台伸缩机构与平台旋转机构连接，所述平台旋转机构固定在平台安装板上；

每一条所述路径轨道包括轨道基体，在所述轨道基体上分别连接有滑触线、导轨、轨道定位板和齿条；所述导轨平行布置在轨道基体的两侧，所述滑触线沿与导轨平行的方向固定在轨道基体上，所述齿条固定在其中一侧导轨上。

2.如权利要求1所述的一种轨道式机器人行走路径变换装置，其特征是，所述平台基体包括：平台底板、定位凸板、平台齿条、平台滑触线和平台导轨；

所述平台底板的两端分别设有定位凸板，定位凸板上设有凸台，所述定位凸板与平台底板通过紧固件连接，在所述平台底板的两侧分别平行布置平台导轨，所述平台滑触线通过滑触线支撑架沿与平台导轨平行方向固定在平台底板上，平台滑触线两端分别设有滑触线对接头，用于与路径轨道中的滑触线进行对接；所述平台齿条，沿与平台导轨平行方向设置在其中一侧导轨的内侧。

3.如权利要求1所述的一种轨道式机器人行走路径变换装置，其特征是，所述平台旋转机构包括电机、减速器以及驱动机构；

所述电机与减速器连接后固定在平台安装板上，所述电机与驱动机构连接；所述驱动机构用于驱动方向转换平台的转动。

4.如权利要求3所述的一种轨道式机器人行走路径变换装置，其特征是，所述驱动机构包括：大齿轮、转筒和小齿轮；所述电机与小齿轮连接，小齿轮与大齿轮进行外啮合，所述转筒固定在平台安装板上，所述转筒的外圆设有安装槽，大齿轮固定在所述安装槽内。

5.如权利要求4所述的一种轨道式机器人行走路径变换装置，其特征是，所述平台伸缩机构包括：伸缩驱动机构、导向杆、伸缩杆和导向联接座；

所述伸缩驱动机构设在转筒内部，所述伸缩杆与导向杆一端与平台安装板上的滑动套配合，另一端与导向联接座连接，所述导向联接座与平台基体底部联接。

6.如权利要求2所述的一种轨道式机器人行走路径变换装置，其特征是，每一条所述路径轨道的轨道基体两侧分别平行布置导轨，所述导轨与轨道基体通过紧固件联接；所述滑触线通过滑触线支撑架沿与导轨平行的方向装配在轨道基体上，所述滑触线对接头，一端设为直线形状，与滑触线采用平滑无缝对接，另一端设为圆弧喇叭口形状，与方向转换平台的平台滑触线采用有缝对接。

7.如权利要求1所述的一种轨道式机器人行走路径变换装置，其特征是，所述轨道定位板设置在轨道基体的与方向转换平台接触的一端，所述轨道定位板上设有凹槽，所述凹槽与平台基体上的定位凸板配合，用于实现方向转换平台与路径轨道的对接。

8.如权利要求7所述的一种轨道式机器人行走路径变换装置，其特征是，所述凹槽包括弧形引导部分和直线定位部分，弧形引导部分设于凹槽外端部、直线定位部分设于凹槽底部，两部分相切；所述弧形引导部分用于弥补加工及装配尺寸误差，定位凸板沿弧形引导部分滑动到位后，与直线定位部分形成配合，完成定位。

9.一种如权利要求1所述的轨道式机器人行走路径变换装置的实现方法，其特征是，包括：

机器人在方向转换平台上需要进行路径转换时，平台伸缩机构带动平台基体下降，平台基体上的定位凸板与轨道定位板脱离接合，下降动作停止；

平台旋转机构开始动作，电机及减速器输出扭矩，带动小齿轮旋转，小齿轮驱使大齿轮带动转筒转动，进而带动方向转换平台转动，到达预定方向后，转动运动停止；

平台伸缩机构带动平台基体上升，平台基体上的定位凸板与相应方向上的轨道定位板接合到位，上升动作停止。

10.如权利要求9所述的一种轨道式机器人行走路径变换装置的实现方法，其特征是，所述方向转换平台与相应方向的路径轨道对接完成后，方向转换平台上的两组平台导轨与路径轨道上的两组导轨无缝结合，方向转换平台上的平台滑触线与路径轨道上的滑触线通过滑触线对接头有缝接合。