CN104309713B - 一种煤矿救灾机器人用履带驱动单元 - Google Patents

一种煤矿救灾机器人用履带驱动单元 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤矿救灾机器人用履带驱动单元，包括角钢支撑梁、前驱动系统、后驱动系统、支撑轮系统、拖轮装置和履带；前驱动系统设置在角钢支撑梁前端，前驱动系统包括前驱动轮，后驱动系统设置在角钢支撑梁后端，后驱动系统包括后驱动轮，支撑轮系统设置在角钢支撑梁底部，支撑轮系统包括支撑轮，拖轮装置设置在角钢支撑梁顶部，拖轮装置包括托举轮，履带卷绕在前驱动轮、后驱动轮、支撑轮和托举轮上。该煤矿救灾机器人用履带驱动单元能够使的煤矿救灾机器人更好地适应煤矿灾后的地质条件，具有两种不同的驱动模式，可以根据不同的地形选择不同的驱动模式，同时具有坡道制动功能，很好地起到了防止溜坡现象的发生。

Description

一种煤矿救灾机器人用履带驱动单元
技术领域
本发明涉及一种机器人用的驱动结构，尤其是一种煤矿救灾机器人用，具有高低速转换、大小驱动力矩转换和坡道制动的履带驱动单元。
背景技术
煤炭是我国的主要能源，或者说煤炭仍是我国的基础能源，煤炭是国家资源安全和经济安全的基础。纵观我国采煤技术发展历程可分为四个阶段：残柱式采煤法和炮采、普机采煤，实现了采煤机械化、综合机械化采煤、综采放顶煤开采技术。随着采煤技术不断地提升，除了煤矿产量的大幅提升，煤矿安全事故也在不断降低。然而，事故总数仍然偏高。据资料统计，2013年1-7月，全国煤矿发生全国煤矿瓦斯事故26起，死亡232人。在避免事故的同时，如何提高搜救成功率也是减轻人员伤亡的可行办法。因为煤矿井下发生瓦斯爆炸以后，其原有的巷道、通讯设备均被破坏，救灾队无法顺利的达到事发地点，且次生灾害也随时可能发生，严重威胁着救灾人员的生命安全。因此，研发一种可以煤矿用的灾后救灾机器人来代替救灾人员进行煤矿救灾十分必要。近十年来，已经有中国矿业大学、山东科技大学、唐山开诚电气设备有限公司等单位进行了煤矿救灾机器人的研制。但是到目前为止，各个单位所研制出来的煤矿救灾机器人样机均没有达到理想的效果。究其原因，主要是煤矿产品的特殊性限制了相关技术的使用，如对于煤矿机电产品的防爆性能要求。煤矿救灾机器人一旦防爆处理后，其质量就会大大的增加，质量的增加则会带来机器人动力的不足，机器人动力不足则会严重影响着机器人的机械性能的好坏。煤矿救灾机器人的机械性能则体现在动力方面，动力则又包含了速度与驱动力矩两个方面。为了解决驱动力矩问题，常常使用传动比很大的减速器，虽然这样确实增大了力矩，但是却降低了机器人的行驶速度，而机器人的行驶速度也是决定能够快速救灾的关键。此外在实际研发过程中发现，机器人过重，在其下坡的过程中容易溜坡。如若增加额而外的制动装置，则又会大大的增加煤矿救灾机器人的机械复杂度和重量。
因此，设计一种煤矿救灾机器人用的行走驱动单元，该行走驱动单元能够为煤矿救灾机器人提供足够的驱动力和一定的速度且具有坡道制动功能十分必要。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决煤矿救灾机器人因防爆问题引起的质量过大而导致的驱动力不足、行驶速度过低和下坡溜坡的问题，提供了一种煤矿救灾机器人用履带驱动单元。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种煤矿救灾机器人用履带驱动单元，包括角钢支撑梁、前驱动系统、后驱动系统、支撑轮系统、拖轮装置和履带；所述前驱动系统设置在角钢支撑梁前端，前驱动系统包括前驱动微型隔爆电机，前驱动微型隔爆电机通过蜗轮蜗杆减速机构连接前驱动轮，所述后驱动系统设置在角钢支撑梁后端，后驱动系统包括后驱动微型隔爆电机，后驱动微型隔爆电机通过锥齿轮减速机构连接后驱动轮，所述支撑轮系统设置在角钢支撑梁底部，支撑轮系统包括一排支撑轮，所述拖轮装置设置在角钢支撑梁顶部，拖轮装置包括摆杆，摆杆一端与角钢支撑梁转动连接，摆杆另一端设有托举轮，所述履带卷绕在前驱动轮、后驱动轮、支撑轮和托举轮上。
本发明中，优选的，所述前驱动微型隔爆电机包括防爆壳体、直流无刷电机、阻燃抗静电线缆和前驱动传动轴，所述蜗轮蜗杆减速机构包括微型蜗轮蜗杆减速器；防爆壳体内含有电器腔和接线腔，电器腔和接线腔之间设有穿墙端子，直流无刷电机设置在电器腔内，电器腔端部设有端盖，端盖的轴孔内设置前驱动传动轴，直流无刷电机的输出轴与前驱动传动轴一端的轴孔通过键配合，前驱动传动轴另一端的轴孔与微型蜗轮蜗杆减速器的输入轴通过键配合，微型蜗轮蜗杆减速器的输出轴与前驱动轮通过键配合，阻燃抗静电线缆设置在接线腔内，接线腔端部设电缆引入装置，阻燃抗静电线缆一端通过穿墙端子与直流无刷电机的接线端连接，阻燃抗静电线缆另一端通过电缆引入装置引至防爆壳体外部。
本发明中，优选的，所述微型蜗轮蜗杆减速器底部设有滑块，角钢支撑梁上设有与滑块相适配的滑槽，滑块可沿滑槽自由滑动并通过固定螺栓固定。
本发明中，优选的，所述后驱动微型隔爆电机包括防爆壳体、直流无刷电机、阻燃抗静电线缆和后驱动传动轴，所述锥齿轮减速机构包括后驱动小锥齿轮、后驱动轴、后驱动大锥齿轮和单向轴承；防爆壳体内含有电器腔和接线腔，电器腔和接线腔之间设有穿墙端子，直流无刷电机设置在电器腔内，电器腔端部设有端盖，端盖的轴孔内设置后驱动传动轴，直流无刷电机的输出轴与后驱动传动轴一端的轴孔通过键配合，后驱动传动轴另一端与后驱动小锥齿轮通过键配合，后驱动小锥齿轮与后驱动大锥齿轮相互啮合，后驱动大锥齿轮与单向轴承外圈通过键配合，单向轴承内圈与后驱动轴通过键配合，后驱动轴与后驱动轮通过键配合，阻燃抗静电线缆设置在接线腔内，接线腔端部设电缆引入装置，阻燃抗静电线缆一端通过穿墙端子与直流无刷电机的接线端连接，阻燃抗静电线缆另一端通过电缆引入装置引至防爆壳体外部。
本发明中，优选的，所述蜗轮蜗杆减速机构传动比小于等于锥齿轮减速机构传动比。
有益效果：该煤矿救灾机器人用履带驱动单元能够使的煤矿救灾机器人更好地适应煤矿灾后的地质条件，具有两种不同的驱动模式，可以根据不同的地形选择不同的驱动模式，同时具有坡道制动功能，很好地起到了防止溜坡现象的发生。
附图说明
图1为本发明的主视方向的结构示意图；
图2为本发明的俯视方向的局部剖面图；
图3为前驱动微型隔爆电机的结构示意图；
图4为后驱动微型隔爆电机的结构示意图；
图5为拖轮装置的结构示意图。
图中：1-阻燃抗静电线缆，2-穿墙端子，3-电器腔，4-接线腔，5-防爆壳体，6-内六角螺栓，7-直流无刷电机，8-键，9-铜套，10-端盖，11-前驱动传动轴，12-后驱动传动轴，13-内六角螺栓，14-密封圈，15-挡圈，16-电器腔法兰盖板，17-接线腔法兰盖板，18-电缆引入装置，19-角钢支撑梁，20-拖轮装置，21-履带，22-前驱动微型隔爆电机，23-前驱动轮，24-后驱动微型隔爆电机，25-后驱动轮，26-支撑轮，27-支撑轮轴，28-防松螺母，29-微型蜗轮蜗杆减速器，30-键，31-键，32-前驱动轮挡板，33-六角螺母，34-后驱动小锥齿轮，35-后驱动轴，36-后驱动大锥齿轮，37-单向轴承，38-键，39-轴用挡圈，40-键，41-键，42-键，43-后驱动轮挡板，44-六角螺母，45-滑块，46-滑槽，47-固定螺栓，48-托举轮，49-摆杆，50-拉伸弹簧。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1、2和5所示，本发明的一种煤矿救灾机器人用履带驱动单元包括角钢支撑梁19、前驱动系统、后驱动系统、支撑轮系统、拖轮装置20和履带21。
所述前驱动系统设置在角钢支撑梁19前端，前驱动系统包括前驱动微型隔爆电机22，前驱动微型隔爆电机22通过蜗轮蜗杆减速机构连接前驱动轮23。所述后驱动系统设置在角钢支撑梁19后端，后驱动系统包括后驱动微型隔爆电机24，后驱动微型隔爆电机24通过锥齿轮减速机构连接后驱动轮25。所述支撑轮系统设置在角钢支撑梁19底部，支撑轮系统包括一排支撑轮26，支撑轮26通过轴承安装在支撑轮轴27上，支撑轮轴27端部安装防松螺母28，防止支撑轮26轴向窜动，支撑轮轴27与角钢支撑梁19固定。所述拖轮装置20设置在角钢支撑梁19顶部，拖轮装置20包括两根摆杆49，摆杆49一端与角钢支撑梁19转动连接，摆杆49另一端安装有托举轮48，两根摆杆49之间设有拉伸弹簧50。所述履带21卷绕在前驱动轮23、后驱动轮25、支撑轮26和托举轮48上。
如图2和3所示，所述前驱动微型隔爆电机22包括防爆壳体5、直流无刷电机7、阻燃抗静电线缆1和前驱动传动轴11，所述蜗轮蜗杆减速机构包括微型蜗轮蜗杆减速器29。防爆壳体5通过螺栓与角钢支撑架3固定，微型蜗轮蜗杆减速器29底部设有滑块45，角钢梁上设有与滑块45相适配的滑槽46，滑块45可沿滑槽46自由滑动并通过固定螺栓47固定。通过滑块45沿滑槽46自由滑动可调整微型蜗轮蜗杆减速器29前后移动，以调节履带21松紧。
防爆壳体5内含有电器腔3和接线腔4，电器腔3和接线腔4之间设有穿墙端子2，直流无刷电机7设置在电器腔3内，并通过内六角螺栓6与防爆壳体5固定，电器腔3端部设有端盖10，端盖10通过螺栓与防爆壳体5的法兰连接固定，端盖10的轴孔内设置前驱动传动轴11，铜套9安装在前驱动传动轴11上，前驱动传动轴11和端盖10的轴孔通过密封圈14密封，通过挡圈15固定密封圈14。直流无刷电机7的输出轴与前驱动传动轴11一端的轴孔通过键8配合，前驱动传动轴11另一端的轴孔与微型蜗轮蜗杆减速器29的输入轴通过键30配合，微型蜗轮蜗杆减速器29的输出轴与前驱动轮23通过键31配合，前驱动轮23两侧设有前驱动轮挡板32，微型蜗轮蜗杆减速器29的输出轴端部安装六角螺母33，防止前驱动轮23轴向窜动。阻燃抗静电线缆1设置在接线腔4内，接线腔4端部设电缆引入装置18，阻燃抗静电线缆1一端通过穿墙端子2与直流无刷电机7的接线端连接，阻燃抗静电线缆1另一端通过电缆引入装置18引至防爆壳体5外部。电器腔3底部设有电器腔法兰盖板16，接线腔4底部设有接线腔法兰盖板17，电器腔法兰盖板16和接线腔法兰盖板17均通过内六角螺栓13与防爆壳体5连接。
如图2和4所示，所述后驱动微型隔爆电机2包括防爆壳体5、直流无刷电机7、阻燃抗静电线缆1和后驱动传动轴12，所述锥齿轮减速机构包括后驱动小锥齿轮34、后驱动轴35、后驱动大锥齿轮36和单向轴承37，防爆壳体5通过螺栓与角钢支撑架19固定，后驱动轴35通过轴承安装在角钢支撑架19上。微型蜗轮蜗杆减速器29的蜗轮蜗杆之间的传动比后小于等于驱动小锥齿轮34和后驱动大锥齿轮36之间的传动比。
防爆壳体5内含有电器腔3和接线腔4，电器腔3和接线腔4之间设有穿墙端子2，直流无刷电机7设置在电器腔3内，并通过内六角螺栓6与防爆壳体5固定，电器腔3端部设有端盖10，端盖10通过螺栓与防爆壳体5的法兰连接固定，端盖10的轴孔内设置后驱动传动轴12，铜套9安装在后驱动传动轴12上，后驱动传动轴12和端盖10的轴孔通过密封圈14密封，通过挡圈15固定密封圈14。直流无刷电机7的输出轴与后驱动传动轴12一端的轴孔通过键8配合，后驱动传动轴12另一端与后驱动小锥齿轮34通过键38配合，后驱动传动轴12安装轴用挡圈39，限制后驱动小锥齿轮4的轴向窜动，后驱动小锥齿轮34与后驱动大锥齿轮36相互啮合，单向轴承37安装在后驱动轴35上，后驱动大锥齿轮36与单向轴承37外圈通过键40配合，单向轴承37内圈与后驱动轴35通过键41配合，后驱动轴35与后驱动25轮通过键42配合，后驱动轮25两侧设有后驱动轮挡板43，后驱动轴35端部安装六角螺母44，防止后驱动轮25轴向窜动。阻燃抗静电线缆1设置在接线腔4内，接线腔4端部设电缆引入装置18，阻燃抗静电线缆1一端通过穿墙端子2与直流无刷电机7的接线端连接，阻燃抗静电线缆1另一端通过电缆引入装置18引至防爆壳体5外部。电器腔3底部设有电器腔法兰盖板16，接线腔4底部设有接线腔法兰盖板17，电器腔法兰盖板16和接线腔法兰盖板17均通过内六角螺栓、弹簧垫圈与防爆壳体5连接。
在本发明履带驱动单元的工作过程中，前驱动系统主要是为机器人提供较高的速度，及在相对完好的路面上以较高的速度行驶，最快的到达灾区现场；后驱动系统主要是为机器人提供较大的扭矩，及在相对不完整，非结构化的地形中使用，这样可以使得机器人具有很好的越障性能；支撑轮系统用于支撑整个履带驱动单元；拖轮装置20的作用有两个：一是起到托举履带21的作用，不然履带21会因为重力的作用下沉，二是起到张紧履带21的作用，因为在救灾机器人行进的过程中，障碍物对履带21的冲击会引起履带21张紧力的变化，为了减缓对整个装置的冲击，需要时时调节履带21的张紧力，此时可通过拖轮装置20的拉伸弹簧50来调节两个摆杆49夹角变化来实现。
在实际使用中，蜗轮蜗杆传动主要作为前驱动系统的传动装置，锥齿轮传动主要作为后驱动系统的传动装置。前驱动系统主要目的是为整个驱动装置提供较高的速度，因此选择的传动比小；后驱动系统主要目的是为整个装置提供较大的扭矩，因此选择的传动比大，这样能使整个驱动装置既具有较高的速度，又具有较大的扭矩。当前驱动系统工作时，前驱动轮23输出的速度高于后驱动轮25输出的速度(后驱动系统可以不工作，即输出速度为0)，为了使得二者不相互影响，此时安装的单向轴承37就起了作用。而在后驱动系统工作时，后驱动轮25输出的速度不可能高于前驱动轮23的速度，此时只需要使前驱动系统的输出速度等于后驱动系统的输出速度，即可正常工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种煤矿救灾机器人用履带驱动单元，其特征在于：包括角钢支撑梁(19)、前驱动系统、后驱动系统、支撑轮系统、拖轮装置(20)和履带(21)；所述前驱动系统设置在角钢支撑梁(19)前端，前驱动系统包括前驱动微型隔爆电机(22)，前驱动微型隔爆电机(22)通过蜗轮蜗杆减速机构连接前驱动轮(23)，所述后驱动系统设置在角钢支撑梁(19)后端，后驱动系统包括后驱动微型隔爆电机(24)，后驱动微型隔爆电机(24)通过锥齿轮减速机构连接后驱动轮(25)，所述支撑轮系统设置在角钢支撑梁(19)底部，支撑轮系统包括一排支撑轮(26)，所述拖轮装置(20)设置在角钢支撑梁(19)顶部，拖轮装置(20)包括摆杆(49)，摆杆(49)一端与角钢支撑梁(19)转动连接，摆杆(49)另一端设有托举轮(48)，所述履带(21)卷绕在前驱动轮(23)、后驱动轮(25)、支撑轮(26)和托举轮(48)上。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿救灾机器人用履带驱动单元，其特征在于：所述前驱动微型隔爆电机(22)包括防爆壳体(5)、直流无刷电机(7)、阻燃抗静电线缆(1)和前驱动传动轴(11)，所述蜗轮蜗杆减速机构包括微型蜗轮蜗杆减速器(29)；防爆壳体(5)内含有电器腔(3)和接线腔(4)，电器腔(3)和接线腔(4)之间设有穿墙端子(2)，直流无刷电机(7)设置在电器腔(3)内，电器腔(3)端部设有端盖(10)，端盖(10)的轴孔内设置前驱动传动轴(11)，直流无刷电机(7)的输出轴与前驱动传动轴(11)一端的轴孔通过键(8)配合，前驱动传动轴(11)另一端的轴孔与微型蜗轮蜗杆减速器(29)的输入轴通过键(30)配合，微型蜗轮蜗杆减速器(29)的输出轴与前驱动轮(23)通过键(31)配合，阻燃抗静电线缆(1)设置在接线腔(4)内，接线腔(4)端部设电缆引入装置(18)，阻燃抗静电线缆(1)一端通过穿墙端子(2)与直流无刷电机(7)的接线端连接，阻燃抗静电线缆(1)另一端通过电缆引入装置(18)引至防爆壳体(5)外部。
3.根据权利要求2所述的一种煤矿救灾机器人用履带驱动单元，其特征在于：所述微型蜗轮蜗杆减速器(29)底部设有滑块(45)，角钢支撑梁(19)上设有与滑块(45)相适配的滑槽(46)，滑块(45)可沿滑槽(46)自由滑动并通过固定螺栓(47)固定。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿救灾机器人用履带驱动单元，其特征在于：所述后驱动微型隔爆电机(24)包括防爆壳体(5)、直流无刷电机(7)、阻燃抗静电线缆(1)和后驱动传动轴(12)，所述锥齿轮减速机构包括后驱动小锥齿轮(34)、后驱动轴(35)、后驱动大锥齿轮(36)和单向轴承(37)；防爆壳体(5)内含有电器腔(3)和接线腔(4)，电器腔(3)和接线腔(4)之间设有穿墙端子(2)，直流无刷电机(7)设置在电器腔(3)内，电器腔(3)端部设有端盖(10)，端盖(10)的轴孔内设置后驱动传动轴(12)，直流无刷电机(7)的输出轴与后驱动传动轴(12)一端的轴孔通过键(8)配合，后驱动传动轴(12)另一端与后驱动小锥齿轮(34)通过键(38)配合，后驱动小锥齿轮(34)与后驱动大锥齿轮(36)相互啮合，后驱动大锥齿轮(36)与单向轴承(37)外圈通过键(40)配合，单向轴承(37)内圈与后驱动轴(35)通过键(41)配合，后驱动轴(35)与后驱动轮(25)通过键(42)配合，阻燃抗静电线缆(1)设置在接线腔(4)内，接线腔(4)端部设电缆引入装置(18)，阻燃抗静电线缆(1)一端通过穿墙端子(2)与直流无刷电机(7)的接线端连接，阻燃抗静电线缆(1)另一端通过电缆引入装置(18)引至防爆壳体(5)外部。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿救灾机器人用履带驱动单元，其特征在于：所述蜗轮蜗杆减速机构传动比小于等于锥齿轮减速机构传动比。
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