CN104890749A - 一种基于轮毂电机的履带式变电站巡检机器人 - Google Patents

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张震
梅帅
孙存俊
吴磊
程伟伟
邓绍坤
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Abstract

本发明涉及一种基于轮毂电机的履带式变电站巡检机器人，包括：连接架、电气箱、分布在左右两侧的两个结构相同的驱动系统，所述左右两侧驱动系统通过连接架连接成一体，连接架与两个驱动系统中的两个支撑架以可相对平移调整固定连接，则可自由平移滑动调整位置；所述电气箱固定在连接架上；驱动系统中的电机采用轮毂电机，省略了传动部件，简化了结构。本发明作为一种履带式机器人，具有比较简单和新颖的驱动方式。本发明亦可作为变结构式机器人，可根据运动环境调整驱动轮驱动机构与支重轮支撑机构倾角（前倾角）、导向轮支撑机构与支重轮支撑机构倾角（后倾角）、连接架与地面高度。本发明也可在履带长时间运动变松后，通过调节导向轮支撑机构的位置对履带进行张紧。相比传统的履带式机器人而言，机器人运动的越障性和移动灵活性更好。

Description

一种基于轮毂电机的履带式变电站巡检机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种基于轮毂电机的履带式变电站巡检机器人，用于野外变电站的巡视。
背景技术
变电系统是供电企业生产中输、变、配三大系统的核心系统之一，变电管理工作主要由变电运行、电网调度、变电检修、电能计量等多部门协同完成，其中心环节是变电站设备管理。变电站面积较大，其设备数量众多、品种多样，其中包括开关、变压器、电力电容器、避雷器、电压互感器、电流互感器、母线、熔断器，以及各种电缆、刀闸、阻波器、耦合电容器、接地装置等。这些设备如果出现安全问题，将影响整个变电站的运行，因此需要定期对变电站设备进行巡检，及时发现安全隐患。
随着机器人技术的发展，机器人在工业、军事、航天、医疗、农业和服务娱乐等领域的应用不断深入。各式各样的机器人被开发出来，如履带式，轮式，蠕动式，轮腿混合式等。
轮式移动机器人具有运行速度快，效率高，且噪声较小，但是轮式巡检机器人对路面的要求较高，越障能力较差，因此其适用范围比较窄。当需要对变电站内的设备进行近距离勘察时，其很有可能无法跨越道路两边的台阶障碍和绿化带，达不到要求。而履带式移动机器人的支撑面较大，对地面的压力较小，地面适应能力比较强；履带式机器人的转向半径也比较小，可以原地转向；履带式机器人的支撑面上有履齿，不易发生打滑，且牵附着性能好，有利于产生交大的牵引力；履带式机器人的越障能力和复位能力也强。但是几乎所有履带式机器人的驱动电机选用的都是普通的轮边电机，这样相当于增加了大量的传动部件，结构变得复杂，占用了车身本来就很少的设备安装空间，无法安装更多的实验设备，且一旦加工成型，机器人的结构几乎都不可再次改变。本发明能够有效解决这些问题。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的发明目的是提供一种基于轮毂电机的履带式变电站巡检机器人，它具有体积小，机械结构简单，结构调节方便，制造成本低，易于操控，性能稳定等优点。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于轮毂电机的履带式变电站巡检机器人，包括：连接架、电气箱、分布在左右两侧的两个驱动系统。两个驱动系统通过连接架连接在一起。左右两个驱动系统的结构相同，包括：传动履带、支撑架、驱动轮驱动机构、托链轮支撑机构、导向轮支撑机构、支重轮支撑机构，其中各机构均固定在支撑架上。所述电气箱固定在连接架上。所述驱动轮驱动机构（图4、图5）包括：啮合柱外柱、啮合柱内柱、法兰板、辐条孔支柱、电机、电机支撑架，其中所述啮合柱外柱安装在啮合柱内柱上，啮合柱内柱安装在法兰板上，法兰板通过辐条孔支柱与电机连接在一起，电机固定在电机支撑架上。所述托链轮支撑机构包括：托链轮、托链轮支撑轴、托链轮支撑板，其中所述托链轮安装在托链轮支撑轴上，托链轮支撑轴安装在托链轮支撑板上。所述导向轮支撑机构包括：导向轮、导向轮支撑轴、导向轮支撑板，其中所述导向轮安装在导向轮支撑轴上，导向轮支撑轴安装在导向轮支撑板上。所述支重轮支撑机构包括：支重轮、支重轮支撑轴、支重轮支撑板，其中所述支重轮安装在支重轮支撑轴上，支重轮支撑轴安装在支重轮支撑板上。所述电机支撑架、托链轮支撑板、导向轮支撑板、支重轮支撑板均安装固定在支撑架上，进而和履带构成驱动系统，其中托链轮支撑板、导向轮支撑板、支重轮支撑板均可在支撑架上自由平移滑动来调节位置。所述连接架可在支撑架上自由平移滑动调节位置。
本发明的工作原理如下：
机器人运动的动力来源于驱动轮驱动机构，电机通过辐条孔支柱带动法兰板转动，法兰板通过啮合柱内柱将电机扭矩力传递给啮合柱外柱，啮合柱外柱与传动履带上的履带齿进行轮孔式啮合传动，传动履带经托链轮支撑机构支撑和导向轮支撑机构的导向，进而带动履带车运动。支撑架和连接架均选用铝型材，结构简单，质量轻盈，当遇到前方较大或较高的障碍物时，可以通过调节驱动轮驱动机构与支重轮支撑机构倾角（前倾角）、导向轮支撑机构与支重轮支撑机构倾角（后倾角）、连接架与地面高度来实现越障性能的提升。当履带长时间运动变松时，可通过调节导向轮支撑机构位置对履带进行张紧。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
本发明通过轮毂电机代替普通的轮边电机为机器人提供动力，省略了大量的传动部件，简化了机械结构，减少了在车身安装电机及减速装置占用的空间，为其他实验设备的安装留出了宝贵的空间，可以让机器人集成更多的功能，同时也可进一步的推动机器人向着更小型更迷你的方向发展，具有十分重要的意义。本发明亦可作为变结构式机器人，可根据运动环境调整驱动轮驱动机构与支重轮支撑机构倾角（前倾角）、导向轮支撑机构与支重轮支撑机构倾角（后倾角）、连接架与地面高度。本发明也可在履带长时间运动变松后，通过调节导向轮支撑机构的位置进行履带拉紧。相比传统的履带式机器人而言，机器人运动的越障性和移动灵活性更好。
附图说明
图1是本发明的三维结构右视图。
图2是本发明的三维结构等轴测图。
图3是本发明的三维结构下视图。
图4是本发明的三维结构驱动轮驱动机构结构图。
图5是本发明的三维结构驱动轮驱动机构爆炸图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例一：
参见图1~图5，一种基于轮毂电机的履带式变电站巡检机器人，包括：连接架（1）、电气箱（2）、分布在左右两侧的两个结构相同的驱动系统，其特征在于：所述左右两侧驱动系统通过连接架（1）连接成一体，连接架（1）与两个驱动系统中的两个支撑架（4）以可相对平移调整固定连接，则可自由平移滑动调整位置；所述电气箱（2）固定在连接架（1）上；驱动系统中的电机（9）采用轮毂电机，省略了传动部件，简化了结构。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别如下：
所述驱动系统包括：传动履带（3）、支撑架（4）、驱动轮驱动机构（                                                ）、托链轮支撑机构（）、导向轮支撑机构（）和支重轮支撑机构（），支撑架（4）的前后端分别安装导向轮支撑机构（）和驱动轮驱动机构（），而中部上下部分别安装托链轮支撑机构（）和支重轮支撑机构（），传动履带（3）包裹在它们外围上。所述驱动轮驱动机构（）包括啮合柱外柱（5）、啮合柱内柱（6）、法兰板（7）、辐条孔支柱（8）、电机（9）和电机支撑架（10），所述啮合柱外柱（5）安装在啮合柱内柱（6）上，啮合柱内柱（6）安装在法兰板（7）上，法兰板（7）通过辐条孔支柱（8）与电机（9）连接在一起，电机（9）固定在电机支撑架（10）上。
实施例三：
如图1至图3所示，本基于轮毂电机的履带式变电站巡检机器人，包括：连接架（1）、电气箱（2）、分布在左右两侧的两个驱动系统。左右两个驱动系统的结构相同，包括：传动履带（3）、支撑架（4）、驱动轮驱动机构、托链轮支撑机构、导向轮支撑机构、支重轮支撑机构。所述电气箱（2）固定在连接架（1）上。所述驱动轮驱动机构（图4）包括：啮合柱外柱（5）、啮合柱内柱（6）、法兰板（7）、辐条孔支柱（8）、电机（9）、电机支撑架（10），其中所述啮合柱外柱（5）安装在啮合柱内柱（6）上，啮合柱内柱（6）安装在法兰板（7）上，法兰板（7）通过辐条孔支柱（8）与电机（9）连接在一起，电机（9）固定在电机支撑架（10）上。所述托链轮支撑机构包括：托链轮（11）、托链轮支撑轴（12）、托链轮支撑板（13），其中所述托链轮（11）安装在托链轮支撑轴（12）上，托链轮支撑轴（12）安装在托链轮支撑板（13）上。所述导向轮支撑机构包括：导向轮（14）、导向轮支撑轴（15）、导向轮支撑板（16），其中所述导向轮（14）安装在导向轮支撑轴（15）上，导向轮支撑轴（15）安装在导向轮支撑板（16）上。所述支重轮支撑机构包括：支重轮（17）、支重轮支撑轴（18）、支重轮支撑板（19），其中所述支重轮（17）安装在支重轮支撑轴（18）上，支重轮支撑轴（18）安装在支重轮支撑板（19）上。所述电机支撑架（10）、托链轮支撑板（13）、导向轮支撑板（16）、支重轮支撑板（19）均安装固定在支撑架（4）上，进而和传动履带（3）构成驱动系统，其中托链轮支撑板（13）、导向轮支撑板（16）、支重轮支撑板（19）均可在支撑架（4）上自由平移滑动来调节位置。所述连接架（1）可在支撑架（4）上自由平移滑动调节位置。
实施例四：
如图4至图5所示，本实施的结构为实施例三中的驱动机构，所述驱动轮驱动机构在驱动机器人运动时，电机（9）将驱动力矩经过与之相连的辐条孔支柱（8），传递到法兰板（7）上，法兰板（7）将得到的电机上的力矩传递到和它连接配合的啮合柱内柱（6）上，啮合柱内柱（6）再次将力矩传递到与驱动履带（3）直接进行轮孔式啮合传动的啮合柱外柱（5）上，进而驱动机器人运动。

Claims (7)

1.一种基于轮毂电机的履带式变电站巡检机器人，包括：连接架（1）、电气箱（2）、分布在左右两侧的两个结构相同的驱动系统，其特征在于：所述左右两侧驱动系统通过连接架（1）连接成一体，连接架（1）与两个驱动系统中的两个支撑架（4）以可相对平移调整固定连接，则可自由平移滑动调整位置；所述电气箱（2）固定在连接架（1）上；驱动系统中的电机（9）采用轮毂电机，省略了传动部件，简化了结构。
2.根据权利要求1所述的基于轮毂电机的履带式变电站巡检机器人，其特征在于：所述驱动系统包括：传动履带（3）、支撑架（4）、驱动轮驱动机构（                                                ）、托链轮支撑机构（）、导向轮支撑机构（）和支重轮支撑机构（），支撑架（4）的前后端分别安装导向轮支撑机构（）和驱动轮驱动机构（），而中部上下部分别安装托链轮支撑机构（）和支重轮支撑机构（），传动履带（3）包裹在它们外围上。
3.根据权利要求1所述基于轮毂电机的履带式变电站巡检机器人，其特征是：所述驱动轮驱动机构（）包括啮合柱外柱（5）、啮合柱内柱（6）、法兰板（7）、辐条孔支柱（8）、电机（9）和电机支撑架（10），所述啮合柱外柱（5）安装在啮合柱内柱（6）上，啮合柱内柱（6）安装在法兰板（7）上，法兰板（7）通过辐条孔支柱（8）与电机（9）连接在一起，电机（9）固定在电机支撑架（10）上。
4.根据权利要求1所述基于轮毂电机的履带式变电站巡检机器人，其特征是：所述托链轮支撑机构（）包括托链轮（11）、托链轮支撑轴（12）和托链轮支撑板（13），所述托链轮（11）安装在托链轮支撑轴（12）上，托链轮支撑轴（12）安装在托链轮支撑板（13）上。
5.根据权利要求1所述基于轮毂电机的履带式变电站巡检机器人，其特征是：所述导向轮支撑机构（）包括导向轮（14）、导向轮支撑轴（15）和导向轮支撑板（16），所述导向轮（14）安装在导向轮支撑轴（15）上，导向轮支撑轴（15）安装在导向轮支撑板（16）上。
6.根据权利要求1所述基于轮毂电机的履带式变电站巡检机器人，其特征是：所述支重轮支撑机构（）包括支重轮（17）、支重轮支撑轴（18）和支重轮支撑板（19），所述支重轮（17）安装在支重轮支撑轴（18）上，支重轮支撑轴（18）安装在支重轮支撑板（19）上。
7.根据权利要求3-6所述基于轮毂电机的履带式变电站巡检机器人，其特征是：所述电机支撑架（10）、托链轮支撑板（13）、导向轮支撑板（16）、支重轮支撑板（19）均安装固定在支撑架（4）上，进而和传动履带（3）构成驱动系统，其中托链轮支撑板（13）、导向轮支撑板（16）、支重轮支撑板（19）均可在支撑架（4）上自由平移滑动来调节位置。
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