CN104959999B - 一种机器人t型轨道转向机构及转向方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人T型轨道转向机构，包括T型支架、接轨连接系统、转向系统；转向系统包括转向驱动机构、传动板、转向导轨、转向轴承和推杆传动轴承；转向轴承的顶部安装在T型支架的下表面，该转向轴承的内轴底端安装在传动板的一端，推杆传动轴承安装在传动板的另一端，该推杆传动轴承的内轴与转向驱动机构连接；传动板安装在转向导轨的上表面；接轨连接系统包括安装在T型支架下方的左接轨外轨、右接轨外轨和前接轨外轨；左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨与转向导轨位于同一水平面。本发明不受空间限制，便于布置在T型走廊上，转向时由转向系统提供转向动力，不耗费机器人本体的电力，也无需在机器人本体上附加新的机械机构。

Description

一种机器人T型轨道转向机构及转向方法

技术领域

本发明涉及一种机器人T型轨道转向机构及转向方法。

背景技术

为了使开闭所长期安全可靠运行，有必要对其内部设置的仪表墙仪表进行定期巡检，使用倒挂在轨道上的巡检机器人可有效地完成此项工作。

较大的开闭所内在T型通道的各个侧墙壁上布置众多仪表，机器人轨道布置走廊中央的天花板上，机器人巡检到T型道口时需要在有限的空间内进行安全快速灵活地直角变道以便对继续进行巡检工作。

目前主流的变道方案是通过设置弯轨道，同时在机器人上设计导向轮以适应转弯导向的作用，公开号为CN102736624A、名称为《一种变电站轨道式智能巡检机器人》的发明专利申请所公开的方案就是在行走轮下轨道两侧设置导向轮，导向轮通过轴承与导向架相连接，从而在转弯时导向轮具备加到活动幅度，从而实现导向的作用。采用这种方案存在以下不足：(1)机器人运行的轨道弯曲弧度突变不可过大，否则导线机构容易卡塞，可能导致驱动机构负载瞬间加重，因而无法使用于直角弯道。(2)为了适应转弯需求，需在机器人本体上附加相应的机械机构和电气结构，增加了机器人自重和体积；(3)转弯时阻力增大，需要机器人提供更大的驱动能力，会增加机器人功耗，如果机器人采用电池供电，这将对续航能力产生不利影响。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种机器人T型轨道转向机构，该转向机构不受空间限制，便于布置在T型走廊上，转向时由转向机构提供转向动力，部耗费机器人本体的电力，并且无需在机器人本体上附加新的机械机构。

本发明提供的机器人T型轨道转向机构，其特征在于：包括T型支架、接轨连接系统、转向系统；

所述T型支架包括T型支架左臂、T型支架右臂、T型支架前臂；

所述转向系统包括转向驱动机构、传动板、转向导轨、转向轴承和推杆传动轴承；所述转向轴承的顶部安装在所述T型支架的下表面、且位于T型支架左臂、T型支架右臂、T型支架前臂的交汇处，该转向轴承的内轴底端安装在所述传动板的一端，所述推杆传动轴承安装在传动板的另一端，该推杆传动轴承的内轴与所述转向驱动机构连接；所述传动板安装在所述转向导轨的上表面；

所述接轨连接系统包括左接轨外轨、右接轨外轨和前接轨外轨；所述左接轨外轨、右接轨外轨和前接轨外轨分别安装在所述T型支架左臂、T型支架右臂、T型支架前臂外端部的下方；所述左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨与所述转向导轨位于同一水平面。

本发明利用T型支架将T型轨道转向机构吊挂在天花板上，左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨与安装在天花板上的导轨对接，当机器人行进至T型轨道转向机构处且需要转向时，机器人首先行进到转向导轨上，再由转向驱动机构带动挂载有机器人的转向导轨绕转向轴承旋转，直至转向导轨通过左接轨外轨、右接轨外轨或前接轨外轨与目标导轨对接。

所述转向导轨两端的底部设置有可收进转向导轨内、从转向导轨弹出的导轨保险挡块，所述前接轨外轨的底部设置有可收进前接轨外轨内、从前接轨外轨弹出的前保险挡块。导轨保险挡块、前保险挡块的设置一方面为转向系统和机器人配合提供了同步协作信号，另一方面，保证了变道过程中机器人被限制在两个保险挡块之间，实现机器人转向操作过程中的机械保护，防止电气部件失灵时机器人意外坠落。

优选地，所述转向导轨、左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨的端部设置有拨杆，所述转向导轨、左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨的侧面设置有供所述拨杆进出的槽口；所述导轨保险挡块、前保险挡块在所述拨杆的推动下绕安装点转动并分别收进所述转向导轨、前接轨外轨内；所述导轨保险挡块、前保险挡块上设置有使其复位的弹簧，当拨杆离开导轨保险挡块、前保险挡块时，导轨保险挡块、前保险挡块在弹簧的作用下弹出。利用弹簧的作用力使导轨保险挡块、前保险挡块在无其他外力干涉的情况下，保持弹出转向导轨、前接轨外轨外，当导轨保险挡块、前保险挡块收到拨杆推动时，克服弹簧作用力而收进转向导轨、前接轨外轨内。

为方便左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨与安装在天花板上的导轨的连接，所述左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨中分别插接左接轨内轨、右接轨内轨、前接轨内轨，所述左接轨内轨、右接轨内轨、前接轨内轨分别伸出相应的外轨外部，将左接轨内轨、右接轨内轨、前接轨内轨插入相应的导轨内，确保左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨与相应的导轨对齐，必要时利用螺钉紧固。

为方便转向驱动机构安装，所述T型支架上安装有电动推杆安装台，所述转向驱动机构安装在该电动推杆安装台上。

所述T型支架左臂、T型支架右臂、T型支架前臂的端部分别向下延伸设置有左接轨挂载部、右接轨挂载部、前接轨挂载部；所述左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨分别安装在所述左接轨挂载部、右接轨挂载部、前接轨挂载部的底部，通过设置相应的挂载部，使得各外轨向下延伸安装，使得外轨与T型支架之间的距离增大，方便转向系统的安装。

优选地，所述转向驱动机构为电动推杆。

本发明还提供一种机器人T型轨道转向方法，当机器人在行进过程中需要转向时，首先使机器人沿导轨行进到转向导轨上，再启动电动推杆使挂载有机器人的转向导轨绕转向轴承旋转90°，使得转向导轨与目标导轨对接，最后机器人从转向导轨行进至该目标导轨上。

本发明还提供一种机器人T型轨道转向方法，包括以下步骤：

(1)机器人沿导轨行进至前接轨外轨处，机器人触碰到前保险挡块后停止前进；

(2)启动电动推杆，使得转向导轨绕转向轴承旋转90°；转向导轨旋转时，转向导轨脱离左接轨外轨和右接轨外轨，转向导轨两端的导轨保险挡块从转向导轨内弹出；

(3)电动推杆带动转向导轨的端部与前接轨外轨端部结合，靠近结合处的导轨保险挡块以及前保险挡块分别收缩进转向导轨、前接轨外轨内；

(4)机器人检测到前保险挡块消失后，继续前进，直至触碰到转向导轨另一端的导轨保险挡块后停止；

(5)启动电动推杆，使得转向导轨旋转90°，挂载有机器人的转向导轨回到左接轨外轨、右接轨外轨之间。

本发明具有以下有益效果：

(1)机器人运动到需要变道的位置，转向系统将转向导轨转到机器人前方，机器人运动到转向导轨中间，转向导轨将机器人直接搬运到目标轨道上；T型转向机构和机器人配合可在10秒内实现直角转向。

(2)在转向导轨端点底部和前接轨外轨底部设置有机械式保险挡块，在转向导轨未与左接轨外轨、右接轨外轨结合时，转向导轨上的导轨保险挡块弹出转向导轨外，在转向导轨与左接轨外轨、右接轨外轨结合时，导轨保险挡块收进转向导轨内。当前接轨外轨未与转向导轨的一端结合时，前保险挡块弹出前接轨外轨外，二者结合时，前保险挡块以及位于转向导轨与前接轨外轨结合处的导轨保险挡块收起。此设计，一方面为转向系统和机器人配合提供了同步协作信号，另一方面，保证了变道过程中机器人被限制在前后两个保险挡块之间，实现机器人转向操作过程中的机械保护，防止电气部件失灵时机器人意外坠落。

(3)在转向过程中机器人检测到保险挡块收起后，按直道行走方式运动到转向导轨上，运动到目标轨道上的任务由T型转向机构的转向系统完成，因而机器人本体无需为实现直角转向增加多于的机器结构和电气驱动能力，为机器人的小型化长续航设计提供了有利条件。

(4)T型轨道转向机构有效解决了T型走廊空间有限，布置普通弧形轨道实现转向的难题。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明立体图；

图3为本发明局部分解示意图。

图中：110-T型支架左臂；111-支架左臂安装点；112-左接轨挂载部；113-T型支架右臂；114-支架右臂安装孔；115-右接轨挂载部；116-T型支架前臂；117-支架前臂安装孔；118-前接轨挂载部；1101-电动推杆安装台；120-左接轨内轨；121-左接轨外轨；122-右接轨内轨；123-右接轨外轨；124-前接轨内轨；125-前接轨外轨；126-前接轨安装孔；130-推杆驱动器；131-推杆外杆；132-推杆内杆；133-传动板；134-转向导轨；135-左保险挡块；136-右保险挡块；137-转向轴承；138-推杆传动轴承；139-前保险挡块；140-拨杆；141-槽口。

具体实施方式

如图1、2、3所示，本发明提供的机器人T型轨道转向机构，包括T型支架、接轨连接系统和转向系统。T型支架为接轨连接系统和转向系统提供牢固的安装位置，接轨连接系统用于将布设在开闭所T型走廊上的三条机器人行走轨道(图中未示出)与T型轨道转向机构进行有效连接，转向系统将机器人从T型轨道的一条行走轨道搬运到目标轨道上。

T型轨道包括T型支架左臂110、T型支架右臂113、T型支架前臂116，T型支架左臂110、T型支架右臂113、T型支架前臂116上分别设置有支架左臂安装孔111、支架右臂安装孔114、支架前臂安装孔117，通过这些安装孔利用螺栓将T型轨道安装在天花板上。T型支架左臂110、T型支架右臂113、T型支架前臂116的外端部分别向下延伸设置有呈中空方形的左接轨挂载部112、右接轨挂载部115、前接轨挂载部118。L形电动推杆安装台1101的一端连接至左接轨挂载部112的前侧，另一端连接至前接轨挂载部118左侧。

接轨连接系统包括左接轨外轨121、右接轨外轨123、前接轨外轨125，左接轨外轨121、右接轨外轨123、前接轨外轨125分别安装在左接轨挂载部112、右接轨挂载部115、前接轨挂载部118的底部。左接轨外轨121、右接轨外轨123、前接轨外轨125中分别插接有左接轨内轨120、右接轨内轨122、前接轨内轨124，各内轨从相应的外轨中向外伸出一部分，左接轨内轨120、右接轨内轨122、前接轨内轨124用于连接与左接轨外轨121、右接轨外轨123、前接轨外轨125相同的三条机器人行走轨道，连接后各外轨与相应的行走轨道齐平，方便机器人移动。

转向系统包括转向驱动机构、传动板133、转向导轨134、左保险挡块135、右保险挡块136、转向轴承137、推杆传动轴承138。转向驱动机构安装在该电动推杆安装台上，本实施例采用电动推杆作为转向驱动机构。电动推杆包括推杆驱动器130、推杆外杆131、推杆内杆132，推杆驱动器130安装在L形电动推杆安装台上。

转向轴承137顶部固定在T型支架左臂110、T型支架右臂113、T型支架前臂116交汇处的底部，其内轴底端固定在传动板133的左端；传动板133固定在转向导轨134的上表面，推杆传动轴承138安装在传动板右端，推杆传动轴承138的内轴与推杆内杆132活动连接。从图1中可以看出，电动推杆驱动器安装在T型支架左臂110与T型支架前臂116围成的象限内，基于对称原理，也可以将电动推杆驱动器安装在T型支架右臂113与T型支架前臂116围成的象限内，此时，可将转向轴承137的内轴底端固定在传动板133的右端，推杆传动轴承138安装在传动板133的左端，其余安装方式不变。

转向导轨134两端的底部分别设置左保险挡块135、右保险挡块136，前接轨外轨125的底部设置有前保险挡块139，左保险挡块135、右保险挡块136、前保险挡块139都可绕安装点转动，进而收进转向导轨134、前接轨外轨125内，或从转向导轨134、前接轨外轨125内弹出。前接轨外轨125的后端部设置有拨杆140，转向导轨134的两端、左接轨外轨121的右端部、右接轨123的左端部也设置有拨杆(图中未示出)；为便于转向导轨134的旋转，以及转向导轨134与左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨的结合，在转向导轨靠近端部的侧面上开设槽口141，左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨的侧面也开设有槽口(图中未示出)，槽口用于供拨杆的进出，例如，当转向导轨与左接轨外轨、右接轨外轨结合时，转向导轨上的拨杆以及左接轨外轨、右接轨外轨上的拨杆都进入对方内部，转向导轨与左接轨外轨、右接轨外轨近似于无缝对接，转向导轨旋转时，转向导轨、左接轨外轨、右接轨外轨上的拨杆借助于转向导轨、左接轨外轨、右接轨外轨上的槽口得以顺利转出；当转向导轨134通过旋转与前接轨外轨125结合时，拨杆140通过槽口进入转向导轨内。可在左保险挡块135、右保险挡块136、前保险挡块139设置弹簧(图中未示出)，当拨杆与相应的保险挡块无接触时，弹簧使相应的保险挡块保持弹出状态；当拨杆向保险挡块施加外力时克服弹簧的弹性力，使得左保险挡块135、右保险挡块136、前保险挡块139收进转向导轨、前接轨外轨内，当拨杆脱离保险挡块时，左保险挡块135、右保险挡块136、前保险挡块139因弹簧的弹性力作用而弹出转向导轨、前接轨外轨。如图2所示，当转向导轨134与左接轨外轨121、右接轨外轨123对接时，左接轨外轨121、右接轨外轨123上的拨杆分别使转向导轨两端的左、右保险挡块(135、136)隐藏于转向导轨内部腔室内(为了便于说明，图中将其画出)，此时，行走轨道(图中为画出)、左、右接轨外轨(121、123)、转向导轨134构成一条完整的轨道。

如图1、2所示，以电动推杆驱动器安装在T型支架左臂110与T型支架前臂116围成的象限内为例，初始时，转向导轨134与左接轨外轨121、右接轨外轨123对接时，左接轨外轨121、右接轨外轨123上的拨杆分别使转向导轨两端的左、右保险挡块(135、136)隐藏于转向导轨内部腔室内，对转向方法进行说明：

(1)当机器人需要从前接轨外轨向左接轨外轨行进时，机器人沿行走轨道行进至前接轨外轨125处，触碰到前保险挡块139后停止前进；

(2)T型轨道转向机构检测到机器人触碰到前保险挡块139，启动推杆驱动器130，推杆驱动器130驱动推杆内杆132伸展时，推杆传动轴承138带动转向导轨134绕转向轴承137逆时针旋转90度；转向导轨旋转过程中，转向导轨134左、右端转离左、右接轨外轨(121、123)时，左、右保险挡块(135、136)从转向导轨内部腔室中弹出；转向导轨134左端与前接轨外轨125后端结合时，前接轨外轨上的拨杆使转向导轨134上的左保险挡块135隐藏于转向导轨内，转向导轨左端的拨杆使得前接轨外轨上的前保险挡块隐藏于前接轨外轨内，使得行走轨道(未画出)、前接轨外轨125、转向导轨134形成一条机器人行进轨道；

(3)机器人检测到前保险挡块139消失后，继续前进直到触碰到转向导轨的右保险挡块136后停止；

(4)T型轨道转向机构检测到机器人触碰到右保险挡块136，启动推杆驱动器130，使得转向导轨绕转向轴承137内轴顺时针旋转90度，使得转向导轨134挂载机器人回到其左、右接轨外轨(121、123)之间，当转向导轨134左、右端再次与左、右接轨外轨(121、123)结合时，左、右保险挡块(135、136)收入到转向导轨内部；转向导轨134左端离开前接轨外轨125后端时，左保险挡块135弹出，使得旋转过程中机器人被牢固限制在左、右保险挡块(135、136)之间，保证换向过程中机器人的安全性。转向完成后，机器人根据设定任务继续行走。

需要说明的是，转向导轨转离左、右接轨外轨之间后，转向导轨仅有一端与前接轨外轨结合，也就是说转向导轨其中一端的拨杆不起任何作用，因此，转向导轨相应的拨杆可省略。

Claims (9)

1.一种机器人T型轨道转向机构，其特征在于：包括T型支架、接轨连接系统、转向系统；

所述T型支架包括T型支架左臂、T型支架右臂、T型支架前臂；

所述转向系统包括转向驱动机构、传动板、转向导轨、转向轴承和推杆传动轴承；所述转向轴承的顶部安装在所述T型支架的下表面、且位于T型支架左臂、T型支架右臂、T型支架前臂的交汇处，该转向轴承的内轴底端安装在所述传动板的一端，所述推杆传动轴承安装在传动板的另一端，该推杆传动轴承的内轴与所述转向驱动机构连接；所述传动板安装在所述转向导轨的上表面；

所述接轨连接系统包括左接轨外轨、右接轨外轨和前接轨外轨；所述左接轨外轨、右接轨外轨和前接轨外轨分别安装在所述T型支架左臂、T型支架右臂、T型支架前臂外端部的下方；所述左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨与所述转向导轨位于同一水平面。

2.如权利要求1所述的机器人T型轨道转向机构，其特征在于：靠近所述转向导轨的端部，所述转向导轨的底部设置有可收进转向导轨内、从转向导轨弹出的导轨保险挡块，所述前接轨外轨的底部设置有可收进前接轨外轨内、从前接轨外轨弹出的前保险挡块。

3.如权利要求2所述的机器人T型轨道转向机构，其特征在于：所述转向导轨、左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨的端部设置有拨杆，所述转向导轨、左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨的侧面设置有供所述拨杆进出的槽口；所述导轨保险挡块、前保险挡块在所述拨杆的推动下绕安装点转动并分别收进所述转向导轨、前接轨外轨内；所述导轨保险挡块、前保险挡块上设置有使其复位的弹簧，当拨杆离开导轨保险挡块、前保险挡块时，导轨保险挡块、前保险挡块在弹簧的作用下弹出。

4.如权利要求1、2或3所述的机器人T型轨道转向机构，其特征在于：所述左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨中分别插接左接轨内轨、右接轨内轨、前接轨内轨，所述左接轨内轨、右接轨内轨、前接轨内轨分别伸出相应的外轨外部。

5.如权利要求1、2或3所述的机器人T型轨道转向机构，其特征在于：所述T型支架上安装有电动推杆安装台，所述转向驱动机构安装在该电动推杆安装台上。

6.如权利要求1、2或3所述的机器人T型轨道转向机构，其特征在于：所述T型支架左臂、T型支架右臂、T型支架前臂的端部分别向下延伸设置有左接轨挂载部、右接轨挂载部、前接轨挂载部；所述左接轨外轨、右接轨外轨、前接轨外轨分别安装在所述左接轨挂载部、右接轨挂载部、前接轨挂载部的底部。

7.如权利要求1、2或3所述的机器人T型轨道转向机构，其特征在于：所述转向驱动机构为电动推杆。

8.一种机器人T型轨道转向方法，其特征在于：当机器人在行进过程中需要转向时，首先使机器人沿导轨行进到转向导轨上，再启动电动推杆使挂载有机器人的转向导轨绕转向轴承旋转90°，使得转向导轨与目标导轨对接，最后机器人从转向导轨行进至该目标导轨上。

9.一种机器人T型轨道转向方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)机器人沿导轨行进至前接轨外轨处，机器人触碰到前保险挡块后停止前进；

(2)启动电动推杆，使得转向导轨绕转向轴承旋转90°；转向导轨旋转时，转向导轨脱离左接轨外轨和右接轨外轨，转向导轨两端的导轨保险挡块从转向导轨内弹出；

(3)电动推杆带动转向导轨的端部与前接轨外轨端部结合，靠近结合处的导轨保险挡块以及前保险挡块分别收缩进转向导轨、前接轨外轨内；

(4)机器人检测到前保险挡块消失后，继续前进，直至触碰到转向导轨另一端的导轨保险挡块后停止；

(5)启动电动推杆，使得转向导轨旋转90°，挂载有机器人的转向导轨回到左接轨外轨、右接轨外轨之间。