CN107139949A - 一种综合管廊巡检机器人行走驱动机构 - Google Patents

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裴文良
张树生
朱宇昌
李军伟
岑强
严海鹏
马铭洋
周明静
何晓辉
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Abstract

本发明公开了一种综合管廊巡检机器人行走驱动机构，该行走驱动机构由前导向机构（1）、左驱动机构（5）、驱动力压紧机构（6）、驱动电机（7）、右驱动机构（8）、后导向机构（9）、导轨（12）、主支撑部件（13）、销轴（14）、驱动轮（16）和压臂（17）组成。该机构作为巡检机器人的行走载体，以工字型型材为导轨，驱动机构的驱动轮与导轨接触，靠压紧机构产生摩擦力提供动力，旋转机构可自动调节转弯和爬坡角度，保证行走顺畅。该行走驱动机构具有自动转弯和爬坡能力，适用于空间狭小、环境复杂的工作环境。

Description

一种综合管廊巡检机器人行走驱动机构
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种综合管廊巡检机器人行走驱动机构。
背景技术
综合管廊，就是城市地下管道综合走廊，即在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通讯、燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。
目前综合管廊的巡检工作为人工巡检，基于综合管廊内部的复杂环境，内部会存在有毒气体、氧气含量低，人工巡检难度大，不能实时对管廊进行巡检，发生火灾时不能及时发现和扑救，有毒气体也会对人产生危害。
利用综合管廊巡检机器人可代替人工完成综合管廊设备的所有巡检作业。管廊巡检机器人系统采用自主或遥控的方式，在无人值守的综合管廊内对所有设备进行巡检，可以根据操作人员在基站的操作或预先设定的任务，通过携带各种传感器，完成综合管廊内设备的巡检和环境监测，真正起到减员增效的作用，同时可以避免由于有毒有害气体对巡检人员造成的危害。
综合管廊巡检机器人一般都是在固定的轨道上行走完成环境监测。由于管廊内地形复杂，机器人运行轨道存在转弯、上下坡等情况，为了使巡检机器人在各种情况下都能平稳行走，需要有较好适应能力的行走机构。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种综合管廊巡检机器人行走驱动机构，本机构作为巡检机器人的行走载体，以工字型型材为导轨，具有小半径转弯和爬坡能力，适应各种复杂环境的巡检任务，兼容性强。
本发明采用的技术方案是：一种综合管廊巡检机器人行走驱动机构，由前导向机构（1）、左驱动机构（5）、驱动力压紧机构（6）、驱动电机（7）、右驱动机构（8）、后导向机构（9）、导轨（12）、主支撑部件（13）、销轴（14）、驱动轮（16）和压臂（17）组成。
所述前导向机构（1）包括：前上支撑轮（2）、后上支撑轮（24）、前下支撑轮（3）、垂直旋转轴（4）、横向旋转轴（10）、角接触轴承（23）、圆锥滚子轴承（18）、十字连接架（15）、后下支撑轮（11）、导向轮（19）、旋转支架（20）、导向架（21）和夹块（22）。横向旋转轴（10）通过圆锥滚子轴承（18）与十字连接架（15）固定连接，十字连接架（15）可沿横向旋转轴（10）轴向旋转。导向轮（19）与前上支撑轮（2）、后上支撑轮（24）固定在导向架（21）上。前下支撑轮（3）与后下支撑轮（11）通过夹块（22）固定在导向架（21）上；导向架（21）与旋转支架（20）固定连接。旋转支架（20）通过角接触轴承（23）、垂直旋转轴（4）与十字连接架（15）固定连接。
后导向机构（9）和前导向机构（1）具有完全相同的组成结构和连接方式。
驱动机构整体依靠前上支撑轮（2）、后上支撑轮（24）、前下支撑轮（3）、圆锥滚子轴承（18）和后下支撑轮（11）与导轨（12）固定，由于有前导向机构（1）和后导向机构（9）两组导向机构，所以前导向机构（1）的垂直旋转轴（4）和后导向机构（9）的垂直旋转轴（4）形成了固定的两点，将主支撑部件（13）水平固定。前导向机构（1）的垂直旋转轴（4）和后导向机构（9）的垂直旋转轴（4）依靠两组角接触轴承（23）固定，可沿横向旋转轴（10）垂直方向旋转。前上支撑轮（2）、后上支撑轮（24）、前下支撑轮（3）、后下支撑轮（11）和导向轮（19）既起到驱动机构与导轨（12）的支撑作用，又在爬坡时起到导向作用。
左驱动机构（5）和右驱动机构（8）分别为独立的电机和减速器驱动，保证机器人行走时提供足够的动力，尤其是在水平转弯时两个驱动轮（16）会有速度差，两个驱动轮（16）有各自独立的电机、减速器，确保行走稳定、可靠。当一侧驱动轮（16）打滑时，另一侧驱动轮（16）可提供驱动力。驱动力压紧机构（6）与主支撑部件（13）通过螺母连接可保证驱动轮（16）与工字型导轨（12）的接触面积和压紧力，以提供摩擦力。压臂（17）一端由销轴（14）固定在主支撑部件（13），可自由旋转，另一端由驱动力压紧机构（6）压紧。
前导向机构（1）与后导向机构（9）共同作用，通过垂直旋转轴（4）、圆锥滚子轴承（18）与主支撑部件（13）的固定连接，通过前上支撑轮（2）、后上支撑轮（24）可垂直方向、水平方向旋转，来适应水平转弯和垂直方向爬坡。
前导向机构（1）、后导向机构（9）与主支撑部件（13）通过横向旋转轴（10）、圆锥滚子轴承（18）柔性连接，在机构行走过程中适应轨道转弯处的不同转弯半径和爬坡时轨道的不同坡度变化。
本发明的有益效果是：驱动机构的驱动轮与导轨接触，靠压紧机构产生摩擦力提供动力，旋转机构可自动调节转弯和爬坡角度，保证行走顺畅。本行走驱动机构可实现最小转弯半径R900mm、爬坡角度30°、直线与上坡处半径为R1000mm的自动转弯和爬坡能力，适用于空间狭小、环境复杂的工作环境。
附图说明
图1是巡检机器人行走驱动机构的立体示意图；
图2是巡检机器人行走驱动机构的主视图；
图3是巡检机器人行走驱动机构的俯视图；
图4是导向机构的立体示意图;
图5是巡检机器人行走驱动机构转弯示意图；
图6是巡检机器人行走驱动机构爬坡示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
如图1~图6所示，一种综合管廊巡检机器人行走驱动机构，由前导向机构（1）、左驱动机构（5）、驱动力压紧机构（6）、驱动电机（7）、右驱动机构（8）、后导向机构（9）、导轨（12）、主支撑部件（13）、销轴（14）、驱动轮（16）和压臂（17）组成。
所述前导向机构（1）包括：前上支撑轮（2）、后上支撑轮（24）、前下支撑轮（3）、垂直旋转轴（4）、横向旋转轴（10）、角接触轴承（23）、圆锥滚子轴承（18）、十字连接架（15）、后下支撑轮（11）、导向轮（19）、旋转支架（20）、导向架（21）和夹块（22）。横向旋转轴（10）通过圆锥滚子轴承（18）与十字连接架（15）固定连接，十字连接架（15）可沿横向旋转轴（10）轴向旋转。导向轮（19）与前上支撑轮（2）、后上支撑轮（24）固定在导向架（21）上。前下支撑轮（3）与后下支撑轮（11）通过夹块（22）固定在导向架（21）上；导向架（21）与旋转支架（20）固定连接。旋转支架（20）通过角接触轴承（23）、垂直旋转轴（4）与十字连接架（15）固定连接。
所述后导向机构（9）与前导向机构（1）具有完全相同的组成结构和连接方式。
驱动机构整体依靠上前支撑轮（2）、后上支撑轮（24）、前下支撑轮（3）、圆锥滚子轴承（18）和后下支撑轮（11）与导轨（12）固定，由于有前导向机构（1）和后导向机构（9）两组导向机构，所以前导向机构（1）的垂直旋转轴（4）和后导向机构（9）的垂直旋转轴（4）形成了固定的两点，将主支撑部件（13）水平固定。前导向机构（1）的垂直旋转轴（4）和后导向机构（9）的垂直旋转轴（4）依靠两组角接触轴承（23）固定，可沿横向旋转轴（10）垂直方向旋转。前上支撑轮（2）、后上支撑轮（24）、前下支撑轮（3）、后下支撑轮（11）和导向轮（19）既起到驱动机构与导轨（12）的支撑作用，又在爬坡时起到导向作用。
左驱动机构（5）和右驱动机构（8）分别为独立的电机和减速器驱动，保证机器人行走时提供足够的动力，尤其是在水平转弯时两个驱动轮（16）会有速度差，两个驱动轮（16）有各自独立的电机、减速器，确保行走稳定、可靠。当一侧驱动轮（16）打滑时，另一侧驱动轮（16）可提供驱动力。驱动力压紧机构（6）可保证驱动轮（16）与工字型导轨（12）的接触面积和压紧力，以提供摩擦力。压臂（17）一端由销轴（14）固定在主支撑部件（13），可自由旋转，另一端由驱动力压紧机构（6）压紧。
前导向机构（1）与后导向机构（9）共同作用，通过垂直旋转轴（4）、圆锥滚子轴承（18）与主支撑部件（13）固定连接，通过前上支撑轮（2）、后上支撑轮（24）与可垂直方向、水平方向旋转，来适应水平转弯和垂直方向爬坡。
前导向机构（1）、后导向机构（9）与主支撑部件（13）通过横向旋转轴（10）、圆锥滚子轴承（18）柔性连接，在机构行走过程中适应轨道直线段平顺行走、转弯处的不同转弯半径和爬坡时轨道的不同坡度变化。确保机构在轨道上行走时自行适应轨道的直线、转弯的变化。
导向机构合成了导向功能、支撑功能。在机器人行走过程中提供支撑力和导向力，确保机器人行走过程稳定、可靠。在垂直爬坡和水平转弯时，巡检机器人行走驱动机构可沿十字连接架（15）垂直方向和水平方向自由旋转来适应工字型导轨（12）的变化。在直线段、非直线段全部稳定、可靠的行走。
驱动力压紧机构（6）使用弹簧压紧形式，可在确保足够压紧力的同时根据导轨的变化而随动变化，避免了刚性接触对左驱动机构（5）和右驱动机构（8）产生损坏。确保机构在导轨（12）上平稳行走。
本发明的工作过程是：
正常平轨运行时：驱动机构整体依靠前导向机构（1）和后导向机构（9）的前上支撑轮（2）和后下支撑轮（11）与导轨（12）固定，因前后每组支撑有上支撑轮（2）和后下支撑轮（11），这就将前后两个垂直旋转轴（4）形成了固定的两点，将主支撑部件（13）水平固定。垂直旋转轴（4）依靠两组角接触轴承（23）固定，可沿垂直方向旋转。前上支撑轮（2）和后下支撑轮（11）既起到驱动机构与导轨（12）的支撑作用，又在爬坡时起到导向作用。
弯道行驶时：如图5所示，前导向机构（1）、后导向机构（9）与主支撑部件（13）通过横向旋转轴（10）、圆锥滚子轴承（18）连接，在机构行走过程中适应工字型导轨（12）转弯处的不同转弯半径和爬坡时轨道的不同坡度变化。
遇到上下坡时：如图6所示，后导向机构（9）与前导向机构（1）结构相同并共同作用，通过垂直旋转轴（4）、圆锥滚子轴承（18）与主支撑部件（13）固定连接，通过前上支撑轮（2）、后上支撑轮（24）和导向轮（19）共同作用，将驱动机构整体限制在工字型导轨（12）上，并沿导轨可垂直方向、水平方向旋转，来适应水平转弯和垂直方向爬坡。

Claims (2)

1.一种综合管廊巡检机器人行走驱动机构，其特征是：该行走驱动机构由前导向机构（1）、左驱动机构（5）、驱动力压紧机构（6）、驱动电机（7）、右驱动机构（8）、后导向机构（9）、导轨（12）、主支撑部件（13）、销轴（14）、驱动轮（16）和压臂（17）组成；所述前导向机构（1）包括：前上支撑轮（2）、后上支撑轮（24）、前下支撑轮（3）、垂直旋转轴（4）、横向旋转轴（10）、角接触轴承（23）、圆锥滚子轴承（18）、十字连接架（15）、后下支撑轮（11）、导向轮（19）、旋转支架（20）、导向架（21）和夹块（22）；横向旋转轴（10）通过圆锥滚子轴承（18）与十字连接架（15）固定连接，十字连接架（15）可沿横向旋转轴（10）轴向旋转；导向轮（19）与前上支撑轮（2）、后上支撑轮（24）固定在导向架（21）上；下支撑轮（3）与后下支撑轮（11）通过夹块（22）固定在导向架（21）上；导向架（21）与旋转支架（20）固定连接；旋转支架（20）通过角接触轴承（23）、垂直旋转轴（4）与十字连接架（15）固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种综合管廊巡检机器人行走驱动机构，其特征是：所述后导向机构（9）和前导向机构（1）具有完全相同的组成结构和连接方式；所述行走驱动机构整体依靠前上支撑轮（2）、后上支撑轮（24）、前下支撑轮（3）、圆锥滚子轴承（18）和后下支撑轮（11）与导轨（12）固定，前导向机构（1）的垂直旋转轴（4）和后导向机构（9）的垂直旋转轴（4）形成固定的两点，将主支撑部件（13）水平固定；前导向机构（1）的垂直旋转轴（4）和后导向机构（9）的垂直旋转轴（4）依靠两组角接触轴承（23）固定；所述左驱动机构（5）和右驱动机构（8）分别为独立的电机和减速器驱动，驱动力压紧机构（6）与主支撑部件（13）通过螺母连接，保证驱动轮（16）与工字型导轨（12）的接触面积和压紧力；压臂（17）一端由销轴（14）固定在主支撑部件（13），另一端由驱动力压紧机构（6）压紧。
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