CN107642587B - 轨道升降机构及具有该机构的巡检机器人 - Google Patents

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本发明公开了一种轨道升降机构及具有该机构的巡检机器人,包括带轮组、伺服电机、安装在升降机构下部的下带轮、安装在升降机构上部的独立带轮、其上安装有配重块的副滑块机构、其上安装有巡检装置的主滑块机构。轨道升降机构具有自平衡设计和保护设计,即使同步带在运行中突然断裂,轨道升降机构也具有自我保护性能,主滑块机构不会因重力作用加速向下坠落,而是逐渐减速直到停止,从而保护随主滑块机构一起运行的重要设备;升降伺服电机断电或失控都不会使主滑块机构坠落或失去运动控制,从而保护随主滑块机构一起运行的重要设备。

Description

轨道升降机构及具有该机构的巡检机器人
技术领域
本发明属于机器人多级升降机构技术领域,具体涉及一种轨道升降机构及具有该机构的巡检机器人。
背景技术
现阶段,随着机器人技术的发展,各种智能化的巡检监控机器人应用越来越广泛,由于巡检监控范围越来越大,各监控点也是高低不同,高度差也越来越大,传统的只靠云台转动已不能全面覆盖监控范围。迫切需要一种能够做到立体监控的机器人,因此,机器人升降机构应运而生,机器人多级升降机构涉及的机器人可用于大型超市、仓库、农场、工厂、配电房、变电站等场所。
现有技术一的方案:一种垂直的直线运动机构,端部以电机驱动,以特制导轨、滑块作为导向装置,采用同步带传动。工作时,电机带同步带轮旋转,同步轮的转动转换为皮带的来回运动,皮带的来回运动带动滑块来回运动,达到升降运动的目的。
现有技术一有如下缺陷:
1、特制导轨成本较高;
2、驱动电机一般在顶部,出问题不方便检修;
3、皮带若断裂,滑块则会在重力作用下向下掉,滑块上的设备将因高速碰撞而损坏,安全保护性能差;
现有技术二的方案:一种垂直的直线运动机构,端部以电机驱动,以特制导轨、滑块作为导向装置,采用滚珠丝杠传动。工作时,电机带动丝杠旋转,丝杠的旋转运动转化为丝杠螺母的直线运动,螺母带动滑块做来回运动,达到升降运动的目的。
现有技术二有如下缺陷:
1、特制导轨和丝杠成本较高;
2、驱动电机一般在顶部,出问题不方便检修;
3、超长丝杠制造困难,升降高度被限制;
针对以上现有技术,急需研发出一种新型的轨道升降式巡检机器人升降机构来解决以上问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种轨道升降式巡检机器人升降机构。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
一种轨道升降机构,
包括由一大带轮和一小带轮组成的带轮组,带轮组安装在升降机构的上部,大带轮和小带轮的中心通过一根转轴连接,大带轮和小带轮拥有同样的转动角速度;
包括伺服电机,伺服电机通过减速器为一电机带轮的转动输出转动动力,电机带轮与小带轮通过第一同步带传动;
包括安装在升降机构下部的下带轮;
包括安装在升降机构上部的独立带轮;
包括其上安装有配重块的副滑块机构;
包括其上安装有巡检装置的主滑块机构;
主滑块机构的上端分别与第二同步带的第一端和第四同步带的第一端固定连接,第二同步带的第二端绕过大带轮后与副滑块机构的上端固定连接,第三同步带的第一端与主滑块机构的下端固定连接,第三同步带的第二端绕过下带轮后与副滑块机构的下端固定连接;第四同步带的第二端绕过独立带轮后与副滑块机构的上端固定连接;
包括用于限定副滑块机构位移最高点的上限位块和用于限定副滑块机构位移最低点的下限位块,上限位块与下限位块之间的高差小于大带轮与下带轮之间的高差。
本发明具备硬限位保护,硬限位保护方式为:当副滑块机构撞上顶端的上限位块时,主滑块机构离下限位块的还有一段距离;当副滑块机构撞上底部的下限位块时,主滑块机构离顶端的上限位块还有一段距离,因此起到对主滑块机构上搭载的巡检装置的保护作用。
本发明的同步带连接设计亦具备安全保护特性,安全保护方式为:若伺服电机失控,一直向一个方向旋转,则副滑块机构首先撞上其中一限位块,即使有冲击,因同步带具有一定柔性,主滑块机构不会产生冲击现象,可保护主滑块机构上的重要巡检装置。若电机还继续旋转,则可能产生两种结果:一是同步带产生跳齿现象,同步带不会断裂,则主滑块机构上的重要巡检装置安全;二是第一同步带断裂,这是因为带轮大小关系,第二同步带和第三同步带的拉力始终会小于第一同步带上的拉力,第一同步带断裂后,则电机继续旋转,且为空转,主滑块机构不会运动,从而保护了主滑块机构上搭载的重要巡检装置。
若经过长期的使用,同步带老化或者使用疲劳,可能会导致任一根同步带断裂,但是因为本发明的结构设计,使得同步带的断裂亦有易断裂和非易断裂之分。第一同步带、第二同步带和第三同步带在本发明运行时会受到拉伸力作用,且第一同步带受力最大,所以第一同步带最可能首先断裂;其次是第二同步带和第三同步带;而第四同步带由于运行时几乎只受少量的拉伸力及摩擦力的作用,所以不会在第一同步带、第二同步带和第三同步带之前断裂,所以最后断裂的必然是第四同步带,再结合安装适宜重力的配重块,第一同步带、第二同步带和第三同步任意一根断裂导致的结果就是主滑块机构停止运行,达到了对主滑块机构上搭载的重要巡检装置保护的目的。
具体地,升降机构还包括与主滑块机构固定连接的多自由度集电器和为升降机构供电的滑触线,多自由度集电器为安装在主滑块机构上的巡检机器人供电,多自由度集电器与滑触线滑触取点连接。
本发明采用滑触取电,使主滑块机构上的巡检装置能够便捷式取用外部电力。
进一步地,升降机构还包括竖直安装的两个导轨,主滑块机构和副滑块机构分别在两个导轨内滑动。
本发明中采用导轨,避免了安装有配重块的副滑块机构和安装有巡检装置的主滑块机构在工作过程中大幅度抖动。
具体地,两个导轨分别固定安装在竖直设置的铝型材两侧。
优选地,导轨为双轴心直线导轨。
本发明使用标准的铝型材作导轨载体,使用双轴心直线导轨,成本低。
进一步地,升降机构还包括用于调整第一同步带张紧度的张紧器,张紧器的调节滚筒抵紧第一同步带设置。
优选地,上限位块为框架式结构,框架式结构的上端设置有多个半圆槽,上限位块内设置有三个能分别放入大带轮、小带轮和独立带轮的竖向通孔,连接大带轮和小带轮的转轴的两端分别置于两个半圆槽内;独立带轮中心穿过有一根转轴,转轴的两端分别置于两个半圆槽内。
优选地,第二同步带与第三同步带长度相同。
优选地,伺服电机安装在升降机构的中部。驱动电机在发生故障时候因为其位置的原因,使驱动电机在出问题时候方便检修。
本发明的有益效果在于:
本发明具备硬限位保护,硬限位保护方式为:当副滑块机构撞上顶端的上限位块时,主滑块机构离下限位块的还有一段距离;当副滑块机构撞上底部的下限位块时,主滑块机构离顶端的上限位块还有一段距离,因此起到对主滑块机构上搭载的巡检装置的保护作用。
本发明的同步带连接设计亦具备安全保护特性,安全保护方式为:若伺服电机失控,一直向一个方向旋转,则副滑块机构首先撞上其中一限位块,即使有冲击,因同步带具有一定柔性,主滑块机构不会产生冲击现象,可保护主滑块机构上的重要巡检装置。若电机还继续旋转,则可能产生两种结果:一是同步带产生跳齿现象,同步带不会断裂,则主滑块机构上的重要巡检装置安全;二是第一同步带断裂,这是因为带轮大小关系,第二同步带和第三同步带的拉力始终会小于第一同步带上的拉力,第一同步带断裂后,则电机继续旋转,且为空转,主滑块机构不会运动,从而保护了主滑块机构上搭载的重要巡检装置。
若经过长期的使用,同步带老化或者使用疲劳,可能会导致任一根同步带断裂,但是因为本发明的结构设计,使得同步带的断裂亦有易断裂和非易断裂之分。第一同步带、第二同步带和第三同步带在本发明运行时会受到拉伸力作用,且第一同步带受力最大,所以第一同步带最可能首先断裂;其次是第二同步带和第三同步带;而第四同步带由于运行时几乎只受少量的拉伸力及摩擦力的作用,所以不会在第一同步带、第二同步带和第三同步带之前断裂,所以最后断裂的必然是第四同步带,再结合安装适宜重力的配重块,第一同步带、第二同步带和第三同步任意一根断裂导致的结果就是主滑块机构停止运行,达到了对主滑块机构上搭载的重要巡检装置保护的目的。
附图说明
图1是本发明一种轨道升降式巡检机器人升降机构的第一视角立体结构示意图;
图2是本发明一种轨道升降式巡检机器人升降机构的第一视角立体结构示意图;
图3是本发明一种轨道升降式巡检机器人升降机构的第一视角立体结构示意图;
图4是本发明的俯视图。
图中:1-独立带轮、2-滑触线、3-多自由度集电器、4-副滑块机构、5-配重块、6-下带轮、7-带轮组、8-主滑块机构、9-第一同步带、10-第二同步带、11-第三同步带、12-第四同步带、13-伺服电机、14-减速器、15-张紧器、16-双轴心直线导轨、17-铝型材、18-上限位块、19-下限位块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明:
如图1、图2、图3和图4所示,一种轨道升降机构,包括由一大带轮和一小带轮组7成的带轮组7,带轮组7安装在升降机构的上部,大带轮和小带轮的中心通过一根转轴连接,大带轮和小带轮拥有同样的转动角速度;包括伺服电机13,伺服电机13通过减速器14为一电机带轮的转动输出转动动力,电机带轮与小带轮通过第一同步带9传动;包括安装在升降机构下部的下带轮6;包括安装在升降机构上部的独立带轮1;包括其上安装有配重块5的副滑块机构4;包括其上安装有巡检装置的主滑块机构8;主滑块机构8的上端分别与第二同步带10的第一端和第四同步带12的第一端固定连接,第二同步带10的第二端绕过大带轮后与副滑块机构4的上端固定连接,第三同步带11的第一端与主滑块机构8的下端固定连接,第三同步带11的第二端绕过下带轮6后与副滑块机构4的下端固定连接;第四同步带12的第二端绕过独立带轮1后与副滑块机构4的上端固定连接;包括用于限定副滑块机构4位移最高点的上限位块18和用于限定副滑块机构4位移最低点的下限位块19,上限位块18与下限位块19之间的高差小于大带轮与下带轮6之间的高差。
本发明具备硬限位保护,硬限位保护方式为:当副滑块机构4撞上顶端的上限位块18时,主滑块机构8离下限位块19的还有一段距离;当副滑块机构4撞上底部的下限位块19时,主滑块机构8离顶端的上限位块18还有一段距离,因此起到对主滑块机构8上搭载的巡检装置的保护作用。
本发明的同步带连接设计亦具备安全保护特性,安全保护方式为:若伺服电机13失控,一直向一个方向旋转,则副滑块机构4首先撞上其中一限位块,即使有冲击,因同步带具有一定柔性,主滑块机构8不会产生冲击现象,可保护主滑块机构8上的重要巡检装置。若电机还继续旋转,则可能产生两种结果:一是同步带产生跳齿现象,同步带不会断裂,则主滑块机构8上的重要巡检装置安全;二是第一同步带9断裂,这是因为带轮大小关系,第二同步带10和第三同步带11的拉力始终会小于第一同步带9上的拉力,第一同步带9断裂后,则电机继续旋转,且为空转,主滑块机构8不会运动,从而保护了主滑块机构8上搭载的重要巡检装置。
若经过长期的使用,同步带老化或者使用疲劳,可能会导致任一根同步带断裂,但是因为本发明的结构设计,使得同步带的断裂亦有易断裂和非易断裂之分。第一同步带9、第二同步带10和第三同步带11在本发明运行时会受到拉伸力作用,且第一同步带9受力最大,所以第一同步带9最可能首先断裂;其次是第二同步带10和第三同步带11;而第四同步带12由于运行时几乎只受少量的拉伸力及摩擦力的作用,所以不会在第一同步带9、第二同步带10和第三同步带11之前断裂,所以最后断裂的必然是第四同步带12,再结合安装适宜重力的配重块5,第一同步带9、第二同步带10和第三同步任意一根断裂导致的结果就是主滑块机构8停止运行,达到了对主滑块机构8上搭载的重要巡检装置保护的目的。
升降机构还包括与主滑块机构8固定连接的多自由度集电器3和为升降机构供电的滑触线2,多自由度集电器3为安装在主滑块机构8上的巡检机器人供电,多自由度集电器3与滑触线2滑触取点连接。
本发明采用滑触取电,使主滑块机构8上的巡检装置能够便捷式取用外部电力。
升降机构还包括竖直安装的两个导轨,主滑块机构8和副滑块机构4分别在两个导轨内滑动。
本发明中采用导轨,避免了安装有配重块5的副滑块机构4和安装有巡检装置的主滑块机构8在工作过程中大幅度抖动。
两个导轨分别固定安装在竖直设置的铝型材17两侧。导轨优选为双轴心直线导轨16。
本发明使用标准的铝型材17作导轨载体,使用双轴心直线导轨16,成本低。
升降机构还包括用于调整第一同步带9张紧度的张紧器15,张紧器15的调节滚筒抵紧第一同步带9设置。
上限位块18为框架式结构,框架式结构的上端设置有多个半圆槽,上限位块18内设置有三个能分别放入大带轮、小带轮和独立带轮1的竖向通孔,连接大带轮和小带轮的转轴的两端分别置于两个半圆槽内;独立带轮1中心穿过有一根转轴,转轴的两端分别置于两个半圆槽内。
第二同步带10与第三同步带11长度相同。
伺服电机13安装在升降机构的中部。驱动电机在发生故障时候因为其位置的原因,使驱动电机在出问题时候方便检修。
本发明中的多自由度集电器3采用已经公开的技术,在此不作敷述。
本发明在具体安装时候宜对第一同步带9、第二同步带10、第三同步带11和第四同步带12使用的材质进行一定的要求,宜加强第四同步带12的强度,以保障主滑块机构8上搭载的重要巡检装置的安全。
本发明中所有的同步带两端的安装均采用夹持,方便换取。
作为本专利的另一实施例:主滑块机构8上搭载的巡检装置还可以直接采用电源线供电,只需配备合理的自动绞线机构来完成即可。
本发明工作原理:
本发明中伺服电机13工作,经减速器14调整后动力输出至电机带轮,电机带轮转动,经第一同步带9传动带动小带轮转动,大带轮与小带轮同步转动,且具备相同的角速度,大带轮、第二同步带10、主滑块机构8、第三同步带11、下带轮6和副滑块机构4组成一个可环形转动的组合,大带轮转动后,主滑块机构8上搭载的巡检装置同步做出上升或者下降的动作开始数据采集;同步地独立带轮1、第四同步带12、主滑块机构8、副滑块机构4组成一个可转动的半环状组合;期间多自由度集电器3为主滑块机构8上搭载的巡检装置供电。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (8)

1.一种轨道升降机构,其特征在于:
包括由一大带轮和一小带轮组成的带轮组,带轮组安装在升降机构的上部,大带轮和小带轮的中心通过一根转轴连接,大带轮和小带轮拥有同样的转动角速度;
包括伺服电机,伺服电机通过减速器为一电机带轮的转动输出转动动力,电机带轮与小带轮通过第一同步带传动;
包括安装在升降机构下部的下带轮;
包括安装在升降机构上部的独立带轮;
包括其上安装有配重块的副滑块机构;
包括其上安装有巡检装置的主滑块机构;
主滑块机构的上端分别与第二同步带的第一端和第四同步带的第一端固定连接,第二同步带的第二端绕过大带轮后与副滑块机构的上端固定连接,第三同步带的第一端与主滑块机构的下端固定连接,第三同步带的第二端绕过下带轮后与副滑块机构的下端固定连接;第四同步带的第二端绕过独立带轮后与副滑块机构的上端固定连接;
包括竖直安装的两个导轨,主滑块机构和副滑块机构分别在两个导轨内滑动;
包括与主滑块机构固定连接的多自由度集电器和为升降机构供电的滑触线,多自由度集电器为安装在主滑块机构上的巡检机器人供电,多自由度集电器与滑触线滑触取点连接;
包括用于限定副滑块机构位移最高点的上限位块和用于限定副滑块机构位移最低点的下限位块,从导轨延伸的方向上看,下带轮的最高点位于下限位块的下端面之下;上限位块与下限位块之间的最小距离小于大带轮与下带轮之间的最小距离。
2.根据权利要求1所述的轨道升降机构,其特征在于:两个导轨分别固定安装在竖直设置的铝型材两侧。
3.根据权利要求1所述的轨道升降机构,其特征在于:导轨为双轴心直线导轨。
4.根据权利要求1所述的轨道升降机构,其特征在于:升降机构还包括用于调整第一同步带张紧度的张紧器,张紧器的调节滚筒抵紧第一同步带设置。
5.根据权利要求1所述的轨道升降机构,其特征在于:上限位块为框架式结构,框架式结构的上端设置有多个半圆槽,上限位块内设置有三个能分别放入大带轮、小带轮和独立带轮的竖向通孔,连接大带轮和小带轮的转轴的两端分别置于两个半圆槽内;独立带轮中心穿过有一根转轴,转轴的两端分别置于两个半圆槽内。
6.根据权利要求1所述的轨道升降机构,其特征在于:第二同步带与第三同步带长度相同。
7.根据权利要求1所述的轨道升降机构,其特征在于:伺服电机安装在升降机构的中部。
8.巡检机器人,其特征在于:包括如权利要求1-7任一项所述的轨道升降机构。
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