CN107693986B - 一种轨道式小型化灭火机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道式小型化灭火机器人，包括驱动行走系统、本体系统、灭火弹系统、机器人本体和被动滚轮，所述驱动行走系统包括行进滚轮、齿轮、柔性软钢齿轮、轨道、垂直限位滚轮、水平限位滚轮、齿条支撑架；所述本体系统为机器人本体，所述机器人本体内置电机、传动单元、控制系统、信号接收系统及车体承载结构；所述灭火弹系统包括灭火弹主挂架、旋转销轴、灭火弹抱紧环、灭火弹、限位盒、弹簧扣和防脱机构，该轨道式小型化灭火机器人，能适应通过较狭窄空间，且不仅能快速移动，又能大角度爬坡驱动结构，并可快速更换灭火弹，具备二次及多次灭火功能，极大的保障管廊通道安全运行。
Description
技术领域
发明涉及机器人技术领域，具体为一种轨道式小型化灭火机器人
背景技术
目前智能化的综合管廊巡检机器人应用越来越广泛，综合管廊长度短则几百米，长则几公里，甚至几十公里，由于综合管廊一般空间狭小，但由于部分管廊建造久远，老久不堪，其隧道走向结构复杂，空间狭小密闭，坡道起伏陡峭，部分地方仅能爬行通过狭窄过道处，管廊环境条件十分恶劣，一旦发生火灾将造成不可估量的财产损失及人员伤亡，管廊具备灭火能力需求十分必要，巡检机器人依靠自身红外热像仪及高清相机发现火情并控制灭火机器人联动灭火，但传统灭火机器人尺寸较大，结构笨重，对于固定于车身的灭火弹装置，在首次投放灭火弹后，再次更换灭火弹较困难。二次火灾救援十分有限，本发明机构主要解决能适应通过狭窄空间的小尺寸灭火机器人结构，且不仅能快速移动，又能大角度爬坡驱动结构，并可快速更换灭火弹，具备二次及多次灭火功能，极大的保障管廊通道安全运行。
发明内容
发明的目的在于提供一种适应性强、大角度快速移动、方便的轨道式小型化灭火机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，发明提供如下技术方案：一种轨道式小型化灭火机器人，包括驱动行走系统、本体系统、灭火弹系统和被动滚轮，所述驱动行走系统包括行进滚轮、齿轮、柔性软钢齿轮、轨道、垂直限位滚轮、水平限位滚轮、齿条支撑架，所述行进滚轮设置在机器人本体两端，所述行进滚轮与齿轮同轴刚性连接，所述齿轮与柔性软钢齿轮啮合传动，所述行进滚轮设置在轨道上，所述垂直限位滚轮与轨道背面滚动连接，所述水平限位滚轮与轨道内侧滚动连接，所述齿条支撑架设置在柔性软钢齿轮下面，且所述柔性软钢齿轮与齿条支撑架啮合连接；
所述本体系统为机器人本体，所述机器人本体内置电机、传动单元、控制系统、信号接收系统及车体承载结构；
所述灭火弹系统包括灭火弹主挂架、旋转销轴、灭火弹抱紧环、灭火弹、限位盒、弹簧扣和防脱机构，所述灭火弹主挂架通过螺钉固定在机器人本体的下部，所述灭火弹抱紧环一端通过旋转销轴连接于灭火弹主挂架上，所述弹簧扣通过螺钉固定在灭火弹主挂架上，所述防脱机构设置在弹簧扣的下面，所述灭火弹设置在灭火弹抱紧环中，所述限位盒设置在两个灭火弹之间；
所述被动滚轮通过转动轴安装在平衡臂上，所述平衡臂通过转动轴与机器人本体连接，与被动滚轮连接的转动轴与机器人本体一端通过复位弹簧拉紧平衡，所述平衡臂下面设有被动侧垂直限位滚轮，所述弹簧扣的一侧设有限位轴，所述限位轴一端穿过灭火弹抱紧环上的轴孔与把手固定连接，所述限位轴另一端与磁铁销孔固定连接。
进一步的，所述限位盒内设有两个接线夹，所述接线夹包括按钮和接线孔。
进一步的，所述灭火弹抱紧环处设有缓冲垫。
进一步的，所述灭火弹设置为圆柱状。
进一步的，所述灭火弹通过灭火弹线缆与限位盒内的接线夹电性连接。
与现有技术相比，发明的有益效果是：该轨道式小型化灭火机器人：
1、可以实现快速运行移动能力；
2、可以实现大角度爬坡甚至垂直升降爬坡能力；
3、可以垂直和水平双侧双向限位装置，本体运行姿态稳定可靠，偏差小，定位精度高；
4、较大车轮与较小齿轮同轴连接，以此实现较小的电机功率需求，减小驱动单元尺寸，降低整机重量及尺寸以及能源功耗等；
5、平衡臂和复位弹簧组合的非独立悬挂机构，避免小车“三条腿”导致的车轮悬空打滑现象，改善行进质量；
6、圆柱式灭火弹水平放置，与采用椭圆型灭火弹相比，高度方向尺寸小，重心低，更有利于灭火车小型化的应用场合；
7、采用两组灭火弹主挂架与灭火弹抱紧环夹紧，灭火弹抱紧环转轴处限位止动结构，弹簧扣锁紧方式，结构简单紧凑，安装或维修时灭火弹可放置于灭火弹抱紧环臂弯处，维修、拆装便捷，人性化设计，减少劳动强度；
8、灭火弹锁紧采用弹簧扣和防脱机构组合双重保护锁紧，安全可靠；
9、前后限位盒组合，可有效防止灭火弹在大角度或垂直爬坡时跌落风险；
10、灭火弹线缆插接采用接线夹弹簧压紧方式，无需焊线做线缆插头，直接线缆压紧弹簧复位压紧即可，真正实现灭火弹快速更换功用。
附图说明
图1为发明的轨道式小型化灭火机器人的切图结构示意图；
图2为发明的轨道式小型化灭火机器人的左侧面结构示意图；
图3为发明的轨道式小型化灭火机器人的侧面结构示意图；
图4为发明的轨道式小型化灭火机器人的旋转销轴结构示意图；
图5为发明的轨道式小型化灭火机器人的立体结构示意图；
图6为发明的轨道式小型化灭火机器人的限位盒结构示意图；
图7为发明的轨道式小型化灭火机器人的系统构成结构图。
图中：1、行进滚轮；2、齿轮；3、柔性软钢齿轮；4、轨道；5、机器人本体；6、垂直限位滚轮；7、水平限位滚轮；8、齿条支撑架；9、灭火弹主挂架；10、旋转销轴；11、灭火弹抱紧环；12、灭火弹；13、限位盒；14、弹簧扣；15、防脱机构；16、被动滚轮；17、复位弹簧；18、平衡臂；19、转动轴；20、被动侧垂直限位滚轮；21、缓冲垫；22、磁铁销孔；23、把手；24、限位轴；25、接线夹。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-7，发明提供一种技术方案：一种轨道式小型化灭火机器人，包括驱动行走系统、本体系统、灭火弹系统和被动滚轮16，所述驱动行走系统包括行进滚轮1、齿轮2、柔性软钢齿轮3、轨道4、垂直限位滚轮6、水平限位滚轮7、齿条支撑架8，所述行进滚轮1设置在机器人本体5两端，所述行进滚轮1与齿轮2同轴刚性连接，所述齿轮2与柔性软钢齿轮3啮合传动，所述行进滚轮1设置在轨道4上，所述垂直限位滚轮6与轨道4背面滚动连接，所述水平限位滚轮7与轨道4内侧滚动连接，所述齿条支撑架8设置在柔性软钢齿轮3下面，且所述柔性软钢齿轮3与齿条支撑架8啮合连接；
所述本体系统为机器人本体5，所述机器人本体5内置电机、传动单元、控制系统、信号接收系统及车体承载结构；
所述灭火弹系统包括灭火弹主挂架9、旋转销轴10、灭火弹抱紧环11、灭火弹12、限位盒13、弹簧扣14和防脱机构15，所述灭火弹主挂架9通过螺钉固定在机器人本体5的下部，所述灭火弹抱紧环11一端通过旋转销轴10连接于灭火弹主挂架9上，所述灭火弹抱紧环11处设有缓冲垫21，所述弹簧扣14通过螺钉固定在灭火弹主挂架9上，所述防脱机构15设置在弹簧扣14的下面，所述灭火弹12设置在灭火弹抱紧环11中，所述灭火弹12设置为圆柱状，所述限位盒13设置在两个灭火弹12之间，所述限位盒13内设有两个接线夹25，所述接线夹25包括按钮和接线孔；
所述被动滚轮16通过转动轴19安装在平衡臂18上，所述平衡臂18通过转动轴19与机器人本体5连接，与被动滚轮(16)连接的转动轴19与机器人本体5一端通过复位弹簧17拉紧平衡，所述平衡臂18下面设有被动侧垂直限位滚轮20，所述弹簧扣14的一侧设有限位轴24，所述限位轴24一端穿过灭火弹抱紧环11上的轴孔与把手23固定连接，所述限位轴24另一端与磁铁销孔22固定连接，所述灭火弹12通过灭火弹线缆与限位盒13内的接线夹25电性连接。
工作原理：当有火情发生时，机器人本体5系统中的接收运行指令，控制系统控制驱动电机运转，通过传动系统将动力传动至行进滚轮1，行进滚轮1与轨道4面摩擦力滚动前进，机器人本体5开始运行。在平直或坡度较小的路段，驱动轮侧不得安装有柔性软钢齿轮3，这时齿轮2处于悬空状态，由于车轮直径较大，线速度高，机器人本体5可以在电机转数不变的情况下快速移动至火情处，而在快速移动过程中，为保持车体稳定无偏斜，车体两侧前后布置的水平限位滚轮7抵着轨道4内侧滚动运行，实时纠正车体姿态，防止其偏斜运行。而在大角度坡道段，行进滚轮1依靠与轨道4摩擦力已不足够。此时，坡道侧安装有柔性软钢齿轮3，行进滚轮1同轴的齿轮2与柔性软钢齿轮3啮合传动，车体可以实现大角度以及垂直爬坡能力。爬坡时垂直限位滚轮6可以防止车体翘起翻转，保障齿轮2与柔性软钢齿轮3啮合顺畅，无爬齿跳齿现象。而在被动侧，两被动滚轮16通过转动轴19安装于平衡臂18上，转动轴19一端与机器人本体5外壳一端通过复位弹簧17拉紧平衡，平衡臂18通过转动轴19连接与机器人本体5结构，平衡臂18可绕转动轴19自由转动。由于两组轨道4间距较大，轨道4安装时同一截面处会出现高度差，对于传统的轮均为固定的机器人结构，车轮难以避免“三条腿”现象，即其中一个车轮会出现翘曲现象，如为驱动轮，则会悬空空转，继而驱动力不足，车轮打滑故障。而本结构被动侧行进机构采用悬臂机构，安装于于平衡臂18的被动轮可绕转动轴19自由转动。当轨道4不平时也能保证两驱动轮与轨道在车身重力作用下滚动，而被动轮可以实时顺应轨道4高低不平，且在复位弹簧17作用下实时动态复位调节，极大的改善驱动机构驱动能力，避免小车“三条腿”导致的车轮悬空现象。灭火弹系统中，灭火弹主挂架9通过螺钉固定于机器人本体5部分下部，前后各一处，灭火弹12采用手提式柱状灭火弹结构，此灭火弹剂量与传统灭火弹一致，但直径较小，水平放置于灭火弹主挂架9内，极好的解决传统椭圆灭火弹12高度超高问题。灭火弹抱紧环11一端通过旋转销轴10连接与灭火弹主挂架9上，灭火弹抱紧环11可绕旋转销轴10自由转动，安装灭火弹12时，放开灭火弹抱紧环11，由于选装销轴处限位止挡，灭火弹抱紧环11只打开可以放置灭火弹12直径大小开度，放入灭火弹12后，可暂时放置于灭火弹抱紧环11处，灭火弹抱紧环11处贴有缓冲垫21，可对其进行缓冲保护，且舒缓托举疲劳，降低劳动能力。后将灭火弹12卡入灭火弹主挂架9弧型槽内，翻转灭火弹抱紧环11，压紧灭火弹12，同时用弹簧扣扣紧固定。安装灭火弹12时，须将灭火弹12放置于前后内的限位盒13内。弹簧扣搭扣螺钉固定于灭火弹主挂架9端，拉紧端固定于灭火弹抱紧环11一端，抱紧灭火弹12时，将灭火弹抱紧环11扣入弹簧扣固定端，再按下弹簧扣，防脱机构15中，限位轴24一端穿过灭火弹抱紧环11上的轴孔，并与把手23连接固定，另一端轴孔内镶嵌有磁铁，当按下弹簧扣后，抽动把手23，将限位轴24另一端插入磁铁销孔22内，将限位轴24吸合即可。防止弹簧扣在剧烈震动下弹开失效，导致灭火弹12掉落的双重限位机构，安全可靠。限位盒13结构中，接线夹25安装固定于限位盒13中，灭火弹12固定后，用手指按下接线夹按钮25，将灭火弹线缆一端插入接线孔内，松开手指，线缆在接线夹25弹簧下复位自动压紧，而摒弃采用原来的焊线插头模式，从而实现快速更换灭火弹能力。限位盒13一方面防止机器人本体5大角度或垂直爬坡时灭火弹12松脱直接跌落的风险，另一方面作为接线夹25安装固定位置，隐藏线缆插线接头的双重功用。
本发明的轨道式小型化灭火机器人具有：1、可以实现快速运行移动能力；2、可以实现大角度爬坡甚至垂直升降爬坡能力；3、可以垂直和水平双侧双向限位装置，本体运行姿态稳定可靠，偏差小，定位精度高；4、较大车轮与较小齿轮同轴连接，以此实现较小的电机功率需求，减小驱动单元尺寸，降低整机重量及尺寸以及能源功耗等；5、平衡臂和复位弹簧组合的非独立悬挂机构，避免小车“三条腿”导致的车轮悬空打滑现象，改善行进质量；6、圆柱式灭火弹水平放置，与采用椭圆型灭火弹相比，高度方向尺寸小，重心低，更有利于灭火车小型化的应用场合；7、采用两组灭火弹主挂架与灭火弹抱紧环夹紧，灭火弹抱紧环转轴处限位止动结构，弹簧扣锁紧方式，结构简单紧凑，安装或维修时灭火弹可放置于灭火弹抱紧环臂弯处，维修、拆装便捷，人性化设计，减少劳动强度；8、灭火弹锁紧采用弹簧扣和防脱机构组合双重保护锁紧，安全可靠；9、前后限位盒组合，可有效防止灭火弹在大角度或垂直爬坡时跌落风险；10、灭火弹线缆插接采用接线夹弹簧压紧方式，无需焊线做线缆插头，直接线缆压紧弹簧复位压紧即可，真正实现灭火弹快速更换功用。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种轨道式小型化灭火机器人，包括驱动行走系统、本体系统、灭火弹系统和被动滚轮(16)，其特征在于：所述驱动行走系统包括行进滚轮(1)、齿轮(2)、柔性软钢齿轮(3)、轨道(4)、垂直限位滚轮(6)、水平限位滚轮(7)、齿条支撑架(8)，所述行进滚轮(1)设置在机器人本体(5)两端，所述行进滚轮(1)与齿轮(2)同轴刚性连接，所述齿轮(2)与柔性软钢齿轮(3)啮合传动，所述行进滚轮(1)设置在轨道(4)上，所述垂直限位滚轮(6)与轨道(4)背面滚动连接，所述水平限位滚轮(7)与轨道(4)内侧滚动连接，所述齿条支撑架(8)设置在柔性软钢齿轮(3)下面，且所述柔性软钢齿轮(3)与齿条支撑架(8)啮合连接；
所述本体系统为机器人本体(5)，所述机器人本体(5)内置电机、传动单元、控制系统、信号接收系统及车体承载结构；
所述灭火弹系统包括灭火弹主挂架(9)、旋转销轴(10)、灭火弹抱紧环(11)、灭火弹(12)、限位盒(13)、弹簧扣(14)和防脱机构(15)，所述灭火弹主挂架(9)通过螺钉固定在机器人本体(5)的下部，所述灭火弹抱紧环(11)一端通过旋转销轴(10)连接于灭火弹主挂架(9)上，所述弹簧扣(14)通过螺钉固定在灭火弹主挂架(9)上，所述防脱机构(15)设置在弹簧扣(14)的下面，所述灭火弹(12)设置在灭火弹抱紧环(11)中，所述限位盒(13)设置在两个灭火弹(12)之间；
所述被动滚轮(16)通过转动轴(19)安装在平衡臂(18)上，所述平衡臂(18)通过转动轴(19)与机器人本体(5)连接，与被动滚轮(16)连接的转动轴(19)与机器人本体(5)一端通过复位弹簧(17)拉紧平衡，所述平衡臂(18)下面设有被动侧垂直限位滚轮(20)，所述弹簧扣(14)的一侧设有限位轴(24)，所述限位轴(24)一端穿过灭火弹抱紧环(11)上的轴孔与把手(23)固定连接，所述限位轴(24)另一端与磁铁销孔(22)固定连接。
2.根据权利要求1所述的轨道式小型化灭火机器人，其特征在于：所述限位盒(13)内设有两个接线夹(25)，所述接线夹(25)包括按钮和接线孔。
3.根据权利要求1所述的轨道式小型化灭火机器人，其特征在于：所述灭火弹抱紧环(11)处设有缓冲垫(21)。
4.根据权利要求1所述的轨道式小型化灭火机器人，其特征在于：所述灭火弹(12)设置为圆柱状。
5.根据权利要求1或2所述的轨道式小型化灭火机器人，其特征在于：所述灭火弹(12)通过灭火弹线缆与限位盒(13)内的接线夹(25)电性连接。
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