CN109176462A - 一种自适应的机器人行走轨道抱闸机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应的机器人行走轨道抱闸机构，属于机器人行走装置技术领域。所述抱闸机构包括：行走板，所述行走板上设置有弯孔和固定孔；悬挂导向系统，包括前悬挂导向系统和后悬挂导向系统；推缸驱动系统，包括抱闸推缸、推杆和随动推杆，所述推杆可在抱闸推缸的驱动下伸缩运动，所述随动推杆套设于推杆中，随动推杆可相对于推杆自由伸缩，所述随动推杆与前悬挂导向系统的轮系支撑长轴可旋转地连接，所述抱闸推缸与后悬挂导向系统的轮系支撑长轴可旋转地连接。本发明提供了一种模块化的单驱动源高效率、多点抱闸、弯轨自适应的挂轨机器人抱闸机构，抱闸状态下抑制机器人的侧向偏摆，解锁抱闸后抱闸机构不会限制机器人的通过性。

Description

一种自适应的机器人行走轨道抱闸机构

技术领域

本发明涉及一种自适应的机器人行走轨道抱闸机构，属于机器人技术领域。

背景技术

中国专利申请201720773824.1公开了一种行走机构。该行走机构，包括底座、驱动系统、悬挂导向系统，悬挂导向系统包括结构相同的前悬挂导向系统和后悬挂导向系统，前悬挂导向系统和后悬挂导向系统分别安装在底座的两端，所述驱动系统可左右移动地安装在所述底座上，前、后悬挂导向系统包括旋转座，所述旋转座可转动地安装在底座上，所述旋转座的两端分别安装有支撑导向轮，支撑导向轮与底座所在的平面之间具有夹角。该专利文献技术方案中悬挂导向系统及驱动系统在弯道可自适应，无需借助辅助装置进行转弯。但是该机构随着机器人的动作易造成侧向偏摆。

目前应用于配电站的挂轨式机器人没有采用轨道抱闸机构，侧向偏摆难以抑制，随着机器人的动作存在明显的晃动。而市面上的轨道抱闸机构采用单点抱闸，即在轨道支点处实现机器人相对于轨道的抱闸锁死，因此相对于轨道支点受力臂基本为零，抱闸后可以将机器人沿轨道方向锁死抑制机器人沿轨道方向的运动，抑制沿轨道方向的移动。而对于侧向偏摆的抑制不明显，当在受到垂直轨道偏向力力时机器人会相对于轨道支点严重偏摆。

同时，由于挂轨式机器人需要适应弯轨行走，对抱闸的解锁效率提出了一定要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应的机器人行走轨道抱闸机构，针对现有技术中收紧头带实现自锁和解锁结构复杂的问题，提供一种新的自适应的机器人行走轨道抱闸机构，抑制机器人的侧向偏摆。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种自适应的机器人行走轨道抱闸机构，所述抱闸机构行走于轨道上，所述抱闸机构包括：

行走板，所述行走板上设置有弯孔和固定孔；

悬挂导向系统，包括前悬挂导向系统和后悬挂导向系统，所述前悬挂导向系统和后悬挂导向系统包括轮系支撑板、轮系支撑长轴、轮系支撑短轴、主轴、行走轮，所述主轴穿过轮系支撑板安装于行走板上，使轮系支撑板可沿主轴旋转，所述轮系支撑长轴和轮系支撑短轴分别安装于主轴两侧的轮系支撑板上，所述行走轮可沿轮系支撑长轴或轮系支撑短轴旋转，所述轨道从两行走轮之间穿过，所述行走轮与轨道配合实现对机器人的悬挂支撑和导向，所述轮系支撑长轴穿过行走板上的弯孔可旋转地与随动推杆连接；

推缸驱动系统，包括抱闸推缸、推杆和随动推杆，所述推杆可在抱闸推缸的驱动下伸缩运动，所述随动推杆套设于推杆中，随动推杆可相对于推杆自由伸缩，所述随动推杆与前悬挂导向系统的轮系支撑长轴可旋转地连接，所述抱闸推缸与后悬挂导向系统的轮系支撑长轴可旋转地连接。

优选的：所述行走轮包括支撑导向轮和设置于支撑导向轮上方的辅助支撑轮，所述支撑导向轮和辅助支撑轮始终与轨道面相切。

优选的：所述抱闸机构的工作状态包括抱闸状态和行走状态。

优选的：抱闸状态下，所述推杆在抱闸推缸的驱动下逐渐伸长，到达与随动推杆相抵接的位置后，随动推杆和推杆在抱闸推缸的驱动下向前推动前悬挂导向系统的轮系支撑板旋转从而锁死轨道，所述推杆在抱闸推缸的驱动下继续伸长，抱闸推缸向后推动后悬挂导向系统的轮系支撑板旋转从而锁死轨道，两悬挂导向系统共同偏转锁死轨道实现抱闸。

优选的：行走状态下，所述抱闸推缸对推杆不驱动，推杆保持收缩状态，随动推杆可相对于推杆自由伸缩，两悬挂导向系统随轨道形状的变化而随动偏转。

优选的：所述抱闸推缸上设有抱闸推缸孔，所述前悬挂导向系统的轮系支撑长轴穿过弯孔与抱闸推缸孔转动连接；所述随动推杆上设有随动推杆孔，所述后悬挂导向系统的轮系支撑长轴穿过弯孔与随动推杆孔转动连接。

优选的：所述轨道上设置有与支撑导向轮配合的第一支撑面和与辅助支撑轮配合的第二支撑面，所述第一支撑面为由内而外向下倾斜的斜面，相应地，所述支撑导向轮上设置有锥形曲面，所述第二支撑面为向外凸出的水平台面。

优选的：所述支撑导向轮的锥形曲面的下端设置有限位凹槽。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种模块化的单驱动源高效率、多点抱闸、弯轨自适应的挂轨机器人抱闸机构，抱闸状态下抑制机器人的侧向偏摆，解锁抱闸后抱闸机构不会限制机器人的通过性。

附图说明

图1是现有机器人的抱闸原理图；

图2是本发明抱闸机构直轨抱闸状态的结构示意图；

图3是本发明抱闸机构直轨抱闸状态的俯视图；

图4是本发明抱闸机构直轨行走状态的结构示意图；

图5是本发明抱闸机构直轨行走状态俯视图；

图6是本发明抱闸机构弯轨行走状态俯视图；

图7是本发明抱闸机构未包含行走板的直轨抱闸状态的结构示意图；

图8是本发明抱闸机构未包含行走板的结构示意图；

图9是本发明抱闸机构的爆炸结构图；

图10是本发明行走状态下悬挂导向系统与轨道的配合结构图；

图11是本发明抱闸状态下悬挂导向系统与轨道的配合结构图。

图中的标号：1-轨道，2-行走板，3-抱闸推缸，4-推杆，5-支撑导向轮，6-辅助支撑轮，7-轮系支撑长轴，8-随动推杆，9-固定转轴，10-轮系支撑短轴，11-轮系支撑板，12-前悬挂导向系统，13-推杠驱动系统，14-后悬挂导向系统，15-抱闸推缸孔，16-随动推杆孔，17-固定孔，18-弯孔，19-轨道支点，20-机器人，21-施力臂，22-主轴，23-第一支撑面，24-第二支撑面。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

目前市面上的轨道抱闸机构如图1所示采用单点抱闸，即在轨道支点19处实现机器人20相对于轨道1的抱闸锁死，因此相对于轨道支点19的施力臂21基本为零。抱闸后可以将机器人20沿轨道方向锁死，抑制机器人沿轨道方向力F1，抑制沿轨道方向的移动。而对于侧向偏摆的抑制不明显，当在受到垂直轨道偏向力F2时，机器人会相对于轨道支点严重偏摆。

本发明针对上述问题提供一种如图2和图4所示的自适应的机器人行走轨道抱闸机构，该抱闸机构行走于轨道1上，该抱闸机构包括：

行走板2，所述行走板2上设置有弯孔18和固定孔17。弯孔18由腰型孔朝固定孔17径向向外的方向弯曲而成。

悬挂导向系统，包括前悬挂导向系统12和后悬挂导向系统14。如图7-9所示，前悬挂导向系统和后悬挂导向系统包括轮系支撑板11、轮系支撑长轴7、轮系支撑短轴10、主轴22、行走轮。主轴22穿过轮系支撑板11安装于行走板2上，使轮系支撑板11可沿主轴22旋转。主轴22可以通过如图9所示的固定转轴9安装于固定孔17中。轮系支撑长轴7和轮系支撑短轴10分别安装于主轴22两侧的轮系支撑板11上。行走轮可沿轮系支撑长轴7或轮系支撑短轴10旋转。轨道1从两行走轮之间穿过，行走轮与轨道1配合实现对机器人的悬挂支撑和导向。轮系支撑长轴7穿过行走板上的弯孔18可旋转地与随动推杆8连接。

推缸驱动系统13，如图7-9所示，包括抱闸推缸3、推杆4和随动推杆8。推杆4可在抱闸推缸3的驱动下伸缩运动。随动推杆8套设于推杆4中，随动推杆8可相对于推杆4自由伸缩。随动推杆8与前悬挂导向系统12的轮系支撑长轴7可旋转地连接。抱闸推缸3与后悬挂导向系统14的轮系支撑长轴7可旋转地连接。所述推杆4是空心杆，随动推杆8安装于推杆4内，并且相对于推杆4在一定范围内受外力作用可以任意伸缩，推杠驱动系统13首尾分别通过轮系支撑长轴7与两悬挂导向系统连接，通过推杆4的伸缩在两悬挂导向系统之间施加推力，保证了两悬挂导向系统上两个安装点之间的距离可根据两悬挂导向系统的偏转进行变化，使两悬挂导向系统围绕其与行走板2之间的固定转轴9产生偏转从而抱紧轨道制侧向偏摆。

本发明的自适应的机器人行走轨道抱闸机构包括两种工作状态，即抱闸状态和行走状态。

抱闸状态如图2-3所示。推杆4在抱闸推缸3的驱动下逐渐伸长，到达与随动推杆8相抵接的位置时，推杆4的伸出长度抵消随动推杆8自由伸缩行程，当推杆4的端面接触到随动推杆8时将推力传递到随动推杆8上，随动推杆8和推杆4在抱闸推缸3的驱动下向前推动前悬挂导向系统12的轮系支撑板11旋转；推杆4在抱闸推缸3的驱动下继续伸长，抱闸推缸3向后推动后悬挂导向系统14的轮系支撑板11旋转，前悬挂导向系统12和后悬挂导向系统14在推杆驱动系统的外力作用下在弧形的弯孔18中分别向两侧移动，两悬挂导向系统的距离增加，两悬挂导向系统共同偏转锁死轨道1，从而实现抱闸。两悬挂导向系统在抱闸状态下都有一对支撑导向轮5和一对辅助支撑轮6与轨道1相接触，实现沿轨道断面的四点抱闸。抱闸后支撑导向轮5和辅助支撑轮6与对应轨道面顶死，并在垂直于轨道方向上实现四点锁紧。以支撑导向轮5与轨道接触面为支点，支撑导向轮5和辅助支撑轮6之间的距离即为受力臂，在锁紧状态通过上述受力臂和四点锁紧实现对侧向偏摆的抑制。

行走状态如图4-6所示。行走状态所运行的轨道包括直轨和弯轨。抱闸推缸3驱动推杆4缩回至最小行程处，之后抱闸推缸3对推杆4不实施驱动作用，推杆4保持收缩状态，随动推杆8可在一定的范围内相对于推杆4自由伸缩，两悬挂导向系统随轨道1形状的变化而随动偏转。该结构保证了两悬挂导向系统可以跟随轨道型面进行行走或者偏转完成转弯。在机器人通过弯轨时两悬挂导向系统随动偏转，两悬挂导向系统中的支撑导向轮5和辅助支撑轮6始终与轨道1相切。

本发明的自适应的机器人行走轨道抱闸机构能够实现对弯轨的自适应，行走状态下，抱闸机构对机器人的运行没有阻碍作用，不会限制机器人的顺利通过。

悬挂导向系统和推缸驱动系统的连接结构可采用如图8-9所示的结构，即抱闸推缸3上设有抱闸推缸孔15，前悬挂导向系统12的轮系支撑长轴7穿过弯孔18与抱闸推缸孔15转动连接；随动推杆8上设有随动推杆孔16，后悬挂导向系统14的轮系支撑长轴7穿过弯孔18与随动推杆孔8转动连接。

作为本发明的一种优选方案，上述行走轮的结构如图8-9所示，包括支撑导向轮5和设置于支撑导向轮5上方的辅助支撑轮6。支撑导向轮5和辅助支撑轮6始终与轨道1面相切。轨道1从悬挂导向系统中间穿过，悬挂导向系统包含的两个支撑导向轮5与两个辅助支撑轮6始终与轨道型面相切，使悬挂导向系统随轨道型面进行偏转，完成挂轨机器人的转弯操作。

作为本发明的一种优选方案，悬挂导向系统与轨道的配合结构可以是如图10-11所示的结构，其中，图10显示的是该配合结构在行走状态下的位置关系，图11显示的是该配合结构在抱闸状态下的位置关系。轨道1上设置有与支撑导向轮5配合的第一支撑面23和与辅助支撑轮6配合的第二支撑面24。第一支撑面23为由内而外向下倾斜的斜面，相应地，支撑导向轮5上设置有锥形曲面，第二支撑面24为向外凸出的水平台面。为了限制支撑导向轮的移动距离，可以在支撑导向轮的锥形曲面的下端设置限位凹槽。

本发明的自适应的机器人行走轨道抱闸机构能够实现多点抱闸，抱闸状态下能有效抑制机器人的侧向偏摆。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (8)

1.一种自适应的机器人行走轨道抱闸机构，抱闸机构行走于轨道上，其特征在于，所述抱闸机构包括：

行走板，所述行走板上设置有弯孔和固定孔；

悬挂导向系统，包括前悬挂导向系统和后悬挂导向系统，所述前悬挂导向系统和后悬挂导向系统包括轮系支撑板、轮系支撑长轴、轮系支撑短轴、主轴、行走轮，所述主轴穿过轮系支撑板安装于行走板上，使轮系支撑板可沿主轴旋转，所述轮系支撑长轴和轮系支撑短轴分别安装于主轴两侧的轮系支撑板上，所述行走轮可沿轮系支撑长轴或轮系支撑短轴旋转，所述轨道从两行走轮之间穿过，所述行走轮与轨道配合实现对机器人的悬挂支撑和导向，所述轮系支撑长轴穿过行走板上的弯孔可旋转地与随动推杆连接；

推缸驱动系统，包括抱闸推缸、推杆和随动推杆，所述推杆可在抱闸推缸的驱动下伸缩运动，所述随动推杆套设于推杆中，随动推杆可相对于推杆自由伸缩，所述随动推杆与前悬挂导向系统的轮系支撑长轴可旋转地连接，所述抱闸推缸与后悬挂导向系统的轮系支撑长轴可旋转地连接。

2.根据权利要求1所述的一种自适应的机器人行走轨道抱闸机构，其特征在于：所述行走轮包括支撑导向轮和设置于支撑导向轮上方的辅助支撑轮，所述支撑导向轮和辅助支撑轮始终与轨道面相切。

3.根据权利要求1所述的一种自适应的机器人行走轨道抱闸机构，其特征在于：所述抱闸机构的工作状态包括抱闸状态和行走状态。

4.根据权利要求3所述的一种自适应的机器人行走轨道抱闸机构，其特征在于：抱闸状态下，所述推杆在抱闸推缸的驱动下逐渐伸长，到达与随动推杆相抵接的位置后，随动推杆和推杆在抱闸推缸的驱动下向前推动前悬挂导向系统的轮系支撑板旋转从而锁死轨道，所述推杆在抱闸推缸的驱动下继续伸长，抱闸推缸向后推动后悬挂导向系统的轮系支撑板旋转从而锁死轨道，两悬挂导向系统共同偏转锁死轨道实现抱闸。

5.根据权利要求3所述的一种自适应的机器人行走轨道抱闸机构，其特征在于：行走状态下，所述抱闸推缸对推杆不驱动，推杆保持收缩状态，随动推杆可相对于推杆自由伸缩，两悬挂导向系统随轨道形状的变化而随动偏转。

6.根据权利要求1所述的一种自适应的机器人行走轨道抱闸机构，其特征在于：所述抱闸推缸上设有抱闸推缸孔，所述前悬挂导向系统的轮系支撑长轴穿过弯孔与抱闸推缸孔转动连接；所述随动推杆上设有随动推杆孔，所述后悬挂导向系统的轮系支撑长轴穿过弯孔与随动推杆孔转动连接。

7.根据权利要求2所述的一种自适应的机器人行走轨道抱闸机构，其特征在于：所述轨道上设置有与支撑导向轮配合的第一支撑面和与辅助支撑轮配合的第二支撑面，所述第一支撑面为由内而外向下倾斜的斜面，相应地，所述支撑导向轮上设置有锥形曲面，所述第二支撑面为向外凸出的水平台面。

8.根据权利要求1所述的一种自适应的机器人行走轨道抱闸机构，其特征在于：所述支撑导向轮的锥形曲面的下端设置有限位凹槽。