CN109500797A - 包括水平移动部的移动机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人领域，具体涉及包括水平移动部的移动机器人，所述水平移动部包括驱动移动机器人在第二导轨上移动的驱动组件，调位组件、壳体，所述调位组件包括第一滑块和第一导轨，所述第一导轨设置在壳体上且垂直于第二导轨长度方向设置，所述驱动组件固定在第一滑块上。该发明的优点在于：该机器人不仅可以在第二导轨上移动实现巡检，并且通过第一导轨和第一滑块的设置支持移动机器人在第二导轨转弯时依然能够移动。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其是包括水平移动部的移动机器人。
背景技术
在现实生活中，比如对生产线的巡检、对相对危险的环境进行巡检都需要相应的工作人员到待检测的环境中去，比如对生产线的巡检，这样就需要一个专业人员在整个生产线上走动进行检查，大大的浪费了人力。对应相对危险或者工作环境恶劣的环境中，比如冬天山区的路况巡检等，都需要相应专业的人员来检查。这样的工作安全系数低。在沿着待检查的路线上，怎么实现机器人代替人工巡检是一个急需解决的技术问题，并且由于检查的路线上可能会存在弯道，怎么使移动机器人在弯道处自如转弯也需要解决。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，为此，本发明提供包括水平移动部的移动机器人。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
包括水平移动部的移动机器人，所述水平移动部包括驱动移动机器人在第二导轨上移动的驱动组件，调位组件、壳体，所述调位组件包括匹配的第一滑块和第一导轨，所述第一导轨设置在壳体上且垂直于第二导轨长度方向设置，所述驱动组件固定在第一滑块上。
优化的，所述第二导轨包括腹板，所述腹板的左侧面上设置有同步带，所述驱动组件包括与同步带齿合的同步轮、驱动同步轮沿着同步带长度方向转动的驱动子部件。
优化的，所述驱动子部件包括水平电机、第一主动齿轮、调速机构，水平电机带动第一主动齿轮在水平方向上转动，调速机构的输入端与第一主动齿轮齿合，输出端驱动同步轮转动。
优化的，所述调速机构包括与第一主动齿轮齿合的电机过渡轮轴、过渡连接轮、同步连接轮；电机过渡轮轴和过渡连接轮同轴设置在电机过渡轮轴的两端，同步连接轮与过渡连接轮齿合，同步连接轮和同步轮同轴设置同步轮轴的两端，同步轮与同步带齿合。
优化的，所述调位组件包括使同步轮始终与同步带齿合的第二抵紧机构，第二抵紧机构设置在第一滑块与壳体之间的第一导轨上。
优化的，所述第二抵紧机构为第二弹簧，所述第二弹簧设置在第一滑块与壳体之间且与同步带同边的第一导轨上，第二弹簧始终为压缩状态。
优化的，所述水平移动部还包括碳刷组件，腹板的侧面设置有导电带，碳刷组件包括碳刷、碳刷板，碳刷板设置在第一滑块上，碳刷与碳刷板之间设置抵紧机构使碳刷始终与导电带接触。
优化的，所述第二导轨还包括垂直设置在腹板下方的下翼缘板，所述水平移动部还包括在腹板两侧的下翼缘板上滚动的滑轮组件，所述滑轮组件包括镜像分列在腹板两侧的下翼缘板上的多个滑轮子组件，腹板每一侧的滑轮子组件沿第二导轨的长度方向布置；每个滑轮子组件均包括滑轮固定板、滑轮固定块、平面轴承，滑轮固定板一端固定在壳体上，另一端通过平面轴承安装滑轮固定块，滑轮安装在滑轮固定块的下方。
优化的，所述滑轮固定块的下方还设置有限位转轴，限位转轴靠在下翼缘板的外边缘转动。
优化的，所述水平移动部还包括第一编码组件，第一编码组件包括第一编码器过渡轮、第一编码器，第一编码器过渡轮与第一主动齿轮齿合，第一编码器与第一编码器过渡轮同轴连接。
本发明的优点在于：
(1)本发明中的机器人不仅可以在第二导轨上移动实现巡检，并且通过第一导轨和第一滑块的设置支持移动机器人在第二导轨转弯时依然能够移动。
(2)本发明通过驱动同步轮在与之齿合的同步带长度方向上传动，从而带动整个移动机器人沿着第二导轨的长度方向上转动。
(3)移动机器人在第二导轨上的移动速度不仅可以通过水平电机来调节，还可以通过调速机构来调节。
(4)调速机构通过齿轮之间的配合来实现调速。
(5)第二抵紧机构的设置使得同步轮始终与同步带齿合，在该方案中，第二抵紧机构为第二弹簧。第二弹簧设置在第一滑块与壳体之间且与同步带同边的第一导轨上，第二弹簧始终为压缩状态。还可以设置在第一滑块与壳体之间且与同步带相对边的第一导轨上，第二弹簧始终为拉伸状态。
(6)碳刷和导电带的设置可以给移动机器人供电和传递控制信号。
(7)多个滑轮子组件的设置可以使得下方的检测装置在水平方向上更加稳定。平面轴承的设置可以使滑轮在下翼缘板上转动，这样防止机器人移动到第二导轨的转弯处卡在第二导轨上。
(8)限位转轴的设置可以限制滑轮从第二导轨上掉落而卡住。
(9)第一编码组件的设置可以统计第一主动齿轮的转动圈数，这样可以用于计算机器人在第二导轨上的位置。
附图说明
图1为本发明移动机器人立体图。
图2-图5为本发明移动机器人水平移动部的立体图。
图6为本发明移动机器人竖直移动部的立体图。
图7为第二编码器和第二编码器齿轮的结构示意图。
图8为拉绳收放组件的立体图。
图9为纺锤总成的立体图。
图10为纺锤总成的剖视图。
图11为纺锤套的剖视图。
图12为本发明移动机器人中壳体的立体图。
图中标注符号的含义如下：
101-滑轮固定板 102-滑轮固定块 103-滑轮 104-平面轴承
105-限位转轴 106-电机过渡轮 107-电机过渡轮轴
108-过渡连接轮 109-同步连接轮 110-同步轮
111-同步轮轴
121-碳刷 122-第一支撑架
131-第一导轨 132-第一滑块
141-水平电机 142-第一主动齿轮
151-第一编码器过渡轮 152-第一编码器
161-第一U型板 162-第二U型板 163-第三U型板
201-导线导向轴 202-拉绳导向轴 203-左侧板
204-右侧板 205-竹节 206-竹节套杆 207-导向轴支架
210-收放轴齿轮 211-收放电机齿轮 212-收放电机 213-收放轴
231-第二支撑架 232-第二编码器 233-第二编码器过渡轮
234-第二编码器齿轮 241-拉绳挡圈
25-纺锤总成 251-纺锤套 2511-放线孔 2512-放线槽
2513-左阻挡部 2514-右阻挡部 252-滑环 2521-转轴端
2530-卷芯 2531-下盖 2532-上盖
2533-第一轴承 2534-第二轴承 2535-纺锤轴 254-纺锤支架
3-第二导轨 301-上翼缘板 302-下翼缘板 303-腹板
31-导电带 32-同步带
具体实施方式
如图1所示，移动机器人包括第二导轨3、检测装置、移动部，检测装置挂在移动部的下方，移动部带动检测装置在第二导轨3上移动。
第二导轨3包括腹板303和翼缘板，在垂直于第二导轨3长度方向的截面上，腹板303垂直连接在翼缘板的中部，腹板303的两侧边分别设置有导电带31和同步带32。在该实施例中，翼缘板包括下翼缘板301和上翼缘板302，下翼缘板301和上翼缘板302上下平行且分别垂直设置在腹板303上端和下端，形成H型结构。第二导轨3通过上翼缘板302上表面固定，移动部悬挂在下翼缘板301上。
移动部包括水平移动部、竖直移动部、壳体。水平移动部和竖直移动部固定在壳体上，检测装置设置在竖直移动部的下方，水平移动部带动竖直移动部和检测装置在第二导轨3的长度方向上运动，竖直移动部驱动设置在其下方的检测装置上下运动。以下对水平移动部、竖直移动部进行详细地描述。
1、水平移动部
如图1-5所示，水平移动部包括滑轮组件、碳刷组件、驱动组件、第一编码组件、调位组件。其中调位组件包括第一支撑架122、第一滑块132、第一导轨131。驱动组件、碳刷121。在该实施例中，第一支撑架122由上水平板、下水平板、连接上水平板和下水平板的连接板、支撑碳刷121的碳刷板、固定第一滑块132的侧面板。第一编码组件均设置在第一支撑架122的下水平板上，第一滑块132固定在第一支撑架122的侧面板上，第一导轨131固定在壳体的内侧壁，第一滑块132带动第一支撑架122在第一导轨131上来回移动。
1.1、滑轮组件
如图2所示，滑轮组件包括分立在腹板303左右两侧的多个滑轮子组件，在该实施例中，滑轮子组件为4个，4个滑轮子组件两两镜像在腹板303的两侧，每侧的2个滑轮子组件沿着第二导轨3的长度方向阵列。4个滑轮子组件均包括滑轮固定板101、滑轮固定块102、滑轮103，平面轴承104、限位转轴105，滑轮103和限位转轴105安装在滑轮固定块102的下方，滑轮103在下翼缘板301上滚动，限位转轴105靠在下翼缘板301的外边缘转动。滑轮固定块102通过平面轴承104安装在滑轮固定板101的一端，滑轮固定板101的另一端固定在壳体上。由于第二导轨3为机器人移动的轨道，轨道存在转弯，平面轴承104可以支持滑轮103相对于滑轮固定板101转动，通过位于下翼缘板301两侧的限位转轴105限制水平移动部始终在第二导轨3上移动。
1.2、碳刷组件
碳刷组件包括碳刷121，碳刷121的接触端与腹板303上的导电带31始终接触，在该实施例中，碳刷121的型号为JBC-C型的双杆双头集成器。
1.3、驱动组件
如图2-5所示，驱动组件包括同步轮110、驱动子部件。驱动子部件包括水平电机141、第一主动齿轮142、调速机构，水平电机141带动第一主动齿轮142在水平方向上转动。调速机构为齿轮减速机构，齿轮减速机构包括与第一主动齿轮142齿合的电机过渡轮轴107、过渡连接轮108、同步连接轮109。电机过渡轮轴107和过渡连接轮108同轴设置在电机过渡轮轴107的两端。同步连接轮109与过渡连接轮108齿合，同步连接轮109和同步轮110同轴设置同步轮轴111的两端，同步轮110与同步带32齿合，电机过渡轮轴107和同步轮轴111均垂直穿过第一支撑架122的上水平板。
1.4、第一编码组件
如图2-5所示，第一编码组件包括第一编码器过渡轮151、第一编码器152，第一编码器过渡轮151与第一主动齿轮142齿合，第一编码器152与第一编码器过渡轮151同轴连接，获得第一编码器过渡轮151的转动圈数。第一编码组件设置在第一支撑架122下水平板上。
1.5、调位组件
如图3和图5所示，其中调位组件还包括第二抵紧机构，在该实施例中，第二抵紧机构为第二弹簧(图中未示出)，第二弹簧设置在第一滑块132与壳体之间且与同步带32同边的第一导轨131上，第二弹簧始终为压缩状态，保证同步轮110一直与同步带32齿合。
碳刷板与碳刷之间设置第一抵紧机构，抵紧机构包括设置在碳刷板上设置的长度可调的碳刷固定轴，碳刷固定轴上设置有第一弹簧(图中未示出)，第一弹簧始终为压缩状态，在机器人移动时，第一弹簧和碳刷固定轴始终抵住碳刷121，保证碳刷121一直与导电带31接触。
2、竖直移动部
如图6-11所示，竖直移动部包括拉绳收放组件、第二编码组件、纺锤总成25、若干个用于导向拉绳和导线的竹节205。其中拉绳收放组件包括拉绳、第一收放单元，拉绳的一端部固定在检测装置上，另一端固定在第一收放单元上。机器人还包括检测装置和碳刷121的导电端连接的导线，纺锤总成25用于导线的收放。在壳体内侧的上端面上设置有若干组导向轴组，每个竹节205的上方均设置有一个导向轴组，每组导向轴组均包括拉绳导向轴202、导线导向轴201、导向轴支架207，导向轴支架207两端固定在壳体上，拉绳导向轴202和导线导向轴201的两端通过轴承固定在导向轴支架207上。以下对拉伸收放组件和纺锤总成25做具体描述。
另外的方案，竹节205长度可调，拉绳靠近检测装置的一端与竹节205远离壳体最下方一节的上端部连接，竹节205远离壳体最下方一节的下端部固定在检测装置上，通过拉绳通过竹节与检测装置连接，增大了检测装置连接面积，使得检测装置更加稳定，减少晃动。通过拉绳的拉力来使竹节缩短，通过检测装置的重力来是竹节拉长。
2.1、拉绳收放组件
如图6-8所示，第一收放单元包括收放电机212、收放轴213、收放轴齿轮210、收放电机齿轮211、若干个第二支撑架231。在该实施例中，第二支撑架231为3个，分别为左支撑架、中部支撑架、右支撑架，左支撑架和右支撑架分别设置在收放轴213的两端部。三个第二支撑架231均固定在壳体的内侧面上。收放电机212驱动收放电机齿轮211转动，收放电机212固定右支撑架上，其执行端穿过右支撑架与收放电机齿轮211同轴连接，右支撑架与收放轴213通过轴承连接。收放轴213的右端部穿过右支撑架与收放轴齿轮210同轴连接，收放轴齿轮210和收放电机齿轮211齿合。收放轴213上设置有若干组拉绳挡圈241，每组拉绳挡圈241包括2块固定在收放轴213上的挡板，两个挡板用于对绕转的拉绳限位。在该实施例中拉绳挡圈241为2组。
2.2、第二编码组件
如图7和图8所示，所述第二编码组件包括第二编码器232、第二编码器过渡轮233、第二编码器齿轮234，第二编码器过渡轮233同轴固定在收放轴213上，第二编码器齿轮234与第二编码器过渡轮233齿合，第二编码器232穿过中部支撑架与第二编码器齿轮234连接，中部支撑架固定在壳体内侧面上。
2.3、纺锤总成
如图9-11所示，纺锤总成25包括固定在壳体的内侧面上的纺锤支架254，在纺锤支架254上转动且用于收放导线的纺锤套251。该实施例中，纺锤总成25与拉绳挡圈241的数量相同，该方案中的纺锤总成25包括2个，均固定在壳体内与第二支撑架231固定的侧面相对的面板上。
纺锤总成25包括纺锤体和将纺锤体固定在壳体的内侧面上的纺锤支架254、在纺锤支架254上转动且用于收放导线的纺锤体。该实施例中，纺锤总成25与拉绳挡圈241的数量相同，该方案中的纺锤总成25包括2个，均固定在壳体内与第二支撑架231固定的侧面相对的面板上。
纺锤体包括纺锤套251、设置在纺锤套251右端且驱动纺锤套251转动的纺锤驱动单元，所述纺锤套251从侧壁到左侧端面开设有放线单元，放线单元包括在侧壁上开设放线孔2511、沿着纺锤套251内部轴线方向向左端开设有放线槽2512，放线槽2512与放线孔2511导通。放线槽2512的左端还设置有滑环252，所述滑环252的轴线与纺锤套251的轴线重合。导线一端从放线孔2511进入到放线槽2512内，然后与滑环252伸入到纺锤套251内的一端连接，滑环252另一端设置有转轴2521，转轴2521接线作为纺锤总成的导线输出端。所述转轴2521固定在纺锤支架254上。当纺锤套251在纺锤驱动单元的作用下相对于滑环252的转轴2521转动时，放线孔2511外部的导线在纺锤套251上缠放。滑环的设置使得滑环转轴一端的导线和绕在纺锤套上的导线隔离开，当绕在纺锤套上的导线受力过大被拉断时，不会影响到滑环转轴一端的导线，滑环的设置也防止导线在纺锤套上绕放时被拧断。在该实施例中，与转轴2521连接的导线与碳刷121连接，与滑环252在纺锤套251内的端部连接的导线与检测装置连接，这样检测装置上下运动时不会对碳刷121上的导线产生影响。
纺锤套251两端部还包括防止导线从端部脱落的左阻挡部2513和右阻挡部2514，滑环252设置在左阻挡部2513处的纺锤套251内，纺锤驱动单元设置在右阻挡部2514处的纺锤套251内。
所述纺锤驱动单元包括纺锤轴2535、发条结构，纺锤套251内部沿着轴线方向向右端开设的驱动放置槽，发条结构同轴套在纺锤轴2535上且放置槽内，纺锤轴2535的轴线与纺锤套251的轴线重合卷轴结构与纺锤套251内侧壁固定，位于发条结构两端的纺锤轴2535上设置有分别设置第一轴承2533第二轴承2534与纺锤套251内侧壁连接。
发条结构包括卷芯2530，卷芯2530的内侧端固定在纺锤轴2535上，外侧端固定与纺锤套251内侧面之间固定。导线绕在纺锤套251上。卷芯2530为扭簧，且为旋转螺纹状。自由状态下，螺纹状的卷芯2530大部分靠近纺锤套251内侧面，这样卷芯2530的总长可以增加。当检测装置向下移动时，导线受到向下的拉力，此时，纺锤套251带动内部的卷芯2530绕着卷芯2530螺纹状绕制的方向转动，卷芯2530增加旋转数，此时螺纹状的卷芯2530慢慢向纺锤轴2535靠近。在此过程中，扭簧存蓄势能，当检测装置向上运动，此时导线失去向下的拉力，扭簧将存蓄的势能驱动纺锤套251向相反的方向运动，使导线绕回纺锤套251，直至卷芯2530恢复到自由状态。
优化的，为了防止卷芯2530除了绕纺锤轴2535的方向转动还向其他方向转动，发条结构还包括卷芯限位件，卷芯限位件包括上盖2532和下盖2531，上盖2532、下盖2531盖合后形成放置卷芯2530的腔体，卷芯2530上下的厚度面均与上盖2532和下盖2531的内侧面接触。卷芯2530的外侧端、上盖2532、下盖2531、纺锤套251四者固定连接。
放置导线的放线槽2512和驱动放置槽隔离。可以防止放线槽内的导线进入到驱动放置槽内，影响驱动。
在该实施例中，所述纺锤轴2535和转轴2521通过纺锤支架254在壳体上。
由于检测装置相于第二导轨3上下运动，纺锤总成可以防止碳刷121与检测装置的导线在此过程中出现打结，当检测装置与水平移动部的距离减小时，导线通过纺锤总成25卷收缠绕在纺锤套251上，当检测装置与水平移动部的距离增大时，导线从纺锤套251上释放。
竖直移动部的工作过程如下：当需要检测装置需要向下移动时，收放电机212获得驱动信号，驱动收放轴213转动，转动方向是为了减少绕在拉绳挡圈241内拉绳的圈数，纺锤套251上的导线受到拉力，此时将拉力传递到纺锤总成251上，驱动纺锤套251转动，释放导线。当需要检测装置向上移动时，收放电机212获得驱动信号，驱动收放轴213转动，转动方向是为了增加绕在拉绳挡圈241内拉绳的圈数，此时导线不受力，纺锤套251转动使导线绕在纺锤套251上的方向转动。
3、壳体
为了安装和调节的方便，如图12所示，壳体包括前后平行设置的第一U型板161、第二U型板162，还包括与第一U型板161和第二U型板162相对设置形成腔体的第三U型板163，第一U型板161、第二U型板162和第三U型板163左右两侧面还对应设置有左侧板203和右侧板204，水平移动部的滑轮组件和碳刷121从第一U型板161和第二U型板162之间伸出壳体，第三U型板163下方设置有竹节205穿过且安装竹节205的孔，该孔上同轴设置有竹节套杆206，防止竹节205在第三U型板163上晃动。两个竹节205的下端部还固定有底托盘(图中未示出)，其中检测装置固定在底托盘的下方。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.包括水平移动部的移动机器人，其特征在于，所述水平移动部包括驱动移动机器人在第二导轨(3)上移动的驱动组件，调位组件、壳体，所述调位组件包括匹配的第一滑块(132)和第一导轨(131)，所述第一导轨(131)设置在壳体上且垂直于第二导轨(3)长度方向设置，所述驱动组件固定在第一滑块(132)上。
2.根据权利要求1所述的包括水平移动部的移动机器人，其特征在于，所述第二导轨(3)包括腹板(303)，所述腹板(303)的左侧面上设置有同步带(32)，所述驱动组件包括与同步带(32)齿合的同步轮(110)、驱动同步轮(110)沿着同步带(32)长度方向转动的驱动子部件。
3.根据权利要求2所述的包括水平移动部的移动机器人，其特征在于，所述驱动子部件包括水平电机(141)、第一主动齿轮(142)、调速机构，水平电机(141)带动第一主动齿轮(142)在水平方向上转动，调速机构的输入端与第一主动齿轮(142)齿合，输出端驱动同步轮(110)转动。
4.根据权利要求3所述的包括水平移动部的移动机器人，其特征在于，所述调速机构包括与第一主动齿轮(142)齿合的电机过渡轮轴(107)、过渡连接轮(108)、同步连接轮(109)；电机过渡轮轴(107)和过渡连接轮(108)同轴设置在电机过渡轮轴(107)的两端，同步连接轮(109)与过渡连接轮(108)齿合，同步连接轮(109)和同步轮(110)同轴设置同步轮轴(111)的两端，同步轮(110)与同步带(32)齿合。
5.根据权利要求2所述的包括水平移动部的移动机器人，其特征在于，所述调位组件包括使同步轮(110)始终与同步带(32)齿合的第二抵紧机构，第二抵紧机构设置在第一滑块(132)与壳体之间的第一导轨(131)上。
6.根据权利要求5所述的包括水平移动部的移动机器人，其特征在于，所述第二抵紧机构为第二弹簧，第二弹簧设置在第一滑块(132)与壳体之间且与同步带(32)同边的第一导轨(131)上，第二弹簧始终为压缩状态。
7.根据权利要求1或5所述的包括水平移动部的移动机器人，其特征在于，所述水平移动部还包括碳刷组件，腹板(303)的侧面设置有导电带(31)，碳刷组件包括碳刷(121)、碳刷板，碳刷板设置在第一滑块(132)上，碳刷(121)与碳刷板之间设置第一抵紧机构使碳刷(121)始终与导电带(31)接触。
8.根据权利要求2所述的包括水平移动部的移动机器人，其特征在于，所述第二导轨(3)还包括垂直设置在腹板(303)下方的下翼缘板(301)，所述水平移动部还包括在腹板(303)两侧的下翼缘板(301)上滚动的滑轮组件，所述滑轮组件包括镜像分列在腹板(303)两侧的下翼缘板(301)上的多个滑轮子组件，腹板(303)每一侧的滑轮子组件沿第二导轨(3)的长度方向布置；每个滑轮子组件均包括滑轮固定板(101)、滑轮固定块(102)、平面轴承(104)，滑轮固定板(101)一端固定在壳体上，另一端通过平面轴承(104)安装滑轮固定块(102)，滑轮(103)安装在滑轮固定块(102)的下方。
9.根据权利要求8所述的包括水平移动部的移动机器人，其特征在于，所述滑轮固定块(102)的下方还设置有限位转轴(105)，限位转轴(105)靠在下翼缘板(301)的外边缘转动。
10.根据权利要求3所述的包括水平移动部的移动机器人，其特征在于，所述水平移动部还包括第一编码组件，第一编码组件包括第一编码器过渡轮(151)、第一编码器(152)，第一编码器过渡轮(151)与第一主动齿轮(142)齿合，第一编码器(152)与第一编码器过渡轮(151)同轴连接。
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