CN110421579A - 一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，包括承重桥架，承重桥架上固定安装负重轴承，负重轴承与C型导轨的下边缘里侧接触，承重桥架的两端分别通过连接件连接至承重支架两侧，承重支架内部安装速度传感器、摩擦轮、驱动电机和刹车装置，驱动电机通过齿轮驱动摩擦轮转动，驱动电机、速度传感器和刹车装置均信号连接至控制器，控制器控制刹车装置在承重支架内移动，使摩擦轮制动；摩擦轮和负重轴承分别与C型导轨的下边相接触，承重桥架的负重轴承与摩擦轮形成杠杆效应。本发明所述的矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，安全可靠，安装简单，便于使用，占用空间小，成本低廉。

Description

一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统

技术领域

本发明属于特种机器人领域，尤其是涉及一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统。

背景技术

煤矿生产中需要大量工作人员，这些人员的工作大部分是简单重复劳动，用机器代替人的工作是大势所趋，井下实现无人化生产，是煤矿行业的梦想。顺槽皮带运输是煤矿生产中很关键的设备，由于煤矿年产量越来越大，就需要皮带机高速运行，甚至达到每秒7-8米的速度，这种高速运行对设备的要求很高，托辊中轴承一旦有问题，皮带受力不均，很容易造成皮带跑偏，皮带断裂，造成停产事故。托辊出现问题前是有症状的，例如噪声变大，温度升高等现象，这就需要工人要经常巡回检查，这是一项很枯燥，艰苦的工作，顺槽皮带一般长度很长，长度10公里以上这是很正常，煤矿生产历史越长顺槽皮带的长度越长，需要工人在井下巷道一边步行一边注意观察检测，对于工人的体力消耗很大，对有问题的托棍做好标记，在下次维修时前往更换，防止托辊进一步损坏，造成停产事故，防患于未然。

煤矿生产由于其生产环境恶劣，常常出现瓦斯突起，是一个高危行业，在这种背景下，现在行业提出“机器代替人”已经是全行业共识，巡检是安全生产重要环节，需要大量工作人员到巷道中存在事故隐患排查，需要高度责任心，这种排查需要工作人员步行很远的距离，体力消耗很大，注意力也需要长时间保持集中，难免出现漏判，误判，煤矿对巡检机器人有很强烈的需求。

以前的巡检自行系统多采用工字梁做导轨，工字梁本身自重，安装调试比较麻烦，另外价格比较贵，由于顺槽皮带的长度比较长，导轨需要的也比较多，导轨的成本占本系统的成本比重比例很高。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，以提供一种机体小巧，能够自行行走，不会打滑，适合在煤矿这种高粉尘，高湿度，高瓦斯恶劣工作环境使用的矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，包括承重桥架、摩擦轮、C型导轨和控制器，承重桥架上固定安装负重轴承，负重轴承与C型导轨的下边缘里侧接触，承重桥架的两端分别通过连接件连接至承重支架两侧，承重支架内部安装速度传感器、摩擦轮、驱动电机和刹车装置，驱动电机通过齿轮驱动摩擦轮转动，驱动电机、速度传感器和刹车装置均信号连接至控制器，控制器控制刹车装置在承重支架内移动，使摩擦轮制动；摩擦轮与C型导轨的下边外侧相接触，承重桥架的负重轴承与摩擦轮形成杠杆效应。

进一步的，承重桥架的一端通过连接轴连接至承重支架的一侧，另一端通过压紧装置连接至承重支架的另一侧，压紧装置与摩擦轮接触连接，用于调节摩擦轮的摩擦力。

进一步的，压紧装置为锁紧螺母和螺栓的咬合装配，锁紧螺母与摩擦轮相邻设置。

进一步的，压紧装置包括弹簧、支撑架和螺母，弹簧一端与摩擦轮相邻设置，另一端通过安装螺母连接至支撑架。

进一步的，承重支架内部通过主轴安装摩擦轮，摩擦轮与主轴固定连接，主轴延伸至承重支架外部后固定安装从动轮，驱动电机通过驱动杆固定连接至主动轮，主动轮与从动轮啮合。

进一步的，摩擦轮的外圈包裹一层聚氨酯橡胶。

进一步的，刹车装置包括刹车电机和刹车胶皮，刹车电机信号连接至控制器，刹车电机通过连接杆固定连接至刹车胶皮，刹车胶皮与摩擦轮相邻设置，且两者之间设有间隙。

进一步的，承重支架的两侧分别安装一个水平导向轮。

进一步的，承重支架前端设有毛刷，毛刷位于水平导向轮的一侧。

进一步的，控制器为STC系列单片机。

相对于现有技术，本发明所述的矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统具有以下优势：

(1)本发明所述的矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，安全可靠，安装简单，便于使用，体积小巧不要占用太多空间，成本低廉，运行可靠，不要影响工作人员行走和工作，即使出现极端情况不能对他们威胁人身安全。

(2)本发明所述的矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，最显著地特征就是本质安全型，不是隔爆型非常适合煤矿井下使用，正是由于是本质安全型就需要行走系统不能太重，本发明采用摩擦轮反吊式驱动装置，具有零件数很少，安装简单，运行可靠，不受轨道条件限制，摩擦力可调，对于使用者灵活方便。

(3)本发明所述的矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，采用C型导轨，价格低廉，防腐性能良好，模具加工尺寸一致性好，适合大批量生产，重量轻，便于安装和运输。驱动装置采用电机通过齿轮传动聚氨酯橡胶轮提供摩擦力，使本体移动，由于采用摩擦轮驱动，此系统不受轨道洁净程度，粉尘，是否有露水的影响，可以根据系统在轨道中运行情况，如果出现打滑这种情况，灵活调整摩擦轮的摩擦力，既能满足运行爬坡的需要，又可以降低电池的功耗，延长系统运行时间。

(4)本发明所述的矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，机体小巧，运行自如，行走期间，不会打滑，根据轨道情况调节行走的摩擦力，可以实现上坡，水平转弯，完全满足煤矿巡检需要，非常适合在煤矿这种高粉尘，高湿度，高瓦斯恶劣工作环境。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的自动行走系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的自动行走系统的俯视图；

图3为图2的B-B向剖视图；

图4为本发明实施例所述的自动行走系统的前视图；

图5为本发明实施例所述的自动行走系统的后视图；

图6为本发明实施例所述的自动行走系统的左视图。

附图标记说明：

1-承重支架；2-承重桥架；3-负重轴承；4-毛刷；5-水平导向轮；6-摩擦轮；7-压紧装置；8-刹车电机；9-刹车胶皮；10-C型导轨；11-主动轮；12-从动轮；13-连接轴；14-驱动电机；15-主轴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，如图1至图6所示，包括承重支架1、承重桥架2、负重轴承3、毛刷4、水平导向轮5、摩擦轮6、压紧装置7、刹车装置、C型导轨10、主动轮11、从动轮12、连接轴13、驱动电机14、主轴15、速度传感器和控制器，承重桥架2上固定安装负重轴承3，负重轴承3与C型导轨10的下边缘里侧接触，通过承重桥架2承担机器人的重量，承重桥架2的一端通过连接轴13连接至承重支架1，另一端通过压紧装置7连接至承重支架1，保证巡检机器人本体不会从C型导轨10中坠落，为使用者提供安全保障；承重支架1内部安装速度传感器、摩擦轮6、驱动电机14和刹车装置，驱动电机14、速度传感器和刹车装置均信号连接至控制器，摩擦轮6和负重轴承3分别与C型导轨10的下边相接触，承重桥架2的负重轴承3与摩擦轮6形成杠杆效应，驱动电机14通过齿轮驱动摩擦轮6转动，控制器控制刹车装置在承重支架1内移动，使摩擦轮6制动，压紧装置7与摩擦轮6接触连接，用于调节摩擦轮6的摩擦力大小。

本发明采用C型导轨，由于轨道形状不同，导致巡检机器人的驱动方式的不同；同时由于C型导轨的特殊结构，从根本上解决了巡检机器人坠落的可能性，为机器人安全运行提供了可靠保障；采用摩擦轮驱动作为巡检机器人的动力装置，这种方式最大好处是驱动力可以调整。调整而且非常方便，不会因为摩擦轮的摩擦力不够导致机器人无法移动，只要电机的功率够大，机器人就可以上坡。这种自走系统非常适合在煤矿这种高粉尘，高湿度，高瓦斯恶劣工作环境，可以实现自行行走，机体小巧，运行自如，行走期间，不会打滑，根据轨道情况调节行走的摩擦力，可以实现上坡，水平转弯，完全满足煤矿巡检需要。

控制器为STC系列单片机。速度传感器的型号为LIS3LV02DQ，速度传感器与控制器的连接为现有技术，在此不再赘述。

控制器安装在承重支架1外部或内部，控制器电连接至电源开关，电源开关电连接至蓄电池，电源开关和蓄电池均安装在承重支架1一侧。

承重支架1内部通过主轴15安装摩擦轮6，摩擦轮6与主轴15固定连接，主轴15延伸至承重支架1外部后固定安装从动轮12，驱动电机14通过驱动杆固定连接至主动轮11，主动轮11与从动轮12啮合，当驱动电机14接收到控制器的运动信号时，驱动电机14带动主动轮11转动，主动轮11带动从动轮12，进而带动摩擦轮6转动。

承重支架1的两侧分别安装一个水平导向轮5，可以保证机器人顺利转圈和上下坡，为保证巡检机器人安全运行提供保障。

承重支架1前端设有毛刷4，毛刷4位于水平导向轮5的一侧，有效清洁C型导轨。

负重轴承3的个数为4个，且分别均有安装在承重桥架2的两侧。

杠杆式桥架结构不仅提供了机器人吊装结构，有效保证机器人整体负重均匀分到4个轴承中，同时为聚氨酯摩擦轮提供压力，是驱动力的来源。

刹车装置包括刹车电机8、刹车胶皮9，刹车电机8信号连接至控制器电机和控制器信号连接为现有技术，再次不再赘述，刹车电机8通过连接杆固定连接至刹车胶皮9，在正常运行状态，刹车胶皮9与摩擦轮6之间设有间隙，为了防止巡检机器人在下坡时惯性下降，需要减速时，控制器控制直线刹车电机8带动刹车胶皮9前后移动，刹车胶皮9与摩擦轮6外层聚氨酯橡胶相摩擦，使摩擦轮6制动，独立的刹车装置，可以使巡检机器人在任何位置停止移动，灵活性更强，有效防止巡检机器人在下坡时惯性下降。

刹车电机8为直线刹车电机。

承重支架1为壳体结构。

摩擦轮6的外圈包裹一层聚氨酯橡胶。

压紧装置7为锁紧螺母和螺栓的咬合装配，锁紧螺母与摩擦轮相邻设置，两者之间设有间隙，通过调整螺栓和锁紧螺母的咬合松紧度，来调节压紧装置7对摩擦轮6的压紧力，从而调节摩擦轮6摩擦力的大小，满足巡检机器人上坡需要摩擦力较大的要求。

压紧装置7包括弹簧、支撑架和螺母，弹簧一端与摩擦轮6相邻，且两者之间设有间隙，另一端通过安装螺母连接至支撑架，通过调节螺母的位置来调节弹簧的预紧力，从而调节摩擦轮6的摩擦力。

一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统的工作原理为：

将巡检机器人的承重桥架2沿水平导向轮5插入C型轨道10内，启动电源开关，巡检机器人在C型轨道10上行走，控制器控制驱动电机14工作，驱动电机14通过齿轮驱动摩擦轮6工作，摩擦轮6的摩擦力作为驱动力，驱动巡检机器人沿C型轨道10向前运动；当巡检机器人在下坡时因为惯性下降时，速度传感器实时将数据传递给控制器，控制器将采集到的数据与其内部存储的数据进行对比，得到的结果判断此时为下坡状态时，控制器控制刹车电机8工作，刹车电机8带动刹车胶皮9向摩擦轮6移动，使得刹车胶皮9与摩擦轮6外层聚氨酯橡胶相摩擦，使摩擦轮6制动，从而使巡检机器人停止移动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，其特征在于：包括承重桥架、摩擦轮、C型导轨和控制器，承重桥架上固定安装负重轴承，负重轴承与C型导轨的下边缘里侧接触，承重桥架的两端分别通过连接件连接至承重支架两侧，承重支架内部安装速度传感器、摩擦轮、驱动电机和刹车装置，驱动电机通过齿轮驱动摩擦轮转动，驱动电机、速度传感器和刹车装置均信号连接至控制器，控制器控制刹车装置在承重支架内移动，使摩擦轮制动；摩擦轮C型导轨的下边外侧相接触，承重桥架的负重轴承与摩擦轮形成杠杆效应。

2.根据权利要求1所述的一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，其特征在于：承重桥架的一端通过连接轴连接至承重支架的一侧，另一端通过压紧装置连接至承重支架的另一侧，压紧装置与摩擦轮接触连接，用于调节摩擦轮的摩擦力。

3.根据权利要求2所述的一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，其特征在于：压紧装置为锁紧螺母和螺栓的咬合装配，锁紧螺母与摩擦轮相邻设置。

4.根据权利要求2所述的一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，其特征在于：压紧装置包括弹簧、支撑架和螺母，弹簧一端与摩擦轮相邻设置，另一端通过安装螺母连接至支撑架。

5.根据权利要求1所述的一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，其特征在于：承重支架内部通过主轴安装摩擦轮，摩擦轮与主轴固定连接，主轴延伸至承重支架外部后固定安装从动轮，驱动电机通过驱动杆固定连接至主动轮，主动轮与从动轮啮合。

6.根据权利要求1所述的一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，其特征在于：摩擦轮的外圈包裹一层聚氨酯橡胶。

7.根据权利要求1所述的一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，其特征在于：刹车装置包括刹车电机和刹车胶皮，刹车电机信号连接至控制器，刹车电机通过连接杆固定连接至刹车胶皮，刹车胶皮与摩擦轮相邻设置，且两者之间设有间隙。

8.根据权利要求1所述的一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，其特征在于：承重支架的两侧分别安装一个水平导向轮。

9.根据权利要求1所述的一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，其特征在于：承重支架前端设有毛刷，毛刷位于水平导向轮的一侧。

10.根据权利要求1所述的一种矿用本质安全型轨道巡检机器人自动行走系统，其特征在于：控制器为STC系列单片机。