CN110466542A - 一种圆管轨道机器人的行走机构及圆管轨道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆管轨道机器人的行走机构及圆管轨道机器人，该行走机构，包括：动力装置产生的动力依次通过同步带轮传动机构和螺旋锥齿轮传动机构传送给驱动轮，所述螺旋锥齿轮传动机构采用螺旋锥齿轮啮合传动，最终实现驱动轮在圆管轨道上平稳运行；所述同步带轮传动机构包括主动同步带轮和从动同步带轮，所述主动同步带轮通过电机连接轴与动力装置连接，主动同步带轮与从动同步带轮通过同步带连接；所述螺旋锥齿轮传动机构包括主动螺旋锥齿轮、从动螺旋锥齿轮和驱动轮轴；所述驱动轮轴从上至下安装在车架上，所述从动螺旋锥齿轮安装在驱动轮轴的一端，所述主动螺旋锥齿轮安装在锥齿轮连接轴上，所述主动螺旋锥齿轮与从动螺旋锥齿轮相啮合。

Description

一种圆管轨道机器人的行走机构及圆管轨道机器人

技术领域

本公开涉及圆管轨道巡检技术领域，具体涉及一种圆管轨道机器人的行走机构及具有该行走机构的圆管轨道机器人。

背景技术

机器人在隧道、监狱等环境下的监控和通讯技术越来越受到青睐，机器人的轻量化设计以及降低机器人的成本，提高其运行的稳定性，也是项目开发的需求。中国公开申请号201811446729.6的公开申请《一种驱动总成装置及圆管轨道机器人》提供了一种驱动总成装置，通过同步带轮和直锥齿轮传递力矩，同时通过导向机构保证机器人运行的平稳性。

发明人在研发过程中发现，上述发明专利采用的直锥齿轮在啮合过程中产生较大的噪音；在运行过程中，由于驱动总成装置上安装的各种设备的不平衡以及运动中的动载荷，导致机器人在运行过程中仍然存在失衡的现象；同时在驱动总成的安装过程中，直锥齿轮等零件存在拆装复杂、麻烦的现象。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种圆管轨道机器人的行走机构及圆管轨道机器人，消除了机器人在运行过程中的噪音，在运动过程中通过调节动平衡机构保证机器人的全程平衡，安装拆卸方便，提高了安装效率，保证了安装质量。

本公开一方面提供的一种圆管轨道机器人的行走机构的技术方案是：

一种圆管轨道机器人的行走机构，该行走机构包括：

动力装置、同步带轮传动机构、螺旋锥齿轮传动机构和驱动轮；

动力装置产生的动力依次通过同步带轮传动机构和螺旋锥齿轮传动机构传送给驱动轮，所述螺旋锥齿轮传动机构采用螺旋锥齿轮啮合传动，最终实现驱动轮在圆管轨道上平稳运行。

进一步的，所述同步带轮传动机构包括主动同步带轮和从动同步带轮，所述主动同步带轮通过电机连接轴与动力装置连接，主动同步带轮与从动同步带轮通过同步带连接。

进一步的，所述从动同步带轮上设有减重槽。

进一步的，所述螺旋锥齿轮传动机构包括主动螺旋锥齿轮、从动螺旋锥齿轮和驱动轮轴；所述驱动轮轴从上至下安装在车架上，所述从动螺旋锥齿轮安装在驱动轮轴的一端，所述主动螺旋锥齿轮安装在锥齿轮连接轴上，所述主动螺旋锥齿轮与从动螺旋锥齿轮相啮合。

进一步的，所述锥齿轮连接轴与从动同步带轮轮轴通过承插方式连接在一起，并通过开口销钉和开口销固定。

进一步的，所述锥齿轮连接轴与从动同步带轮轮轴的承插连接处留有一定的间隙。

进一步的，所述驱动轮轴另一端通过花键与驱动轮连接；所述驱动轮通过双叠自锁垫片固定在驱动轮轴上。

进一步的，还包括安装在车架上的导向减震机构，所述导向减震机构包括转动件、套筒、滑动件及弹性支撑件；所述套筒内置有阻尼液；所述滑动件一端与转动件铰接，转动件往复摆动带动滑动件另一端在套筒中往复运动，且滑动件该端在阻尼液的作用下产生阻尼效果；所述套筒外侧置有弹性支撑件，弹性支撑件端部支撑于滑动件，在滑动件往复运动时给其以阻力。

进一步的，所述滑动件与套筒配合的端部带有活塞，活塞与套筒内壁接触配合；所述活塞带有进出液孔；所述套筒端部与滑动件之间设有堵头。

本公开另一方面提供的一种圆管轨道机器人的技术方案是：

一种圆管轨道机器人，该圆管轨道机器人包括如上所述的圆管轨道机器人的行走机构。

通过上述技术方案，本公开的有益效果是：

(1)本公开的驱动装置采用同步带轮和螺旋锥齿轮两级传动方式，提高了传递的效率；且螺旋锥齿轮的传动，几乎没有噪音，提高了使用的寿命。

(2)本公开采用了动平衡机构，能够使机器人在运动过程中抵消来各方面的失衡现象，保证机器人在轨道上平稳运行。

(3)本公开的导向减震机构能够保证机器人在运行过程中，抑制来自于轨道面的冲击和振荡，降低机器人的运行噪音，提高圆管轨道机器人的使用寿命。

(4)本公开的抱紧支撑机构能够根据轨道的实际情况，自行调节抱紧轮，保证机器人在运行过程中时刻与轨道保持接触且有一定的摩擦力。

(5)本公开的涨紧轮机构能够保证同步带能时刻与同步带轮有一定的涨紧力，提高同步带轮传动的效率。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本公开的不当限定。

图1是实施例一圆管轨道机器人行走机构的结构图一；

图2是实施例一圆管轨道机器人行走机构的结构图二；

图3是实施例一导向减震机构的结构图；

其中，1、圆管轨道，2、驱动轮轴，3、驱动轮，4、驱动轮轴套，5、驱动轮轴承盖，6、锥齿轮支架，7、从动螺旋锥齿轮，8、主动螺旋锥齿轮，9、开口销钉，10、同步带，11、涨紧轮机构，12、从动同步带轮轮轴，13、锥齿轮连接轴，14、制动机构，15、抱紧支撑机构，16、导向减震机构，17、步进电机，18、电机支架，19、电机连接轴，20、车架，21、固定板，22、转动件，23、套筒，24、滑动件，25、堵头，26、导向轮，27、减震簧，28、扁平螺母，29、子母螺钉。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

本实施例提供一种圆管轨道机器人的行走机构，请参阅附图1和图2，该行走机构包括动力装置、同步带轮传动机构、螺旋锥齿轮传动机构、导向减震机构16、抱紧支撑机构15、涨紧轮机构11、制动机构14和驱动轮3。

请参阅附图1，所述动力装置采用步进电机17来实现，步进电机17固定在电机支架18上，所述电机连接轴19通过平键的形式与主动同步带轮固定在一起，步进电机17自身上的轴通过扁口结构与电机连接轴19连接在一起，这样实现了将步进电机17的扭矩传递给主动同步带轮。步进电机产生的动力，并依次通过同步带轮传动机构和螺旋锥齿轮传动机构传送给驱动轮。

所述同步带轮传动机构包括主动同步带轮、从动同步带轮、同步带10和从动同步带轮轮轴12；通过主动同步带轮、从动同步带轮10、同步带和从动同步带轮轮轴12将电动机的力矩传递到螺旋锥齿轮传动机构上。

在本实施例中，所述从动同步带轮上设有减重槽，并预留有用于安装平衡块的安装孔位，能够根据运行过程中的失衡现象，给予合适的配重，保证处于动平衡状态。

所述从动同步带轮轮轴12的两端分别连接有螺旋锥齿轮传动机构。请参阅附图2，所述螺旋锥齿轮传动机构包括锥齿轮支架6、主动螺旋锥齿轮8、从动螺旋锥齿轮7和驱动轮轴2，所述锥齿轮支架6通过六角螺栓固定在车架20上，所述驱动轮轴2从上至下安装在锥齿轮支架上，所述从动螺旋锥齿轮7安装在驱动轮轴2的下端，所述主动螺旋锥齿轮8安装在锥齿轮连接轴13上，所述主动螺旋锥齿轮8与从动螺旋锥齿轮7相啮合；所述锥锥齿轮连接轴13的一端通过承插方式与从动同步带轮轮轴12连接，并通过开口销钉9和开口销固定；所述锥齿轮连接轴13的另一端与制动机构14连接；所述锥齿轮连接轴13与同步带轮轮轴12的承插连接处留有一定的间隙，可以用来抵消由于安装时不同轴的误差。

通过锥齿轮连接轴13与从动同步带轮轮轴12的连接，实现了螺旋锥齿轮传动机构与同步带轮传动机构的连接，能够使得电动机的力矩得到高效的快递。

在本实施例中，所述主动螺旋锥齿轮8、从动螺旋锥齿轮7与直齿锥齿轮相比，轮齿倾斜呈弧线形，相当于一对相切圆锥面作纯滚动，提高了力矩的传递效率，降低了运动过程中的噪音。

在本实施例中，所述驱动轮轴2的安装方式改变了以往的自下而上的安装方式，采用从上面往下安装方式，使得螺旋锥齿轮的安装不会产生干扰，使得安装与拆卸更加方便快捷，提高了安装的质量和效率。所述驱动轮轴上设置有驱动轮轴套和驱动轮轴承盖。

所述驱动轮轴2的上端设置有花键，所述驱动轮轴2的上端通过花键与驱动轮3连接，防止驱动轮3在驱动轮轴上的相对滑动。

在本实施例中，所述驱动轮3由钢质的轮毂和聚氨酯材质的包胶组成，且两者之间设置了防脱的凸起和沟槽，这样使得驱动轮既有一定的强度，同时还增大了与导轨接触面的摩擦力。

在本实施例中，所述驱动轮3通过双叠自锁垫片固定到驱动轮轴2上，防止驱动轮转动过程中，产生松动，且驱动轮3上同时也预留安装平衡块的安装孔位，以保证运动过程中的动平衡。

在本实施例中，所述制动机构包括刹车器支架、刹车器和差速器轴，刹车器支架上设有轴承室，在轴承室中压入轴承，再一同穿到差速器轴上，将刹车器支架通过内六角螺栓固定到车架上，这样对差速器轴起到了支撑的作用。将刹车器通过平键固定到差速器轴上，再用螺钉固定到刹车器支架，当遇到紧急情况或者驻车、停车的时候，通过刹车器抱紧差速器轴，进而实现了整个机器人的制动。

所述锥齿轮支架6的两侧分别设置有导向减震机构16。请参阅附图3，所导向减震机构16包括转动件22、套筒23、滑动件24及弹性支撑件；套筒23内置有阻尼液，一般阻尼液可以考虑采用液压油；滑动件24一端与转动件22铰接，转动件22往复摆动带动滑动件24另一端在套筒23中往复运动，且滑动件24该端在阻尼液的作用下产生阻尼效果；具体的，滑动件24可以采用拉杆形式，滑动件24伸入套筒23内部且通过盘头内六角螺钉与活塞固定连接，活塞与套筒23内壁接触配合；活塞上设有进出液孔，套筒23的空腔内装有液压油，活塞的往复运动，挤压套筒23空腔内的液压油，进而使减震机构具有了阻尼的效果，抵消来自于轨道面的机械震动，降低运动过程中的噪音，液压油起到了能量传递、抗磨、系统润滑、防腐、防锈和冷却等作用。

套筒23端部与滑动件24之间设有堵头25，堵头25通过螺纹连接的方式紧固到套筒23上，滑动件24依次穿过减堵头25和活塞，活塞通过盘头内六角螺钉紧固到滑动件24上，滑动件24的往复运动带动着活塞的往复运动。

滑动件24和堵头25上分别设有凹槽，用于放置星形密封圈，星形密封圈是一种可以对两个方向起密封作用的密封元件，在压力作用下，密封圈的截面形状会使压力向各方面均匀地传递，故具有良好的密封效果，起到了防止漏油的作用。

如图3所示，套筒3外侧置有弹性支撑件，弹性支撑件端部支撑于滑动件24，在滑动件24往复运动时给其以阻力；在本实施例中，弹性支撑件采用减震簧27，减震簧27套设于套筒23的外部，减震簧27的一侧由滑动件24上的圆盘结构限位，另一侧通过止挡件固定限位，止挡件套设于套筒外侧壁且可调节位置，减震簧27支撑于止挡件和滑动件24的圆盘结构之间，本实施例中止挡件采用扁平螺母28，扁平螺母28通过螺纹连接在套筒23外侧壁，可以通过调节扁平螺母28在减震器套筒23上的位置，来调节减震簧7弹力的大小，进而调节导向轮26对导轨的抱紧力。

减震簧27的螺距为不等螺距，两侧的螺距小，往中间逐渐增大，这样的减震簧具有稳定性好，噪音低，隔振效果好，阻尼效果好，使用寿命长等优点。这样更有利于震动的阻尼和削减，将震动产生的噪音降低到最低。

在本实施例中，滑动件24和转动件22之间通过具有光滑面的子母螺钉29紧固，且子母螺钉29的两侧放有POM耐磨垫片，滑动件4和转动件2之间可相对转动，子母螺钉起到了转轴的作用，可以使得它们之间的相对运动更加顺畅。转动件22在上下转动过程中带动滑动件24在套筒23的空腔内做往复运动。

如图3所示，转动件22为一个L形结构，其在使用在圆轨机器人导向轮时，将转动件22与导向轮26的轮轴固定连接，如图3，转动件2的摆动同时带动着导向轮11的上下运动，保证导向轮11时刻与轨道面抱紧并提供足够的支撑力量，使得机器人能够在转弯、上下坡时正常平稳的运行。

如3所示，转动件22和套筒23均铰接连接于固定板21，固定板21通过内六角螺钉固定到车架上，且恰好能够使组装好的导向轮26贴合到圆轨上，固定板21上设有两组固定筋板，分别通过子母螺钉29固定转动件22和套筒23。转动件22和套筒23均可绕与固定板21连接处转动，在导向轮26发生震动时，通过减震簧27和套筒23、滑动2件4之间的配合起到双重阻尼和减震的效果，吸收来自于轨道面的冲击和震动。

本实施例提出的导向减震机构具体的使用方法如下：

运行时，将转动件22与圆轨机器人的导向轮26的轮轴固定连接，导向轮26在轨道运行时的震动以及上下坡和转弯时会带动转动件22上下摆动，由转动件22和套筒23端部铰接于固定板21，转动件22和套筒23均可绕与固定板21连接处转动，转动件22进而带动滑动件24在套筒23中往复运动，套筒23外侧的减震2簧7和套筒23内的阻尼液对滑动件24形成双重阻尼减震，进而吸收来自轨道面的冲击和震动。

本实施例提出的导向减震机构能够保证机器人在运行过程中，抑制来自于轨道面的冲击和振荡，降低机器人的运行噪音，提高圆管轨道机器人的使用寿命。

所述车架上固定连接有两个对称设置的抱紧支撑机构15。在本实施例中，所述抱紧支撑机构15采用专利申请号201811532835.6公开的《一种应用于轨道机器人的支撑结构及稳定支撑机构》中支撑结构。

本实施例提出的抱紧支撑机构能够根据轨道的实际情况，自行调节抱紧轮，保证机器人在运行过程中时刻与轨道保持接触且有一定的摩擦力。

所述涨紧轮机构11设置在车架侧面，在本实施例中，该涨紧轮机构11采用专利申请号201811532835.6公开的《一种应用于轨道机器人的支撑结构及稳定支撑机构》中涨紧结构。

本实施例提出的涨紧轮机构能够保证同步带能时刻与同步带轮有一定的涨紧力，提高同步带轮传动的效率。

本实施例提出的圆管轨道机器人的行走机构使用时，步进电机17产生动力，通过电机轴将步进电机产生的动力传递给主动同步带轮；通过主动同步带轮、从动同步带轮10、同步带和从动同步带轮轮轴12将步进电机的动力传递到主动螺旋锥齿轮8上，主动螺旋锥齿轮8将动力传送给从动螺旋锥齿轮7，从动螺旋锥齿轮7通过驱动轮轴2将动力传送给驱动轮3；通过导向减震机构16抑制来自于轨道面的冲击和振荡，保证机器人在运行过程中，通过抱紧支撑机构15自行调节抱紧轮，保证机器人在运行过程中时刻与轨道保持接触且有一定的摩擦力；通过涨紧轮机构11保证同步带能时刻与同步带轮有一定的涨紧力，从而实现驱动轮3在圆管轨道1上平稳运行。

实施例二

本实施例还提供一种圆管轨道机器人，所述圆管轨道机器人包括如图1-2所示的行走机构。

其中，本实施例的行走机构的具体结构请参阅前面实施例的相关描述，在此不做赘述。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种圆管轨道机器人的行走机构，其特征是，包括：

动力装置、同步带轮传动机构、螺旋锥齿轮传动机构和驱动轮；

动力装置产生的动力依次通过同步带轮传动机构和螺旋锥齿轮传动机构传送给驱动轮，所述螺旋锥齿轮传动机构采用螺旋锥齿轮啮合传动，最终实现驱动轮在圆管轨道上平稳运行。

2.根据权利要求1所述的圆管轨道机器人的行走机构，其特征是，所述同步带轮传动机构包括主动同步带轮和从动同步带轮，所述主动同步带轮通过电机连接轴与动力装置连接，主动同步带轮与从动同步带轮通过同步带连接。

3.根据权利要求2所述的圆管轨道机器人的行走机构，其特征是，所述从动同步带轮上设有减重槽。

4.根据权利要求1所述的圆管轨道机器人的行走机构，其特征是，所述螺旋锥齿轮传动机构包括主动螺旋锥齿轮、从动螺旋锥齿轮和驱动轮轴；所述驱动轮轴从上至下安装在车架上，所述从动螺旋锥齿轮安装在驱动轮轴的一端，所述主动螺旋锥齿轮安装在锥齿轮连接轴上，所述主动螺旋锥齿轮与从动螺旋锥齿轮相啮合。

5.根据权利要求4所述的圆管轨道机器人的行走机构，其特征是，所述锥齿轮连接轴与从动同步带轮轮轴通过承插方式连接在一起，并通过开口销钉和开口销固定。

6.根据权利要求5所述的圆管轨道机器人的行走机构，其特征是，所述锥齿轮连接轴与从动同步带轮轮轴的承插连接处留有间隙。

7.根据权利要求4所述的圆管轨道机器人的行走机构，其特征是，所述驱动轮轴另一端通过花键与驱动轮连接；所述驱动轮通过双叠自锁垫片固定在驱动轮轴上。

8.根据权利要求1所述的圆管轨道机器人的行走机构，其特征是，还包括安装在车架上的导向减震机构，所述导向减震机构包括转动件、套筒、滑动件及弹性支撑件；所述套筒内置有阻尼液；所述滑动件一端与转动件铰接，转动件往复摆动带动滑动件另一端在套筒中往复运动，且滑动件该端在阻尼液的作用下产生阻尼效果；所述套筒外侧置有弹性支撑件，弹性支撑件端部支撑于滑动件，在滑动件往复运动时给其以阻力。

9.根据权利要求8所述的圆管轨道机器人的行走机构，其特征是，所述滑动件与套筒配合的端部带有活塞，活塞与套筒内壁接触配合；所述活塞带有进出液孔；所述套筒端部与滑动件之间设有堵头。

10.一种圆管轨道机器人，其特征是，包括权利要求1至9中任一项所述的圆管轨道机器人的行走机构。