CN110861066A - 一种轨道巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道巡检机器人，涉及管廊巡检设备领域，包括轨道和巡检机器人，巡检机器人的底盘一端设置有导向机构，另一端设置有驱动机构；导向机构包括两个对称设置的导向装置，导向装置包括车轮和导向轮，在过弯时导向轮在轨道立板的作用下带动车轮偏转完成导向；驱动机构包括两个对称设置的驱动装置，驱动装置包括动力装置、安装块、主动轮和连接块，安装块的一端与底盘可转动的连接，两个安装块的另一端通过弹簧连接，动力装置固定安装在安装块上，其输出轴上固定套接有主动轮，在弹簧的作用下两个主动轮压紧在立板的两个侧面上，能同时实现驱动和导向功能。该巡检机器人适用范围广，行走安全，且结构简单、紧凑、轻便。

Description

一种轨道巡检机器人

技术领域

本发明涉及管廊巡检设备领域，具体为一种轨道巡检机器人。

背景技术

管廊，即管道的走廊，在化工及其相关类工厂中很多管道被集中在一起，沿着装置或厂房外布置，一般是在空中，用支架撑起，形成和走廊类似的样子。日常生产过程中，这些管廊需要定时巡检，以发现并及时处理隐患。常规的管廊巡检一般是指定专业人员沿管道铺设线路进行定时巡查，其人工成本高，且巡检的准确性取决于人员的经验和工作状态，往往难以得到保证。

为解决这些问题，现有技术中，出现了用于管廊巡检的轨道机器人。这类轨道机器人一般由轨道和搭载有检测设备的行走小车等部件组成，行走小车在轨道上行走，完成管廊的巡检作业。

现有技术中，辅助巡检机器人运动的行走机构通常为常规小车的形式，即在其底部平行设置有主动轮组和从动轮组，通过设置电机和减速机对主动轮组进行驱动，以实现行走装置在轨道上行走。然而，这种形式的巡检机器人，通常只能沿直线轨道运动，而现实中管廊的铺设并非全是直线，巡检机器人的行走轨道跟随管廊铺设会存在弯道及上下坡的情况，现有技术中的行走小车难以适用于弯道上的使用。即便是勉强设置导向装置，巡检机器人在通过弯道时会左右摆动，影响巡检结果的准确，尤其是在通过连续弯道时，会产生剧烈晃动和颠簸，存在脱轨的风险。同时，在一些特定的巡检作业过程中，往往需要巡检机器人停在轨道上的特定位置进行较长时间的检测作业，现有技术中的轨道巡检机器人无法实现准确的停止定位，尤其是在具备坡度的轨道上，无法保持静停状态，难以满足使用要求。另外，为了达到准确的检测结果，轨道一般靠近管廊附近架设，通常为高空架设，这使得轨道的承重能力受到局限，而巡检机器人本身包含必要的检测设备、供电设备等，这就要求辅助其行进的行走机构尽可能轻便，而现有技术中的巡检机器人，其行走小车需要设置大功率电机、减速机甚至联轴器等部件，难以实现轻质化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种轨道巡检机器人，除了可在直线轨道上运行外，还可适用于不同弯道情况下的应用场景，其行走安全，不存在脱轨风险，且行走部分的整体结构简单、紧凑、轻便，制作和使用成本低。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种轨道巡检机器人，包括轨道和巡检机器人，

所述轨道包括横板和立板，所述立板固定设置于所述横板的顶面中部使所述轨道的截面呈T字形；

所述巡检机器人包括底盘，所述底盘的一端设置有导向机构，其另一端设置有驱动机构；

所述导向机构包括两个对称设置的导向装置，所述导向装置包括安装座，所述安装座的底部可转动的连接有车轮支架，所述车轮支架上可转动的设置有车轮，所述车轮的中心位于所述车轮支架的旋转轴延长线上，所述车轮支架的一侧设置有侧板，所述侧板上可转动的安装有两个导向轮，所述导向轮的旋转轴与所述车轮支架的旋转轴平行设置，两个所述导向轮以所述车轮支架的旋转轴为对称轴对称设置，所述车轮与所述横板接触设置，两个所述导向装置的导向轮分别与所述立板的两侧接触设置；

所述驱动机构包括两个对称设置的驱动装置，所述驱动装置包括动力装置、安装块、主动轮和连接块，所述安装块的一端与所述底盘可转动的连接，所述安装块的另一端上可转动的设置有所述连接块，所述动力装置固定安装在所述安装块上，其输出轴上固定套接有所述主动轮，两个所述主动轮分别与所述立板的两侧接触设置，还包括弹簧a，所述弹簧a的两端分别与两个所述连接块固定连接，所述弹簧a用于使两个所述主动轮均压紧在所述立板的侧面上。

进一步的，所述车轮支架的侧面固定设置有若干矩形滑轨，若干所述矩形滑轨均垂直于所述车轮支架的侧面，所述侧板上开设有若干矩形孔，所述矩形滑轨可滑动的设置于所述矩形孔内，所述矩形滑轨远离所述车轮支架的一端固定设置有扣板，所述扣板用于对所述侧板的滑动进行限位，还包括若干呈压缩状态的弹簧b，所述弹簧b的两端分别与所述车轮支架和侧板连接。

进一步的，所述立板的顶面固定设置有防脱板，所述防脱板用于防止所述导向轮和主动轮脱出轨道。

进一步的，所述动力装置包括电机和涡轮蜗杆减速机，所述涡轮蜗杆减速机固定安装在所述安装块上，所述电机与所述涡轮蜗杆减速机固定连接，所述电机的输出轴与所述涡轮蜗杆减速机的输入轴固定连接，所述主动轮固定套接在所述蜗杆减速机的输出轴上。

进一步的，所述主动轮上固定套接有橡胶套。

进一步的，所述车轮支架呈拨叉状，所述车轮支架的两拨叉端上相对设置有安装孔，还包括螺栓和两个限位耐磨套，所述螺栓固定穿设于两个所述安装孔内，所述限位耐磨套包括同心设置的限位板和套筒，所述限位板的一端与所述套筒的一端固定连接，两个所述限位耐磨套均套设在所述螺栓上，所述车轮套设在两个所述套筒上，所述限位板的两端分别与所述车轮支架的一个拨叉和所述车轮的一侧面接触设置。

进一步的，所述导向轮选用普通轴承，还包括螺钉、膨胀筒和螺帽，所述侧板上开设有螺钉通孔，所述螺钉的螺纹端穿过所述螺钉通孔与所述螺帽通过螺纹连接，所述膨胀套套设在所述螺钉上，所述导向轮套设在所述膨胀套上，所述螺钉拧紧时可使所述膨胀套与所述导向轮的内圈通过胀紧固定连接。

本发明的有益效果是：

该轨道巡检机器人包括巡检机器人和T字形轨道，在巡检机器人的底盘两端分别安装导向机构和驱动机构，两者可联合对巡检机器人进行导向，其具备了自适应调节方向的能力，其转弯过程流畅稳定，除了可在直线轨道上运行外，还可适用于不同弯道情况下的应用场景，适用范围更广。

在T字形轨道的立板顶端设置防脱板，利用防脱板的阻挡功能有效避免巡检机器人在轨道上行走时出现颠簸而存在的脱轨风险时。两个驱动装置之间由弹簧a连接，可手动拉伸弹簧a使驱动装置的主动轮分开，迈过防托板进行安装；两个导向装置的导向轮设置呈可滑动的形式，用弹簧b将导向轮的侧板与车轮支架连接，手动压缩弹簧b可使导向轮滑动，迈过防托板进行安装，整个巡检机器人与轨道之间的安装过程简单、方便。

上述驱动机构和导向机构的整体结构简单、紧凑，其本身重量低，不会对轨道带来太多的负荷；其所使用的零部件大多为市售标准件，这些零件容易获取，制作成本低，且易损件的更换修复极为方便。

附图说明

图1为本发明一种轨道巡检机器人的整体结构示意图；

图2为巡检机器人底盘底部结构示意图；

图3为导向装置的结构示意图；

图4为导向装置的分解结构示意图；

图5为驱动机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

一种轨道巡检机器人，包括轨道和巡检机器人，巡检机器人包括底盘，底盘上搭载有检测仪器，巡检机器人在轨道上行走过程中，利用检测仪器完成管廊的巡检。

如图1至图5所示，上述轨道包括横板11和立板12，立板12固定设置于横板11的顶面中部使轨道的截面呈T字形。上述巡检机器人的底盘一端设置有导向机构3，其另一端设置有驱动机构2。

该导向机构3包括两个对称设置的导向装置。如图3、图4所示，导向装置包括安装座31，安装座31的底部可转动的连接有车轮支架32，车轮支架32上可转动的设置有车轮33，车轮33的中心位于车轮支架32的旋转轴延长线上，车轮支架32的一侧设置有侧板34，侧板34上可转动的安装有两个导向轮35，导向轮35的旋转轴与车轮支架32的旋转轴平行设置，两个导向轮35以车轮支架32的旋转轴为对称轴对称设置，车轮33与横板11接触设置，两个导向装置的导向轮35分别与立板12的两侧接触设置。

该导向装置可通过安装座1固定安装在轨道巡检机器人的底盘底面，用于对其在弯道轨道上行走时起到良好的导向作用。轨道巡检机器人在截面呈T字形的轨道上进行行走，该导向装置成对使用构成导向机构，其安装在巡检机器人的底盘上后，车轮3与横板11接触，以支撑巡检机器人在横板11上行进；两个导向装置的导向轮35分别与立板12的两个侧面接触，实现巡检机器人的过弯导向功能。具体的，其在经过轨道弯道时，位于弯道内侧的导向装置的行进前端的导向轮35随着过弯过程受力，带动该导向装置的车轮支架32转动，进而使车轮33偏转行进方向，从而引导调整巡检机器人的行进方向；此时，因两个导向装置的安装座1均与巡检机器人的底盘固定连接，其相对位置固定，过弯时在巡检机器人本体的拉扯下，位于弯道外侧的导向装置的车轮33只能进行同步偏转，两个导向装置一起引导巡检机器人过弯动作。而设置使车轮33的中心位于车轮支架32的旋转轴延长线上，可保证上述在引导巡检机器人过弯的过程中，车轮33在过弯的每一个瞬间在导向轮35传递的推力作用下进行适应性的偏转，而不会出现过弯引导滞后的现象，可有效保证巡检机器人过弯过程的流畅性。尤其是面对连续弯道时，确保巡检机器人流畅稳定的过弯，使其能准确得随着轨道的铺设方向行进，不会因为过弯引导滞后造成巡检机器人在连续弯道上摆动，影响巡检结果的情况发生。

驱动机构2包括两个对称设置的驱动装置，驱动装置包括动力装置、安装块23、主动轮24和连接块25，安装块23的一端与底盘可转动的连接，安装块23的另一端上可转动的设置有连接块25，动力装置固定安装在安装块23上，其输出轴上固定套接有主动轮24，两个主动轮24分别与立板12的两侧接触设置，还包括弹簧a26，弹簧a26的两端分别与两个连接块25固定连接，弹簧a26用于使两个主动轮24均压紧在立板12的侧面上。

该驱动机构安装好后，在弹簧a26的作用下，两个连接块25被相向拉紧，使两个安装块23的一端相互拉紧，从而使得两个主动轮24压紧在立板12两侧。此时，启动动力装置，其输出轴带动主动轮34转动，因两个主动轮34与立板12之间处于压紧状态，在摩擦力的作用下可实现该巡检机器人的行走驱动。当遇到弯道时，两个安装块23根据弯道内外侧曲率半径不同可进行适应性的摆动和调整，从而调整巡检机器人的行进方向，使其能流畅的通过弯道，此时弹簧a26依然保持着将两个主动轮24拉紧在立板12两侧，保证正常的驱动。

通过上述设置，导向机构和驱动机构可联合对巡检机器人进行导向，其具备了自适应调节方向的能力，除了可在直线轨道上运行外，还可适用于不同弯道情况下的应用场景，适用范围更广。

优选的，上述动力装置包括电机21和涡轮蜗杆减速机22，涡轮蜗杆减速机22固定安装在安装块23上，电机21与涡轮蜗杆减速机22固定连接，电机21的输出轴与涡轮蜗杆减速机22的输入轴固定连接，主动轮24固定套接在蜗杆减速机22的输出轴上。设置涡轮蜗杆减速机22，可充分利用其自锁的性能，实现准确的停止定位，即使是在坡道轨道上，也可以保持停车状态，完成巡检作业。优选的，在主动轮24上固定套接有橡胶套27，一方面利用其表面摩擦力大的特性实现更为稳定和准确的驱动，另一方面因橡胶套27为柔性材质，其允许发生一定的变形，在转弯时避免的主动轮24与立板12之间出现刚性挤压和磨损，延长使用寿命，也保证了驱动的可靠性和停车定位的准确性。

因巡检机器人在轨道上行进时存在脱轨的安全隐患，故进一步的，立板12的顶面固定设置有防脱板13，防止导向轮35和主动轮24均设置于防脱板13的下方，一旦巡检机器人在轨道上行走时出现颠簸，存在脱轨风险时，导向轮35和主动轮24均被防脱板13阻挡，防止巡检机器人脱离轨道。因设置弹簧a26，该巡检机器人的驱动机构端在安装上轨道上时，直接掰开两个安装块23是弹簧a26拉伸，两个主动轮24以及橡胶套27可迈过防脱板13的位置，其后松开安装块23，弹簧a26缩回，两个主动轮24或橡胶套27压紧在立板12的两侧，即可完成该端的安装。但是，该巡检机器人的导向机构端，两个导向装置的导向轮35无法迈过防脱板13。故进一步的，上述车轮支架32的侧面固定设置有若干矩形滑轨321，若干矩形滑轨321均垂直于车轮支架32的侧面，侧板34上开设有若干矩形孔，矩形滑轨321可滑动的设置于矩形孔内，矩形滑轨321远离车轮支架32的一端固定设置有扣板322，扣板322用于对侧板34的滑动进行限位，还包括若干呈压缩状态的弹簧b323，弹簧b323的两端分别与车轮支架32和侧板34连接。将巡检机器人放置在轨道上时，可掰动两个导向装置的侧板34压缩弹簧b323使其向两侧滑动，迈过防脱板13后松开侧板34，在弹簧b323的作用下两个侧板34向中间靠拢，将导向轮35压紧在立板12的侧面上，即可完成巡检机器人导向机构端在轨道上的安装，整个安装过程简单、方便。

优选的，车轮支架32呈拨叉状，车轮支架32的两拨叉端上相对设置有安装孔，还包括螺栓331和两个限位耐磨套332，螺栓331固定穿设于两个安装孔内，限位耐磨套332包括同心设置的限位板和套筒，限位板的一端与套筒的一端固定连接，两个限位耐磨套332均套设在螺栓331上，车轮33套设在两个套筒上，限位板的两端分别与车轮支架32的一个拨叉和车轮33的一侧面接触设置。上述两个耐磨套筒332在限位板的作用下可保证将车轮33限位于车轮支架32两拨叉端的中央位置。在对车轮33、耐磨套33进行拆卸更换时，仅需要拧松取出螺栓331即可，其拆卸极为简单方便。优选的，导向轮35选用普通轴承，还包括螺钉351、膨胀筒352和螺帽353，侧板34上开设有螺钉通孔，螺钉351的螺纹端穿过螺钉通孔与螺帽353通过螺纹连接，膨胀套352套设在螺钉351上，导向轮35套设在膨胀套352上，螺钉351拧紧时可使膨胀套352与导向轮35的内圈通过胀紧固定连接。在拆卸导向轮35时，拧松螺帽353即可完成整体拆卸；在安装导向轮35时，仅需要拧紧螺钉351和螺帽353的连接，膨胀套352的两端分别与螺钉头和侧板34接触并在拧紧过程中受到挤压，膨胀套352胀紧导向轮352的内圈即可完成安装，整个拆装过程均极为简单方便。

上述设置中，该导向装置整体结构简单、紧凑，其本身重量低，不会对轨道带来太多的负荷；其所使用的零部件大多为市售标准件，这些零件容易获取，该装置整体成本低；而对于长期运行的易损件诸如车轮33、耐磨套332以及导向轮35的拆装极为简单，更换修复方便。

另外，在底盘的底部可转动的设置有两个支撑轮4，两个支撑轮4分别设置于立板12的两侧，支撑轮4与横板11接触设置。支撑轮4和车轮33一起支撑巡检机器人在轨道上完成行走动作，小车的重量大部分由横板11进行支撑。上述驱动机构仅完成小车的动力输出，而没有承载和支撑的作用，其功能单一，有效保证驱动过程的稳定以及定位的准确。上述导向机构在导向时，因有支撑轮4支撑巡检机器人的重量，不会对车轮33的偏转动作产生过多的阻力，有效的保证导向过程的流程。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种轨道巡检机器人，包括轨道和巡检机器人，其特征在于，

所述轨道包括横板（11）和立板（12），所述立板（12）固定设置于所述横板（11）的顶面中部使所述轨道的截面呈T字形；

所述巡检机器人包括底盘，所述底盘的一端设置有导向机构（3），其另一端设置有驱动机构（2）；

所述导向机构（3）包括两个对称设置的导向装置，所述导向装置包括安装座（31），所述安装座（31）的底部可转动的连接有车轮支架（32），所述车轮支架（32）上可转动的设置有车轮（33），所述车轮（33）的中心位于所述车轮支架（32）的旋转轴延长线上，所述车轮支架（32）的一侧设置有侧板（34），所述侧板（34）上可转动的安装有两个导向轮（35），所述导向轮（35）的旋转轴与所述车轮支架（32）的旋转轴平行设置，两个所述导向轮（35）以所述车轮支架（32）的旋转轴为对称轴对称设置，所述车轮（33）与所述横板（11）接触设置，两个所述导向装置的导向轮（35）分别与所述立板（12）的两侧接触设置；

所述驱动机构（2）包括两个对称设置的驱动装置，所述驱动装置包括动力装置、安装块（23）、主动轮（24）和连接块（25），所述安装块（23）的一端与所述底盘可转动的连接，所述安装块（23）的另一端上可转动的设置有所述连接块（25），所述动力装置固定安装在所述安装块（23）上，其输出轴上固定套接有所述主动轮（24），两个所述主动轮（24）分别与所述立板（12）的两侧接触设置，还包括弹簧a（26），所述弹簧a（26）的两端分别与两个所述连接块（25）固定连接，所述弹簧a（26）用于使两个所述主动轮（24）均压紧在所述立板（12）的侧面上。

2.根据权利要求1所述的一种轨道巡检机器人，其特征在于，所述车轮支架（32）的侧面固定设置有若干矩形滑轨（321），若干所述矩形滑轨（321）均垂直于所述车轮支架（32）的侧面，所述侧板（34）上开设有若干矩形孔，所述矩形滑轨（321）可滑动的设置于所述矩形孔内，所述矩形滑轨（321）远离所述车轮支架（32）的一端固定设置有扣板（322），所述扣板（322）用于对所述侧板（34）的滑动进行限位，还包括若干呈压缩状态的弹簧b（323），所述弹簧b（323）的两端分别与所述车轮支架（32）和侧板（34）连接。

3.根据权利要求2所述的一种轨道巡检机器人，其特征在于，所述立板（12）的顶面固定设置有防脱板（13），所述防脱板（13）用于防止所述导向轮（35）和主动轮（24）脱出轨道。

4.根据权利要求1所述的一种轨道巡检机器人，其特征在于，所述动力装置包括电机（21）和涡轮蜗杆减速机（22），所述涡轮蜗杆减速机（22）固定安装在所述安装块（23）上，所述电机（21）与所述涡轮蜗杆减速机（22）固定连接，所述电机（21）的输出轴与所述涡轮蜗杆减速机（22）的输入轴固定连接，所述主动轮（24）固定套接在所述蜗杆减速机（22）的输出轴上。

5.根据权利要求1所述的一种轨道巡检机器人，其特征在于，所述主动轮（24）上固定套接有橡胶套（27）。

6.根据权利要求1所述的一种轨道巡检机器人，其特征在于，所述车轮支架（32）呈拨叉状，所述车轮支架（32）的两拨叉端上相对设置有安装孔，还包括螺栓（331）和两个限位耐磨套（332），所述螺栓（331）固定穿设于两个所述安装孔内，所述限位耐磨套（332）包括同心设置的限位板和套筒，所述限位板的一端与所述套筒的一端固定连接，两个所述限位耐磨套（332）均套设在所述螺栓（331）上，所述车轮（33）套设在两个所述套筒上，所述限位板的两端分别与所述车轮支架（32）的一个拨叉和所述车轮（33）的一侧面接触设置。

7.根据权利要求1所述的一种轨道巡检机器人，其特征在于，所述导向轮（35）选用普通轴承，还包括螺钉（351）、膨胀筒（352）和螺帽（353），所述侧板（34）上开设有螺钉通孔，所述螺钉（351）的螺纹端穿过所述螺钉通孔与所述螺帽（353）通过螺纹连接，所述膨胀套（352）套设在所述螺钉（351）上，所述导向轮（35）套设在所述膨胀套（352）上，所述螺钉（351）拧紧时可使所述膨胀套（352）与所述导向轮（35）的内圈通过胀紧固定连接。

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