CN111216743A - 矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，包括用于安装于机器人机架上与机器人行走轮配套使用的压紧轮以及用于调节压紧轮的调节装置，所述调节装置在机器人爬坡或下坡时使压紧轮靠近轨道并压紧于轨道翼板底部，在机器人水平行走时使压紧轮远离轨道以解除对轨道翼板底部的压紧力；本发明爬坡辅助装置可依据机器人行走的路况自适应改变行走轮的压于轨道的正压力，当机器人爬坡或下坡时，通过压紧轮可增大行走轮与轨道的摩擦力，提高机器人的驱动力输出，提升巡检机器人爬坡或下坡性能；当机器人在轨道水平段行走时，压紧轮远离轨道，减小行走轮压于轨道翼板的正压力，降低机器人行走的摩擦阻力和能耗，有助于增加机器人续航里程。

Description

矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置。

背景技术

矿用轨道式巡检机器人通常以吊挂方式沿行走轨道巡检，行走轨道通常为架设在巷道顶部的H型钢或者工字钢；而由于矿山巷道起伏多变，经常有上下坡道，故行走轨道通常随着巷道起伏变化而变化，巡检爬坡机器人在行走轨道上具有水平行走、爬坡以及下坡多种行走工况；由于矿山内环境较为恶劣，当矿山井下粉尘、水汽积聚在斜坡行走轨道上时，容易造成行走轨道摩擦系数减小，进而导致巡检机器人在爬坡或下坡过程中打滑，影响正常巡检，严重时还会造成溜车事故。

因此需要一种矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，该爬坡辅助装置配合机器人使用以适应爬坡或者下坡工况，防止爬坡下坡过程中打滑，提高其运行可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，爬坡辅助装置包括压紧轮和调节装置，其中在爬坡以及下坡时通过调节装置调节使得压紧轮压紧于导轨下方体提高机器人行走轮对轨道的压力，增大机器人行走轮与轨道的摩擦力，避免打滑，以提高机器人的爬坡和下坡能力。

本发明的矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，包括用于安装于机器人机架上与机器人行走轮配套使用的压紧轮以及用于调节压紧轮的调节装置，所述调节装置在机器人爬坡或下坡时使压紧轮靠近轨道并压紧于轨道翼板底部，在机器人水平行走时使压紧轮远离轨道以解除对轨道翼板底部的压紧力。

进一步，压紧轮以可靠近或远离轨道翼板底部的方式设置于机架上，还包括设置于机架上的弹性件Ⅰ，所述弹性件具有驱动压紧轮向靠近轨道翼板底部运动的弹性力，在机器人沿轨道水平段行走时调节装置驱动压紧轮远离轨道翼板底并对压紧轮形成限位，在机器人爬坡或下坡时，调节装置解除对压紧轮的限位使得压紧轮向靠近轨道翼板底部运动并压紧于轨道翼板底部。

进一步，所述调节装置包括用于安装于轨道底部的调节件以及用于安装于机架上的限位装置，所述机器人从水平段向倾斜段运行时，调节件驱动限位装置远离压紧轮使得压紧轮向靠近轨道翼板底部侧运动并压紧于轨道翼板底部，所述机器人从倾斜段向水平段运行时，调节件驱动压紧轮远离轨道翼板底部并驱动限位装置靠近压紧轮对压紧轮形成限位防止压紧轮复位。

进一步，所述调节件包括用于安装于轨道底部并向下凸起用于驱动压紧轮远离轨道的竖向凸起以及侧向凸出于轨道侧部的水平凸起，所述限位装置包括限位块、弹性件Ⅱ以及解锁杆，所述弹性件Ⅱ具有使限位块向靠近压紧轮侧移动的弹性力，所述限位杆连接于限位块上，水平凸起在沿轨道长度方向两端具有引导解锁杆滑动的斜边，所述解锁杆在随机器人行走过程中沿斜边滑动并驱动限位块靠近或远离压紧轮以对压紧轮形成限位或解锁，所述调节件安装于轨道上时，水平凸起一斜边位于竖向凸起靠近轨道倾斜段一侧，另一斜边与竖向凸起在轨道宽度方向投影重合。

进一步，所述压紧轮安装于压紧轮支架上，所述压紧轮支架底部可滑动内套于支架底座内，所述弹性件Ⅰ连接于压紧轮支架与支架底座之间。

进一步，所述限位装置还包括限位底座，所述限位块以可靠近压紧轮或远离压紧轮的方式滑动安装于限位底座上，所述弹性件Ⅱ连接于限位块与限位底座之间。

进一步，所述限位块上连接有导杆，所述导杆可滑动内套于限位底座上，所述弹性件Ⅱ连接于导杆与限位底座之间。

进一步，所述压紧轮上具有与限位块配合的限位台，所述限位台随压紧轮远离导轨翼板底部时，限位块被驱动靠近压紧轮用于抵在限位台上方以限制限位台向靠近导轨翼板底部移动复位。

进一步，所述导杆与限位底座之间通过滑块以及滑槽配合的方式实现导杆与限位底座在远离或靠近压紧轮方向的单自由度滑动配合。

进一步，所述压紧轮支架与支架底座之间通过滑块以及滑槽配合的方式实现压紧轮支架与支架底座在远离或靠近压轨道翼板方向的单自由度滑动配合。

本发明的有益效果：

本发明爬坡辅助装置可依据机器人行走的路况自适应改变行走轮的压于轨道的正压力，当机器人爬坡或下坡时，压紧轮压紧于轨道翼板底部时，对底盘形成向下的反作用力，该作用力通过侧板和驱动装置作用于行走轮，使得行走轮压紧于轨道翼板上表面，增大行走轮与轨道的摩擦力，提高机器人的驱动力输出，提升巡检机器人爬坡或下坡性能，改善爬坡或下坡过程中行走轮打滑造成的安全隐患，提高人的运行可靠性；当机器人在轨道水平段行走时，压紧轮远离轨道，减小行走轮压于轨道翼板的正压力，降低机器人行走的摩擦阻力和能耗，有助于增加机器人续航里程。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明剖视结构示意图；

图3为局部构示意图；

图4为水平凸起和竖向凸起结构示意图；

具体实施方式

图1为本发明结构示意图；图2为本发明剖视结构示意图；图3为局部构示意图；图4为水平凸起和竖向凸起结构示意图；

结合附图所示，本实施例提供了一种矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，包括机架1、安装于机架上用于沿轨道翼板上滚动以带动机架沿轨道行走的行走轮2、驱动行走轮转动的驱动装置、安装于机架上用于压紧于轨道翼板底部的压紧轮3以及用于调节压紧轮的调节装置，所述调节装置在机器人爬坡或下坡时使压紧轮靠近轨道并压紧于轨道翼板底部，在机器人水平行走时使压紧轮远离轨道以解除对轨道翼板底部的压紧力。

结合图1所示，机架代表机器人的机身，轨道为工字型结构，轨道在煤矿巷道内吊装，机器人以吊挂方式安装于轨道上，本实施例中轨道分为三段，包括位于下方的下水平轨道16a位于中部的斜轨道16b以及位于上方的上水平轨道16c，以上述三段轨道为例对机器人爬坡或者下坡时的原理进行说明；本实施例中行走轮设置有两组，两组行走轮分别位于轨道腹板的两侧并沿着轨道下翼板上表面滚动，配合于行走轮，压紧轮也设置有两组，压紧轮安装于行走轮的正下方，压紧轮用于压紧在轨道下翼板以提高行走轮的摩擦力，行走轮与压紧轮的数量可依据行走轮与轨道的配合形式调整，具体不在赘述；行走轮也可沿轨道的上翼板上表面行走，此时压紧轮可压紧于上翼板下表面或者下翼板下表面，具体不在赘述；其中基架包括底盘1a以及侧板1b，其中底盘位于轨道底部正下方，两个侧板分别位于轨道宽度两侧并分别于底盘两侧连接，侧板顶部与驱动装置连接，本实施例中驱动装置为电机15，当然驱动装置也可以为柴油机或其他形式的动力装置，具体不在赘述；驱动装置的输出轴与行走轮传动配合用于驱动行走轮的转动，其中每组行走轮可设置多个，通过驱动装置配合由多个齿轮构成的传动装置对多个行走轮同步驱动，驱动轮外设置有防滑纹以提高其爬坡能力；底盘作为安装台安装有压紧轮和调节装置，底盘也便于安装巡检时所需要的传感器等装置；当机器人爬坡或下坡时，压紧轮压紧于轨道翼板底部，对底盘形成向下的反作用力，该作用力通过侧板和驱动装置作用于行走轮，使得行走轮压紧于轨道翼板上表面，增大行走轮与轨道的摩擦力，提高机器人的驱动力输出，提升巡检机器人爬坡或下坡性能，改善爬坡或下坡过程中行走轮打滑造成的安全隐患，提高人的运行可靠性；当机器人在轨道水平段行走时，压紧轮远离轨道，减小行走轮压于轨道翼板的正压力，降低机器人行走的摩擦阻力和能耗，有助于增加机器人续航里程。

本实施例中，压紧轮以可靠近或远离轨道翼板底部的方式设置于机架上，所述机架上还设置有弹性件Ⅰ4，所述弹性件具有驱动压紧轮向靠近轨道翼板底部运动的弹性力，在机器人沿轨道水平段行走时调节装置驱动压紧轮远离轨道翼板底并对压紧轮形成限位，在机器人爬坡或下坡时，调节装置解除对压紧轮的限位使得压紧轮向靠近轨道翼板底部运动并压紧于轨道翼板底部。结合图2和图4所示，弹性件Ⅰ为圆柱螺旋弹簧，当然也可以为碟片弹簧或波形弹簧等弹性结构，具体在不在赘述；在压紧轮不被限位时，压紧轮受到弹性件Ⅰ的弹力作用向上滑动压紧于轨道翼板底部，此状态适用于机器人沿斜轨道16b行走，此时行走轮与轨道之间的摩擦力较大，当压紧轮远离轨道并被限位时，此状态适用于机器人沿水平轨道行走，调节装置可采用液压结构或者采用电磁铁结构以驱动压紧轮的运行，具体不在赘述；

本实施例中，所述调节装置包括安装于轨道底部的调节件以及安装于机架上的限位装置，所述机器人从水平段向倾斜段运行时，调节件驱动限位装置远离压紧轮使得压紧轮向靠近轨道翼板底部侧运动并压紧于轨道翼板底部，所述机器人从倾斜段向水平段运行时，调节件驱动压紧轮远离轨道翼板底部并驱动限位装置靠近压紧轮对压紧轮形成限位防止压紧轮复位。其中调节件具有两个作用，其一为驱动压紧轮竖向运行以靠近轨道翼板或远离轨道翼板底部，其二为驱动限位装置水平靠近或远离压紧轮以实现对压紧轮的限位或解锁，其中限位装置可以为销轴并配合压紧轮支架上的定位孔结构，也可以为限位块配合压紧轮支架上的限位台阶，具体不在赘述，其中调节件可以通过液压驱动或者配合丝杆螺母实现对压紧轮以及限位装置的驱动，具体不在赘述；

本实施例中，所述调节件安装于轨道水平段靠近倾斜段一端，所述调节件包括安装于轨道底部并向下凸起用于驱动压紧轮远离轨道的竖向凸起5以及侧向凸出于轨道侧部的水平凸起6，所述限位装置包括限位块7、弹性件Ⅱ8以及解锁杆9，所述弹性件Ⅱ具有使限位块向靠近压紧轮侧移动的弹性力，所述限位杆连接于限位块上，水平凸起在沿轨道长度方向两端具有引导解锁杆滑动的斜边6a，所述解锁杆在随机器人行走过程中沿斜边滑动并驱动限位块靠近或远离压紧轮以对压紧轮形成限位或解锁，所述水平凸起一斜边位于竖向凸起靠近轨道倾斜段一侧，另一斜边与竖向凸起在轨道宽度方向投影重合。

结合图1，在下水平轨道16a和上水平轨道16c靠近位于中部的斜轨道16b安装有调节件，其中水平凸起以及竖向凸起安装于轨道下翼板底部，结合图2至图4所示，弹性件Ⅱ为圆柱螺旋弹簧，当然也可以为弹簧或波形弹簧等弹性结构，具体在不在赘述；斜边用于引导解锁杆滑动至水平凸起上以驱动限位块在轨道宽度方向远离或靠近压紧力，图4中，箭头方向为沿水平轨道向斜轨道运动的方向，竖向凸起为一平板结构，该竖向凸起贴合于轨道翼板下方形成沿轨道翼板下表面形成的凸起结构，竖向凸起在轨道方向的两侧具有导斜面用于引导压紧轮滚动至竖向凸起上，当压紧轮滚动至竖向凸起上时，压紧轮远离轨道下翼板；其中水平凸起同样为平板结构，在轨道下翼板底部位于竖向凸起的两侧设置有两个水平凸起，其中水平凸起沿轨道宽度方向延伸形成在轨道宽度两侧的凸起，水平凸起的斜边使得在水平凸起沿轨道长度方向两端形成锐角结构，该锐角结构位于水平凸起在轨道宽度方向靠近轨道一侧，限位块为马蹄形结构，解锁杆垂直于连接于限位块的中部，其中压紧轮支架10正对限位块开口端，压紧轮支架为圆柱结构，且限位块开口端开口距离大于压紧轮直径；结合图3和图4所示，机器人在沿着水平轨道向倾斜轨道运行过程中，压紧轮首先压于竖向凸起5上，此时压紧轮克服弹性件Ⅰ的弹性力向下运行远离轨道，机器人继续向前运行，此时解锁杆9与水平凸起的一个斜边接触，解锁杆与限位块被驱动向远离压紧轮方向移动，机器人继续行走，压紧轮从竖向凸起运行至轨道下翼板上，压紧轮受弹性件Ⅰ弹力驱动向上靠近轨道下翼板并压紧于该翼板底部，在压紧轮向靠近轨道下翼板移动过程中，限位块仍然被水平凸起驱动远离压紧轮，机器人继续行驶，解锁杆9与水平凸起的另一个斜边接触并沿斜边向靠近压紧轮侧移动复位，限位块复位，此时的限位块不对压紧轮进行限位，此时压紧轮压于轨道下翼板底部提高机器人的爬坡能力；当机器人从斜轨道16b运行至上水平轨道16c时，此时机器人运行方向与图4中箭头方向相反，解锁杆9先与水平凸起的一斜边接触并被驱动远离压紧轮，而后压紧轮运行到竖向凸起上被驱动远离轨道下翼板，机器人继续行走，解锁杆与水平凸起另一斜边接触并向靠近压紧轮侧移动复位，限位块向靠近压紧轮侧移动对压紧轮限位，机器人继续行走，由于限位块的限位使得压紧轮无法克服弹性力从竖向凸起向轨道下翼板侧移动，此时压紧轮相对下翼板为架空，压紧轮对轨道下翼板没有压紧力，降低机器人行走的摩擦阻力和能耗。

本实施例中，所述压紧轮安装于压紧轮支架10上，所述压紧轮支架底部可滑动内套于支架底座11内，所述弹性件Ⅰ4连接于压紧轮支架与支架底座之间。结合图2和图3所示，压紧轮支架头部呈马蹄形结构，压紧轮通过转轴转动配合安装于压紧轮中部，压紧轮支架尾部为连接于其头部的杆体10a，支架底座呈轴套结构，支架底座固定连接于底盘1a上，压紧轮支架的杆体部分内套于支架底座上，弹性件Ⅰ4位于支架底座内腔中并为压紧轮支架提供使其向轨道下翼板侧移动的弹性力，该结构便于压紧轮的自动压紧下翼板复位，弹性件Ⅰ的力学特性根据倾斜轨道坡度和最小摩擦系数μ选择，其弹力应能满足巡检机器人在湿滑倾斜轨道上的行驶需求。

本实施例中，所述限位装置还包括安装于机架上的限位底座12，所述限位块以可靠近压紧轮或远离压紧轮的方式滑动安装于限位底座上，所述弹性件Ⅱ8连接于限位块与限位底座之间。结合图2和图3所示，限位底座12固定连接于底盘上，限位底座底部呈倒置T形支架12a，该T形支架顶部连接有导向套12b，限位块部分内套于该导向套内并通过弹性件Ⅱ为限位块提供所需的弹性力。

本实施例中，所述限位块上连接有导杆13，所述导杆可滑动内套于限位底座上，所述弹性件Ⅱ8连接于导杆与限位底座之间。结合图2所示，导向套一端开口，限位块中部水平连接有导杆，该导杆内套于导向套内，该导杆为阶梯轴结构，导杆的大径段连接于限位块上，导向套闭合端开有与导杆小径段适配的导向孔，其中导杆的小径段通过导向孔穿出导向套，弹性件Ⅱ位于导向套内并连接于导杆的轴肩以及导向套底部为导杆提供限位块所需的弹性力；

本实施例中，所述压紧轮上具有与限位块配合的限位台14，所述限位台随压紧轮远离导轨翼板底部时，限位块被驱动靠近压紧轮用于抵在限位台上方以限制限位台向靠近导轨翼板底部移动复位。结合图2和图3所示，限位台为凸起于压紧轮支架杆体10a外圆的半圆形凸起结构，限位台适配于限位块结构具有两个用于与马蹄形限位块内部两侧配合的直边，当压紧轮向下运行远离导轨时，限位块被驱动向靠近压紧轮侧移动使得限位块运行至限位台上方，以限制限位台向上复位，使得压紧轮始终远离轨道下翼板。

本实施例中，所述导杆13与限位底座之间通过滑块以及滑槽配合的方式实现导杆与限位底座在远离或靠近压紧轮方向的单自由度滑动配合。此处的滑块并非严格意义上的块状结构，其也可以为与滑槽配合起到防止导杆转动的其他类似滑块结构，本实施例中滑块采用螺钉Ⅰ17，其中螺钉Ⅰ螺纹旋于导向套12b外圆，其中螺钉Ⅰ头部位于导向套内腔中，导杆13外圆径向开设有滑槽，螺钉Ⅰ头部位于该滑槽内，滑槽的长度可依据限位块的滑动行程确定，通过该结构配合可防止导杆转动，即提高限位块运行精度；当然，导杆与导向套内腔也可以设置为多边形结构，以防止导向相对限位底座的转动，具体不在赘述；

本实施例中，所述压紧轮支架与支架底座之间通过滑块以及滑槽配合的方式实现压紧轮支架与支架底座在远离或靠近压轨道翼板方向的单自由度滑动配合。同样，本实施例中压紧轮支架对应的滑块为螺钉Ⅱ18，其中螺钉Ⅱ螺纹旋于支架底座11外圆，其中螺钉Ⅱ头部位于支架底座内腔中，杆体10a外圆径向开设有滑槽，螺钉Ⅱ头部位于该滑槽内，滑槽的长度可依据压紧轮的滑动行程确定，通过该结构配合可防止杆体转动，提高压紧轮的运行可靠性；当然，杆体与支架底座内腔也可以设置为多边形结构，以防止杆体相对支架底座的转动，具体不在赘述；

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，其特征在于：包括用于安装于机器人机架上与机器人行走轮配套使用的压紧轮以及用于调节压紧轮的调节装置，所述调节装置在机器人爬坡或下坡时使压紧轮靠近轨道并压紧于轨道翼板底部，在机器人水平行走时使压紧轮远离轨道以解除对轨道翼板底部的压紧力。

2.根据权利要求1所述的矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，其特征在于：压紧轮以可靠近或远离轨道翼板底部的方式设置于机架上，还包括设置于机架上的弹性件Ⅰ，所述弹性件具有驱动压紧轮向靠近轨道翼板底部运动的弹性力，在机器人沿轨道水平段行走时调节装置驱动压紧轮远离轨道翼板底并对压紧轮形成限位，在机器人爬坡或下坡时，调节装置解除对压紧轮的限位使得压紧轮向靠近轨道翼板底部运动并压紧于轨道翼板底部。

3.根据权利要求2所述的矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，其特征在于：所述调节装置包括用于安装于轨道底部的调节件以及用于安装于机架上的限位装置，所述机器人从水平段向倾斜段运行时，调节件驱动限位装置远离压紧轮使得压紧轮向靠近轨道翼板底部侧运动并压紧于轨道翼板底部，所述机器人从倾斜段向水平段运行时，调节件驱动压紧轮远离轨道翼板底部并驱动限位装置靠近压紧轮对压紧轮形成限位防止压紧轮复位。

4.根据权利要求3所述的矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，其特征在于：所述调节件包括用于安装于轨道底部并向下凸起用于驱动压紧轮远离轨道的竖向凸起以及侧向凸出于轨道侧部的水平凸起，所述限位装置包括限位块、弹性件Ⅱ以及解锁杆，所述弹性件Ⅱ具有使限位块向靠近压紧轮侧移动的弹性力，所述限位杆连接于限位块上，水平凸起在沿轨道长度方向两端具有引导解锁杆滑动的斜边，所述解锁杆在随机器人行走过程中沿斜边滑动并驱动限位块靠近或远离压紧轮以对压紧轮形成限位或解锁，所述调节件安装于轨道上时，水平凸起一斜边位于竖向凸起靠近轨道倾斜段一侧，另一斜边与竖向凸起在轨道宽度方向投影重合。

5.根据权利要求2所述的矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，其特征在于：所述压紧轮安装于压紧轮支架上，所述压紧轮支架底部可滑动内套于支架底座内，所述弹性件Ⅰ连接于压紧轮支架与支架底座之间。

6.根据权利要求4所述的矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，其特征在于：所述限位装置还包括限位底座，所述限位块以可靠近压紧轮或远离压紧轮的方式滑动安装于限位底座上，所述弹性件Ⅱ连接于限位块与限位底座之间。

7.根据权利要求6所述的矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，其特征在于：所述限位块上连接有导杆，所述导杆可滑动内套于限位底座上，所述弹性件Ⅱ连接于导杆与限位底座之间。

8.根据权利要求4所述的矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，其特征在于：所述压紧轮上具有与限位块配合的限位台，所述限位台随压紧轮远离导轨翼板底部时，限位块被驱动靠近压紧轮用于抵在限位台上方以限制限位台向靠近导轨翼板底部移动复位。

9.根据权利要求7所述的矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，其特征在于：所述导杆与限位底座之间通过滑块以及滑槽配合的方式实现导杆与限位底座在远离或靠近压紧轮方向的单自由度滑动配合。

10.根据权利要求5所述的矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，其特征在于：所述压紧轮支架与支架底座之间通过滑块以及滑槽配合的方式实现压紧轮支架与支架底座在远离或靠近压轨道翼板方向的单自由度滑动配合。

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