CN111605572B - 一种具有自主变轨功能的轨道式巡检机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自主变轨功能的轨道式巡检机器人，包括有横移系统、连接于横移系统上的两个抓附系统和动力系统。本发明的抓附系统随着横移系统对应的横移部件移动，实现变轨操作，动力系统随着横移系统两个横移部件的同步驱动实现变轨，从而使得动力系统实现快速变轨，变轨后，动力系统的驱动轮在驱动电机的驱动下转动使得动力系统带动本发明整个轨道式巡检机器人实现轨道巡检的功能。本发明无需改变轨道结构或者增加辅助变轨装置，轨道式巡检机器人即可完成自主变轨；本发明通过调节抓附系统两个卡爪的距离来适应不同宽度的轨道，通过改变横移系统横移的长度来适应变轨的距离，具备广泛适用性。
Description
技术领域
本发明涉及轨道式巡检机器人技术领域，具体是一种具有自主变轨功能的轨道式巡检机器人。
背景技术
接触网系统作为连接电力机车和轨道交通供电系统的关键环节，是地铁列车的主要电力来源。刚性接触网在隧道内相对柔性接触网具有一定优势，其接触线无张力，不用设置下锚装置，不会发生断线事故，具有零部件少，载流量大，安全可靠，维修工作量小等特点，被广泛地应用于地铁隧道内。由于工作环境恶劣，且长期工作在振动工况下，刚性接触网的支持、定位、悬挂等装置容易出现松动、脱落或损坏等问题。如果不及时发现并处理，将引发严重的故障，甚至造成行车事故，带来极大的损失。
轨道式巡检机器人可以在刚性接触网上自主运行，携带高清摄像头对其进行巡视、检查。由于地铁刚性接触网的布置存在平行分叉的线路，需要巡检机器人具备从其中一个运行轨道跨越至另外一个运行轨道的变轨功能，从而完成自主巡检。但是，目前的轨道式巡检机器人只能沿着特定的一段轨道进行巡检，无法进行多轨道变轨巡检任务；或是需要辅助变轨装置安装在轨道上，从而实现变轨。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有自主变轨功能的轨道式巡检机器人，无需改变轨道结构或者增加辅助变轨装置，轨道式巡检机器人即可完成自主变轨操作。
本发明的技术方案为：
一种具有自主变轨功能的轨道式巡检机器人，包括有横移系统、连接于横移系统上的两个抓附系统和动力系统；
所述的横移系统包括有两个横移部件和连接于两个横移部件之间的滑块连接件，每个横移部件均包括有横移底板、固定设置于横移底板上的横移导轨、设置于横移导轨上的横移滑块，固定于横移底板上的滚珠丝杠支架、连接于滚珠丝杠支架上的滚珠丝杆螺母组件、以及连接于滚珠丝杆螺母组件上的螺母连接件，滚珠丝杆螺母组件包括有固定于滚珠丝杠支架一端的滚珠丝杆驱动电机、连接于滚珠丝杠支架上且与滚珠丝杆驱动电机的驱动轴连接的滚珠丝杆、套装于滚珠丝杆上的移动螺母，所述的螺母连接件套装于滚珠丝杆上，移动螺母与螺母连接件固定连接，滚珠丝杠的轴线与横移导轨的轴线相互平行，两个横移部件的横移导轨相互平行，两个横移部件的横移滑块均与滑块连接件固定连接；
所述的两个抓附系统分别连接于横移系统的两个横移部件上，每个抓附系统均包括有固定于对应横移底板上的开合导轨和正反丝杆组件、滑动设置于开合导轨上的两个开合滑块、底端固定于每个开合滑块上的推杆底座、连接于每个推杆底座上的升降推杆、固定连接于每个升降推杆顶端上的卡爪，正反丝杆组件包括有固定于横移底板上的正反丝杠支架、固定于正反丝杠支架上的正反丝杠驱动电机、连接于正反丝杠支架上且由正反丝杠驱动电机驱动的正反丝杠、套装于正反丝杠上的正向螺母和反向螺母，所述的开合导轨的轴线、正反丝杠的轴线均与滚珠丝杠的轴线平行，正反丝杆组件的正向螺母和反向螺母分别与两个推杆底座一一对应且固定连接；
所述的动力系统包括有安装底板、底端固定于安装底板上的多个导向轴、套装于每个导向轴上的弹簧、通过轴承套装于多个导向轴上的驱动电机安装框、安装于驱动电机安装框上的驱动电机、与驱动电机的驱动轴固定连接的驱动轮、固定于安装底板上的多个齿轮安装座、设置于每个齿轮安装座上的齿轮传动组、开合电机、多组挂轮安装架、以及连接于每组挂轮安装架顶部的挂轮，所述的安装底板的下端面与两个横移部件的螺母连接件固定连接，所述的弹簧的底端与安装底板固定连接，弹簧的顶端与驱动电机安装框固定连接，所述的驱动轮顶端的水平高度高于驱动电机安装框顶端的水平高度，所述的齿轮传动组包括有与开合电机的驱动轴固定连接的主动齿轮、两个分别与主动齿轮啮合的从动齿轮，每组挂轮安装架均包括有两个竖直架体，两个竖直架体的底端分别与对应一组齿轮传动组的两个从动齿轮固定连接，两个竖直架体相对的竖直侧面其顶部均连接有竖直设置的挂轮。
所述的滚珠丝杠支架的顶端固定有滑轨，滑轨的轴线与滚珠丝杆的轴线平行，滑轨上滑动设置有与螺母连接件固定连接的动力系统横移滑块，所述的动力系统横移滑块固定连接于动力系统安装底板的下端面上。
所述的两个抓附系统分别位于对应的横移部件滚珠丝杆螺母组件的外侧。
所述的安装底板上固定有两个齿轮安装座，所述的驱动电机安装框位于两个齿轮安装座之间，所述的开合电机连接于两个齿轮安装座之间且开合电机背向延伸的两个驱动轴分别与两个齿轮安装座上齿轮传动组的主动齿轮固定连接。
所述的驱动电机安装框为矩形框架结构，矩形框架结构相对的两条边框之间连接有所述的驱动轮。
所述的每个抓附系统两个卡爪相对的夹持面上均设置有轨道定位卡槽。
本发明的优点：
本发明的抓附系统随着横移系统对应的横移部件移动，实现变轨操作，动力系统随着横移系统两个横移部件的同步驱动实现变轨，从而使得动力系统实现快速变轨，变轨后，动力系统的驱动轮在弹簧的弹力支撑下与变轨轨道的底面紧密接触，提供驱动轮旋转所需要的摩擦力，驱动电机驱动驱动轮转动使得动力系统带动本发明整个轨道式巡检机器人实现轨道巡检的功能。本发明无需改变轨道结构或者增加辅助变轨装置，轨道式巡检机器人即可完成自主变轨；本发明通过调节抓附系统两个卡爪的距离来适应不同宽度的轨道，通过改变横移系统横移的长度来适应变轨的距离，具备广泛适用性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的爆炸图。
图3是本发明实施例中变轨的初始状态图。
图4是本发明实施例中右抓附系统两个卡爪闭合锁定初始轨道的状态图。
图5是本发明实施例中左抓附系统横移至变轨轨道下方的状态图。
图6是本发明实施例中左抓附系统两个卡爪锁合变轨轨道的状态图。
图7是本发明实施例中动力系统挂轮打开的状态图。
图8是本发明实施例中动力系统横移至变轨轨道下方的状态图。
图9是本发明实施例中动力系统挂轮锁合变轨轨道的状态图。
图10是本发明实施例中右抓附系统两个卡爪打开的状态图。
图11是本发明实施例中右抓附系统横移至变轨轨道下方的状态图。
图12是本发明实施例中变轨完成的状态图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1，一种具有自主变轨功能的轨道式巡检机器人，包括有横移系统1、连接于横移系统1上的两个抓附系统2和动力系统3；
见图2，横移系统1包括有两个横移部件和连接于两个横移部件之间的滑块连接件13，每个横移部件均包括有横移底板11、固定设置于横移底板11上的横移导轨12、设置于横移导轨12上的横移滑块，固定于横移底板11上的滚珠丝杠支架14、连接于滚珠丝杠支架14上的滚珠丝杆螺母组件、以及连接于滚珠丝杆螺母组件上的螺母连接件18，两个横移部件的横移导轨12相互平行，两个横移部件的横移滑块均与滑块连接件13固定连接，滚珠丝杆螺母组件包括有固定于滚珠丝杠支架14一端的滚珠丝杆驱动电机15、连接于滚珠丝杠支架14上且与滚珠丝杆驱动电机15的驱动轴连接的滚珠丝杆16、套装于滚珠丝杆16上的移动螺母17，滚珠丝杠16的轴线与横移导轨12的轴线相互平行，螺母连接件18套装于滚珠丝杆16上，移动螺母17与螺母连接件18固定连接，滚珠丝杠支架14的顶端固定有滑轨19，滑轨19的轴线与滚珠丝杆16的轴线平行，滑轨19上滑动设置有与螺母连接件18固定连接的动力系统横移滑块110；
见图2，两个抓附系统2分别连接于横移系统的两个横移部件上且分别位于对应的横移部件滚珠丝杆螺母组件的外侧，每个抓附系统均包括有固定于对应横移底板11上的开合导轨和正反丝杆组件、滑动设置于开合导轨上的两个开合滑块21、底端固定于每个开合滑块21上的推杆底座22、连接于每个推杆底座22上的升降推杆23、固定连接于每个升降推杆23顶端上的卡爪24，正反丝杆组件包括有固定于横移底板11上的正反丝杠支架25、固定于正反丝杠支架25上的正反丝杠驱动电机26、连接于正反丝杠支架25上且由正反丝杠驱动电机26驱动的正反丝杠27、套装于正反丝杠27上的正向螺母28和反向螺母29(见图1)，开合导轨的轴线、正反丝杠27的轴线均与滚珠丝杠17的轴线平行，正反丝杆组件的正向螺母28和反向螺母29分别与两个推杆底座22一一对应且固定连接；其中，每个抓附系统两个卡爪24相对的夹持面上均设置有轨道定位卡槽；
见图2，动力系统3包括有安装底板31、底端固定于安装底板31上的四个导向轴32、套装于每个导向轴32上的弹簧33、通过轴承套装于四个导向轴32上的驱动电机安装框34、安装于驱动电机安装框34上的驱动电机35、与驱动电机35的驱动轴固定连接的驱动轮36、固定于安装底板31上的两个齿轮安装座37、设置于每个齿轮安装座37上的齿轮传动组38、开合电机39、两组挂轮安装架310、以及连接于每组挂轮安装架顶部的挂轮311，安装底板31的下端面与两个横移部件的动力系统横移滑块110固定连接，弹簧33的底端与安装底板31固定连接，弹簧33的顶端与驱动电机安装框34固定连接，驱动电机安装框34位于两个齿轮安装座37之间，驱动电机安装框34为矩形框架结构，矩形框架结构相对的两条边框之间连接有驱动轮36，驱动轮36与驱动电机35的驱动轴固定连接，驱动轮36顶端的水平高度高于驱动电机安装框34顶端的水平高度，齿轮传动组包括有与开合电机39的驱动轴固定连接的主动齿轮、两个分别与主动齿轮啮合的从动齿轮，开合电机39连接于两个齿轮安装座37之间且开合电机39背向延伸的两个驱动轴分别与两个齿轮安装座上齿轮传动组38的主动齿轮固定连接，每组挂轮安装架310均包括有两个竖直架体，两个竖直架体的底端分别与对应的一组齿轮传动组38的两个从动齿轮固定连接，两个竖直架体相对的竖直侧面其顶部均连接有竖直设置的挂轮311。
本发明的工作原理：
(1)、初始状态，此时动力系统3的挂轮311处于闭合状态，锁合在初始轨道4上；两个抓附系统2(左抓附系统2-1和右抓附系统2-2)的卡爪24均处于打开状态，位于初始轨道4的下方，如图3所示；
(2)、右抓附系统2-2的升降推杆23带动两个卡爪24升高，然后两个卡爪24由正反丝杠驱动电机26驱动闭合锁定初始轨道4，左抓附系统2-1的两个卡爪24仍处于打开状态，如图4所示；
(3)、左抓附系统2-1对应的横移部件的滚珠丝杆驱动电机15启动，右抓附系统2-2对应的横移部件的滚珠丝杆驱动电机15关闭，左抓附系统2-1对应的横移部件从而带动左抓附系统2-1横移至变轨轨道5的下方，然后左抓附系统2-1的升降推杆23带动两个卡爪24升高，两个卡爪24由正反丝杠驱动电机26驱动闭合锁定变轨轨道5，此时右抓附系统2-2的两个卡爪24仍锁合在初始轨道4上，如图5和6所示；
(4)、动力系统的挂轮311由开合电机39驱动打开，然后横移系统2两个横移部件的滚珠丝杆驱动电机15均启动，从而驱动动力系统3横移至变轨轨道5的下方并由开合电机39驱动使得挂轮311闭合锁定于变轨轨道5上，如图7、8和9所示；
(5)、右抓附系统2-2的两个卡爪24由正反丝杠驱动电机26驱动打开，然后右抓附系统2-2的升降推杆23带动两个卡爪24降低，右抓附系统2-2对应的横移部件的滚珠丝杆驱动电机15启动，左抓附系统2-1对应的横移部件的滚珠丝杆驱动电机15关闭，右抓附系统2-2对应的横移部件从而带动右抓附系统2-2横移至变轨轨道5的下方，右抓附系统2-2的两个卡爪24处于打开状态，如图10和11所示；
(6)、左抓附系统2-1的正反丝杠驱动电机26驱动两个卡爪24打开，左抓附系统2-1的升降推杆23带动两个卡爪24降低，此时，左抓附系统2-1和右抓附系统2-2的两个卡爪24均位于变轨轨道5的下方且处于打开状态，动力系统3的挂轮311闭合锁定于变轨轨道5上；
(7)、变轨后，动力系统的驱动轮36在弹簧33的弹力支撑下与变轨轨道5的底面紧密接触，从而提供驱动轮36旋转所需要的摩擦力，驱动电机35启动从而驱动驱动轮36转动，使得动力系统3带动本发明整个轨道式巡检机器人沿变轨轨道5移动实现轨道巡检的功能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种具有自主变轨功能的轨道式巡检机器人，其特征在于：包括有横移系统、连接于横移系统上的两个抓附系统和动力系统；
所述的横移系统包括有两个横移部件和连接于两个横移部件之间的滑块连接件，每个横移部件均包括有横移底板、固定设置于横移底板上的横移导轨、设置于横移导轨上的横移滑块，固定于横移底板上的滚珠丝杠支架、连接于滚珠丝杠支架上的滚珠丝杆螺母组件、以及连接于滚珠丝杆螺母组件上的螺母连接件，滚珠丝杆螺母组件包括有固定于滚珠丝杠支架一端的滚珠丝杆驱动电机、连接于滚珠丝杠支架上且与滚珠丝杆驱动电机的驱动轴连接的滚珠丝杆、套装于滚珠丝杆上的移动螺母，所述的螺母连接件套装于滚珠丝杆上，移动螺母与螺母连接件固定连接，滚珠丝杠的轴线与横移导轨的轴线相互平行，两个横移部件的横移导轨相互平行，两个横移部件的横移滑块均与滑块连接件固定连接；
所述的两个抓附系统分别连接于横移系统的两个横移部件上，每个抓附系统均包括有固定于对应横移底板上的开合导轨和正反丝杆组件、滑动设置于开合导轨上的两个开合滑块、底端固定于每个开合滑块上的推杆底座、连接于每个推杆底座上的升降推杆、固定连接于每个升降推杆顶端上的卡爪，正反丝杆组件包括有固定于横移底板上的正反丝杠支架、固定于正反丝杠支架上的正反丝杠驱动电机、连接于正反丝杠支架上且由正反丝杠驱动电机驱动的正反丝杠、套装于正反丝杠上的正向螺母和反向螺母，所述的开合导轨的轴线、正反丝杠的轴线均与滚珠丝杠的轴线平行，正反丝杆组件的正向螺母和反向螺母分别与两个推杆底座一一对应且固定连接；
所述的动力系统包括有安装底板、底端固定于安装底板上的多个导向轴、套装于每个导向轴上的弹簧、通过轴承套装于多个导向轴上的驱动电机安装框、安装于驱动电机安装框上的驱动电机、与驱动电机的驱动轴固定连接的驱动轮、固定于安装底板上的多个齿轮安装座、设置于每个齿轮安装座上的齿轮传动组、开合电机、多组挂轮安装架、以及连接于每组挂轮安装架顶部的挂轮，所述的安装底板的下端面与两个横移部件的螺母连接件固定连接，所述的弹簧的底端与安装底板固定连接，弹簧的顶端与驱动电机安装框固定连接，所述的驱动轮顶端的水平高度高于驱动电机安装框顶端的水平高度，所述的齿轮传动组包括有与开合电机的驱动轴固定连接的主动齿轮、两个分别与主动齿轮啮合的从动齿轮，每组挂轮安装架均包括有两个竖直架体，两个竖直架体的底端分别与对应一组齿轮传动组的两个从动齿轮固定连接，两个竖直架体相对的竖直侧面其顶部均连接有竖直设置的挂轮。
2.根据权利要求1所述的一种具有自主变轨功能的轨道式巡检机器人，其特征在于：所述的滚珠丝杠支架的顶端固定有滑轨，滑轨的轴线与滚珠丝杆的轴线平行，滑轨上滑动设置有与螺母连接件固定连接的动力系统横移滑块，所述的动力系统横移滑块固定连接于动力系统安装底板的下端面上。
3.根据权利要求1所述的一种具有自主变轨功能的轨道式巡检机器人，其特征在于：所述的两个抓附系统分别位于对应的横移部件滚珠丝杆螺母组件的外侧。
4.根据权利要求1所述的一种具有自主变轨功能的轨道式巡检机器人，其特征在于：所述的安装底板上固定有两个齿轮安装座，所述的驱动电机安装框位于两个齿轮安装座之间，所述的开合电机连接于两个齿轮安装座之间且开合电机背向延伸的两个驱动轴分别与两个齿轮安装座上齿轮传动组的主动齿轮固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种具有自主变轨功能的轨道式巡检机器人，其特征在于：所述的驱动电机安装框为矩形框架结构，矩形框架结构相对的两条边框之间连接有所述的驱动轮。
6.根据权利要求1所述的一种具有自主变轨功能的轨道式巡检机器人，其特征在于：所述的每个抓附系统两个卡爪相对的夹持面上均设置有轨道定位卡槽。
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