CN111824187B - 一种管廊巡检机器人用驱动轮、巡检底座及巡检系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于管廊巡检技术领域，具体涉及一种管廊巡检机器人用驱动轮、巡检底座及巡检系统。所述驱动轮包括包括轮轴以及同轴布置于轮轴上的轮体，轮体包括主动齿轮以及摩擦轮，所述主动齿轮与摩擦轮彼此同轴且同速转动；从而可避免轨道式的管廊巡检机器人在爬坡或下坡过程中出现打滑甚至溜车状况，以实现操作可控的管廊安全巡检功能。本发明的另一个目的在于提供一种基于上述驱动轮的巡检底座，以进一步的确保轨道式的管廊巡检机器人在爬坡或下坡过程中的行进稳定性和可靠性；本发明的同时还提供了一种巡检系统，可为轨道式的管廊巡检机器人的长时间的持续无人工作提供基础的硬件平台。

Description

一种管廊巡检机器人用驱动轮、巡检底座及巡检系统

技术领域

本发明属于管廊巡检技术领域，具体涉及一种管廊巡检机器人用驱动轮、巡检底座及巡检系统。

背景技术

城市地下管道综合管廊，也即在城市地下建造的一个隧道空间，以便于将电力、通信、给排水、燃气和市政等各种管线集中在一起，方便有关部门实施统一规划、设计、建设和管理，具有占用城市空间小和有效改善市容的优点。对城市地下管道综合管廊进行安全巡检是保证其可靠稳定运行的重要举措；传统的的安全巡检方法是人工巡检法，即由巡检人员进入管廊内采用目测的方式进行巡检，并人工记录巡检成果，显然存在工作环境危险、巡视成果具有主观性和巡检效率低等问题。

随着技术的日益进步，目前逐步采用机器人代替人工进行管廊的安全巡检工作。目前的巡检机器人大多为履带式和轨道式两种：履带式巡检机器人虽然越障能力强，但是行动缓慢且结构复杂，难以在狭窄隧道内有效转弯，无法满足快速巡检的需求；轨道式的管廊巡检机器人使用相对更为广泛。然而，由于管廊起伏多变，经常有上下坡道，故行走轨道通常随着管廊坡度的起伏变化而变化；目前的轨道式的管廊巡检机器人由于驱动轮为常规滚轮或槽轮结构，容易造成驱动轮与行走轨道摩擦系数过小，进而导致在爬坡或下坡过程中出现打滑状况，影响正常巡检，严重时甚至还会造成溜车事故，从而给管廊的日常安全巡检工作带来巨大困扰。

发明内容

本发明的其中目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理的管廊巡检机器人用驱动轮，可在确保爬坡动力的同时，避免轨道式的管廊巡检机器人在爬坡或下坡过程中出现打滑甚至溜车状况，从而实现操作可控的管廊安全巡检功能；本发明的另一个目的在于提供一种基于上述驱动轮的巡检底座，以进一步的确保轨道式的管廊巡检机器人在爬坡或下坡过程中的行进稳定性和可靠性；本发明的同时还提供了一种巡检系统，可为轨道式的管廊巡检机器人的长时间的持续无人工作提供基础的硬件平台，从而有效提升管廊巡检机器人的的实际工作效率。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种管廊巡检机器人用驱动轮，包括轮轴以及同轴布置于轮轴上的轮体，其特征在于：所述轮体包括与行走轨道处齿条间构成轮齿啮合配合的主动齿轮以及与齿条旁侧处轨面间构成面抵靠式摩擦配合的摩擦轮，所述主动齿轮与摩擦轮彼此同轴且同速转动。

优选的，所述摩擦轮为两组且对称分置于主动齿轮两侧；紧固螺钉轴向的依序贯穿各摩擦轮及主动齿轮处预设的同轴安装孔后，再与紧固螺母间构成螺纹配合关系，从而将摩擦轮与主动齿轮压紧形成一体式结构。

优选的，一体式结构的摩擦轮与主动齿轮再通过键连接配合于轮轴上，轮轴两端布置用于限位摩擦轮与主动齿轮产生轴向动作的卡箍。

优选的，所述摩擦轮包括轮毂以及包覆于轮毂外周处的外胎层。

优选的，一种应用所述驱动轮的巡检底座，包括用于固定巡检摄像头的外壳体；其特征在于：外壳体处布置由上而下的压在行走轨道的上轨面处的行走轮，以及由下而上的顶在行走轨道的下轨面处的所述驱动轮；所述驱动轮通过动力组件提供驱动力，且依靠弹簧升降组件提供由下而上的抵压力；所述弹簧升降组件包括位于外壳体内的活动板，活动板上板面处布置固定支架，固定支架上回转配合所述驱动轮；活动板下板面与外壳体内壁底面之间布置可驱动活动板产生铅垂向弹性升降动作的压缩弹簧组；动力组件一体固定于所述活动板上。

优选的，所述动力组件包括彼此间构成动力配合的动力电机及减速机，减速机的输出轴处同轴布置电机齿轮，驱动轮轮轴处同轴布置驱动齿轮，所述驱动齿轮与电机齿轮间通过双数的传动齿轮来传递动力；各电机齿轮、传动齿轮及驱动齿轮彼此轴线平行，且所述驱动齿轮与电机齿轮同传动比，各传动齿轮间同传动比。

优选的，活动板的一侧处布置板面铅垂的齿轮组仓，所述齿轮组仓的腔体内对应各电机齿轮、传动齿轮及驱动齿轮而布置容纳腔；齿轮组仓仓口处盖覆有齿轮组盖。

优选的，所述固定支架包括与活动板上板面间构成贴合配合的压板，压板上布置两组彼此板面平行的竖向支耳，竖向支耳上回转配合所述驱动轮。

优选的，一种应用所述巡检底座的巡检系统，其特征在于：本巡检系统还包括用于给巡检底座充电的充电箱，所述充电箱固定于行走轨道处巡检底座的行程起点或终点处；所述充电箱的朝向巡检底座的外壳体的一面布置充电头，从而与外壳体的相应面处布置的充电口间构成电连接配合。

优选的，所述充电箱内布置电动推杆，电动推杆的顶端布置充电头，充电箱的箱壁处开设有可供充电头通行的避让孔；当外壳体与充电箱之间距离小于或等于电动推杆的最大行程时，电动推杆作伸缩动作从而将充电头从避让孔处伸出并配合于充电口处。

本发明的有益效果在于：

1)、基于现有的巡检机器人，本发明提供了一种动力轮构造，实际使用时，或主动齿轮与摩擦轮为一体结构，或两者通过不同动力部件驱动，只需能满足主动齿轮与摩擦轮彼此同轴同速即可。这样，一方面，利用摩擦轮相对行走轨道的相抵式的摩擦配合，从而利用摩擦轮与行走轨道轨面间的摩擦力，来确保整个巡检车也即巡检机器人沿行走轨道的有效行进功能。另一方面，采用同速转动的主动齿轮相对行走轨道处的齿条的同步带式配合或者说齿轮齿条配合，从而利用两者间的咬合性，即使出现摩擦轮的打滑状况，也能通过主动齿轮的啮合来确保整个巡检车稳定爬坡甚至下坡功能。此外，由于主动齿轮与齿条间的同步带配合，因此，整个巡检车的行进速度的可操控性也非常高，行走稳定性亦可得到有效提升。

综上，本发明结构紧凑而合理，可避免轨道式的管廊巡检机器人在爬坡或下坡过程中出现打滑甚至溜车状况，从而实现操作可控的管廊安全巡检功能。

2)、实际操作时，摩擦轮与主动齿轮的相对布置位置及数目，可依据现场状况而酌情设定，只需满足前述的“主动齿轮与摩擦轮彼此同轴同速”的限定即可。本发明优选采用两组摩擦轮分置在一组主动齿轮两侧的结构；这样，使用时，齿条及主动齿轮会位于巡检车的行进路径的正中间，齿条安装更便捷，巡检车的行进导向上也更为方便。通过紧固螺钉搭配紧固螺母，可将摩擦轮与主动齿轮轴向拉紧并形成一体式结构。之后，一体式结构的摩擦轮与主动齿轮再通过键连接及卡箍限位的方式来实现相对轮轴的固定效果，其装配极为简单便捷。

3)、对于摩擦轮而言，本发明优选使用轮毂搭配外胎层的组装式轮体；采用上述组装式轮体，一方面可根据现场状况，而酌情选择指定材料的外胎层，以保证相对行走轨道的最优化的摩擦力传递效果；另一方面，由于外胎层与行走轨道间为压紧式的摩擦配合，因此外胎层必然存在运动磨损状况，可更换及拆装的外胎层显然可使得驱动轮的整体使用寿命及操作灵活度能得到有效提升。

4)、在上述驱动轮的结构基础上，本发明还提供了一种巡检底座。巡检底座的功能，在于将巡检摄像头固定后，自身还能沿行走轨道产生往复运动效果，以实现巡检功能。巡检底座利用行走轮搭配驱动轮来实现相对行走轨道的双向夹持功能，从而保证驱动轮处摩擦轮与主动齿轮与行走轨道的动力抵合效果。驱动轮通过动力组件提供驱动力，且依靠弹簧升降组件提供由下而上的抵压力，可方便快捷的实现驱动轮的设定功能。

5)、对于弹簧升降组件而言，其实际上为活动板搭配可铅垂伸缩的压缩弹簧组而形成；对于压缩弹簧组本身，可以多预设几组导向柱，以精确化其导向效果。

6)、动力组件的布置较为特殊，原因在于：由于整个巡检车或者说巡检机器人是具备一定重量的，如此重量的车体架在行走轨道上行进甚至爬坡，其动力提供往往需要扭矩更大的电机和能稳定传递大扭矩的动力传递设备。本发明在采用大扭矩的动力电机的同时，利用减速机进行动力减速，再利用直接啮合的若干齿轮组来实现动力的直接传递功能，以确保驱动轮处的高动力工作效果。

7)、由于各电机齿轮、传动齿轮及驱动齿轮形成了铅垂向上的动力传递系统，因此，需设置一组齿轮组仓，以实现各齿轮的位置定位及容纳效果。同时，固定支架则直接固定在活动板上方，以实现对驱动轮的简支梁式的回转配合目的。

8)、基于上述结构，本发明还提供了一种巡检系统，目的在于利用上述驱动轮及巡检底座后，还能再配合充电箱，从而实现无人化的长时间可持续的自动工作效果，最终有效提升管廊巡检机器人的的实际工作效率。每当巡检底座带着巡检摄像头巡检时，或检测到内部电池电量不足，或在每次日常复位时，一旦靠近充电箱，则充电箱处电动推杆即可带动充电头前行，直至接触甚至插入巡检底座的充电口处。至于充电箱的动作触发流程，完全可使用现有的接近式的触发传感器，甚至也可采用传统的接近开关等构造，此处就不再赘述。

附图说明

图1为巡检系统的工作状态示意图；

图2为驱动轮的立体结构示意图；

图3为图2的结构爆炸图；

图4为巡检底座去除外壳体后的立体结构示意图；

图5为图4的结构爆炸图；

图6为图5的正视图；

图7为充电箱的立体结构示意图。

本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：

a-行走轨道 10-驱动轮

11-轮轴 12-主动齿轮 13-摩擦轮

13a-轮毂 13b-外胎层 14-卡箍

20-外壳体 30-行走轮

41-活动板 42-压缩弹簧组 43-固定支架

43a-压板 43b-竖向支耳

51-动力电机 52-减速机 53-电机齿轮 54-传动齿轮

55-驱动齿轮 56-齿轮组仓

60-充电箱 61-充电头 62-电动推杆 63-避让孔

具体实施方式

为便于理解，此处结合图1-7，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：

本发明以整个巡检系统为例，其具体结构如图1-7所示，主要组成部分包括布置于行走轨道a上的巡检底座及充电箱60。充电箱60为静件，从而固定在行走轨道a的首端或者末端，起到对巡检底座内电池的在线充电功能。巡检底座为动件，其通过驱动轮10与行走轮30，从而能沿行走轨道a的导向方向作可控的往复动作，进而实现管廊巡检功能。其中：

对于巡检底座而言，其结构如图1-5所示，包括外壳体20；外壳体20的顶壁布置安装臂从而安装四组行走轮30，四组行走轮30由上而下的架在工字轨状的行走轨道a的上轨面处，从而将整个巡检底座吊装在行走轨道a上。在外壳体20的腔体内，则布置压缩弹簧组42；压缩弹簧组42的底端固定在外壳体20的内壁底面上，压缩弹簧组42的顶端布置活动板41。活动板41上再设置由压板43a及竖向支耳43b配合形成的固定支架43，从而起到固定如图4-6所示的驱动轮10的功能。

活动板41的下板面处，也即压缩弹簧组42的内腔处，固定有动力组件。动力组件包括一组动力电机51、一组减速机52及一组动力传递系统。动力传递系统包括一组电机齿轮53、两组传动齿轮54及一组驱动齿轮55；动力传递系统集成于带有齿轮组盖的齿轮组仓56内。一旦动力电机51启动，动力首先被减速机52减速后，经由动力传递系统逐级向上传递，最终带动驱动轮10产生旋转目的。

驱动轮10的构造可参照图2-3所示，其包括一组轮轴11、两组摩擦轮13及一组主动齿轮12。主动齿轮12夹设在两组摩擦轮13之间，并通过紧固螺钉及紧固螺母的固定功能而使得三者形成一体结构，之后再依靠键连接周向限位及卡箍14两端限位的方式来保证三者相对轮轴11的轴向及周向定位效果。实际装备时，直接将驱动轮10的轮轴11回转配合在固定支架43的竖向支耳43b上，之后再通过装配驱动齿轮55，即可如图4-5所示的实现自身回转功能。为提升摩擦轮13的使用寿命，摩擦轮13由轮毂13a及外胎层13b配合形成，具体参照图5所示。

在上述结构的基础上，本发明还如图1及图7所示的设计有充电箱60，从而实现无人化的长时间可持续的自动工作效果，最终有效提升管廊巡检机器人的的实际工作效率。每当巡检底座带着巡检摄像头巡检时，或检测到内部电池电量不足，或在每次日常复位时，一旦靠近充电箱60，则充电箱60处电动推杆62即可带动充电头61前行，直至接触甚至插入巡检底座的充电口处。至于充电箱60的动作触发流程，完全可使用现有的接近式的触发传感器，甚至也可采用传统的接近开关等构造，此处就不再赘述。

当然，上述方案仅是针对如图1-7所示的具体实施例中的结构作出的说明；实际操作时，如行走轨道a采用一字轨而不是工字轨，或行走轮30处摩擦轮13及主动齿轮12为三组四组甚至更多组，甚至将压缩弹簧组42采用其他浮力悬动结构等等，这些在本发明原有结构及功能上所作的常规改变，也均应当作为等同或相似设计而落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种管廊巡检机器人用驱动轮的巡检底座，包括用于固定巡检摄像头的外壳体（20）；管廊巡检机器人用驱动轮包括轮轴（11）以及同轴布置于轮轴（11）上的轮体，其特征在于：所述轮体包括与行走轨道处齿条间构成轮齿啮合配合的主动齿轮（12）以及与齿条旁侧处轨面间构成面抵靠式摩擦配合的摩擦轮（13），所述主动齿轮（12）与摩擦轮（13）彼此同轴且同速转动；

所述摩擦轮（13）为两组且对称分置于主动齿轮（12）两侧；紧固螺钉轴向的依序贯穿各摩擦轮（13）及主动齿轮（12）处预设的同轴安装孔后，再与紧固螺母间构成螺纹配合关系，从而将摩擦轮（13）与主动齿轮（12）压紧形成一体式结构；

一体式结构的摩擦轮（13）与主动齿轮（12）再通过键连接配合于轮轴（11）上，轮轴（11）两端布置用于限位摩擦轮（13）与主动齿轮（12）产生轴向动作的卡箍（14）；

外壳体（20）处布置由上而下的压在行走轨道的上轨面处的行走轮（30），以及由下而上的顶在行走轨道的下轨面处的所述驱动轮（10）；所述驱动轮（10）通过动力组件提供驱动力，且依靠弹簧升降组件提供由下而上的抵压力；所述弹簧升降组件包括位于外壳体（20）内的活动板（41），活动板（41）上板面处布置固定支架（43），固定支架（43）上回转配合所述驱动轮（10）；活动板（41）下板面与外壳体（20）内壁底面之间布置可驱动活动板（41）产生铅垂向弹性升降动作的压缩弹簧组（42）；动力组件一体固定于所述活动板（41）上；

所述动力组件包括彼此间构成动力配合的动力电机（51）及减速机（52），减速机（52）的输出轴处同轴布置电机齿轮（53），驱动轮（10）处轮轴（11）处同轴布置驱动齿轮（55），所述驱动齿轮（55）与电机齿轮（53）间通过双数的传动齿轮（54）来传递动力；各电机齿轮（53）、传动齿轮（54）及驱动齿轮（55）彼此轴线平行，且所述驱动齿轮（55）与电机齿轮（53）同传动比，各传动齿轮（54）间同传动比；

活动板（41）的一侧处布置板面铅垂的齿轮组仓（56），所述齿轮组仓（56）的腔体内对应各电机齿轮（53）、传动齿轮（54）及驱动齿轮（55）而布置容纳腔；齿轮组仓仓口处盖覆有齿轮组盖。

2.根据权利要求1所述的巡检底座，其特征在于：所述摩擦轮（13）包括轮毂（13a）以及包覆于轮毂（13a）外周处的外胎层（13b）。

3.根据权利要求1所述的巡检底座，其特征在于：所述固定支架（43）包括与活动板（41）上板面间构成贴合配合的压板（43a），压板（43a）上布置两组彼此板面平行的竖向支耳（43b），竖向支耳（43b）上回转配合所述驱动轮（10）。

4.一种应用如权利要求1所述巡检底座的巡检系统，其特征在于：本巡检系统还包括用于给巡检底座充电的充电箱（60），所述充电箱（60）固定于行走轨道处巡检底座的行程起点或终点处；所述充电箱（60）的朝向巡检底座的外壳体（20）的一面布置充电头（61），从而与外壳体（20）的相应面处布置的充电口间构成电连接配合。

5.根据权利要求4所述的巡检系统，其特征在于：所述充电箱（60）内布置电动推杆（62），电动推杆（62）的顶端布置充电头（61），充电箱（60）的箱壁处开设有可供充电头（61）通行的避让孔（63）；当外壳体（20）与充电箱（60）之间距离小于或等于电动推杆（62）的最大行程时，电动推杆（62）作伸缩动作从而将充电头（61）从避让孔（63）处伸出并配合于充电口处。