CN111923014A - 可载人风井巡检机器人及风井巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可载人风井巡检机器人及风井巡检方法。巡检机器人包括载人装置以及载人装置巡检装置，其中：载人装置能够在风井井筒中升降，包括矩形壁面，该矩形壁面由四面侧壁围合形成；载人装置巡检装置布置在载人装置的矩形壁面的外围，能够巡检井筒筒壁、井架和/或载人装置的矩形壁面；所述的载人装置巡检装置，针对载人装置的每一面侧壁，均通过支架配设巡检机构a；所述的巡检机构a，能够在自身所在的平面内移动；搭载在载人装置的检修人员，在巡检机构a检测到故障时，能够通过矩形壁面对故障所在区域施以实时检修，由此可知，不仅可以检测井筒筒壁、井架和/或载人装置的状况，同时还可以搭载检修人员，保证出现问题时可以实时检修。

Description

可载人风井巡检机器人及风井巡检方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种可载人风井巡检机器人及风井巡检方法。

背景技术

在矿业生产中，风井是矿井开采过程中通风的重要通道。井筒在长时间连续工作过程中，由于跨越地层多，地质条件复杂、运行环境恶劣等因素导致井筒发生微小应变，这些应变短时间内极难被发现，长时间的积累可能会导致井筒发生歪斜、提升系统导向装置变形等问题，甚至还有渐变积累至突变时引起的井筒断裂突水等重大恶性事故。一旦风井井筒出现故障，煤炭生产将处于瘫痪状态，严重影响煤矿的经济效益和工人的安全。虽然《煤矿安全规程》对煤矿井筒设施规定了检查频率和要求，但是矿井井筒灾害仍时有发生。

针对风井井筒故障的检测/监测，申请人经过多年研究，获得若干研究成果，比如中国专利CN201910207682.6所提到的一种钢丝绳捻向攀爬机器人，其采用主动攀爬的形式，由于载重量的限制，所携带电池电量小，即使有着发电装置也难以承受长时间的工作。再如中国专利CN201510381205.3所提到的一种超深立井钢丝绳罐道垂直爬绳巡检机器人，其可以检测井筒筒壁的情况，但存在着无法实时检修的问题，若检测到井筒出现紧急问题，无法立即进行处理。

上述专利申请中所涉及的机器人存在着续航性低，不可实时检修的难题。且现有的机器人巡检在方法上均存是一次巡检的方式，机器人对井筒、罐道等结构的巡检仅靠巡检机构的一次检测，很难保证巡检结果的精确性，甚至会出现漏检情况的发生。

发明内容

针对上述问题和现有技术的不足，本发明提出一种可载人风井巡检机器人，其在风井井筒中安装可升降的载人装置，并在载人装置的外侧布置载人装置巡检装置，则本发明不仅可以检测井筒筒壁、井架和/或载人装置的状况，同时还可以搭载检修人员，保证出现问题时可以实时检修。另外，本发明还提出一种巡检方法，可以实现对井筒的二次巡检，保证巡检结果的准确性，避免漏检情况的发生。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可载人风井巡检机器人，包括载人装置以及载人装置巡检装置，其中：所述的载人装置，能够在风井井筒中升降，包括矩形壁面，该矩形壁面由四面侧壁围合形成；所述的载人装置巡检装置，布置在载人装置的矩形壁面的外围，能够巡检井筒筒壁、井架和/或载人装置的矩形壁面；所述的载人装置巡检装置，针对载人装置的每一面侧壁，均通过支架配设巡检机构a；所述的巡检机构a，能够在自身所在的平面内移动；搭载在载人装置的检修人员，在巡检机构a检测到故障时，能够通过矩形壁面对故障所在区域施以实时检修。

进一步地，所述的巡检机构a，在XY面内驱动机构的动力驱动下能够在自身所在的平面内移动，包括传感器壳体以及设置在传感器壳体中的红外摄像头a、激光雷达a；

所述的XY面内驱动机构，包括横向驱动机构、纵向驱动机构；

纵向驱动机构安装在支架上，横向驱动机构与纵向驱动机构的动力输出端连接，而横向驱动机构的动力输出端则与传感器壳体连接。

进一步地，所述的支架为矩形框架，所述载人装置的每一面侧壁的外侧均平行地设置有一个所述的矩形框架；各矩形框架的相邻侧边框连接成一体；

所述的纵向驱动机构，包括两条，一一对应地沿着巡检框架中处于纵向的两侧边框布置；每一条纵向驱动机构均包括丝杠电机支架、丝杠电机、丝杠、两条导杆；

丝杠电机支架安装在巡检框架上，丝杠电机固定在丝杠电机支架中，丝杠、两条导杆均竖直安装在巡检框架中，且两条导杆分设在丝杠的两侧；丝杠电机的动力输出端与丝杠连接；

所述的横向驱动机构，沿着矩形框架的横向布置，包括传动丝杠电机支架、传动丝杠电机、丝杠螺母副、传动丝杠、两条传动导杆；

所述的丝杠螺母副，包括两个，分别与两条纵向驱动机构的丝杠一一对应螺纹配合连接，并与两条纵向驱动机构的导杆一一对应导向连接；传动丝杠和两条传动导杆均沿着矩形框架的水平方向布置，且传动丝杠、两条传动导杆的两端均对应安装在两个丝杠螺母副中，同时两条传动导杆分设在传动丝杠的两侧；传动丝杠电机支架固定在两个丝杠螺母副中的其中一个上，而传动丝杠电机则安装在传动丝杠电机支架上，且传动丝杠电机的动力输出端与传动丝杠连接；

所述的传感器壳体，能够与传动丝杠螺纹配合连接，并与两条传动导杆导向连接；

在丝杠电机的动力驱动下，丝杠旋转，带动传感器壳体随着丝杠螺母副沿着丝杠上下移动；

在传动丝杠电机的动力驱动下，传动丝杠旋转，带动传感器壳体沿着传动丝杠左右移动。

进一步地，所述载人装置的顶部和/或底部设置有机器人本体；所述的机器人本体，包括环形移动导轨机构以及能够沿着环形移动导轨机构周向移动的巡检机构b；所述的环形移动导轨机构，包括上滚轮导轨、下滚轮导轨、上内齿轮导轨、下内齿轮导轨和连接支架；其中：上滚轮导轨位于上内齿轮导轨的上方，并通过紧固件a连接构成上环形移动导轨机构；下滚轮导轨位于下内齿轮导轨的下方，并通过紧固件b连接构成下环形移动导轨机构；上、下环形移动导轨机构分设在巡检机构b的上下两侧，并通过连接支架连接成一体；巡检机构b的上端能够与上内齿轮导轨啮合的同时嵌装在上滚轮导轨中，而巡检机构b的下端则能够与下内齿轮导轨啮合的同时嵌装在下滚轮导轨中。

进一步地，所述巡检机构b包括壳体框架以及安置在壳体框架内的驱动模块、检测模块，其中：

所述的驱动模块，包括直流电机、锥齿轮传动副、传动轴、两个直齿轮以及两个滚轮；两个直齿轮分别为直齿轮a、直齿轮b；两个滚轮分别为滚轮a、滚轮b；

直流电机的动力输出端通过锥齿轮传动副与传动轴连接；

两个直齿轮、两个滚轮均固定在传动轴上，且直齿轮a能够与上内齿轮导轨啮合，而滚轮a能够嵌合在上滚轮导轨中，直齿轮b能够与下内齿轮导轨啮合，而滚轮b能够嵌合在下滚轮导轨中；

在直流电机的动力驱动下，传动轴发生旋转，带动两个直齿轮沿着各自啮合的内齿轮导轨移动、两个滚轮沿着各自嵌合的滚轮导轨移动。

进一步地，所述的检测模块包括红外摄像头b、激光雷达b；红外摄像头b通过云台与壳体框架固定，激光雷达b直接安装在壳体框架上。

进一步地，所述的壳体框架包括上框架和下框架；上框架和下框架均呈矩形设置。

进一步地，所述的载人装置在卷筒驱动装置的动力驱动下，能够沿着风井井筒升降；

所述的卷筒驱动装置，包括上卷筒驱动装置和下卷筒驱动装置；上卷筒驱动装置布置在井口处，下卷筒驱动装置布置在井底处；

上卷筒驱动装置的动力输出端与载人装置的顶部连接，下卷筒驱动装置的动力输出端则与载人装置的底部连接；

此时载人装置的顶部、底部均配装有机器人本体。

进一步地，所述的卷筒驱动装置通过筒壁承载架悬挂在井筒筒壁上或者直接置放在井筒筒壁上设置的放置平台上。

进一步地，所述的上卷筒驱动装置，包括上部动力装置、上部天轮、上部天轮轴以及上部驱动绳索；所述的下卷筒驱动装置，包括下部动力装置、下部天轮、下部天轮轴以及下部驱动绳索；上、下部动力装置均包括防爆壳以及置于防爆壳内的工业电机、减速器、卷筒；工业电机通过减速器与卷筒连接；所述的上部天轮通过上部天轮轴固定在井筒筒壁中间；下部天轮通过下部天轮轴固定在井筒筒壁中间；上部驱动绳索卷绕在上部动力装置的卷筒上，且上部驱动绳索与载人装置的顶部连接；下部驱动绳索卷绕在下部动力装置的卷筒上，且下部驱动绳索与载人装置的底部连接。

本发明的另一个技术目的是提供一种风井巡检方法，基于上述的可载人风井巡检机器人来实现，包括以下步骤：

第一步，安装阶段

1.1、根据机器人本体的大小，选择合适的载人装置，并在载人装置的外侧布置载人装置巡检装置；

1.2、分别组装机器人本体的巡检机构b、环形移动导轨：采用螺栓将下滚轮导轨、下内齿轮导轨、连接支架、上内齿轮导轨和上滚轮导轨顺序连接好，组装形成环形移动导轨；将直流电机、驱动模块的传动部分、检测模块以及万向轮分别安装在壳体框架的对应位置处，组装形成巡检机构b，驱动模块的传动部分包括锥齿轮传动副、传动轴、两个直齿轮以及两个滚轮；检测模块包括红外摄像头b、激光雷达b；红外摄像头b通过云台与壳体框架固定，激光雷达b直接安装在壳体框架上；

1.3、将巡检机构b的壳体框架安装在环形移动导轨上，调节好巡检机构b的滚轮、内齿轮在环形移动导轨上的啮合位置；

1.4、将上部卷筒驱动转置、下卷筒驱动装置安装到指定位置；

第二步，调试阶段

连接驱动电源，测试上、下卷筒驱动装置部分是否能够正常控制各自对应的上、下部驱动钢丝绳的收卷与放卷，测试上卷筒驱动装置和下卷筒驱动装置是否可以同步运行；连接机器人本体的电源模块，测试机器人本体的移动情况，确认直流电机无故障，并且能够按照事先规定的巡检任务进行巡检；

第三步，正式运行阶段

发送启动及巡检指令，通过控制上卷筒驱动装置和下卷筒驱动装置进行同步工作，控制机器人沿着固定轨道进行巡检任务；同时，底面控制中心查看各个传感器，包括红外摄像头a、b，激光雷达a、b传输回来的数据；

当可载人风井巡检机器人从上到下运动时，载人装置下方的巡检机构b以及载人装置巡检装置的各巡检机构a均处于巡检工作状态；当载人装置下方的巡检机构b发现异常情况时，在XY面内驱动机构以及卷筒驱动装置的配合驱动下，移动载人装置巡检装置的某一巡检机构a，促使与巡检机构b所反馈的异常情况对应的故障区落入该巡检机构a的巡检范围内，使得该巡检机构a对故障区进行再次巡检；若巡检机构a再次巡检的数据表明故障区确实存在故障，则悬停载人装置，载人装置中搭载的检修人员，将对故障区进行实时检修；

当可载人风井巡检机器人从下到上运动时，载人装置上方的巡检机构b以及载人装置巡检装置的各巡检机构a均处于巡检工作状态；当载人装置上方的巡检机构b发现异常情况时，在XY面内驱动机构以及卷筒驱动装置的配合驱动下，移动载人装置巡检装置的某一巡检机构a，促使与巡检机构b所反馈的异常情况对应的故障区落入该巡检机构a的巡检范围内，使得该巡检机构a对故障区进行再次巡检；若巡检机构a再次巡检的数据表明故障区确实存在故障，则悬停载人装置，载人装置中搭载的检修人员，将对故障区进行实时检修。

根据上述的技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下的有益效果：

1、本发明在风井井筒中安装可升降的载人装置，并在载人装置的外侧布置载人装置巡检装置，则本发明不仅可以检测井筒筒壁、井架和/或载人装置的状况，同时还可以搭载检修人员，保证出现问题时可以实时检修；另外，本发明在载人装置的顶部和/底部设置机器人本体，机器人本体中具有能够周向移动的巡检机构b，则在随着载人装置升降过程中，各巡检机构a会对所在方位的井筒、井架的状况进行初步巡检，当初步巡检结果表明某一方位存在故障时，控制载人装置升降至巡检机构b所在高度与故障区所在高度一致时悬停载人装置，接着周向移动机器人本体中的巡检机构b至初步巡检结果所发现的故障区，进行再次巡检，从而有效地提高了检测的效率和准确性，方便即时安排检修人员进行所涉及故障区域的维修工作。而对于巡检机构a返回回来的结果表明载人装置的外壁存在故障时，直接安排载人装置中搭载的检修人员对该故障施以维修。

2、本发明所述的一种可载人风井巡检机器人，通过合理配置巡检机构a的安装外壳以及通过将巡检机构a通过云台安装在安装外壳内，从而可以实时检测载人装置周围的情况，诸如螺栓松动等情况，大大保证了载人装置的安全性。

3、本发明所述的一种可载人风井巡检机器人，包括丝杠导轨装置，通过丝杠电机和传动丝杠电机的共同作用，可以精确控制传感器组的上下和左右移动，

4、本发明所述的一种可载人风井巡检机器人机器人，采用卷筒驱动的形式，载重性能大大提升，在防爆的前提下可根据现场需求设计能量收集装置，保证机器人的能量供应问题。

5、本发明所述的可载人机器人，上下均有布置卷筒驱动装置，可以直接通过卷筒驱动机构与钢丝绳来准确控制机器人整体的上下移动。上卷筒驱动装置和下卷筒驱动装置的同步运行保证了可载人风井巡检机器人的稳定性。

6、本发明所述的移动导轨装置包括上滚轮导轨，下滚轮导轨，上内齿轮导轨，下内齿轮导轨和连接支架；机器人本体可以通过传动轴上的传动齿轮与上内齿轮导轨和下内齿轮导轨的啮合传动达到定位的精确。同时，机器人本体可以通过上滚轮与上滚轮导轨，下滚轮与下滚轮导轨的接触保证机器人整体运动的平稳性。

7、本发明所述的机器人巡检装置底部装有万向轮，万向轮与移动导轨接触，可保证机器人与导轨之间灵活的移动。

附图说明

图1为本发明实施例1中所述可载人风井巡检机器人的布局图；

图2为本发明所述可载人风井巡检机器人的中间主体部分，包括机器人本体、载人装置以及载人装置巡检装置的三维图；

图3为本发明机器人本体的剖视图；

图4为本发明机器人载人装置巡检装置轴测图；

图5为本发明实施例2中所述可载人风井巡检机器人的布局图；

图1至5中：1-风井井筒；2-上卷筒驱动装置；3-上部驱动绳索；4-上部天轮轴；5-上部天轮； 6-上部移动导轨装置；6-1、上滚轮导轨；6-2、上内齿轮导轨；6-3、连接支架；6-4、下内齿轮导轨；6-5、下滚轮导轨；7-上部机器人本体；7-1、上滚轮；7-2、传动轴；7-3、上直齿轮；7-4、传动轴上支座；7-5、电机齿轮；7-6、直流电机防爆壳；7-7、直流电机；7-8、传动齿轮；7-9、红外摄像头a；7-10、云台；7-11、直流电机支座；7-12、上壳体框架；7-13、下壳体框架；7-14、激光雷达a；7-15、万向轮；7-16、传动轴下支座；7-17、下滚轮；8-载人装置；9-载人装置巡检装置；9-1、丝杠电机支架；9-2、丝杠电机；9-3、左导杆；9-4、丝杠；9-5、右导杆；9-6、传动丝杠支架；9-7、传动丝杠电机；9-8、丝杠螺母副；9-9、传动丝杠；9-10、传动导杆； 9-11、红外摄像头b；9-12、激光雷达b；9-13、传感器壳体；9-14、支架；10-下部机器人本体；11-下部移动导轨装置；12-下部天轮；13-下部天轮轴；14-下部驱动绳索；15-下卷筒驱动装置；16-上部卷筒；17-上部承载架；18-上部承载架支架；19-下部卷筒；20-下部承载架；21-下部承载架支架。

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)。

实施例1

如图1至4所示，本实施例所述的可载人风井巡检机器人，包括卷筒驱动装置，载人装置8，载人装置巡检装置9，机器人本体，其中：

本实施例中所述卷筒驱动装置，包括上卷筒驱动装置2和下卷筒驱动装置15；上卷筒驱动装置2布置在井口处，下卷筒驱动装置15布置在井底处；

本实施例中所述的上卷筒驱动装置2，包括上部动力装置，上部天轮5，上部天轮轴4以及上部驱动绳索3；

本实施例中所述的动力装置包括工业电机，减速器，卷筒，防爆壳；工业电机通过减速器与卷筒连接在一起，在整体的外部安装有防爆壳；

本实施例中所述的下卷筒驱动装置15，包括下部动力装置，下部天轮12，下部天轮轴13以及下部驱动绳索14；

本实施例中所述的上、下部动力装置均包括工业电机、减速器、卷筒、防爆壳；工业电机通过减速器与卷筒连接在一起，在整体的外部安装有防爆壳；

本实施例中所述的载人装置8，主要是罐笼，载人装置上部（顶部）与上卷筒驱动装置2的上部驱动绳索3固定连接，载人装置下部（底部）与下卷筒驱动装置15的下部驱动绳索14固定连接；通过上部驱动绳索3、下部驱动绳索14的带动，载人装置8能够在风井井筒1中升降。所述的载人装置8包括矩形壁面，该矩形壁面由四面侧壁围合形成。为便于搭载在载人装置8内的检修人员在载人装置巡检装置9检测到故障时，能够通过矩形壁面对故障所在区域施以实时检修，本发明可以将矩形壁面的四面侧壁均设计成可开合的侧壁，则正常运行时，各侧壁处于闭合状态，检测到故障，需要检修人员外出维修时，打开与故障所在区域邻近的侧壁即可使得维修人员从该侧壁外出抵达故障区域，以检修故障。或者本发明将所述的侧壁设置成如图4所示框架结构，即侧壁由矩形框以及均布在矩形框中的若干横杆拼接构成，则只需要合理布置相邻横杆之间的间距，使其一方面满足载人时的安全需求，另一方面，当出现故障时，检修人员可以通过相邻横杆之间的间隙探出身体或者仅伸出手，即可操控工具维修故障。本实施例中所述的载人装置巡检装置9，包括XY面内驱动机构、巡检框架、巡检机构a；XY面内驱动机构由丝杠导轨装置构成，巡检机构a由传感器组构成，针对载人装置8的每一面侧壁，均通过支架9-14配设一个巡检机构a；载人装置巡检装置9的巡检框架主要通过螺栓连接在载人装置8外部，巡检框架由所述的支架9-14围合而成；

本实施例中所述的丝杠导轨装置，包括丝杠电机支架9-1、丝杠电机9-2、丝杠9-4、左导杆9-3、右导杆9-5、传动丝杠电机支架9-1、传动丝杠电机9-7、丝杠螺母副9-8、传动丝杠9-9、传动导杆9-10，其中，丝杠电机支架9-1、丝杠电机9-2、丝杠9-4、左导杆9-3、右导杆9-5构成XY面内驱动机构的纵向驱动机构，而传动丝杠电机支架9-1、传动丝杠电机9-7、丝杠螺母副9-8、传动丝杠9-9、传动导杆9-10则构成XY面内驱动机构的横向驱动机构；丝杠电机9-2固定在丝杠电机支架9-1中，丝杠电机支架9-1安装在巡检框架上，丝杠9-4，左导杆9-3和右导杆9-5竖直安装在巡检框架中，传动丝杠9-9和传动导杆9-10水平安装在丝杠螺母副9-8中，传动丝杠电机9-7安装在传动丝杠电机支架9-1上，传动丝杠电机支架9-1固定在丝杠螺母副9-8上，丝杠螺母副9-8安装在丝杠上，传动丝杠电机9-7用来控制传动丝杠9-9的转动，丝杠螺母副9-8可以在丝杠电机9-2的作用下沿着丝杠上下移动；

本实施例中所述的传感器组，包括传感器壳体9-13以及安装在传感器壳体9-13内的红外摄像头a7-9、激光雷达a，传感器壳体9-13安装在传动丝杠9-9和传动导杆9-10上，在传动丝杠电机9-7的驱动下，可沿着传动丝杠9-9水平移动；

本实施例中所述的机器人本体，包括上部机器人本体7和下部机器人本体10，上部机器人本体7和下部机器人本体10分别通过螺栓连接固定在载人装置8的上部和下部；

本实施例中所述的上、下部机器人本体7、10，均包括移动导轨装置（环形移动导轨机构）和机器人巡检装置（巡检机构b）；上部机器人本体7所包括的移动导轨装置为上部移动导轨装置6，下部机器人本体10所包括的移动导轨装置为下部移动导轨装置11。

本实施例中所述的移动导轨装置包括上滚轮导轨6-1，下滚轮导轨6-5，上内齿轮导轨6-2，下内齿轮导轨6-4和连接支架6-3；上滚轮导轨6-1和上内齿轮导轨6-2通过螺栓连接在一起，下滚轮导轨6-5和下内齿轮导轨6-4通过螺栓连接在一起，两者再通过连接支架6-3连接在一起。滚轮导轨中加工有一个环形槽，能够让滚轮在其中移动，滚轮在机器人巡检装置的作用下可沿着滚轮导轨的内侧进行移动。

本实施例中所述的机器人巡检装置包括驱动模块，检测模块，壳体框架，其中：

本实施例中所述的驱动模块包括直流电机7-7，直流电机防爆壳7-6，两个直齿轮，两个锥齿轮，两个滚轮，传动轴7-2，两个传动轴支座，四个万向轮7-15，两个锥齿轮组成锥齿轮传动副。两个直齿轮分别为上直齿轮7-3（直齿轮a）、下直齿轮（直齿轮b）；两个滚轮分别为上滚轮7-1（滚轮a）、下滚轮7-17（滚轮b）；两个传动轴支座分别为传动轴上支座7-4、传动轴下支座7-16；滚轮与直齿轮分别安装在传动轴7-2的两端，一个锥齿轮作为传动齿轮7-8安装在传动轴7-2的中间位置，另一个锥齿轮作为直流电机齿轮7-5安装在直流电机轴上；传动轴7-2通过传动轴支座竖直安装在壳体框架上，传动轴7-2上锥齿轮与直流电机锥齿轮相互啮合传动；直流电机7-7通过直流电机底座安装在壳体框架上。四个万向轮7-15呈矩形式布置在壳体框架的底部，并放置移动导轨装置上。上直齿轮7-3与上内齿轮导轨6-2啮合，上滚轮嵌合在上滚轮导轨中，而下直齿轮则与下内齿轮导轨6-4啮合，下滚轮嵌合在下滚轮导轨中。

本实施例中所述的检测模块包括红外摄像头b9-11，激光雷达b9-12；红外摄像头b9-11通过云台7-10与壳体框架固定，激光雷达b9-12直接安装在壳体框架上；

本实施例中所述的壳体框架包括上壳体框架7-12和下壳体框架7-13；上壳体框架7-12和下壳体框架7-13均呈矩形布置。

由此可知，本发明载人巡检装置可以和机器人本体共同作用，当整体装置下降移动的时候，载人巡检装置与上部机器人本体7共同作用，首先载人巡检装置的三个传感器组同时对井筒筒壁或者井架进行初步巡检，当发现有故障时，上部机器人本体7中的巡检装置做周向移动，迅速移动到故障区域进行再次巡检，当整体装置上升移动的时候，载人巡检装置与下部机器人本体10共同作用，首先载人巡检装置的三个传感器组同时对井筒筒壁或者井架进行初步巡检，当发现有故障时，下部机器人本体10中的巡检装置做周向移动，迅速移动到故障区域进行再次巡检，大大提高了检测的效率和准确性。

实施例2

为了解决所述机器人的成本问题，本实施例在实施例1的基础上做了进一步的改进，在卷筒驱动装置的布置位置上进行修改，将上卷筒驱动装置2和下卷筒驱动装置15通过承载架布置在井筒筒壁上。

以下将结合图5详细的说明本实施例所述可载人风井巡检机器人，包括卷筒驱动装置，载人装置8，载人装置巡检装置9，机器人本体，上部承载架17，上部承载架支架18，下部承载架20，下部承载架支架21，其中：

本实施例中所述的上部承载架17通过销钉连接在上部井筒筒壁上，上部承载架17下方安装有承载架支架，筒壁承载架上安装有工业电机，减速器。上部卷筒16通过上部卷筒轴布置在井筒中间位置。上部卷筒16上卷绕有上部驱动绳索3，上部驱动电机驱动上部卷筒16旋转，以实现上部驱动绳索3的收卷或放卷。上部驱动绳索3通过上部天轮5连接在载人装置8的顶部，上部天轮5是通过上部天轮轴4固定连接在井筒筒壁中间。

本实施例中下部承载架20通过销钉连接在下部井筒筒壁上，下部承载架20的下方也安装有承载架支架，下部承载架20上安装有工业电机，减速器。下部卷筒19通过下部卷筒轴布置在井筒中间位置。

本实施例中未提及的部分与实施例1中记载的内容一致，在此不再赘述。

本发明所述的一种可载人风井巡检机器人的工作过程：

第一步，安装阶段

1.1、根据机器人本体的大小，选择合适的载人装置8，并在载人装置8的外侧布置载人装置巡检装置9；

1.2、分别组装机器人本体的巡检机构b、环形移动导轨：采用螺栓将下滚轮导轨6-5、下内齿轮导轨6-4、连接支架6-3、上内齿轮导轨6-2和上滚轮导轨6-1顺序连接好，组装形成环形移动导轨；将直流电机7-7、驱动模块的传动部分、检测模块以及万向轮7-15分别安装在壳体框架的对应位置处，组装形成巡检机构b，驱动模块的传动部分包括锥齿轮传动副、传动轴7-2、两个直齿轮以及两个滚轮；检测模块包括红外摄像头b9-11、激光雷达b9-12；红外摄像头b9-11通过云台7-10与壳体框架固定，激光雷达b9-12直接安装在壳体框架上；

1.3、将巡检机构b的壳体框架安装在环形移动导轨上，调节好巡检机构b的滚轮、内齿轮在环形移动导轨上的啮合位置；

1.4、将上部卷筒驱动转置、下卷筒驱动装置15安装到指定位置；

第二步，调试阶段

连接驱动电源，测试上、下卷筒驱动装置15部分是否能够正常控制各自对应的上、下部驱动钢丝绳的收卷与放卷，测试上卷筒驱动装置2和下卷筒驱动装置15是否可以同步运行；连接机器人本体的电源模块，测试机器人本体的移动情况，确认直流电机7-7无故障，并且能够按照事先规定的巡检任务进行巡检；

第三步，正式运行阶段

发送启动及巡检指令，通过控制上卷筒驱动装置2和下卷筒驱动装置15进行同步工作，控制机器人沿着固定轨道进行巡检任务；同时，地面控制中心查看各个传感器，包括红外摄像头a7-9、红外摄像头b9-11，激光雷达a、激光雷达b9-12传输回来的数据；

当可载人风井巡检机器人从上到下运动时，载人装置下方的巡检机构b以及载人装置巡检装置9的各巡检机构a均处于巡检工作状态；当载人装置下方的巡检机构b发现异常情况时，在XY面内驱动机构以及卷筒驱动装置的配合驱动下，移动载人装置巡检装置9的某一巡检机构a，促使与巡检机构b所反馈的异常情况对应的故障区落入该巡检机构a的巡检范围内，使得该巡检机构a对故障区进行再次巡检；若巡检机构a再次巡检的数据表明故障区确实存在故障，则悬停载人装置，载人装置中搭载的检修人员，将对故障区进行实时检修；

当可载人风井巡检机器人从下到上运动时，载人装置上方的巡检机构b以及载人装置巡检装置9的各巡检机构a均处于巡检工作状态；当载人装置上方的巡检机构b发现异常情况时，在XY面内驱动机构以及卷筒驱动装置的配合驱动下，移动载人装置巡检装置9的某一巡检机构a，促使与巡检机构b所反馈的异常情况对应的故障区落入该巡检机构a的巡检范围内，使得该巡检机构a对故障区进行再次巡检；若巡检机构a再次巡检的数据表明故障区确实存在故障，则悬停载人装置，载人装置中搭载的检修人员，将对故障区进行实时检修。

运动分析

假设可载人风井巡检机器人整体沿着z轴（井筒轴向）上下移动的速度为v ₁=2m/min，罐笼的高度H=2m，长度为1m，宽度为1m。周向巡检机器人旋转的角速度ω=4π rad/min，周向巡检机器人巡检轨道的的直径为1m。则可以得出：

周向旋转的速度为。

中间载人装置巡检装置9的横向移动速度和纵向移动速度均是v ₃=6m/min。

中间载人装置巡检装置9的最大横向移动距离为2m，最大纵向移动距离为1m。

一个循环周期内，周向巡检机器人会旋转2周，整体下降2m。

当周向巡检机器人旋转一周时，整体上下移动1米。确认有异常情况时，中间载人装置巡检装置9开始工作，会在0.5min内达到指定位置，并在0.5min内收集信息并进行二次确认。接着进行下一个巡检工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可载人风井巡检机器人，其特征在于，包括载人装置以及载人装置巡检装置，其中：

所述的载人装置，能够在风井井筒中升降，包括矩形壁面，该矩形壁面由四面侧壁围合形成；

所述的载人装置巡检装置，布置在载人装置的矩形壁面的外围，能够巡检井筒筒壁、井架和/或载人装置的矩形壁面；所述的载人装置巡检装置，针对载人装置的每一面侧壁，均通过支架配设巡检机构a；

所述的巡检机构a，能够在自身所在的平面内移动；

搭载在载人装置的检修人员，在巡检机构a检测到故障时，能够通过矩形壁面对故障所在区域施以实时检修。

2.根据权利要求1所述的可载人风井巡检机器人，其特征在于，所述的巡检机构a，在XY面内驱动机构的动力驱动下能够在自身所在的平面内移动，包括传感器壳体以及设置在传感器壳体中的红外摄像头a、激光雷达a；

所述的XY面内驱动机构，包括横向驱动机构、纵向驱动机构；

纵向驱动机构安装在支架上，横向驱动机构与纵向驱动机构的动力输出端连接，而横向驱动机构的动力输出端则与传感器壳体连接。

3.根据权利要求2所述的可载人风井巡检机器人，其特征在于，所述的支架为矩形框架，所述载人装置的每一面侧壁的外侧均平行地设置有一个所述的矩形框架；各矩形框架的相邻侧边框连接成一体；

所述的纵向驱动机构，包括两条，一一对应地沿着巡检框架中处于纵向的两侧边框布置；每一条纵向驱动机构均包括丝杠电机支架、丝杠电机、丝杠、两条导杆；

丝杠电机支架安装在巡检框架上，丝杠电机固定在丝杠电机支架中，丝杠、两条导杆均竖直安装在巡检框架中，且两条导杆分设在丝杠的两侧；丝杠电机的动力输出端与丝杠连接；

所述的横向驱动机构，沿着矩形框架的横向布置，包括传动丝杠电机支架、传动丝杠电机、丝杠螺母副、传动丝杠、两条传动导杆；

所述的丝杠螺母副，包括两个，分别与两条纵向驱动机构的丝杠一一对应螺纹配合连接，并与两条纵向驱动机构的导杆一一对应导向连接；传动丝杠和两条传动导杆均沿着矩形框架的水平方向布置，且传动丝杠、两条传动导杆的两端均对应安装在两个丝杠螺母副中，同时两条传动导杆分设在传动丝杠的两侧；传动丝杠电机支架固定在两个丝杠螺母副中的其中一个上，而传动丝杠电机则安装在传动丝杠电机支架上，且传动丝杠电机的动力输出端与传动丝杠连接；

所述的传感器壳体，能够与传动丝杠螺纹配合连接，并与两条传动导杆导向连接；

在丝杠电机的动力驱动下，丝杠旋转，带动传感器壳体随着丝杠螺母副沿着丝杠上下移动；

在传动丝杠电机的动力驱动下，传动丝杠旋转，带动传感器壳体沿着传动丝杠左右移动。

4.根据权利要求1所述的可载人风井巡检机器人，其特征在于，所述载人装置的顶部和/或底部设置有机器人本体；所述的机器人本体，包括环形移动导轨机构以及能够沿着环形移动导轨机构周向移动的巡检机构b；所述的环形移动导轨机构，包括上滚轮导轨、下滚轮导轨、上内齿轮导轨、下内齿轮导轨和连接支架；其中：

上滚轮导轨位于上内齿轮导轨的上方，并通过紧固件a连接构成上环形移动导轨机构；

下滚轮导轨位于下内齿轮导轨的下方，并通过紧固件b连接构成下环形移动导轨机构；

上、下环形移动导轨机构分设在巡检机构b的上下两侧，并通过连接支架连接成一体；

巡检机构b的上端能够与上内齿轮导轨啮合的同时嵌装在上滚轮导轨中，而巡检机构b的下端则能够与下内齿轮导轨啮合的同时嵌装在下滚轮导轨中。

5.根据权利要求4所述的可载人风井巡检机器人，其特征在于，所述巡检机构b包括壳体框架以及安置在壳体框架内的驱动模块、检测模块，其中：

所述的驱动模块，包括直流电机、锥齿轮传动副、传动轴、两个直齿轮以及两个滚轮；两个直齿轮分别为直齿轮a、直齿轮b；两个滚轮分别为滚轮a、滚轮b；

直流电机的动力输出端通过锥齿轮传动副与传动轴连接；

两个直齿轮、两个滚轮均固定在传动轴上，且直齿轮a能够与上内齿轮导轨啮合，而滚轮a能够嵌合在上滚轮导轨中，直齿轮b能够与下内齿轮导轨啮合，而滚轮b能够嵌合在下滚轮导轨中；

在直流电机的动力驱动下，传动轴发生旋转，带动两个直齿轮沿着各自啮合的内齿轮导轨移动、两个滚轮沿着各自嵌合的滚轮导轨移动；

所述的检测模块包括红外摄像头b、激光雷达b；红外摄像头b通过云台与壳体框架固定，激光雷达b直接安装在壳体框架上。

6.根据权利要求5所述的可载人风井巡检机器人，其特征在于，所述的壳体框架包括上框架和下框架；上框架和下框架均呈矩形设置。

7.根据权利要求1所述的可载人风井巡检机器人，其特征在于，所述的载人装置在卷筒驱动装置的动力驱动下，能够沿着风井井筒升降；

所述的卷筒驱动装置，包括上卷筒驱动装置和下卷筒驱动装置；上卷筒驱动装置布置在井口处，下卷筒驱动装置布置在井底处；

上卷筒驱动装置的动力输出端与载人装置的顶部连接，下卷筒驱动装置的动力输出端则与载人装置的底部连接；

此时载人装置的顶部、底部均配装有机器人本体。

8.根据权利要求7所述的可载人风井巡检机器人，其特征在于，所述的卷筒驱动装置通过筒壁承载架悬挂在井筒筒壁上或者直接置放在井筒筒壁上设置的放置平台上。

9.根据权利要求7所述的可载人风井巡检机器人，其特征在于，所述的上卷筒驱动装置，包括上部动力装置、上部天轮、上部天轮轴以及上部驱动绳索；

所述的下卷筒驱动装置，包括下部动力装置、下部天轮、下部天轮轴以及下部驱动绳索；

上、下部动力装置均包括防爆壳以及置于防爆壳内的工业电机、减速器、卷筒；工业电机通过减速器与卷筒连接；

所述的上部天轮通过上部天轮轴固定在井筒筒壁中间；下部天轮通过下部天轮轴固定在井筒筒壁中间；

上部驱动绳索卷绕在上部动力装置的卷筒上，且上部驱动绳索与载人装置的顶部连接；

下部驱动绳索卷绕在下部动力装置的卷筒上，且下部驱动绳索与载人装置的底部连接。

10.一种风井巡检方法，基于权利要求1所述的可载人风井巡检机器人来实现，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，安装阶段

1.1、根据机器人本体的大小，选择合适的载人装置，并在载人装置的外侧布置载人装置巡检装置；

1.2、分别组装机器人本体的巡检机构b、环形移动导轨：采用螺栓将下滚轮导轨、下内齿轮导轨、连接支架、上内齿轮导轨和上滚轮导轨顺序连接好，组装形成环形移动导轨；将直流电机、驱动模块的传动部分、检测模块以及万向轮分别安装在壳体框架的对应位置处，组装形成巡检机构b，驱动模块的传动部分包括锥齿轮传动副、传动轴、两个直齿轮以及两个滚轮；检测模块包括红外摄像头b、激光雷达b；红外摄像头b通过云台与壳体框架固定，激光雷达b直接安装在壳体框架上；

1.3、将巡检机构b的壳体框架安装在环形移动导轨上，调节好巡检机构b的滚轮、内齿轮在环形移动导轨上的啮合位置；

1.4、将上部卷筒驱动转置、下卷筒驱动装置安装到指定位置；

第二步，调试阶段

连接驱动电源，测试上、下卷筒驱动装置部分是否能够正常控制各自对应的上、下部驱动钢丝绳的收卷与放卷，测试上卷筒驱动装置和下卷筒驱动装置是否可以同步运行；连接机器人本体的电源模块，测试机器人本体的移动情况，确认直流电机无故障，并且能够按照事先规定的巡检任务进行巡检；

第三步，正式运行阶段

发送启动及巡检指令，通过控制上卷筒驱动装置和下卷筒驱动装置进行同步工作，控制机器人沿着固定轨道进行巡检任务；同时，底面控制中心查看各个传感器，包括红外摄像头a、b，激光雷达a、b传输回来的数据；

当可载人风井巡检机器人从上到下运动时，载人装置下方的巡检机构b以及载人装置巡检装置的各巡检机构a均处于巡检工作状态；当载人装置下方的巡检机构b发现异常情况时，在XY面内驱动机构以及卷筒驱动装置的配合驱动下，移动载人装置巡检装置的某一巡检机构a，促使与巡检机构b所反馈的异常情况对应的故障区落入该巡检机构a的巡检范围内，使得该巡检机构a对故障区进行再次巡检；若巡检机构a再次巡检的数据表明故障区确实存在故障，则悬停载人装置，载人装置中搭载的检修人员，将对故障区进行实时检修；

当可载人风井巡检机器人从下到上运动时，载人装置上方的巡检机构b以及载人装置巡检装置的各巡检机构a均处于巡检工作状态；当载人装置上方的巡检机构b发现异常情况时，在XY面内驱动机构以及卷筒驱动装置的配合驱动下，移动载人装置巡检装置的某一巡检机构a，促使与巡检机构b所反馈的异常情况对应的故障区落入该巡检机构a的巡检范围内，使得该巡检机构a对故障区进行再次巡检；若巡检机构a再次巡检的数据表明故障区确实存在故障，则悬停载人装置，载人装置中搭载的检修人员，将对故障区进行实时检修。

Images