CN111963850A - 一种巡检机器人的单电机二级传动复合升降机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种巡检机器人的单电机二级传动复合升降机，包括固定组件和移动组件，固定组件包括升降电机、升降齿轮及传动齿条；移动组件包括滚珠丝杠、丝杠螺母、升降齿条及齿轮箱，齿轮箱内设有传动齿轮、过渡齿轮及小锥齿轮；升降齿轮与升降齿条啮合组成一级升降机构，传动齿轮与传动齿条啮合组成二级升降机构，丝杠螺母与滚珠丝杠组成滚珠丝杠移动副，小锥齿轮与滚珠丝杠同轴连接，小锥齿轮通过过渡齿轮与传动齿轮连接。本发明采用单台电机一拖二的升降结构，省去二级电机，降低了制作成本；且两级升降机构同步运行，使得单电机的转速相比双电机可减小一半，电机力矩增大，提高电机的耐久性。

Description

一种巡检机器人的单电机二级传动复合升降机
技术领域
本发明涉及巡检机器人技术领域，具体涉及一种巡检机器人的单电机二级传动复合升降机。
背景技术
巡检机器人是以移动机器人作为载体，以可见光摄像机、红外热成像仪、其它检测仪器作为载荷系统，以嵌入式计算机作为控制系统的软硬件开发平台，具有障碍物检测识别与定位、自主作业规划、自主越障、对线路走廊自主巡检、巡检图像和数据、后台巡检作业管理与分析诊断等功能。
应用于室内机房的数据中心巡检机器人，在固定的走廊按预定的规划路线行进，在到达一个控制柜的扫描位置，开启末端盒内的检测仪器，对此工位的控制柜进行检测。巡检机器人利用升降机构将末端盒直接从低位垂直运送至高位，现有用于巡检机器人的升降机构主要包括两类，链条或皮带传动的升降机构和齿轮齿条式升降机构，如：
中国专利CN108436943A公开一种设备巡检机器人，包括：导航底盘11，升降装置12，数据采集装置13及主控系统14；所述导航底盘11包括：激光收发单元，运动单元和路径规划单元；所述激光收发单元用于根据待巡检区域生成设备巡检地图，所述路径规划单元用于根据所述设备巡检地图对所述待巡检区域进行路径规划；所述导航底盘11用于通过所述运动单元承载所述设备巡检机器人根据所述路径规划单元所规划的路径在所述待巡检区域内进行巡检。该专利存在链条升降机构的链条结构松紧不稳定，运行故障率高的问题。
中国专利CN110919694A公开了一种紧凑型低起点长行程的组合齿条式升降机，包括主体结构和给主体结构供电和控制信号的附属件，主体结构包括固定组件、滑动支架组件、滑动支架动力组件和升降载荷平台组件，滑动支架组件与固定组件都竖直设置，滑动支架动力组件固定在滑动支架组件的末端并通过结合固定组件驱动滑动支架组件整体上升至固定组件的顶端；升降载荷平台组件在滑动支架组件上滑动。该专利采用双电机驱动的双齿条升降机构，存在制造成本高、电机及其附属的电缆组装工艺复杂及维护困难的问题。
发明内容
为解决现有技术中链条升降机构存在链条结构松紧不稳定，运行故障率高的问题，以及双齿条升降机构存在的制造成本高、电机及附属的电缆组装工艺复杂及维护困难的问题；本发明提供一种巡检机器人的单电机二级传动复合升降机。
本发明采用的技术方案是：
一种巡检机器人的单电机二级传动复合升降机，包括固定组件和移动组件，所述固定组件包括固定支架及安装在所述固定支架上的升降电机、升降齿轮、传动齿条及电机驱动器；电机驱动器用于驱动升降电机转动，升降齿轮与升降电机的输出轴同轴固定连接；所述移动组件包括升降支架及安装在所述升降支架上的滚珠丝杠、二级导轨、丝杠螺母、二级滑块、升降齿条及齿轮箱，齿轮箱内设有传动齿轮、变速齿轮组、小锥齿轮及大锥齿轮；丝杠螺母与二级滑块连接为一个组件，丝杠螺母与滚珠丝杠组成滚珠丝杆传动副，二级滑块与二级导轨组成导轨滑块移动副，齿轮箱固定在滚珠丝杠的底部，小锥齿轮同轴套装在滚珠丝杠的下端，小锥齿轮与大椎齿轮啮合连接，大椎齿轮通过变速齿轮组与传动齿轮啮合连接；升降齿轮与升降齿条啮合连接组成一级升降机构，传动齿轮与传动齿条啮合连接组成二级升降机构。
进一步地，固定组件还包括一级主导轨及一级辅助滑块，一级主导轨竖直固定在固定支架上，一级辅助滑块固定在固定支架的上端；升降组件还包括一级辅助导轨及一级主滑块，一级辅助导轨竖直固定在移动支架上，一级主滑块固定在移动支架的下端；一级辅助滑块与一级辅助导轨组成第一导轨滑块移动副，一级主滑块与一级主导轨组成第二导轨滑块移动副，第一导轨滑块移动副及第二导轨滑块移动副形成互锁结构。
进一步地，固定支架的上端设有上缓冲垫块及下缓冲垫块，下缓冲垫块用于移动组件运行到最高点时，一级主滑块与一级主导轨之间的缓冲，上缓冲垫块用于移动组件运行到最低点时一级辅助滑块与一级辅助导轨之间的缓冲。
进一步地，滚珠丝杠通过上下两个丝杠支架可转动地竖直设置在升降支架上，丝杠轴盖固定在丝杠支架上，与丝杠支架组成支撑架。
进一步地，丝杠螺母与二级滑块通过滑块支架连接。
进一步地，变速齿轮组包括第一变速齿轮、第二变速齿轮及第三变速齿轮，第二变速齿轮与第一变速齿轮同轴连接安装在齿轮箱盖内上侧，第三变速齿轮与大锥齿轮同轴安装在齿轮箱盖内下侧，第三变速齿轮与第一变速齿轮啮合连接，传动齿轮与第二变速齿轮啮合连接。
进一步地，一级升降机构的齿轮齿条与二级升降机构的齿轮齿条的结构及尺寸均相同。
本发明的有益效果：
1、采用单台电机一拖二的升降结构，省去二级升降电机，降低制作成本；
2、电机、电缆及驱动器均在固定端安装，无需考虑线束及拖链安装问题，简化制作和组装工艺；
3、采用双导轨滑块互锁结构，使升降机整体运行更稳定可靠，不易受外部震动和不良路况的影响；
4、由于两级升降同步运行，使得单电机的转速相比双电机速度可减小一半，电机力矩增大，提高电机的使用耐久性。
附图说明
图1是本发明的单电机两级传动复合升降机的结构示意图。
图2是本发明的单电机两级传动复合升降机的固定支架的结构示意图。
图3是本发明的单电机两级传动复合升降机的滑动支架的正面结构示意图。
图4是本发明的单电机两级传动复合升降机的滑动支架的背面结构示意图。
图5是本发明的单电机两级传动复合升降机的齿轮箱的第一结构示意图。
图6是本发明的单电机两级传动复合升降机的齿轮箱的第二结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
参阅图1～图6，本实施例提供一种巡检机器人的单电机两级传动复合升降机，包括固定组件100和移动组件200。
如图2所示，固定组件100由上缓冲垫块101、下缓冲垫块102、升降电机103、升降齿轮104、传动齿条105、固定支架106、一级主导轨107、固定顶板108、辅助支架109、一级辅助滑块110、电机驱动器111及固定底板112，共12个零件组成。
固定支架106、固定顶板108、辅助支架109、固定底板112四个零件通过螺钉连接固定，组成固定组件100的安装框架，固定支架106和辅助支架109平行连接在固定顶板108与固定底板112之间。固定底板112上设有用于连接巡检机器人的安装孔。
升降电机103和驱动器111安装在固定支架的安装框架的内侧，即固定支架106和辅助支架109之间。
驱动器111通过导线连接升降电机103，用于控制电机启停。升降电机103安装在安装框架的上端，电机输出轴垂直伸出固定支架106，伸出端固定套装升降齿轮104。
一级主导轨107竖直安装在固定支架106的前侧面的中心部，导轨面朝向固定支架的前侧。固定顶板108的前侧面的中心部向外突出形成凸起，凸起的下侧面和上侧面分别安装有两块橡胶材质的缓冲垫，分别是上缓冲垫块101和下缓冲垫块102，下缓冲垫块102位于一级主导轨107顶部正上方。一级辅助滑块110固定安装在一级主导轨107的上端的旁侧，传动齿条105竖直安装在一级主导轨107的另一侧。为了使结构更紧凑，同时增加强度，本实施中一级辅助滑块110采用两个MGN9C型号的小滑块串接，配合移动组件200的9mm宽的一级辅助导轨220。
如图3～图6所示，移动组件200由丝杠支架213、丝杠轴盖214、滚珠丝杠215、二级导轨216、丝杠螺母217、滑块支架218、二级滑块219、一级辅助导轨220、升降顶板221、升降支架222、升降齿条223、一级主滑块224、齿轮箱盖225、第一变速齿轮226、第二变速齿轮227、传动齿轮228、第三变速齿轮229、小锥齿轮230及大锥齿轮231，共19个零件组成。
升降支架222是移动组件的主体零件，其上端安装有升降顶板221，下端安装有齿轮箱。
滚珠丝杠215通过上下两个丝杠支架213可转动地竖直设置在升降支架222的前侧面，丝杠轴盖214固定在丝杠支架213上，与丝杠支架213组成支撑架。上端的丝杠支架213为独立零件，下端的丝杠支架213与齿轮箱盖225结合在一起。二级导轨216竖直安装在滚珠丝杠215的后侧，二级滑块219可滑动安装在二级导轨216上，丝杠螺母217螺旋套装在滚珠丝杠215，丝杠螺母217与二级滑块219共同安装在滑块支架218上，滑块支架218、丝杠螺母217及二级滑块219组成一个可沿二级导轨216及滚珠丝杠215上下滑动的组件。起导向作用的二级导轨216与二级滑块219滑动配合，保证滚珠丝杠215的结构稳定性和运行精度。
一级辅助导轨220安装在移动支架222侧面，导轨面朝向移动支架222的后侧。升降齿条223竖直安装在移动支架222的侧面，一级主滑块224安装在移动支架222的下端。为了使结构更紧凑，同时增加强度，本实施中一级主滑块224采用两个MGN9C型号的小滑块串接，配合固定组件100的9mm宽的一级主导轨107。
齿轮箱盖225安装在移动支架222的底部，第二变速齿轮227与第一变速齿轮226同轴连接安装在齿轮箱盖225内上侧，第三变速齿轮229与大锥齿轮231同轴安装在齿轮箱盖225内下侧，小锥齿轮230套装固定在滚珠丝杠215的下端，小锥齿轮230及大锥齿轮231啮合连接，第三变速齿轮229与第一变速齿轮226啮合连接，传动齿轮228与第二变速齿轮227啮合连接。
如图1所示，移动组件200可滑动安装在固定组件100上，固定组件100的升降齿轮104与移动组件200的升降齿条223啮合连接形成一级升降机构；移动组件200的传动齿轮228与固定组件100的传动齿条105啮合连接形成二级升降机构。
升降电机103转动，带动升降齿轮104同步转动，通过升降齿条223推动移动组件200上下移动；在此过程中，传动齿轮228与传动齿条105相互啮合，移动支架的上下移动迫使传动齿轮228做反向转动；传动齿轮228带动小锥齿轮230的转动，带动滚珠丝杠215同步转动；滚珠丝杠215带动丝杠滑块219做竖直方向的上下移动，进而带动安装在丝杠滑块219上的机器人末端盒移动，实现了竖直方向上下扫描工作。
两级升降机构的齿轮、齿条的规格和尺寸完全相同，其升降高度和运行速度完全相同。升降电机103驱动一级升降机构的齿轮齿条运动，同时利用反向设置的二级升降机构将升降动力同步传输到传动齿轮228上，再由传动齿轮228将动力传输到齿轮箱内，继而传动到丝杠滑块机构，实现机器人末端盒的上下扫描，从而实现单电机一拖二的功效。
固定组件100的一级主导轨107与移动组件200的一级主滑块224组成第一导轨滑块连接副，移动组件200的一级辅助导轨220与固定组件100的一级辅助滑块110组成第二导轨滑块连接副，两连接副相处互锁结构，保证了移动支架在下降到最低点或上升到最高点位置时，都能锁定在固定支架上，从而保证固定组件100与移动组件200在整个运行过程的安装间隙不变，使整体结构更稳固可靠。
下缓冲垫块102用于移动组件200运行到最高点时，一级主滑块224与一级主导轨107之间的缓冲，上缓冲垫块101用于移动组件200运行到最低点时一级辅助滑块110与一级辅助导轨220之间的缓冲，上缓冲垫块101和下缓冲垫块102的设置可防止滑块的损坏，提高整个机构运行的可靠性。
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 (7)

1.一种巡检机器人的单电机二级传动复合升降机，包括固定组件和移动组件，其特征在于：
所述固定组件包括固定支架及安装在所述固定支架上的升降电机、升降齿轮、传动齿条及电机驱动器；电机驱动器用于驱动升降电机转动，升降齿轮与升降电机的输出轴同轴固定连接；
所述移动组件包括升降支架及安装在所述升降支架上的滚珠丝杠、二级导轨、丝杠螺母、二级滑块、升降齿条及齿轮箱，齿轮箱内设有传动齿轮、变速齿轮组、小锥齿轮及大锥齿轮；丝杠螺母与二级滑块连接为一个组件，丝杠螺母与滚珠丝杠组成滚珠丝杆传动副，二级滑块与二级导轨组成导轨滑块移动副，齿轮箱固定在滚珠丝杠的底部，小锥齿轮同轴套装在滚珠丝杠的下端，小锥齿轮与大椎齿轮啮合连接，大椎齿轮通过变速齿轮组与传动齿轮啮合连接；
升降齿轮与升降齿条啮合连接组成一级升降机构，传动齿轮与传动齿条啮合连接组成二级升降机构。
2.根据权利要求1所述的单电机二级传动复合升降机，其特征在于：固定组件还包括一级主导轨及一级辅助滑块，一级主导轨竖直固定在固定支架上，一级辅助滑块固定在固定支架的上端；升降组件还包括一级辅助导轨及一级主滑块，一级辅助导轨竖直固定在移动支架上，一级主滑块固定在移动支架的下端；一级辅助滑块与一级辅助导轨组成第一导轨滑块移动副，一级主滑块与一级主导轨组成第二导轨滑块移动副，第一导轨滑块移动副及第二导轨滑块移动副形成互锁结构。
3.根据权利要求2所述的单电机二级传动复合升降机，其特征在于：固定支架的上端设有上缓冲垫块及下缓冲垫块，下缓冲垫块用于移动组件运行到最高点时，一级主滑块与一级主导轨之间的缓冲，上缓冲垫块用于移动组件运行到最低点时一级辅助滑块与一级辅助导轨之间的缓冲。
4.根据权利要求1或2所述的单电机二级传动复合升降机，其特征在于：滚珠丝杠通过上下两个丝杠支架可转动地竖直设置在升降支架上，丝杠轴盖固定在丝杠支架上，与丝杠支架组成支撑架。
5.根据权利要求1或2所述的单电机二级传动复合升降机，其特征在于：丝杠螺母与二级滑块通过滑块支架连接。
6.根据权利要求1或2所述的单电机二级传动复合升降机，其特征在于：变速齿轮组包括第一变速齿轮、第二变速齿轮及第三变速齿轮，第二变速齿轮与第一变速齿轮同轴连接安装在齿轮箱盖内上侧，第三变速齿轮与大锥齿轮同轴安装在齿轮箱盖内下侧，第三变速齿轮与第一变速齿轮啮合连接，传动齿轮与第二变速齿轮啮合连接。
7.根据权利要求1或2所述的单电机二级传动复合升降机，其特征在于：一级升降机构的齿轮齿条与二级升降机构的齿轮齿条的结构及尺寸均相同。
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