CN113524141B - 基于既有管廊的挂轨巡检机器人轨道系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于既有管廊的挂轨巡检机器人轨道系统，分为平直轨道段、翻转轨道段、爬坡轨道段和转弯轨道段，四者均包括挂轨组件和套筒支架；平直轨道段的套筒支架通过紧固件水平固定在管廊支架的外侧端，挂轨组件的顶部通过紧固件固定在套筒支架的外侧端底部；翻转轨道段还包括翻转固定铰链和翻转活动铰链，翻转活动铰链的左侧端通过销轴铰接在翻转固定铰链上，翻转活动铰链的左侧端配备有滑动销钉，滑动销钉能在翻转限位槽内滑动实现水平位置向上翻转让位，挂轨组件的顶部通过紧固件固定在翻转活动铰链的外侧端底部。能加装到地下既有管廊的空间结构上，不影响既有管廊的正常运行，并能确保巡检机器人顺利到达各监测部位进行精确监测。

Description

基于既有管廊的挂轨巡检机器人轨道系统

技术领域

本发明涉及巡检机器人轨道系统，具体涉及一种适用于地下空间结构——既有管廊的挂轨巡检机器人轨道系统。

背景技术

地下空间结构管线、设备众多，其安全可靠的运行是工程建设中需要重点考虑的问题。巡检机器人的引入不仅能大量节约运行期间的人力物力成本，机器人携带的各种传感器和监测设备及监测精度也是人工巡检难以达到的。巡检机器人的轨道系统是机器人能够平稳运行的重要保障，其设计及施工一般和地下空间结构的建设周期同步；对于既有建成的地下空间结构如综合管廊，如果要增加机器人巡检系统其建设难度大大增加，其原因是轨道系统需要连续且独立的空间以保证机器人顺利到达各监测部位，而地下空间结构十分宝贵，初始设计时若未考虑巡检机器人，后续增加巡检系统会存在空间上的挑战。

发明内容

本发明针对地下既有管廊空间结构的一般特点，提出了一套挂轨巡检机器人的轨道系统，能加装到地下既有管廊的空间结构上，不影响既有管廊的正常运行，并能确保巡检机器人顺利到达各监测部位进行精确监测。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种基于既有管廊的挂轨巡检机器人轨道系统，分为平直轨道段、翻转轨道段、爬坡轨道段和转弯轨道段，四者均包括挂轨组件和套筒支架；

所述平直轨道段的套筒支架通过紧固件水平固定在既有管廊的管廊支架的外侧端，所述挂轨组件的顶部通过紧固件固定在套筒支架的外侧端底部，所述挂轨组件构成的轨道为平直挂轨；

所述翻转轨道段还包括翻转固定铰链和翻转活动铰链，翻转固定铰链的左侧端固定在翻转轨道段的套筒支架的右侧，套筒支架通过紧固件水平固定在既有管廊的管廊支架的外侧端，翻转固定铰链为顶部敞开的“U”形板，翻转固定铰链上设置有弧形的翻转限位槽，翻转活动铰链的左侧端通过销轴铰接在翻转固定铰链上，翻转活动铰链的左侧端配备有滑动销钉，滑动销钉能在翻转限位槽内滑动实现水平位置向上翻转让位，所述挂轨组件的顶部通过紧固件固定在翻转活动铰链的外侧端底部，所述挂轨组件构成的轨道为平直挂轨；

所述爬坡轨道段的套筒支架通过紧固件水平固定在既有管廊的管廊支架的外侧端，所述挂轨组件的顶部通过紧固件固定在套筒支架的外侧端底部，所述挂轨组件构成的轨道为爬坡挂轨，该爬坡挂轨由依次相连的上直线段、上曲线段、中直线段、下曲线段、下直线段组成，所述上直线段与下直线段上下平行错开设置；

所述转弯轨道段的套筒支架通过紧固件水平固定在既有管廊的管廊支架的外侧端，所述挂轨组件的顶部通过紧固件固定在套筒支架的外侧端底部，所述挂轨组件构成的轨道为转弯挂轨，该转弯挂轨由依次相连的前直线段、前曲线段、中直线段、后曲线段、后直线段组成，所述前直线段与后直线段左右平行错开设置。

作为上述方案的优选，所述挂轨组件包括“工”字型挂轨、轨道卡口、橡胶垫片，“工”字型挂轨的上端通过轨道卡口挂装在对应的安装件下方，且安装件与轨道卡口之间设置有所述橡胶垫片，且安装件、橡胶垫片、轨道卡口通过紧固件由上向下依次锁紧固定。

进一步优选为，所述“工”字型挂轨采用薄壁H型钢或H型铝轨道。

进一步优选为，所述套筒支架内设置有橡胶隔振垫，所述橡胶隔振垫竖直设置将套筒支架分割成左右两个腔体。

进一步优选为，所述翻转限位槽的弧度为90°，翻转活动铰链能实现水平位置向上90°的翻转让位，所述翻转限位槽的末端设置有锁止槽，使得翻转活动铰链翻转到90°时，滑动销钉落入锁止槽内进行自锁，需要向滑动销钉施加向上的作用力，才能使滑动销钉从锁止槽内退出实现解锁。

进一步优选为，所述爬坡挂轨的上直线段、上曲线段、中直线段、下曲线段、下直线段两两拼接位置的顶部设置有辅助连接板和橡胶垫板，辅助连接板、橡胶垫板叠合后的两端通过紧固件分别固定在两个不同的拼接件上；两个拼接件的其中一个为曲线段，所述橡胶垫板的底部被削成与曲线段端头顶面匹配的弧形面。

本发明的有益效果：利用既有综合管廊的用于布置线缆盒和管道盒的管廊支架构筑挂轨巡检机器人的主轨道系统，并针对各种特殊工况如逃生孔、下料孔、坡度段和转弯段等设计了独有的翻转轨道、爬坡轨道和转弯轨道。该系统施工简单，最大限度降低了施工对地下空间结构中既有设备运行的干扰，解决了这些问题有助于拓宽巡检机器人在既有地下空间结构中的应用范围，降低施工干扰同时节约造价，有助于自动巡检系统的推广应用。

附图说明

图1为平直轨道段的结构示意图。

图2为图1的局部放大示意图。

图3为翻转轨道段的结构示意图。

图4为翻转轨道段的固定部分的示意图。

图5为翻转轨道段的翻转部分的示意图。

图6为爬坡轨道段的爬坡挂轨示意图。

图7为图6的局部放大示意图。

图8为图6的反弯点示意图。

图9为转弯轨道段的爬坡挂轨示意图。

图10为图9的局部放大示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

结合图1—图10所示，一种基于既有管廊的挂轨巡检机器人轨道系统，分为平直轨道段A、翻转轨道段B、爬坡轨道段C和转弯轨道段D，四者均包括挂轨组件1和套筒支架3。

如图1所示，平直轨道段A的套筒支架3通过紧固件水平固定在既有管廊的管廊支架2的外侧端。挂轨组件1的顶部通过紧固件固定在套筒支架3的外侧端底部，挂轨组件1构成的轨道为平直挂轨。

如图3—图5所示，翻转轨道段B除了挂轨组件1和套筒支架3外，还包括翻转固定铰链4和翻转活动铰链5。

翻转固定铰链4的左侧端固定在翻转轨道段B的套筒支架3的右侧，翻转固定铰链4与套筒支架3焊接或螺栓固定在一起均可。套筒支架3通过紧固件水平固定在既有管廊的管廊支架的外侧端(图中未示出)。

翻转固定铰链4为顶部敞开的“U”形板，翻转活动铰链5能伸入翻转固定铰链4内，并通过翻转固定铰链4的底板作为水平状态时的支撑板。

翻转固定铰链4上设置有弧形的翻转限位槽4a，翻转活动铰链5的左侧端通过销轴6铰接在翻转固定铰链4上。翻转活动铰链5的左侧端配备有滑动销钉7，滑动销钉7能在翻转限位槽4a内滑动实现水平位置向上翻转让位，翻转活动铰链5向上翻转后，能腾出下方的空间作为逃生孔、下料孔等使用，当需要进行机器人巡检时，再翻转回水平位置，从而实现两种状态的随意切换。

最好是，翻转限位槽4a的弧度为90°，翻转活动铰链5能实现水平位置向上90°的翻转让位。翻转限位槽4a的末端设置有锁止槽4b，使得翻转活动铰链5翻转到90°时，滑动销钉7落入锁止槽4b内进行自锁，需要向滑动销钉7施加向上的作用力，才能使滑动销钉7从锁止槽4b内退出实现解锁，但翻转限位槽4a的弧度范围不以此为限。

实际使用过程中，当需要将翻转活动铰链5占用的空间作为逃生孔、下料孔等短暂使用时，可以将翻转活动铰链5向上翻转至中间位置停止，此时只需要人工将翻转活动铰链5扶住即可。长时间使用时，最好是进行自锁。

挂轨组件1的顶部通过紧固件固定在翻转活动铰链5的外侧端底部，挂轨组件1构成的轨道为平直挂轨。

如图6—图8所示，爬坡轨道段C的套筒支架通过紧固件水平固定在既有管廊的管廊支架的外侧端，挂轨组件的顶部通过紧固件固定在套筒支架的外侧端底部，以上与平直轨道段A一致，在此不再赘述。

与平直轨道段A的区别在于：挂轨组件1构成的轨道为爬坡挂轨，该爬坡挂轨由依次相连的上直线段a、上曲线段b、中直线段c、下曲线段d、下直线段e组成。上直线段a与下直线段e上下平行错开设置，中间通过上曲线段b、中直线段c、下曲线段d实现平缓过渡。

最好是，爬坡挂轨的上直线段a、上曲线段b、中直线段c、下曲线段d、下直线段e两两拼接位置的顶部设置有辅助连接板9和橡胶垫板10。辅助连接板9、橡胶垫板10叠合后的两端通过紧固件分别固定在两个不同的拼接件上。两个拼接件的其中一个为曲线段，橡胶垫板10的底部被削成与曲线段端头顶面匹配的弧形面。爬坡挂轨的四个反弯点分别为P1、P2、P3、P4。

坡度段轨道系统设计步骤为：

1.根据公式1设计上坡或者下坡段的倾角θ，一般情况下倾角θ越小轨道系统运行越稳定，当坡度段高差确定时，根据场地限制性条件选择最大的上坡段或下坡段的投影长度l₁，同时需要保证倾角θ小于等于挂轨机器人的最大爬坡角[θ]；

2.根据公式2设计坡度段拼装轨道的曲率半径R，公式中[L]和[γ]分别为挂轨机器人的轴距和通过角；

3.根据公式3设计坡度段拼装轨道的圆心角

4.若轨道坡度段采用整体轨道方案，以上参数设计步骤保持不变，轨道轴线由反弯点P₁，P₂，P₃，P₄控制，反弯点位置与拼装方案的拼接点一致。

式中：

θ，上坡或者下坡段的倾角

h₁，坡顶高程

h₂，坡底高程

l₁，上坡段或者下坡段的投影长度

[θ]，挂轨机器人的最大爬坡角；

[L]，挂轨机器人的轴距；

[γ]，挂轨机器人的通过角，与轴距和底盘高度有关。

如图9-图10所示，转弯轨道段D的套筒支架3通过紧固件水平固定在既有管廊的管廊支架的外侧端，挂轨组件1的顶部通过紧固件固定在套筒支架3的外侧端底部，以上与平直轨道段A一致，在此不再赘述。

与平直轨道段A的区别在于：挂轨组件1构成的轨道为转弯挂轨，该转弯挂轨由依次相连的前直线段f、前曲线段g、中直线段h、后曲线段i、后直线段j组成。前直线段f与后直线段j左右平行错开设置，中间通过前曲线段g、中直线段h、后曲线段i实现平缓过渡。

最好是，转弯轨道段D的上直线段a、上曲线段b、中直线段c、下曲线段d、下直线段e两两拼接位置的顶部设置有辅助拼接板11。辅助拼接板11通过紧固件分别固定在两个不同的拼接件上。

结合图1、图2所示，管廊支架2安装在既有管廊上，用于布置线缆盒和管道盒12等，为既有管廊的配套设施。借用管廊支架2安装套筒支架3，用于安装挂轨组件1。套筒支架3内设置有橡胶隔振垫8，橡胶隔振垫8竖直设置将套筒支架3分割成左右两个腔体，从而避免巡检机器人的振动传递到既有管廊一侧。如图2所示，挂轨组件1由“工”字型挂轨1a、轨道卡口1b、橡胶垫片1c组成。“工”字型挂轨1a的上端通过轨道卡口1b挂装在对应的安装件下方，且安装件与轨道卡口1b之间设置有橡胶垫片1c。安装件、橡胶垫片1c、轨道卡口1b通过紧固件由上向下依次锁紧固定。“工”字型挂轨1a最好采用薄壁H型钢或H型铝轨道。以上关于管廊支架2、橡胶隔振垫8、挂轨组件1的具体结构形式，不仅适用于平直轨道段A，同样适用于翻转轨道段B、爬坡轨道段C、转弯轨道段D。当用于平直轨道段A、爬坡轨道段C、转弯轨道段D时，安装件为套筒支架3；当用于翻转轨道段B时，安装件为翻转活动铰链5。

Claims (3)

1.一种基于既有管廊的挂轨巡检机器人轨道系统，其特征在于：分为平直轨道段（A）、翻转轨道段（B）、爬坡轨道段（C）和转弯轨道段（D），四者均包括挂轨组件（1）和套筒支架（3）；

所述平直轨道段（A）的套筒支架（3）通过紧固件水平固定在既有管廊的管廊支架（2）的外侧端，所述挂轨组件（1）的顶部通过紧固件固定在套筒支架（3）的外侧端底部，所述挂轨组件（1）构成的轨道为平直挂轨；

所述翻转轨道段（B）还包括翻转固定铰链（4）和翻转活动铰链（5），翻转固定铰链（4）的左侧端固定在翻转轨道段（B）的套筒支架（3）的右侧，套筒支架（3）通过紧固件水平固定在既有管廊的管廊支架（2）的外侧端，翻转固定铰链（4）为顶部敞开的“U”形板，翻转固定铰链（4）上设置有弧形的翻转限位槽（4a），翻转活动铰链（5）的左侧端通过销轴（6）铰接在翻转固定铰链（4）上，翻转活动铰链（5）的左侧端配备有滑动销钉（7），滑动销钉（7）能在翻转限位槽（4a）内滑动实现水平位置向上翻转让位，所述挂轨组件（1）的顶部通过紧固件固定在翻转活动铰链（5）的外侧端底部，所述挂轨组件（1）构成的轨道为平直挂轨；

所述爬坡轨道段（C）的套筒支架（3）通过紧固件水平固定在既有管廊的管廊支架（2）的外侧端，所述挂轨组件（1）的顶部通过紧固件固定在套筒支架（3）的外侧端底部，所述挂轨组件（1）构成的轨道为爬坡挂轨，该爬坡挂轨由依次相连的上直线段（a）、上曲线段（b）、中直线段（c）、下曲线段（d）、下直线段（e）组成，所述上直线段（a）与下直线段（e）上下平行错开设置；

所述转弯轨道段（D）的套筒支架（3）通过紧固件水平固定在既有管廊的管廊支架（2）的外侧端，所述挂轨组件（1）的顶部通过紧固件固定在套筒支架（3）的外侧端底部，所述挂轨组件（1）构成的轨道为转弯挂轨，该转弯挂轨由依次相连的前直线段（f）、前曲线段（g）、中直线段（h）、后曲线段（i）、后直线段（j）组成，所述前直线段（f）与后直线段（j）左右平行错开设置；

所述套筒支架（3）内设置有橡胶隔振垫（8），所述橡胶隔振垫（8）竖直设置将套筒支架（3）分割成左右两个腔体；

所述翻转限位槽（4a）的弧度为90°，翻转活动铰链（5）能实现水平位置向上90°的翻转让位，所述翻转限位槽（4a）的末端设置有锁止槽（4b），使得翻转活动铰链（5）翻转到90°时，滑动销钉（7）落入锁止槽（4b）内进行自锁，需要向滑动销钉（7）施加向上的作用力，才能使滑动销钉（7）从锁止槽（4b）内退出实现解锁；

所述爬坡挂轨的上直线段（a）、上曲线段（b）、中直线段（c）、下曲线段（d）、下直线段（e）两两拼接位置的顶部设置有辅助连接板（9）和橡胶垫板（10），辅助连接板（9）、橡胶垫板（10）叠合后的两端通过紧固件分别固定在两个不同的拼接件上；两个拼接件的其中一个为曲线段，所述橡胶垫板（10）的底部被削成与曲线段端头顶面匹配的弧形面。

2.根据权利要求1所述的基于既有管廊的挂轨巡检机器人轨道系统，其特征在于：所述挂轨组件（1）包括“工”字型挂轨（1a）、轨道卡口（1b）、橡胶垫片（1c），“工”字型挂轨（1a）的上端通过轨道卡口（1b）挂装在对应的安装件下方，且安装件与轨道卡口（1b）之间设置有所述橡胶垫片（1c），且安装件、橡胶垫片（1c）、轨道卡口（1b）通过紧固件由上向下依次锁紧固定。

3.根据权利要求2所述的基于既有管廊的挂轨巡检机器人轨道系统，其特征在于：所述“工”字型挂轨（1a）采用薄壁H型钢或H型铝轨道。

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