CN113799093B - 一种轨道巡检机器人复合式行走机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开的轨道巡检机器人复合式行走机构，包括驱动组件、悬架组件、轨道组件；轨道组件沿延伸方向分为直轨段和爬坡段，轨道组件爬坡段的凸起部下方设有链条，链条两边肩部与轨道组件的下轨道面平齐；悬架组件与轨道组件上轨道面滑动接触，驱动组件通过安装法兰与悬架组件相连后悬挂在轨道组件下方，且驱动组件的第一驱动包胶轮、第二驱动包胶轮分别与轨道组件直轨段两侧水平部的下轨道面接触设置，链轮与轨道组件爬坡段的凸起部链条相适配，驱动组件的第一辅助支撑轮、第二辅助支撑轮与轨道组件爬坡段的下轨道面接触设置。本发明实现驱动包胶轮与链轮运动相互独立，消除因此产生的内应力，消除链轮与链条的刚性接触的情况出现。

Description

一种轨道巡检机器人复合式行走机构

技术领域

本发明涉及轨道巡检机器人技术领域，具体涉及一种轨道巡检机器人复合式行走机构。

背景技术

随着自动化和人工智能快速发展，轨道式智能巡检机器人在各种场合被广泛应用，机器人配套的行走机构的方式也是越来越多，为了适应各种运行环境，对机器人行走系统的要求越来越高。

目前市面上行走系统多采用驱动包胶轮面与轨道面接触的方式，遇到大角度爬坡湿滑等特殊环境稳定性差，爬坡角度较小。或采用驱动包胶轮+链轮或者驱动包胶轮+齿条等辅助行走的设计方案，均为驱动包胶轮与链条或者齿条的同步转动，由于同步运动时因驱动包胶轮与链轮每转一圈所行驶的距离（即轮面周长）不一致而出现相对位移差，都会出现每当链轮转一圈的距离与包胶轮转一圈不同步的问题，产生较大内力，致使包胶轮面磨损严重，链轮齿面磨损严重，后期维护成本较高，同时有出现链条卡死的风险。

多数巡检机器人在高湿度、高粉尘、高腐蚀（硫化氢气体污水处理厂等）等恶劣环境中适应性较差，行走系统防护等级不够，机身结构腐蚀严重，造成后期维护成本增加。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种轨道巡检机器人复合式行走机构，实现驱动包胶轮与链轮运动相互独立，解决二者在同步运动时因二者每转一圈所行驶的距离不一致而出现相对位移差，从而消除因此产生的内应力，消除链轮与链条的刚性接触的情况出现。

技术方案：本发明所述轨道巡检机器人复合式行走机构，包括驱动组件、悬架组件、轨道组件；所述驱动组件包括电机、电机法兰、电机安装座、电机安装盖、第一连接轴、第二连接轴、链轮、第一驱动包胶轮、第二驱动包胶轮、第一辅助支撑轮、第二辅助支撑轮，所述电机固定在电机安装座、电机安装盖组成的腔体内，所述电机的输出端通过电机法兰固定连接有第二连接轴且连接处与电机安装座之间设有深沟球轴承，所述第二连接轴上套设有第二驱动包胶轮且端部通过轴承垫片与链轮相连，所述链轮两侧光轴位置设有第一辅助支撑轮、第二辅助支撑轮，所述链轮内圈连接有第一连接轴，第一连接轴上套设有第一驱动包胶轮后与安装法兰相连；所述轨道组件根据截面分为凸起部以及延伸在凸起部两侧的水平部，所述轨道组件沿延伸方向分为直轨段和爬坡段，所述轨道组件爬坡段的凸起部下方设有链条，链条两边肩部与所述轨道组件的下轨道面平齐；所述悬架组件与所述轨道组件上轨道面滑动接触，所述驱动组件通过所述安装法兰与悬架组件相连后悬挂在所述轨道组件下方，且所述第一驱动包胶轮、第二驱动包胶轮分别与轨道组件直轨段两侧水平部的下轨道面接触设置，所述链轮与轨道组件爬坡段的凸起部链条相适配，所述第一辅助支撑轮、第二辅助支撑轮与轨道组件爬坡段的下轨道面接触设置。

进一步完善上述技术方案，所述悬架组件包括悬架连接板，所述悬架连接板两端水平安装有悬架安装座，所述悬架安装座顶部弹性支撑有悬架组件固定板，两个悬架组件固定板的外侧向上连接有两个承载轮安装板，所述承载轮安装板前后两端分别通过第一导向轮安装板、第二导向轮安装板连接有导向轮，所述承载轮安装板上对应每个导向轮相邻设有承载轮，两个承载轮安装板上的承载轮、导向轮呈相对设置；所述悬架组件通过两个承载轮安装板上的导向轮、承载轮悬挂在所述轨道组件下方，所述导向轮沿着轨道组件凸起部两侧的竖直轨道面垂直转动，所述承载轮沿着轨道组件两侧水平部的水平轨道面水平转动；所述悬架连接板中部通过深沟球轴承与所述驱动组件的安装法兰相连。

进一步地，所述悬架安装座中部设有弹簧腔体、弹簧腔体两侧设有导柱腔体，导柱腔体内设有直线轴承，所述悬架安装座通过贯穿直线轴承的导柱与顶部的悬架组件固定板相连，所述弹簧腔体内设有弹簧柱销和弹簧，弹簧柱销套设弹簧后与悬架组件固定板相连。

进一步地，所述电机安装座通过O型密封圈与所述电机安装盖密封相连，所述电机通过VA型密封圈与所述电机安装座相连；所述电机安装座上设有防水格兰头，所述电机的控制线、电源线通过防水格兰头输出。

进一步地，所述轨道组件直轨段由若干节直线型轨道焊接相连组成，所述轨道组件爬坡段由位于前端的直线型轨道以及若干节折弯型轨道焊接相连组成。

进一步地，所述折弯型轨道采用直线型轨道折弯形成；所述轨道组件爬坡段的直线型轨道、折弯型轨道下方均焊接有链条。

进一步地，所述直线轴承、深沟球轴承为316不锈钢材质，所述第一驱动包胶轮、第二驱动包胶轮采用高分子树脂材料。

进一步地，所述第一辅助支撑轮、第二辅助支撑轮的直径大于第一驱动包胶轮、第二驱动包胶轮。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明轨道组件直轨段由驱动包胶轮提供动力，链轮以及辅助支撑轮空转；爬坡段由辅助支撑轮与下轨道面支撑，链轮提供动力，驱动包胶轮空转，实现驱动包胶轮与链轮运动相互独立，解决二者在同步运动时因二者每转一圈所行驶的距离（即轮面周长）不一致而出现相对位移差，从而消除因此产生的内应力，消除链轮与链条的刚性接触的情况出现。

行走系统整体材料以铝材以及316不锈钢材质，直线轴承选型、深沟球等标准件均为316材质，包胶轮胶层材料均为耐腐蚀的高分子树脂材料，在满足IP67的防护等级的同时满足耐腐蚀（硫化氢气体等）的环境使用标准，后期维护成本低。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明驱动组件、悬架组件、轨道组件的分体结构示意图；

图3是本发明中驱动组件的分解结构示意图；

图4是本发明中驱动组件的剖面结构示意图；

图5是本发明中悬架组件的分解结构示意图；

图6是本发明中悬架组件的剖面结构示意图；

图7是本发明中轨道组件直轨段、爬坡段的分体结构示意图；

图8是本发明中轨道组件爬坡段的结构示意图；

图9是链轮与轨道组件爬坡段的链条接触示意图；

图10是第一驱动包胶轮、第二驱动包胶轮、第一辅助支撑轮、第二辅助支撑轮在轨道组件爬坡段的接触状态示意图；

图11是第一驱动包胶轮、第二驱动包胶轮、第一辅助支撑轮、第二辅助支撑轮在轨道组件直轨段的接触状态示意图。

图中：1、驱动组件；2、悬架组件；3、轨道组件；5、内六角圆柱头螺栓；6、安装法兰；71、第一驱动包胶轮；72、第一驱动包胶轮；8、第一连接轴；91、第一辅助支撑轮；92、第二辅助支撑轮；10、链轮；11、轴承挡片；12、第二连接轴；13、电机法兰；14、内六角圆柱头螺栓；15、深沟球轴承；16、VA型密封圈；17、电机安装座；18、防水格兰头；19、电机安装板；20、内六角圆柱头螺栓；21、电机；22、电机安装盖；23、内六角圆柱头螺栓；24、O型密封圈；25、悬架连接板；26、深沟球轴承；27、悬架安装座；28、直线轴承；29、内六角圆柱头螺栓；30、导柱；31、弹簧柱销；32、弹簧；33、悬架组件固定板；34、内六角圆柱头螺栓；35、承载轮安装板；36、导向轮安装板Ⅰ；37、导向轮安装板Ⅱ；38、承载轮；39、导向轮；40、锁紧螺母；41、内六角圆柱头螺栓；42、直轨段；43、爬坡段。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1、图2所示的轨道巡检机器人复合式行走机构，包括驱动组件1、悬架组件2、轨道组件3，驱动组件3前端安装法兰6与悬架组件2中深沟球轴承连接并通过螺钉紧固组装成一个驱动装置整体，轨道组件3根据现场实际需求进行安装。

如图3、图4所示的驱动组件，包括电机安装座17、电机安装盖22、电机21，电机21通过电机安装板19固定在电机安装座17内形成电机21整体输出部件。在电机安装座17的密封条安装处设置O型密封圈24，将电机--安装盖22压在电机安装座17尾部达到高防护的作用；将防水格兰头18通过自带螺纹安装在电机安装座17对应位置，电机21的控制线与电源线通过防水格兰头18输出，使整个驱动装置可以达到密封的效果；电机21采用无刷伺服电机21，无刷伺服电机21法兰盘自带3根轴销与电机21法兰对应孔位相连。

将2个深沟球轴承15、VA型密封圈16分别装在电机21安装座对应的位置，第二连接轴12和电机法兰13分别从电机安装座17两侧压住深沟球轴承15内圈，同时电机21法兰与第二连接轴12通过螺钉进行连接，此时第二连接轴12即为电机21动力输出轴。链轮10两侧光轴位置分别装上第一辅助支撑轮91、第二辅助支撑轮92（内置深沟球轴承外圈进行包胶），通过第一连接轴8和轴承挡片11压住链轮10内圈形成一个链轮10轮系，其中第二驱动包胶轮72通过螺钉固定在第二连接轴12Ⅱ上，链轮10轮系亦通过螺钉固定在第二连接轴12端部，同时依次将第一驱动包胶轮71与安装法兰6通过螺钉固定在第一连接轴8上，通过控制整个驱动组件可独立实现空转的状态。

如图5、图6所示的悬架组件，将悬架连接板25与两个悬架安装座27通过螺钉进行连接，将4组直线轴承28分别由上向下通过螺钉固定在悬架安装座27上，4根导柱30由下向上穿过直线轴承28与悬架组件固定板33相连并通过螺钉锁紧，弹簧柱销31套上弹簧32从悬架安装座27中间通孔穿过与悬架组件固定板33相连并通过螺钉锁紧，承载轮安装板35分别从两侧通过螺钉装在悬架组件固定板33上，4组承载轮38通过螺纹固定在承载轮安装板35上，承载轮安装板35前后端固定有第一导向轮安装板36、第二导向轮安装板37（导向轮安装板自带螺纹），第一导向轮安装板36、第二导向轮安装板37上通过螺纹连接导向轮39，将导向轮部件通过螺栓固定在承载轮安装板35两端，将深沟球轴承26安装在悬架连接板25内侧用于连接安装法兰6。

如图7、图8所示的轨道组件，沿延伸方向分为直轨段42和爬坡段43，直轨与弯轨的弯轨处通过焊接的方式连接；直轨段由若干节直线型轨道焊接相连组成，爬坡段由直线型轨道的折弯工艺和下方焊接链条的方式制成，其中前端有一段直线型轨道作为过渡段，通过焊接的方式不断加长长度，达到需求长度。直线型轨道为“几”字型，下方是开口的，爬坡段下方焊接链条，且下方开口是封闭的，链条两边肩部与下方轨道面平齐。

悬架组件2上方设有4组承载轮38悬挂在轨道组件3上轨道面用以支撑整个驱动装置，4组导向轮39在上轨道侧面起到导向限位的作用。驱动组件1通过悬架弹簧32提供反压力，使驱动装置紧紧与轨道下表面贴合，驱动组件中的无刷伺服电机21为整个驱动装置提供驱动力，使驱动装置在轨道上稳定行驶。

如图9、图10、图11所示，第一驱动包胶轮71、第二驱动包胶轮72、第一辅助支撑轮91、第二辅助支撑轮92与链轮10在直轨处与爬坡轨道处的接触状态。在轨道组件直轨段42，由第一驱动包胶轮71、第二驱动包胶轮72提供动力，链轮10以及第一辅助支撑轮91、第二辅助支撑轮92空转；行驶至轨道组件爬坡段43，第一辅助支撑轮91、第二辅助支撑轮92与轨道下轨面支撑（保证链轮10与链条间距为标准值），链轮10提供动力，第一驱动包胶轮71、第二驱动包胶轮72空转（辅助支撑轮直径大于驱动包胶轮，整个运行过程中仅起到径向支撑作用），实现第一驱动包胶轮71、第二驱动包胶轮72与链轮10运动是相互独立的，整个过程两种驱动方式为自动切换，在不同轨道段均独立运动互不影响，实现了不同阶段的功能需求，解决二者在同步运动时因二者每转一圈所行驶的距离（即轮面周长）不一致而出现相对位移差，从而消除因此产生的内应力，消除链轮10与链条的刚性接触的情况出现。

整体材料以铝材以及316不锈钢材质，直线轴承28选型、深沟球等标准件均为316材质，包胶轮胶层材料均为耐腐蚀的高分子树脂材料，在满足IP67的防护等级的同时满足耐腐蚀（硫化氢气体等）的环境使用标准。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (8)

1.一种轨道巡检机器人复合式行走机构，包括驱动组件、悬架组件、轨道组件；其特征在于：所述驱动组件包括电机、电机法兰、电机安装座、电机安装盖、第一连接轴、第二连接轴、链轮、第一驱动包胶轮、第二驱动包胶轮、第一辅助支撑轮、第二辅助支撑轮，所述电机固定在电机安装座、电机安装盖组成的腔体内，所述电机的输出端通过电机法兰固定连接有第二连接轴且连接处与电机安装座之间设有深沟球轴承，所述第二连接轴上套设有第二驱动包胶轮且端部通过轴承垫片与链轮相连，所述链轮两侧光轴位置设有第一辅助支撑轮、第二辅助支撑轮，所述链轮内圈连接有第一连接轴，第一连接轴上套设有第一驱动包胶轮后与安装法兰相连；所述轨道组件根据截面分为凸起部以及延伸在凸起部两侧的水平部，所述轨道组件沿延伸方向分为直轨段和爬坡段，所述轨道组件爬坡段的凸起部下方设有链条，链条两边肩部与所述轨道组件的下轨道面平齐；所述悬架组件与所述轨道组件上轨道面滑动接触，所述驱动组件通过所述安装法兰与悬架组件相连后悬挂在所述轨道组件下方，且所述第一驱动包胶轮、第二驱动包胶轮分别与轨道组件直轨段两侧水平部的下轨道面接触设置，所述链轮与轨道组件爬坡段的凸起部链条相适配，所述第一辅助支撑轮、第二辅助支撑轮与轨道组件爬坡段的下轨道面接触设置。

2.根据权利要求1所述的轨道巡检机器人复合式行走机构，其特征在于：所述悬架组件包括悬架连接板，所述悬架连接板两端水平安装有悬架安装座，所述悬架安装座顶部弹性支撑有悬架组件固定板，两个悬架组件固定板的外侧向上连接有两个承载轮安装板，所述承载轮安装板前后两端分别通过第一导向轮安装板、第二导向轮安装板连接有导向轮，所述承载轮安装板上对应每个导向轮相邻设有承载轮，两个承载轮安装板上的承载轮、导向轮呈相对设置；所述悬架组件通过两个承载轮安装板上的导向轮、承载轮悬挂在所述轨道组件下方，所述导向轮沿着轨道组件凸起部两侧的竖直轨道面垂直转动，所述承载轮沿着轨道组件两侧水平部的水平轨道面水平转动；所述悬架连接板中部通过深沟球轴承与所述驱动组件的安装法兰相连。

3.根据权利要求2所述的轨道巡检机器人复合式行走机构，其特征在于：所述悬架安装座中部设有弹簧腔体、弹簧腔体两侧设有导柱腔体，导柱腔体内设有直线轴承，所述悬架安装座通过贯穿直线轴承的导柱与顶部的悬架组件固定板相连，所述弹簧腔体内设有弹簧柱销和弹簧，弹簧柱销套设弹簧后与悬架组件固定板相连。

4.根据权利要求1所述的轨道巡检机器人复合式行走机构，其特征在于：所述电机安装座通过O型密封圈与所述电机安装盖密封相连，所述电机通过VA型密封圈与所述电机安装座相连；所述电机安装座上设有防水格兰头，所述电机的控制线、电源线通过防水格兰头输出。

5.根据权利要求1所述的轨道巡检机器人复合式行走机构，其特征在于：所述轨道组件直轨段由若干节直线型轨道焊接相连组成，所述轨道组件爬坡段由位于前端的直线型轨道以及若干节折弯型轨道焊接相连组成。

6.根据权利要求5所述的轨道巡检机器人复合式行走机构，其特征在于：所述折弯型轨道采用直线型轨道折弯形成；所述轨道组件爬坡段的直线型轨道、折弯型轨道下方均焊接有链条。

7.根据权利要求3所述的轨道巡检机器人复合式行走机构，其特征在于：所述直线轴承、深沟球轴承为316不锈钢材质，所述第一驱动包胶轮、第二驱动包胶轮采用高分子树脂材料。

8.根据权利要求1所述的轨道巡检机器人复合式行走机构，其特征在于：所述第一辅助支撑轮、第二辅助支撑轮的直径大于第一驱动包胶轮、第二驱动包胶轮。

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