CN113978506B - 一种轨道救援机器人的磁式牵引机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轨道救援机器人的磁式牵引机构，包括依次水平放置的万向磁体组件、导向组件和骨架组件，非工作状态下，导向组件内导向支撑柱端部的压缩弹簧处于自由伸缩状态，骨架组件的导向块和对应轴承固定板收缩在安装骨架的导向槽内，导向组件中安装骨架和直线轴承对骨架组件中万向节起到限位作用，使整个骨架组件处于水平方向，工业磁式吸盘始终水平向前，磁式压力传感器处于自由状态，无压力信号传出；工作状态下，磁式电吸盘通电，机器人本体沿轨道行走至被救援机器人位置，磁式电吸盘由于吸力逐渐靠近牵引块，电吸盘与牵引块相连产生拉力，此时骨架组件由于拉力从导向组件中被拉出。

Description

一种轨道救援机器人的磁式牵引机构

技术领域

本发明属于机器人技术，具体涉及一种轨道救援机器人的磁式牵引机构。

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，一些环境恶劣，条件苛刻的机器人运行场景需求也愈加增多，如：地下管廊、污水厂等，机器人出现故障后，给人力现场维修增加了难度，甚至人力无法到达故障机器人所在的环境现场，因此对救援机器人的稳定性提出了更高的要求，救援机器人中最重要的救援牵引结构的可靠性对救援机器人的实际稳定性意义非凡。

目前市面上救援机器人的牵引机构多采用挂钩的方式，运动至故障机型附近通过导向机构，使救援机器人与故障机器人相连接后，达到牵引目的，由于一般管廊污水处理厂等轨道长度平均几公里长，连续弯道过多，一旦被救援机器人卡住，救援机器人想与之脱离自救就会很困难，即多数牵引机构无法灵活实现主动挂钩和主动拖钩的双重牵引动作，救援机器人的灵活性大幅度降低，无法反复尝试。

市面上常规的牵引机构在救援机器人与被牵引机器人牵引成功后，由于仅在牵引端做了自由度的可调整的设计，但在长距离的水平过弯，上坡以及下坡适应性差，很难保证长距离多弯道的救援牵引工况。

在一些可视化差，网络通讯差的密闭环境中，无法主动判断挂钩是否已经完成对接。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种轨道救援机器人的磁式牵引机构。

技术方案：本发明的一种轨道救援机器人的磁式牵引机构，包括依次水平放置的万向磁体组件、导向组件和骨架组件，

所述万向磁体组件包括第一关节轴承和牵引块，牵引块一端穿入第一关节轴承后通过第一挡边螺杆固定；

所述导向组件包括安装骨架和安装底座，安装骨架上一侧立有穿孔端部，另一侧通过旋转轴连接于安装底座，安装骨架上靠近安装底座一侧还设置有直线轴承和扭簧，旋转轴穿过扭簧并通过防松螺母限位，扭簧的两个末端分别抵于安装底座和安装骨架；

所述骨架组件包括磁式压力传感器、第二关节轴承、第三关节轴承和导向支撑柱，所述磁式压力传感器的两侧分别通过连接杆设置第二关节轴承和第三关节轴承；所述第二关节轴承上套设导向块，导向块的另一端与磁式电吸盘连接；所述第三关节轴承上套设导向支撑柱；

该导向支撑柱上的柱体部分端部横向穿过直线轴承后限位于直线轴承和安装底座之间，且直线轴承和安装底座之间的导向支撑柱柱体部分外周套有压缩弹簧；

非工作状态下，压缩弹簧处于自由伸缩状态，骨架组件的导向块和对应轴承固定板收缩在安装骨架的导向槽内，导向组件中安装骨架和直线轴承对骨架组件中万向节起到限位作用，使整个骨架组件处于水平方向，工业磁式吸盘始终水平向前，磁式压力传感器处于自由状态，无压力信号传出（微小拉力值可忽略，可设置范围值用于判断牵引机构状态）；

工作状态下，磁式电吸盘通电，机器人本体沿轨道行走至被救援机器人位置，磁式电吸盘由于吸力逐渐靠近牵引块，电吸盘与牵引块相连产生拉力，此时骨架组件由于拉力从导向组件中被拉出，压缩弹簧由自由状态变为压缩状态，磁式压力传感器被拉伸且传出压力信号值，用于救援机器人判断是否与被救援机器人对接成功，从而救援机器人可执行下一步动作。其中，牵引块和电吸盘分别安装在救援和被救援机器人本体上。

进一步地，所述第一关节轴承位于第一固定座内，然后通过第一轴承固定板限位，第一固定座和第一轴承固定板之间通过紧固件连接，所述牵引块设置于第一轴承固定板的另一侧，牵引块上另一端依次穿过第一轴承固定板和第一关节轴承，第一固定座另外设有第一挡边螺杆与第一关节轴承锁紧。

进一步地，所述磁式电吸盘通过第二固定座、紧固件与导向块连接；所述安装骨架侧边设有线束固定钩，通过线束固定钩来固定磁式电吸盘和磁式压力传感器线束；所述安装骨架上表面与导向支撑柱底面之间预留一定间隙；所述磁式压力传感器通过信号传输线将压力信号实时传输至救援机器人本体控制器

进一步地，所述两个连接杆的光轴位置分别穿过第二轴承固定板后套设第二关节轴承和第三关节轴承，第二关节轴承与对应连接杆之间以及第三关节轴承与对应连接杆之间均通过第二挡边螺杆固定限位。

进一步地，所述两个第二轴承固定板分别分别通过紧固件与导向块、导向支撑柱连接；所述第二关节轴承和第三关节轴承与磁式压力传感器之间均有第二轴承固定板处于自由状态，并未固定。

进一步地，所述安装骨架的导向槽呈方形；导向槽的穿孔大于导向支撑柱的直径，且导向槽的穿孔小于压力传感器的大小，工作状态和非工作状态切换时，磁式压力传感器和导向支撑柱安装骨架上水平移动，并通过直线轴承确保磁式压力传感器和导向支撑柱水平方向的支撑。

进一步地，所述安装骨架上靠近安装底座一端还有凸块，凸块上设有孔洞便于向支撑柱上的柱体部分穿入与安装底座上的第三挡边螺杆连接。

进一步地，所述安装底座和安装骨架通过两个旋转轴相连，将两个扭簧分别从对应旋转轴内侧穿过旋转轴，每个扭簧对应侧边分别置于安装骨架与安装底座上对应凹槽中，再通过防松螺母分别将对应旋转轴与安装底座和安装骨架固定。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）与现有依靠机械式拖钩实现与被救援机器人对接的方式相比，本发明基于磁式电吸盘，通过通断电方式控制工业磁式电吸盘能够自由实现救援机器人与被救援机器人的对接和断连的动作，极大提高救援机器人在复杂环境中的灵活性；

（2）本发明的磁式牵引机构，在牵引端（即导向组件和骨架组件）与被牵引端（即万向磁体组件）均设计有多自由度转向结构，增加救援时在过弯道以及上下坡等轨道上的灵活性，降低被救援机器人卡住的风险出现；

（3）与现有通过目视或者可见光镜头等方式来被动判断是否与被救援机器人对接成功的方案相比，本发明的磁式牵引机构通过磁式压力传感器收发信号主动判断是否对接成功，极大增加救援机器人的极端环境中牵引救援的成功率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的分解结构示意图；

图3为本发明中万向磁体组件分解示意图；

图4为本发明中万向磁体组件横向剖面图；

图5为本发明中导向组件分解示意图；

图6为本发明中导向组件横向剖面图；

图7为本发明中骨架组件横向剖面图；

图8为本发明中骨架组件分解结构示意图；

图9为本发明整体结构收缩状态示意图；

图10为本发明整体结构伸展状态示意图。

万向磁体组件1、导向组件2、骨架组件3、压缩弹簧4、第三挡边螺杆5、第一关节轴承101、牵引块102、第一挡边螺杆103、第一固定座104、第一轴承固定板105、安装骨架201、安装底座202、导向槽203、旋转轴204、直线轴承205、扭簧206、防松螺母207、凸块208、磁式压力传感器301、第二关节轴承302、第三关节轴承303、导向支撑柱304、导向块305、磁式电吸盘306、第二固定座307、连接杆308、第二轴承固定板309、第二挡边螺杆310。

具体实施方式

下面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和图2所示，本实施例的轨道救援机器人的磁式牵引机构，包括依次水平放置的万向磁体组件1、导向组件2和骨架组件3，万向磁体组件1包括第一关节轴承101和牵引块102，牵引块102一端穿入第一关节轴承101后通过第一挡边螺杆103固定；导向组件2包括安装骨架201和安装底座202，安装骨架201上一侧立有穿孔端部，另一侧通过旋转轴204连接于安装底座202，安装骨架201上靠近安装底座202一侧还设置有直线轴承205和扭簧206，旋转轴204穿过扭簧206并通过防松螺母207限位，扭簧206的两个末端分别抵于安装底座202和安装骨架201；骨架组件3包括磁式压力传感器301、第二关节轴承302、第三关节轴承303和导向支撑柱304，磁式压力传感器301的两侧分别通过连接杆308设置第二关节轴承302和第三关节轴承303；第二关节轴承302上套设导向块305，导向块305的另一端与磁式电吸盘306连接；第三关节轴承303上套设导向支撑柱304；该导向支撑柱304上的柱体部分端部横向穿过直线轴承205后限位于直线轴承205和安装底座202之间，且直线轴承205和安装底座202之间的导向支撑柱304柱体部分外周套有压缩弹簧4。

如图9所示，整个机构处于非工作状态下时，压缩弹簧4处于自由伸缩状态，骨架组件3的导向块305和对应轴承固定板收缩在安装骨架201的导向槽203内，导向组件2中安装骨架201和直线轴承205对骨架组件3中万向节起到限位作用，使整个骨架组件3处于水平方向，工业磁式吸盘始终水平向前，磁式压力传感器301处于自由状态，无压力信号传出（微小拉力值可忽略，可设置范围值用于判断牵引机构状态）。

如图10所示，当整个机构处于工作状态下时，磁式电吸盘306通电，机器人本体沿轨道行走至被救援机器人位置，磁式电吸盘306由于吸力逐渐靠近牵引块102，电吸盘与牵引块102相连产生拉力，此时骨架组件3由于拉力从导向组件2中被拉出，压缩弹簧4由自由状态变为压缩状态，磁式压力传感器301被拉伸且传出压力信号值，用于救援机器人判断是否与被救援机器人对接成功，从而救援机器人可执行下一步动作。其中，牵引块102和电吸盘分别安装在救援和被救援机器人本体上。

本实施例的扭簧206为骨架组件3和导向组件2提供张力，工作与非工作状态时，扭簧206位置不变，角度发生变化；非工作状态时，扭簧206处于压缩状态，将骨架组件3和导向组件2保持垂直状态（即安装底座202尾部会与救援机器人本体贴合，起到限位作用，所以，扭簧206伸张力可以使两个组件保持垂直，爬坡时骨架组件3会上下方向翘起，从而是扭簧206压缩或张开）。本实施例的导向支撑柱304末端依次穿过直线轴承205后，端部会套上压缩弹簧4，并在端部螺纹拧上挡边螺杆，用以保持整个骨架组价非工作状态下不易与导向组件2脱离。

本实施例通过三个关节轴承实现整个牵引机构的多方向转向，从而使救援机器人与被救援机器人在返程过程中的水平过弯、上坡、下坡等运动状态均可顺利通过，以此达到救援的目的，如遇不可抗因素导致被救援机器人卡死在原地，工业磁式电吸盘306也可以通过断电的方式，使救援机器人本体主动与其脱离，安全返程，有效提高了救援机器人的灵活性，以及不同环境条件下的实用性，来满足实际现场的功能需求。

如图3和图4所示，本实施例的第一关节轴承101位于第一固定座104内，然后通过第一轴承固定板105限位，第一固定座104和第一轴承固定板105之间通过紧固件连接，牵引块102设置于第一轴承固定板105的另一侧，牵引块102上另一端依次穿过第一轴承固定板105和第一关节轴承101，第一固定座104另外设有第一挡边螺杆103与第一关节轴承101锁紧。

本实施例的磁式电吸盘306通过第二固定座307、紧固件与导向块305连接；安装骨架201侧边设有线束固定钩，通过线束固定钩来固定磁式电吸盘306和磁式压力传感器301线束；安装骨架201上表面与导向支撑柱304底面之间预留一定间隙；磁式压力传感器301通过信号传输线将压力信号实时传输至救援机器人本体控制器

如图7和图8所示，骨架组件3中的两个连接杆308的光轴位置分别穿过第二轴承固定板309后套设第二关节轴承302和第三关节轴承303，第二关节轴承302与对应连接杆308之间以及第三关节轴承303与对应连接杆308之间均通过第二挡边螺杆310固定限位。两个第二轴承固定板309分别分别通过紧固件与导向块305、导向支撑柱304连接；第二关节轴承302和第三关节轴承303与磁式压力传感器301之间均有第二轴承固定板309处于自由状态，并未固定。

如图5和图6所示，本实施例的安装骨架201的导向槽203呈方形；导向槽203的穿孔大于导向支撑柱304的直径，且导向槽203的穿孔小于压力传感器的大小，工作状态和非工作状态切换时，磁式压力传感器301和导向支撑柱304安装骨架201上水平移动，并通过直线轴承205确保磁式压力传感器301和导向支撑柱304水平方向的支撑。

另外，安装骨架201上靠近安装底座202一端设有凸块208，凸块208上设有孔洞便于向支撑柱上的柱体部分穿入与安装底座202上的第三挡边螺杆5连接。

为了提高本发明的灵活性和稳定性，本实施例的安装底座202和安装骨架201通过两个旋转轴204相连，两个旋转轴204一侧一个对称设置，然后将两个扭簧206分别从对应旋转轴204内侧穿过旋转轴204，扭簧206对应侧边分别置于安装骨架201与安装底座202上对应凹槽中，再通过防松螺母207分别将对应旋转轴204与安装底座202和安装骨架201固定。

Claims (8)

1.一种轨道救援机器人的磁式牵引机构，其特征在于：包括依次水平放置的万向磁体组件、导向组件和骨架组件，

所述万向磁体组件包括第一关节轴承和牵引块，牵引块一端穿入第一关节轴承后通过第一挡边螺杆固定；

所述导向组件包括安装骨架和安装底座，安装骨架上一侧立有导向槽；另一侧通过旋转轴连接于安装底座，安装骨架上靠近安装底座一侧还设置有直线轴承和扭簧，旋转轴穿过扭簧并通过防松螺母限位，扭簧的两个末端分别抵于安装底座和安装骨架；

所述骨架组件包括磁式压力传感器、第二关节轴承、第三关节轴承和导向支撑柱，所述磁式压力传感器的两侧分别通过连接杆设置第二关节轴承和第三关节轴承；所述第二关节轴承上套设导向块，导向块的另一端与磁式电吸盘连接；所述第三关节轴承上套设导向支撑柱；

该导向支撑柱上的柱体部分端部横向穿过直线轴承后限位于直线轴承和安装底座之间，且直线轴承和安装底座之间的导向支撑柱柱体部分外周套有压缩弹簧；

非工作状态下，压缩弹簧处于自由伸缩状态，骨架组件的导向块和对应轴承固定板收缩在安装骨架的导向槽内，导向组件中安装骨架和直线轴承对骨架组件中万向节起到限位作用，使整个骨架组件处于水平方向，工业磁式吸盘始终水平向前，磁式压力传感器处于自由状态，无压力信号传出；

工作状态下，磁式电吸盘通电，机器人本体沿轨道行走至被救援机器人位置，磁式电吸盘由于吸力逐渐靠近牵引块，电吸盘与牵引块相连产生拉力，此时骨架组件由于拉力从导向组件中被拉出，压缩弹簧由自由状态变为压缩状态，磁式压力传感器被拉伸且传出压力信号值，用于救援机器人判断是否与被救援机器人对接成功。

2.根据权利要求1所述的轨道救援机器人的磁式牵引机构，其特征在于：所述第一关节轴承位于第一固定座内，然后通过第一轴承固定板限位，第一固定座和第一轴承固定板之间通过紧固件连接，所述牵引块设置于第一轴承固定板的另一侧，牵引块上另一端依次穿过第一轴承固定板和第一关节轴承，第一固定座另外设有第一挡边螺杆与第一关节轴承锁紧。

3.根据权利要求1所述的轨道救援机器人的磁式牵引机构，其特征在于：所述磁式电吸盘通过第二固定座、紧固件与导向块连接；所述安装骨架侧边设有线束固定钩，通过线束固定钩来固定磁式电吸盘和磁式压力传感器线束；所述安装骨架上表面与导向支撑柱底面之间预留一定间隙；所述磁式压力传感器通过信号传输线将压力信号实时传输至救援机器人本体控制器。

4.根据权利要求1所述的轨道救援机器人的磁式牵引机构，其特征在于：所述两个连接杆的光轴位置分别穿过第二轴承固定板后套设第二关节轴承和第三关节轴承，第二关节轴承与对应连接杆之间以及第三关节轴承与对应连接杆之间均通过第二挡边螺杆固定限位。

5.根据权利要求4所述的轨道救援机器人的磁式牵引机构，其特征在于：所述两个第二轴承固定板分别分别通过紧固件与导向块、导向支撑柱连接；所述第二关节轴承和第三关节轴承与磁式压力传感器之间均有第二轴承固定板处于自由状态，并未固定。

6.根据权利要求1所述的轨道救援机器人的磁式牵引机构，其特征在于：所述安装骨架的导向槽呈方形；导向槽的穿孔大于导向支撑柱的直径，且导向槽的穿孔小于压力传感器的大小，工作状态和非工作状态切换时，磁式压力传感器和导向支撑柱安装骨架上水平移动，并通过直线轴承确保磁式压力传感器和导向支撑柱水平方向的支撑。

7.根据权利要求1所述的轨道救援机器人的磁式牵引机构，其特征在于：所述安装骨架上靠近安装底座一端还有凸块，凸块上设有孔洞便于向支撑柱上的柱体部分穿入与安装底座上的第三挡边螺杆连接。

8.根据权利要求1所述的轨道救援机器人的磁式牵引机构，其特征在于：所述安装底座和安装骨架通过两个旋转轴相连，将两个扭簧分别从对应旋转轴内侧穿过旋转轴，每个扭簧对应侧边分别置于安装骨架与安装底座上对应凹槽中，再通过防松螺母分别将对应旋转轴与安装底座和安装骨架固定。

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