CN114029964A - 深井移动轨道式巡检机器人及其跨绳越障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深井移动轨道式巡检机器人及其跨绳越障方法，包括钢丝绳以及若干个机器人本体，机器人本体包括检测装置以及攀爬装置、旋转伸缩装置；钢丝绳包括两条，对应为主钢丝绳、副钢丝绳，攀爬装置包括两个，对应为主攀爬装置以及副攀爬装置；旋转伸缩装置包括两个，对应为主旋转伸缩装置、副旋转伸缩装置；检测装置通过主旋转伸缩装置与主攀爬装置连接、通过副旋转伸缩装置与副攀爬装置连接；主攀爬装置具有张开功能，可以自主夹紧钢丝绳并沿着钢丝绳上下移动，在主旋转伸缩装置和副旋转伸缩装置的共同作用下可以跨钢丝绳越障、移动和巡检。由此可知，本发明所述的深井移动轨道式巡检机器人具有自主攀爬，并借助副钢丝绳实现跨绳越障的能力。

Description

深井移动轨道式巡检机器人及其跨绳越障方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种深井移动轨道式巡检机器人及其跨绳越障方法。

背景技术

井筒作为煤炭开采与运输的重要通道，其健康状况严重影响了煤矿的经济效益和工人的安全。一方面，目前井筒的巡检工作主要依靠人工来完成，其效率低、成本高、误判率高，细微变化不能及时被发现，并且还会存在很大的安全隐患；另一方面，目前已有的井筒巡检机器人存在越障不可靠、负载能力弱、续航较差以及机器人损坏无法及时更换等问题，比如专利CN201910207682.6所提到的钢丝绳捻向攀爬机器人存在着负载能力弱，续航性差的问题。专利CN201910901752.8所提到的巡检机器人存在越障时由于受力大可能会引起故障机器人滑动情况的出现，以及机器人损坏无法及时更换等问题。

发明内容

针对上述问题和现有技术的不足，本发明提出一种深井移动轨道式巡检机器人及其跨绳越障方法。机器人本体安装在钢丝绳上，能够沿着钢丝绳自主移动，可以巡检矿井筒壁、井架以及罐道等；另外本发明还涉及一种跨绳越障方法，当出现一个或者多个巡检机器人发生故障时，无故障机器人可以通过副钢丝绳绕过故障机器人所在位置，代替巡检，保证整体系统巡检工作的进行，同时故障机器人可以通过攀爬装置和副钢丝绳提升机构的共同作用移动至井口或者井底，方便工作人员的维修和更换。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种深井移动轨道式巡检机器人，用于巡检矿井，包括悬吊在矿井中的钢丝绳以及沿着钢丝绳的长度方向按序布置在钢丝绳上的若干个机器人本体，所述的机器人本体包括检测装置以及攀爬装置，其特征在于，机器人本体还包括旋转伸缩装置；其中：

所述的钢丝绳包括两条，对应为主钢丝绳、副钢丝绳，主钢丝绳、副钢丝绳相互平行地悬吊在矿井中；所述的攀爬装置包括两个，对应为主攀爬装置以及副攀爬装置；所述的旋转伸缩装置包括两个，对应为主旋转伸缩装置、副旋转伸缩装置；

检测装置通过主旋转伸缩装置与主攀爬装置连接、通过副旋转伸缩装置与副攀爬装置连接；

所述的攀爬装置包括攀爬壳体、攀爬驱动机构、攀爬导向机构以及壳体开合机构；攀爬驱动机构、攀爬导向机构以及壳体开合机构均安装在攀爬壳体的内壁；

所述的攀爬壳体为可竖向开合外壳，能够在壳体开合机构的作动下，沿竖向实现开合；

所述的攀爬驱动机构，包括履带轮、驱动机构、横向推动机构a；横向推动机构a安装在攀爬壳体的内壁，且横向推动机构a的动力输出端通过驱动机构与履带轮连接；

所述的攀爬导向机构，包括V型轮、横向推动机构b；横向推动机构b安装在攀爬壳体的内壁，且横向推动机构b的动力输出端与V型轮连接；

在横向推动机构a的动力作动下，驱动机构带着履带轮朝向/背离钢丝绳移动，直至履带轮与钢丝绳贴紧/解离；V型轮朝向/背离钢丝绳移动，直至V型轮与钢丝绳贴紧/解离；

当履带轮与钢丝绳贴紧、V型轮也与钢丝绳贴紧时，在驱动机构的动力作动下，贴紧在钢丝绳表面的履带轮配合攀爬导向机构所提供的导向作用，能够始终沿着钢丝绳移动；

当前机器人本体需要攀爬故障机器人本体时，当前机器人本体在自身主旋转伸缩装置、副旋转伸缩装置、主攀爬装置、副攀爬装置的协同作用下，通过主钢丝绳、副钢丝绳的支撑，能够跨越故障机器人本体；其中：所述的故障机器人本体为发生故障的机器人本体；所述的当前机器人本体为与故障机器人本体相邻的机器人本体。

优选地，所述矿井的井口安装有上轨道装置，矿井的井底安装有下轨道装置；

上、下轨道装置的结构一致，均包括转盘、转盘旋转驱动装置、钢丝绳安装板、主钢丝绳提升机构以及副钢丝绳提升机构；其中：

所述转盘旋转驱动装置的动力输出端与转盘连接，钢丝绳安装板安装在转盘上，主钢丝绳提升机构以及副钢丝绳提升机构分别安装在钢丝绳安装板上；

所述的转盘，在转盘旋转驱动装置的动力作动下，能够绕着自身的回转中心旋转；

所述的主钢丝绳，上端与上轨道装置的主钢丝绳提升机构连接，下端与下轨道装置的主钢丝绳提升机构连接；

所述的副钢丝绳，上端与上轨道装置的副钢丝绳提升机构连接，下端与下轨道装置的副钢丝绳提升机构连接。

优选地，所述的主钢丝绳提升机构包括主钢丝绳提升电机、主钢丝绳提升卷筒、主钢丝绳卷筒支架、主钢丝绳导向轮；主钢丝绳提升电机的固定部分安装在钢丝绳安装板上，主钢丝绳提升卷筒通过主钢丝绳卷筒支架定位支撑在钢丝绳安装板上；主钢丝绳提升电机的动力输出端与主钢丝绳提升卷筒连接；主钢丝绳卷绕在主钢丝绳提升卷筒上，并通过主钢丝绳导向轮导向后，悬垂在矿井中；

所述的副钢丝绳提升机构包括副钢丝绳提升电机、副钢丝绳提升卷筒；副钢丝绳提升电机的固定部分安装在钢丝绳安装板上，副钢丝绳提升卷筒通过副钢丝绳卷筒定位支撑在钢丝绳安装板上；副钢丝绳提升电机的动力输出端与副钢丝绳提升卷筒连接；副钢丝绳卷绕在副钢丝绳提升卷筒上，并通过副钢丝绳导向轮导向后，悬垂在矿井中。

优选地，所述的转盘为齿轮轨道，齿轮轨道通过轨道支架与矿井连接，且齿轮轨道与轨道之间设置有若干滚珠；

所述转盘旋转驱动装置的数量至少有两个，均布在齿轮轨道的外侧，包括L形安装架、工业电机、工业电机齿轮以及间隙调节结构；

间隙调节结构包括调节螺杆、调节螺母、调节支架、调节滚轮；

工业电机的固定部分安装在L形安装架的水平支撑面上；工业电机齿轮与工业电机的动力输出端连接，并位于L形安装架的内侧，且工业电机齿轮能够与齿轮轨道相啮合；

调节螺杆的一端与调节支架连接，另一端则穿过L形安装架的竖向支撑面，并通过调节螺母锁紧；

调节滚轮定位支撑于调节支架上，并能够沿着齿轮轨道与轨道之间的间隙相触。

优选地，所述的攀爬壳体包括攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b；

攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b能够围合形成所述的攀爬壳体；且攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b分设在攀爬固定壳体的两侧，同时攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b均通过壳体连接合页与攀爬固定壳体连接；

攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b均各自配设有一个攀爬驱动机构以及一个攀爬导向机构；攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b在各自攀爬驱动机构的动力作动、攀爬导向机构的导向作用下，能够沿着钢丝绳同步攀爬；

所述的壳体开合机构有两个，其中一个布置在攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a之间，余下一个则布置在攀爬固定壳体、攀爬活动壳体b之间；攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b在各自对应的壳体开合机构的动力作动下，能够相对于攀爬固定壳体开合。

优选地，所述的横向推动机构a包括电动推杆a以及横移导向机构，横移导向机构包括2个滑动件、2个滑动导轨、锁紧螺母；

履带轮通过螺纹与履带轮连接架的前端连接，履带轮连接架的后端通过锁紧螺母与滑动件连接在一起，滑动件与滑动导轨可移动连接并能够在滑动导轨中移动，滑动导轨固定在攀爬壳体的内表面；电动推杆a的一端固定在攀爬壳体的内表面，另一端则通过驱动电机与履带轮连接；

横向推动机构b包括电动推杆b以及V型轮撑架组件；V型轮撑架组件包括V型轮支架、V型轮连接架；

V型轮、V型轮支架、V型轮连接架的数量均为两个；

两个V型轮支架的一端均各自安装有一个V型轮，另一端则通过电动推杆销与电动推杆b的动力输出端连接；

两个V型轮连接架对称布置在电动推杆b的上下两侧，且每一个电动推杆b的一端固定安装在攀爬固定壳体的内表面，另一端则与V型轮支架连接。

优选地，所述的壳体开合机构，包括连杆a、连杆b、连杆固定件以及步进电机；

连杆固定件安装在攀爬活动壳体a/攀爬活动壳体b上，连杆a一端与连杆固定件定位连接，另一端则与连杆b的一端定位连接，连杆b的另一端则与步进电机的动力输出端相连接，步进电机安装在攀爬固定壳体的内表面上。

优选地，所述的主/副旋转伸缩装置，均包括外附壳体、装置固定架、检测装置位置调节机构、攀爬装置位置调节机构；装置固定架为弧形壳体状结构，且装置固定架的一侧通过攀爬装置位置调节机构与外附壳体连接，外附壳体固定在主/副攀爬装置的攀爬固定壳体外侧，装置固定架的另一侧通过检测装置位置调节机构与检测装置连接；

在检测装置位置调节机构的动力作动下，检测装置能够在巡检矿井内进行位置调整，直至抵达预设位置；

所述的两个攀爬装置，对应为第一、第二攀爬装置；

当第一攀爬装置咬合固定在钢丝绳上时，第二攀爬装置能够在自身攀爬装置位置调节机构的动力作动下，以第一攀爬装置为支点旋转，直至第一攀爬装置到达预设位置，能够咬合固定在主/副钢丝绳上。

优选地，所述的检测装置位置调节机构包括周向旋转驱动机构以及与周向旋转驱动机构匹配的周向旋转导向机构；

周向旋转驱动机构包括旋转电机、旋转电机齿轮、旋转电机支座、齿条轨道；其中：旋转电机的固定部分通过旋转电机支座固定安装在装置固定架上，且旋转电机的动力输出端安装所述的旋转电机齿轮；齿条轨道沿着所述的装置固定架的外壁铺设，并与所述的旋转电机齿轮啮合；

周向旋转导向机构包括滑动头以及导向滑轨组件；滑动头包括轴承滑套、轴承滑套固定架、轴承滑套固定销；导向滑轨组件包括支撑轨道以及导向轨道；支撑轨道以及导向轨道均沿着所述的装置固定架的外壁铺设；轴承滑套套在导向轨道上，并通过螺栓与轴承滑套固定架连接在一起，轴承滑套固定架另一端与装置固定架连接在一起，轴承滑套固定架下部安装有滚珠，滚珠与支撑轨道接触；

所述的攀爬装置位置调节机构包括竖直面内旋转驱动装置、可伸缩连接臂、连接臂减振安装头；

竖直面内旋转驱动装置包括伸缩杆旋转电机、伸缩杆固定齿轮、伸缩杆旋转电机齿轮、连接轴、连接轴固定架；伸缩杆旋转电机固定安装在检测装置内，且伸缩杆旋转电机的动力输出端通过伸缩杆旋转电机齿轮与伸缩杆固定齿轮啮合，而伸缩杆固定齿轮通过连接轴定位支撑在检测装置内所设置的连接轴固定架上；

可伸缩连接臂包括L形连接杆以及Y形连接杆；L形连接杆的一根支臂与Y形连接杆的主连杆可伸缩连接，L形连接杆的另一根支臂则通过连接轴与伸缩杆固定齿轮同轴联动连接；Y形连接杆的两分支连杆分别安装有一个连接臂减振安装头；

连接臂减振安装头包括滑块减振槽、减振弹簧、滑块、导向杆；

所述的滑块减振槽安装在装置固定架上，滑块减振槽中安装有滑块和导向杆，滑块与伸缩杆固定连接，并可沿着导向杆在滑块减振槽中移动，滑块两侧均安装有减振弹簧。

优选地，所述的检测装置，包括检测壳体、2个雷达、2个摄像头、电池组以及无线节点；2个雷达、2个摄像头均对称安装在检测壳体的两侧，电池组安装在壳体的内部，无线节点安装在壳体的中间；检测装置的壳体部分安装旋转伸缩装置，旋转伸缩装置的伸缩杆对称安装在连接轴上。

本发明的另一个技术目的是提供一种跨绳越障方法，基于上述的深井移动轨道式巡检机器人来实现，包括以下步骤：

第一步，安装阶段

1.1、将上、下轨道装置安装在需要检测的矿井中，并根据矿井的深度来确定需要安装的机器人本体的数量；

1.2、分别组装机器人本体的主攀爬转置、副攀爬装置、主旋转伸缩装置、副旋转伸缩装置和检测装置：将履带轮、履带轮连接架、电动推杆a、滑动件连接好，组成攀爬驱动机构；将V型轮、 V型轮支架、 V型轮连接架、电动推杆连接好组成攀爬导向机构；将连杆a、连杆b、连杆固定件、步进电机安装好，组装成壳体开合机构；将攀爬驱动机构、攀爬导向机构、壳体开合机构分别固定在攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体b上，组装成攀爬装置；将雷达、无限节点、摄像头安装在检测壳体上，组装成检测装置；将导向轨道、支撑轨道与齿条轨道安装在外附壳体上，轴承滑套安装在导向轨道上并与轴承滑套固定架相连接，整体与旋转电机和旋转电机支座安装在装置固定架上一侧；与滑块减振槽、伸缩杆、伸缩杆旋转电机、伸缩杆旋转电机齿轮、连接轴和连接轴固定架组成旋转伸缩装置；

1.3、将主、副攀爬装置通过对应的主、副旋转伸缩装置安装在检测装置的壳体的一侧；根据轨道装置中主钢丝绳和副钢丝绳的直径大小来调节机器人本体中履带驱动机构和攀爬导向机构的间距大小，保证机器人本体的主攀爬装置和副攀爬装置均可以紧扣在主钢丝绳上；

1.4、将矿井井口处上轨道装置中的主钢丝绳和副钢丝绳释放，与井底处下轨道装置中的主钢丝绳提升机构和副钢丝绳提升机构相连接，上下同步调节钢丝绳，使将机器人本体移动至指定位置；

第二步，调试阶段

2.1、连接电源，测试矿井井口处上轨道装置中齿轮轨道和下矿井井底处轨道装置中的齿轮轨道是否能够正常转动和同步转动；测试矿井井口处上轨道装置和矿井井底处下轨道装置中主钢丝绳提升机构和副钢丝绳提升机构是否能够同步驱动卷筒带动钢丝绳移动；

2.2、连接机器人本体的电源，测试机器人本体的移动情况，确认机器人本体的各部分驱动电机可以正常工作，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，通过控制矿井井口处上轨道装置的齿轮轨道和矿井井底处的下轨道装置的齿轮轨道进行同步转动，地面控制中心控制主钢丝绳上各个机器人本体沿着主钢丝绳做上下往复运动，同时，地面控制中心查看各个传感器，包括红外摄像头，激光雷达传输回来的数据；

当主钢丝绳上一个以上的机器人本体为故障机器人，且各故障机器人中，仅检测装置出现故障，而主、副攀爬装置和主、副旋转伸缩装置的驱动部分均能够正常工作时，将各故障机器人一一从主钢丝绳上转移至副钢丝绳，并通过副钢丝绳提升机构工作，带动相应的故障机器人抵达井口处或者井底处进行维修，直至主钢丝绳上的所有机器人本体均为正常机器人；主钢丝绳上余下的各正常机器人在主钢丝绳上上下移动，继续完成预定的巡检任务；

故障机器人从主钢丝绳上转移至副钢丝绳上的具体步骤包括：首先，副攀爬装置的壳体开合机构动作，将副攀爬装置的攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体b打开，副旋转伸缩装置的伸缩杆旋转电机会驱动固定齿轮转动带动伸缩杆沿着连接轴转动，将副旋转伸缩装置和副攀爬装置旋转至检测装置的另一侧，副旋转伸缩装置的旋转电机会控制旋转电机齿轮沿着齿轮轨道转动，当转动到副攀爬装置的开口处与副钢丝绳的中心线对齐时，副旋转伸缩装置的伸缩杆动作，驱动副攀爬装置向前移动，移动至副钢丝绳在副攀爬装置的中心处，此时，副攀爬装置的壳体开合机构动作，使攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体闭合，让攀爬驱动机构和攀爬导向机构的电动推杆动作，夹紧副钢丝绳；接着，主攀爬装置的壳体开合机构动作，张开攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体b，主旋转伸缩装置中的伸缩杆动作，驱动主攀爬装置向远离主钢丝绳的方向移动，主旋转伸缩装置的伸缩杆旋转电机会驱动固定齿轮转动带动伸缩杆沿着连接轴转动，将主旋转伸缩装置和主攀爬装置旋转至检测装置的另一侧，主旋转伸缩装置的旋转电机会控制旋转电机齿轮沿着齿轮轨道转动，从而带动主攀爬装置转动，当转动到主攀爬装置的开口处与副钢丝绳的中心线对齐时，主旋转伸缩装置的伸缩杆动作，驱动主攀爬装置向前移动，移动至副钢丝绳在主攀爬装置的中心处，此时，主攀爬装置的壳体开合机构动作，使攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体闭合，让攀爬驱动机构和攀爬导向机构的电动推杆动作，夹紧副钢丝绳，从而实现故障机器人从主钢丝绳转移至副钢丝绳的工作；

当主钢丝绳上一个以上的机器人本体为故障机器人，且各故障机器人中，主/副攀爬装置和/或者主/副旋转伸缩装置均存在故障时，将邻近所述故障机器人的正常机器人从主钢丝绳上转移至副钢丝绳，然后正常机器人的主攀爬装置和副攀爬装置的履带轮导向机构动作，驱动整体沿着副钢丝绳上下移动，直至移动越过故障机器人处，再从副钢丝绳上转移至主钢丝绳，使得所述的正常机器人从故障机器人的一侧跨越到另一侧，实现跨越的正常机器人将继续完成预定的巡检任务；

当主钢丝绳上一个以上的机器人本体为故障机器人，且各故障机器人中，主/副攀爬装置和/或者主/副旋转伸缩装置均存在故障时，将各正常机器人一一从主钢丝绳上转移至副钢丝绳，各正常机器人在副钢丝绳上上下移动，继续完成预定的巡检任务，与此同时，主钢丝绳提升机构工作，带动故障机器人抵达井口或井底处进行维修或者更换操作；

正常机器人从主钢丝绳上转移至副钢丝绳的具体步骤包括：首先副攀爬装置的壳体开合机构动作，将副攀爬装置的攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体b打开，副旋转伸缩装置的伸缩杆旋转电机会驱动固定齿轮转动带动伸缩杆沿着连接轴转动，将副旋转伸缩装置和副攀爬装置旋转至检测装置的另一侧，副旋转伸缩装置的旋转电机会控制旋转电机齿轮沿着齿轮轨道转动，当转动到副攀爬装置的开口处与副钢丝绳的中心线对齐时，副旋转伸缩装置的伸缩杆动作，驱动副攀爬装置向前移动，移动至副钢丝绳在副攀爬装置的中心处，此时，副攀爬装置的壳体开合机构动作，使攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体闭合，让攀爬驱动机构和攀爬导向机构的电动推杆动作，夹紧副钢丝绳；接着，主攀爬装置的壳体开合机构动作，张开攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体b，主旋转伸缩装置中的伸缩杆动作，驱动主攀爬装置向远离主钢丝绳的方向移动，主旋转伸缩装置的伸缩杆旋转电机会驱动固定齿轮转动带动伸缩杆沿着连接轴转动，将主旋转伸缩装置和主攀爬装置旋转至检测装置的另一侧，主旋转伸缩装置的旋转电机会控制旋转电机齿轮沿着齿轮轨道转动，从而带动主攀爬装置转动，当转动到主攀爬装置的开口处与副钢丝绳的中心线对齐时，主旋转伸缩装置的伸缩杆动作，驱动主攀爬装置向前移动，移动至副钢丝绳在主攀爬装置的中心处，此时，主攀爬装置的壳体开合机构动作，使攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体闭合，让攀爬驱动机构和攀爬导向机构的电动推杆动作，夹紧副钢丝绳。

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、本发明所述的一种深井移动轨道式巡检机器人，在矿井井口处和矿井井底处均安装有轨道装置，采用多个工业电机驱动齿轮轨道转动，驱动力大，齿轮轨道可以承受很大的重量，适应于深井的巡检，采用齿轮传动，传动精确可以精确控制上（下）轨道装置的转动位置，便于同步控制；

2、本发明所述的一种深井移动轨道式巡检机器人，包括主钢丝绳和副钢丝绳，当有一个或者多个机器人发生故障时，可以通过主钢丝绳和副钢丝绳的共同作用来完成跨绳越障继续巡检任务；

3、本发明所述的一种深井移动轨道式巡检机器人，包括主钢丝绳提升机构和副钢丝绳提升机构，当机器人发生故障无法处理时，可以通过主钢丝绳提升机构和副钢丝绳提升机构拉动故障机器人至矿井井口或井底处，使机器人本体可以维修和更换；

4、本发明所述的一种深井移动轨道式巡检机器人及其跨绳越障方法，包括主旋转伸缩装置和副旋转伸缩装置，通过主（副）旋转伸缩装置可以同时控制机器人本体的转动和移动，使得机器人本体在主钢丝绳和副钢丝绳之间灵活转动，保证机器人很容易接触到并夹紧主钢丝绳或者副钢丝绳，此外，还可以灵活控制机器人本体的大小，可以有效的减小机器人本体在完成跨绳越障时的由外界因素诸如风所带来的阻力；

5、本发明所述的一种深井移动轨道式巡检机器人，包括主（副）旋转伸缩装置，主（副）旋转伸缩装置中设置有减振槽，减震弹簧以及导向杆，可以减小矿井中钢丝绳因抖动而影响机器人本体完成跨绳越障动作；

6、本发明所述的一种深井移动轨道式巡检机器人，包括主（副）旋转伸缩装置，主（副）旋转伸缩装置中设置有外附壳体，2个导向轨道和2个支撑轨道，通过将轴承滑套固定在导向轨道上，来保证机器人本体旋转时的运动轨迹固定，通过在轴承滑套固定架下部安装滚珠，使得滚珠与支撑轨道接触，可以保证机器人的承受很大的重量，导向轨道和支撑轨道的共同作用可以保证机器人主（副）攀爬装置和主（副）旋转伸缩装置之间转动的稳定性；

7、本发明所述的一种深井移动轨道式巡检机器人，包括主（副）旋转伸缩装置中的齿条轨道，步进电机与步进电机齿轮，采用步进电机和齿轮传动可以保证机器人本体在跨绳越障时，转动角度的精确性；

8、本发明所述的一种深井移动轨道式巡检机器人，包括主（副）攀爬装置中的攀爬驱动机构和攀爬导向机构，通过履带轮表面的凹凸来增大与钢丝绳之间的摩擦力，从而可以驱动整体沿着钢丝绳上下移动，通过布置6个V型轮环绕在钢丝绳外表面可以保证机器人在悬停时的稳定性，履带轮和V型轮的共同作用可以保证机器人整体攀爬运动轨迹的稳定，避免侧翻情况的出现；

9、本发明所述的一种深井移动轨道式巡检机器人，包括主（副）攀爬装置中的攀爬驱动机构和攀爬导向机构，伸缩杆旋转电机可控制伸缩杆沿着连接轴转动，从而带动履带轮靠近钢丝绳，可以保证履带轮紧紧抱紧钢丝绳，同时减振槽和减震弹簧的共同作用也可以保证履带轮沿着钢丝绳移动时的轻微震动不会损坏零件；攀爬导向机构中的电动推杆和V型轮连接架的相互作用，可以保证V型轮抱紧钢丝绳，保证主（副）攀爬装置的稳定性；

10、本发明所述的一种深井移动轨道式巡检机器人，包括上（下）轨道装置，上（下）轨道装置中安装有多个调节机构，通过调节螺杆，调节弹簧和调节螺母的共同作用，可以调节齿轮轨道在矿井中心的位置，保证整体巡检任务的可靠性；

附图说明

图1为本发明实施例1中所述深井移动轨道式巡检机器人的布局图；

图2为本发明所述深井移动轨道式巡检机器人的上（下）轨道装置三维图；

图3为本发明机器人本体的三维图；

图4为本发明机器人主（副）攀爬装置的三维图；

图5为本发明机器人主（副）旋转伸缩装置的三维图；

图6为本发明机器人检测装置的三维图；

图7为本发明机器人连接臂减振安装头的三维图；

图8为本发明机器人跨绳越障方法的控制流程图；

图9为本发明实施例2中所述深井移动轨道式巡检机器人的布局图；

图1至6中：1-上轨道装置；1-1、轨道支架；1-2、滚珠；1-3、齿轮轨道；1-4、调节螺杆；1-5、调节螺母；1-6、调节支架；1-7、调节滚轮；1-8、转动架；1-9、主钢丝绳提升电机；1-10、主钢丝绳提升卷筒；1-11、减速器a；1-12、减速器b；1-13、副钢丝绳提升卷筒；1-14、副钢丝绳提升电机；1-15、工业电机；1-16、工业电机齿轮；2-主攀爬装置；2-1、V型轮；2-2、V型轮支架；2-3、V型轮连接架；2-4、电动推杆a；2-5、攀爬活动壳体a；2-6、连杆固定件；2-7、连杆b；2-8、履带轮；2-9、电动推杆b；2-10、履带轮连接架；2-11、滑动件；2-12、滑动导轨；2-13、壳体连接合页；2-14、步进电机；2-15、攀爬固定壳体；2-16、攀爬活动壳体b；3-主旋转伸缩装置；3-1、外附壳体；3-2、旋转电机；3-3、齿条轨道；3-4、旋转电机齿轮；3-5、支撑轨道；3-6、滚珠；3-7、导向轨道；3-8、轴承滑套；3-9、轴承滑套固定架；3-10、固定架；3-11、滑块减振槽；3-12、伸缩杆；3-13、伸缩杆固定齿轮；3-14、伸缩杆旋转电机齿轮；3-15、伸缩杆旋转电机；3-16、连接轴；3-17、连接轴固定架；3-18、减振弹簧；3-19、滑块；3-20、导向杆；4-检测装置；4-1、检测壳体；4-2、摄像头；4-3、无线节点；4-4、电池组；4-5、雷达；5-副旋转伸缩装置；6-副攀爬装置；7-矿井；8-下轨道装置。

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至图6所示，本实施例所述的一种深井移动轨道式巡检机器人，包括上轨道装置1、下轨道装置8以及机器人本体，如图7所示，为本实施例机器人本体在完成跨绳越障时的控制流程；其中：所述的上轨道装置1和下轨道装置8，分别安装在井口和井底，上轨道装置1和下轨道装置8可带动多根钢丝绳沿着矿井7内壁做周向运动；本实施例中，所述钢丝绳有两根，对应为主、副钢丝绳。所述的机器人本体安装在钢丝绳上，能够沿着钢丝绳自主移动，可以巡检矿井7筒壁、井架以及罐道等；所述的机器人本体包括检测装置4、主攀爬装置2、副攀爬装置6、主旋转伸缩装置3、副旋转伸缩装置5；主攀爬装置2与主旋转伸缩装置3安装在一起，副攀爬装置6与副旋转伸缩装置5安装在一起，两者对称安装在检测装置4的两侧，主（副）攀爬装置可以通过主（副）旋转伸缩装置沿着检测装置4做旋转运动和伸缩运动，从而实现巡检和跨绳越障功能。

本实施例1中，上、下轨道装置8的结构一致，均包括转盘、转盘旋转驱动装置、钢丝绳安装板、主钢丝绳提升机构以及副钢丝绳提升机构；其中：

所述转盘旋转驱动装置的动力输出端与转盘连接，使得转盘在转盘旋转驱动装置的动力作动下，能够绕着自身的回转中心旋转，而钢丝绳安装板则安装在转盘上，主钢丝绳提升机构以及副钢丝绳提升机构分别安装在钢丝绳安装板上；本实施例为便于布置和动力驱动，所述的转盘选用齿轮轨道1-3，齿轮轨道1-3通过轨道支架1-1与矿井7连接，且齿轮轨道1-3与轨道支架1-1之间设置有若干滚珠。

所述的主钢丝绳，上端与上轨道装置1的主钢丝绳提升机构连接，下端与下轨道装置8的主钢丝绳提升机构连接；

所述的副钢丝绳，上端与上轨道装置1的副钢丝绳提升机构连接，下端与下轨道装置8的副钢丝绳提升机构连接。

优选地，所述的主钢丝绳提升机构包括主钢丝绳提升电机、主钢丝绳提升卷筒、主钢丝绳卷筒支架、主钢丝绳导向轮；主钢丝绳提升电机的固定部分安装在钢丝绳安装板上，主钢丝绳提升卷筒通过主钢丝绳卷筒支架定位支撑在钢丝绳安装板上；主钢丝绳提升电机的动力输出端与主钢丝绳提升卷筒连接；主钢丝绳卷绕在主钢丝绳提升卷筒上，并通过主钢丝绳导向轮导向后，悬垂在矿井7中；

所述的副钢丝绳提升机构包括副钢丝绳提升电机、副钢丝绳提升卷筒；副钢丝绳提升电机的固定部分安装在钢丝绳安装板上，副钢丝绳提升卷筒通过副钢丝绳卷筒定位支撑在钢丝绳安装板上；副钢丝绳提升电机的动力输出端与副钢丝绳提升卷筒连接；副钢丝绳卷绕在副钢丝绳提升卷筒上，并通过副钢丝绳导向轮导向后，悬垂在矿井7中。

所述转盘旋转驱动装置的数量至少有两个，均布在齿轮轨道1-3的外侧，包括L形安装架、工业电机、工业电机齿轮以及间隙调节结构；

间隙调节结构包括调节螺杆1-4、调节螺母、调节支架、调节滚轮；

工业电机的固定部分安装在L形安装架的水平支撑面上；工业电机齿轮与工业电机的动力输出端连接，并位于L形安装架的内侧，且工业电机齿轮能够与齿轮轨道1-3相啮合；

调节螺杆1-4的一端与调节支架连接，另一端则穿过L形安装架的竖向支撑面，并通过调节螺母锁紧；调节滚轮定位支撑于调节支架上，并能够沿着齿轮轨道1-3与轨道之间的间隙相触。调节滚轮和齿轮轨道1-3之间接触并可作转动运动；调节螺杆1-4通过调节螺母和调节弹簧的相互作用固定在轨道支架1-1上，用来固定齿轮轨道1-3在轨道支架1-1上的相对位置。

本实施例1中所述的轨道支架1-1，上安装有滚珠，通过间隙调节机构将齿轮轨道1-3固定在轨道支架1-1上，中间依靠滚珠来转动齿轮轨道1-3；轨道支架1-1上安装有三个工业电机，通过工业齿轮带动齿轮轨道1-3转动；轨道支架1-1上安装有主钢丝绳提升机构和副钢丝绳安装机构。

在上（下）轨道装置的工业电机动力驱动下，所述的齿轮轨道1-3会沿着矿井7中心做周向回转运动；机器人本体安装在上（下）轨道装置的主钢丝绳提升机构中的主钢丝绳上，主钢丝绳上布置多个机器人本体，机器人本体可沿着主钢丝绳自主运动，达到巡检的目的。

本实施例1中所述的机器人本体，包括检测装置4，主攀爬装置2，副攀爬装置6，主旋转伸缩装置3，副旋转伸缩装置5；主攀爬装置2与主旋转伸缩装置3安装在一起，副攀爬装置6与副旋转伸缩装置5安装在一起，两者安装在检测装置4中；

本实施例1中所述的主钢丝绳提升机构上缠绕有主钢丝绳，主钢丝绳上布置有多个机器人本体，所述的机器人本体可在主攀爬装置2的作用下沿着主钢丝绳上下自由移动。

具体地，本实施例1中所述的主攀爬装置2，包括攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b、壳体连接合页2-13、3个攀爬驱动机构、3个 攀爬导向机构，2个壳体开合机构；壳体开合机构固定在攀爬固定壳体与攀爬活动壳体的连接处，攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体b通过壳体连接合页2-13固定在攀爬固定壳体上，通过壳体开合机构可以控制攀爬活动壳体的张开与闭合，3个攀爬驱动机构呈120°布置在攀爬装置中，履带轮机构分别安装在攀爬固定壳体，攀爬活动壳体a与攀爬活动壳体b上，3个攀爬导向机构呈120°布置在主（副）攀爬装置中，也分别安装在攀爬固定壳体，攀爬活动壳体a与攀爬活动壳体b的内表面上；

本实施例1中所述的副攀爬装置6，与主攀爬装置2的结构一样。

本实施例1中所述的攀爬驱动机构，包括履带轮、2个履带轮连接架、电动推杆a、2个滑动件、2个滑动导轨、锁紧螺母；履带轮中含有驱动电机，可以驱动履带轮转动，履带轮通过螺纹与履带轮连接架的一端连接起来，履带轮连接架通过锁紧螺母与滑动件连接在一起，滑动件可在滑动导轨中左右移动，滑动导轨固定在攀爬固定壳体的内表面。

本实施例1中所述的壳体开合机构，包括连杆a、连杆b、连杆固定件、步进电机；连杆固定件分别安装在攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体b上，连杆a一端通过销与连杆固定件连接，另一端通过销与连杆b相连接，连杆b一端通过销与连杆a连接，另一端与步进电机相连接，步进电机安装在攀爬固定壳体的内表面上。

由此可知，本实施例所述的攀爬装置包括攀爬壳体、攀爬驱动机构、攀爬导向机构以及壳体开合机构；攀爬驱动机构、攀爬导向机构以及壳体开合机构均安装在攀爬壳体的内壁；所述的攀爬壳体为可竖向开合外壳，能够在壳体开合机构的作动下，沿竖向实现开合；攀爬壳体包括攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b；攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b能够围合形成所述的攀爬壳体；且攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b分设在攀爬固定壳体的两侧，同时攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b均通过壳体连接合页2-13与攀爬固定壳体连接。

所述的攀爬驱动机构，包括履带轮、驱动机构、横向推动机构a；横向推动机构a安装在攀爬壳体的内壁，且横向推动机构a的动力输出端通过驱动机构与履带轮连接。所述的攀爬导向机构，包括V型轮、横向推动机构b；横向推动机构b安装在攀爬壳体的内壁，且横向推动机构b的动力输出端与V型轮连接；在横向推动机构a的动力作动下，驱动机构带着履带轮朝向/背离钢丝绳移动，直至履带轮与钢丝绳贴紧/解离；V型轮朝向/背离钢丝绳移动，直至V型轮与钢丝绳贴紧/解离；当履带轮与钢丝绳贴紧、V型轮也与钢丝绳贴紧时，在驱动机构的动力作动下，贴紧在钢丝绳表面的履带轮配合攀爬导向机构所提供的导向作用，能够始终沿着钢丝绳移动；当前机器人本体需要攀爬故障机器人本体时，当前机器人本体在自身主旋转伸缩装置3、副旋转伸缩装置5、主攀爬装置2、副攀爬装置6的协同作用下，通过主钢丝绳、副钢丝绳的支撑，能够跨越故障机器人本体；其中：所述的故障机器人本体为发生故障的机器人本体；所述的当前机器人本体为与故障机器人本体相邻的机器人本体。

为便于攀爬，本实施例中，攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b均各自配设有一个攀爬驱动机构以及一个攀爬导向机构；攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b在各自攀爬驱动机构的动力作动、攀爬导向机构的导向作用下，能够沿着钢丝绳同步攀爬。本实施例1中所述的攀爬导向机构，包括2个V型轮、2个V型轮支架，2个V型轮连接架、电动推杆b、电动推杆销。

所述的壳体开合机构有两个，其中一个布置在攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a之间，余下一个则布置在攀爬固定壳体、攀爬活动壳体b之间；攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b在各自对应的壳体开合机构的动力作动下，能够相对于攀爬固定壳体开合。

所述的横向推动机构a包括电动推杆a以及横移导向机构，横移导向机构包括2个滑动件、2个滑动导轨、锁紧螺母；履带轮通过螺纹与履带轮连接架的前端连接，履带轮连接架的后端通过锁紧螺母与滑动件连接在一起，滑动件与滑动导轨可移动连接并能够在滑动导轨中移动，滑动导轨固定在攀爬壳体的内表面；电动推杆a的一端固定在攀爬壳体的内表面，另一端则通过驱动电机与履带轮连接；横向推动机构b包括电动推杆b以及V型轮撑架组件；V型轮撑架组件包括V型轮支架、V型轮连接架；V型轮、V型轮支架、V型轮连接架的数量均为两个；两个V型轮支架的一端均各自安装有一个V型轮，另一端则通过电动推杆销与电动推杆b的动力输出端连接；两个V型轮连接架对称布置在电动推杆b的上下两侧，且每一个电动推杆b的一端固定安装在攀爬固定壳体的内表面，另一端则与V型轮支架连接。

本实施例1中所述的主/副旋转伸缩装置5，均包括外附壳体、装置固定架、检测装置4位置调节机构、攀爬装置位置调节机构；装置固定架为弧形壳体状结构，且装置固定架的一侧通过攀爬装置位置调节机构与外附壳体连接，外附壳体固定在主/副攀爬装置6的攀爬固定壳体外侧，装置固定架的另一侧通过检测装置4位置调节机构与检测装置4连接；

在检测装置4位置调节机构的动力作动下，检测装置4能够在巡检矿井7内进行位置调整，直至抵达预设位置；为便于叙述，将所述的两个攀爬装置记为第一、第二攀爬装置；当第一攀爬装置咬合固定在钢丝绳上时，第二攀爬装置能够在自身攀爬装置位置调节机构的动力作动下，以第一攀爬装置为支点旋转，直至第一攀爬装置到达预设位置，能够咬合固定在主/副钢丝绳上。

具体地，所述的检测装置4位置调节机构包括周向旋转驱动机构以及与周向旋转驱动机构匹配的周向旋转导向机构。

周向旋转驱动机构包括旋转电机、旋转电机齿轮、旋转电机支座、齿条轨道；其中：旋转电机的固定部分通过旋转电机支座固定安装在装置固定架上，且旋转电机的动力输出端安装所述的旋转电机齿轮；齿条轨道沿着所述的装置固定架的外壁铺设，并与所述的旋转电机齿轮啮合。

周向旋转导向机构包括滑动头以及导向滑轨组件；滑动头包括轴承滑套、轴承滑套固定架、轴承滑套固定销；导向滑轨组件包括支撑轨道以及导向轨道；支撑轨道以及导向轨道均沿着所述的装置固定架的外壁铺设；轴承滑套套在导向轨道上，并通过螺栓与轴承滑套固定架连接在一起，轴承滑套固定架另一端与装置固定架连接在一起，轴承滑套固定架下部安装有滚珠，滚珠与支撑轨道接触。

所述的攀爬装置位置调节机构包括竖直面内旋转驱动装置、可伸缩连接臂、连接臂减振安装头。

竖直面内旋转驱动装置包括伸缩杆旋转电机、伸缩杆固定齿轮、伸缩杆旋转电机齿轮、连接轴、连接轴固定架；伸缩杆旋转电机固定安装在检测装置4内，且伸缩杆旋转电机的动力输出端通过伸缩杆旋转电机齿轮与伸缩杆固定齿轮啮合，而伸缩杆固定齿轮通过连接轴定位支撑在检测装置4内所设置的连接轴固定架上。

可伸缩连接臂包括L形连接杆以及Y形连接杆；L形连接杆的一根支臂与Y形连接杆的主连杆可伸缩连接，L形连接杆的另一根支臂则通过连接轴与伸缩杆固定齿轮同轴联动连接；Y形连接杆的两分支连杆分别安装有一个连接臂减振安装头。

连接臂减振安装头包括滑块减振槽、减振弹簧、滑块、导向杆；所述的滑块减振槽安装在装置固定架上，滑块减振槽中安装有滑块和导向杆，滑块与伸缩杆固定连接，并可沿着导向杆在滑块减振槽中移动，滑块两侧均安装有减振弹簧。

包括外附壳体、2个导向轨道、2个支撑轨道、齿条轨道、轴承滑套、轴承滑套固定架、轴承滑套固定销、滚珠、装置固定架、旋转齿轮、旋转电机、旋转电机支座、滑块减振槽、伸缩杆、伸缩杆固定齿轮、伸缩杆旋转电机齿轮、伸缩杆旋转电机、连接轴、连接轴固定架、减振弹簧、滑块、导向杆；上述构件分成以下几个部分：

本实施例1中所述的外附壳体通过螺栓固定安装在攀爬固定壳体的外表面上，导向轨道、支撑轨道以及齿条轨道通过焊接的方式安装在外附壳体上，轴承滑套套在导向轨道上，并通过螺栓与轴承滑套固定架连接在一起，轴承滑套固定架另一端与装置固定架连接在一起，轴承滑套固定架下部安装有滚珠，滚珠与支撑轨道接触，可在支撑轨道上移动；滑块减振槽安装在装置固定架上，滑块减振槽中安装有滑块和导向杆，滑块与伸缩杆固定连接，并可沿着导向杆在滑块减振槽中微量移动，滑块两侧均安装有减振弹簧；伸缩杆与伸缩杆旋转齿轮固定安装在一起，两者通过轴承安装在连接轴上，连接轴固定在连接轴固定架上，连接轴固定架安装在检测壳体的内部，伸缩杆旋转电机齿轮与伸缩杆固定齿轮啮合在一起，伸缩杆旋转电机可以驱动伸缩杆沿着连接轴转动；

本实施例1中所述的副旋转伸缩装置5，和主旋转伸缩装置3结构一样；

本实施例1中所述的检测装置4，包括壳体，2个雷达，2个摄像头，电池组，无线节点；雷达与摄像头对称安装在壳体的两侧，电池组安装在壳体的内部，无线节点安装在壳体的中间；检测装置4的壳体部分安装旋转伸缩装置，旋转伸缩装置的伸缩杆对称安装在连接轴上；

由此可知，本发明深井移动轨道式巡检机器人，在上（下）轨道装置和机器人本体的共同作用下，上（下）轨道装置带动主钢丝绳和副钢丝绳转动一周，机器人本体在主钢丝绳上上下周期移动，可以完成对矿井7的巡检任务。当主钢丝绳上一个或者多个机器人本体发生故障时，为避免故障机器人区域漏检情况的发生，临近故障机器人区域的可正常工作机器人本体的主（副）攀爬装置和主（副）旋转伸缩装置会同时工作，通过副钢丝绳来越过故障机器人，代替其继续完成巡检任务，大大的保证了矿井7巡检任务的可靠性。

实施例2

为了解决所述机器人的移动和能耗问题，本实施例在实施例1的基础上做了进一步的改进。其与实施例1的不同之处，仅在于：将机器人本体的主攀爬装置2和副攀爬装置6分别同时固定在主钢丝绳和副钢丝绳上，通过主钢丝绳提升机构和副钢丝绳提升机构同时带动多个机器人本体沿着矿井7上下移动，同时轨道装置带动主钢丝绳和副钢丝绳周向转动，完成对矿井7的巡检任务。

具体地，主攀爬装置2与主旋转伸缩机构安装在一起，副攀爬装置6与副旋转伸缩装置5安装在一起，两者对称固定在检测装置4的两侧，主（副）攀爬装置可以通过主（副）旋转伸缩装置沿着检测装置4做旋转运动和伸缩运动，从而实现巡检和跨绳越障功能。

本实施例中未提及的部分，比如检测装置4、主攀爬装置2、副攀爬装置6、主旋转伸缩装置3、副旋转伸缩装置5、上（下）轨道装置，均与实施例1中记载的内容一致，在此不再赘述。

本发明所述的一种深井移动轨道式巡检机器人及其跨绳越障的工作过程：

第一步，安装阶段

1.1、将上（下）轨道装置安装在需要检测的矿井7中，并根据矿井7的深度来确定需要安装的机器人本体的数量；

1.2、分别组装机器人本体的主攀爬转置、副攀爬装置6、主旋转伸缩装置3、副旋转伸缩装置5和检测装置4：将履带轮，履带轮连接架，电动推杆，滑动件连接好，组成攀爬驱动机构，将V型轮， V型轮支架， V型轮连接架，电动推杆连接好组成攀爬导向机构，将连杆a，连杆b，连杆固定件，步进电机安装好，组装成壳体开合机构；将攀爬驱动机构，攀爬导向机构，壳体开合机构分别固定在攀爬固定壳体，攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体b上，组装成攀爬装置；将雷达，无线节点，摄像头安装在检测壳体上，组装成检测装置4；将导向轨道，支撑轨道与齿条轨道安装在外附壳体上，轴承滑套安装在导向轨道上并与轴承滑套固定架相连接，整体与旋转电机和旋转电机支座安装在装置固定架上一侧；与滑块减振槽、伸缩杆、伸缩杆旋转电机、伸缩杆旋转电机齿轮、连接轴和连接轴固定架组成旋转伸缩装置；

1.3、将主（副）攀爬装置通过主（副）旋转伸缩装置对称安装在检测装置4的壳体的两侧；根据轨道装置中主钢丝绳和副钢丝绳的直径大小来调节机器人本体中履带驱动机构和攀爬导向机构的间距大小，保证机器人本体的主攀爬装置2和副攀爬装置6可以紧扣在主钢丝绳和副钢丝绳上；

1.4、将矿井7井口处上轨道装置1中的主钢丝绳和副钢丝绳释放与井底处下轨道装置8中的主钢丝绳提升机构和副钢丝绳提升机构相连接，上下同步调节钢丝绳使将机器人本体移动至指定位置；

第二步，调试阶段

连接电源，测试矿井7井口处上轨道装置1中齿轮轨道1-3和矿井7井底处下轨道装置8中的齿轮轨道1-3是否能够正常转动和同步转动；测试矿井7井口处上轨道装置1和矿井7井底处下轨道装置8中主钢丝绳提升机构和副钢丝绳提升机构是否能够同步驱动卷筒带动钢丝绳移动；连接机器人本体的电源，测试机器人本体的移动情况，确认机器人本体的各部分驱动电机可以正常工作，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，通过控制矿井7井口处上轨道装置1的齿轮轨道1-3和矿井7井底处的下轨道装置8的齿轮轨道1-3进行同步转动，地面控制中心控制主钢丝绳上各个机器人本体沿着主钢丝绳做上下往复运动，同时，地面控制中心查看各个传感器，包括红外摄像头，激光雷达传输回来的数据；

在正常工作下机器人本体的主攀爬装置2和副攀爬装置6可同时沿着主钢丝绳和副钢丝绳进行上下移动，从而完成巡检的工作，当机器人本体出现故障无法正常移动时，主钢丝绳提升机构和副钢丝绳提升机构可同时工作，带动机器人本体进行上下移动，继续完成巡检工作；此外，主钢丝绳提升机构和副钢丝绳提升机构还可带动故障机器人抵达井口或井底处进行维修或者更换操作。

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 (11)

1.一种深井移动轨道式巡检机器人，用于巡检矿井，包括悬吊在矿井中的钢丝绳以及沿着钢丝绳的长度方向按序布置在钢丝绳上的若干个机器人本体，所述的机器人本体包括检测装置以及攀爬装置，其特征在于，机器人本体还包括旋转伸缩装置；其中：

所述的钢丝绳包括两条，对应为主钢丝绳、副钢丝绳，主钢丝绳、副钢丝绳相互平行地悬吊在矿井中；所述的攀爬装置包括两个，对应为主攀爬装置以及副攀爬装置；所述的旋转伸缩装置包括两个，对应为主旋转伸缩装置、副旋转伸缩装置；

检测装置通过主旋转伸缩装置与主攀爬装置连接、通过副旋转伸缩装置与副攀爬装置连接；

所述的攀爬装置包括攀爬壳体、攀爬驱动机构、攀爬导向机构以及壳体开合机构；攀爬驱动机构、攀爬导向机构以及壳体开合机构均安装在攀爬壳体的内壁；

所述的攀爬壳体为可竖向开合外壳，能够在壳体开合机构的作动下，沿竖向实现开合；

所述的攀爬驱动机构，包括履带轮、驱动机构、横向推动机构a；横向推动机构a安装在攀爬壳体的内壁，且横向推动机构a的动力输出端通过驱动机构与履带轮连接；

所述的攀爬导向机构，包括V型轮、横向推动机构b；横向推动机构b安装在攀爬壳体的内壁，且横向推动机构b的动力输出端与V型轮连接；

在横向推动机构a的动力作动下，驱动机构带着履带轮朝向/背离钢丝绳移动，直至履带轮与钢丝绳贴紧/解离；V型轮朝向/背离钢丝绳移动，直至V型轮与钢丝绳贴紧/解离；

当履带轮与钢丝绳贴紧、V型轮也与钢丝绳贴紧时，在驱动机构的动力作动下，贴紧在钢丝绳表面的履带轮配合攀爬导向机构所提供的导向作用，能够始终沿着钢丝绳移动；

当前机器人本体需要攀爬故障机器人本体时，当前机器人本体在自身主旋转伸缩装置、副旋转伸缩装置、主攀爬装置、副攀爬装置的协同作用下，通过主钢丝绳、副钢丝绳的支撑，能够跨越故障机器人本体；其中：所述的故障机器人本体为发生故障的机器人本体；所述的当前机器人本体为与故障机器人本体相邻的机器人本体。

2.根据权利要求1所述的深井移动轨道式巡检机器人，其特征在于，所述矿井的井口安装有上轨道装置，矿井的井底安装有下轨道装置；

上、下轨道装置的结构一致，均包括转盘、转盘旋转驱动装置、钢丝绳安装板、主钢丝绳提升机构以及副钢丝绳提升机构；其中：

所述转盘旋转驱动装置的动力输出端与转盘连接，钢丝绳安装板安装在转盘上，主钢丝绳提升机构以及副钢丝绳提升机构分别安装在钢丝绳安装板上；

所述的转盘，在转盘旋转驱动装置的动力作动下，能够绕着自身的回转中心旋转；

所述的主钢丝绳，上端与上轨道装置的主钢丝绳提升机构连接，下端与下轨道装置的主钢丝绳提升机构连接；

所述的副钢丝绳，上端与上轨道装置的副钢丝绳提升机构连接，下端与下轨道装置的副钢丝绳提升机构连接。

3.根据权利要求2所述的深井移动轨道式巡检机器人，其特征在于，所述的主钢丝绳提升机构包括主钢丝绳提升电机、主钢丝绳提升卷筒、主钢丝绳卷筒支架、主钢丝绳导向轮；主钢丝绳提升电机的固定部分安装在钢丝绳安装板上，主钢丝绳提升卷筒通过主钢丝绳卷筒支架定位支撑在钢丝绳安装板上；主钢丝绳提升电机的动力输出端与主钢丝绳提升卷筒连接；主钢丝绳卷绕在主钢丝绳提升卷筒上，并通过主钢丝绳导向轮导向后，悬垂在矿井中；

所述的副钢丝绳提升机构包括副钢丝绳提升电机、副钢丝绳提升卷筒；副钢丝绳提升电机的固定部分安装在钢丝绳安装板上，副钢丝绳提升卷筒通过副钢丝绳卷筒定位支撑在钢丝绳安装板上；副钢丝绳提升电机的动力输出端与副钢丝绳提升卷筒连接；副钢丝绳卷绕在副钢丝绳提升卷筒上，并通过副钢丝绳导向轮导向后，悬垂在矿井中。

4.根据权利要求2所述的深井移动轨道式巡检机器人，其特征在于，所述的转盘为齿轮轨道，齿轮轨道通过轨道支架与矿井连接，且齿轮轨道与轨道之间设置有若干滚珠；

所述转盘旋转驱动装置的数量至少有两个，均布在齿轮轨道的外侧，包括L形安装架、工业电机、工业电机齿轮以及间隙调节结构；

间隙调节结构包括调节螺杆、调节螺母、调节支架、调节滚轮；

工业电机的固定部分安装在L形安装架的水平支撑面上；工业电机齿轮与工业电机的动力输出端连接，并位于L形安装架的内侧，且工业电机齿轮能够与齿轮轨道相啮合；

调节螺杆的一端与调节支架连接，另一端则穿过L形安装架的竖向支撑面，并通过调节螺母锁紧；

调节滚轮定位支撑于调节支架上，并能够沿着齿轮轨道与轨道之间的间隙相触。

5.根据权利要求4所述的深井移动轨道式巡检机器人，其特征在于，所述的攀爬壳体包括攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b；

攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b能够围合形成所述的攀爬壳体；且攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b分设在攀爬固定壳体的两侧，同时攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b均通过壳体连接合页与攀爬固定壳体连接；

攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b均各自配设有一个攀爬驱动机构以及一个攀爬导向机构；攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b在各自攀爬驱动机构的动力作动、攀爬导向机构的导向作用下，能够沿着钢丝绳同步攀爬；

所述的壳体开合机构有两个，其中一个布置在攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a之间，余下一个则布置在攀爬固定壳体、攀爬活动壳体b之间；攀爬活动壳体a、攀爬活动壳体b在各自对应的壳体开合机构的动力作动下，能够相对于攀爬固定壳体开合。

6.根据权利要求5所述的深井移动轨道式巡检机器人，其特征在于，所述的横向推动机构a包括电动推杆a以及横移导向机构，横移导向机构包括2个滑动件、2个滑动导轨、锁紧螺母；

履带轮通过螺纹与履带轮连接架的前端连接，履带轮连接架的后端通过锁紧螺母与滑动件连接在一起，滑动件与滑动导轨可移动连接并能够在滑动导轨中移动，滑动导轨固定在攀爬壳体的内表面；电动推杆a的一端固定在攀爬壳体的内表面，另一端则通过驱动电机与履带轮连接；

横向推动机构b包括电动推杆b以及V型轮撑架组件；V型轮撑架组件包括V型轮支架、V型轮连接架；

V型轮、V型轮支架、V型轮连接架的数量均为两个；

两个V型轮支架的一端均各自安装有一个V型轮，另一端则通过电动推杆销与电动推杆b的动力输出端连接；

两个V型轮连接架对称布置在电动推杆b的上下两侧，且每一个电动推杆b的一端固定安装在攀爬固定壳体的内表面，另一端则与V型轮支架连接。

7.根据权利要求5所述的深井移动轨道式巡检机器人，其特征在于，所述的壳体开合机构，包括连杆a、连杆b、连杆固定件以及步进电机；

连杆固定件安装在攀爬活动壳体a/攀爬活动壳体b上，连杆a一端与连杆固定件定位连接，另一端则与连杆b的一端定位连接，连杆b的另一端则与步进电机的动力输出端相连接，步进电机安装在攀爬固定壳体的内表面上。

8.根据权利要求5所述的深井移动轨道式巡检机器人，其特征在于，所述的主/副旋转伸缩装置，均包括外附壳体、装置固定架、检测装置位置调节机构、攀爬装置位置调节机构；装置固定架为弧形壳体状结构，且装置固定架的一侧通过攀爬装置位置调节机构与外附壳体连接，外附壳体固定在主/副攀爬装置的攀爬固定壳体外侧，装置固定架的另一侧通过检测装置位置调节机构与检测装置连接；

在检测装置位置调节机构的动力作动下，检测装置能够在巡检矿井内进行位置调整，直至抵达预设位置；

所述的两个攀爬装置，对应为第一、第二攀爬装置；

当第一攀爬装置咬合固定在钢丝绳上时，第二攀爬装置能够在自身攀爬装置位置调节机构的动力作动下，以第一攀爬装置为支点旋转，直至第一攀爬装置到达预设位置，能够咬合固定在主/副钢丝绳上。

9.根据权利要求8所述的深井移动轨道式巡检机器人，其特征在于，所述的检测装置位置调节机构包括周向旋转驱动机构以及与周向旋转驱动机构匹配的周向旋转导向机构；

周向旋转驱动机构包括旋转电机、旋转电机齿轮、旋转电机支座、齿条轨道；其中：旋转电机的固定部分通过旋转电机支座固定安装在装置固定架上，且旋转电机的动力输出端安装所述的旋转电机齿轮；齿条轨道沿着所述的装置固定架的外壁铺设，并与所述的旋转电机齿轮啮合；

周向旋转导向机构包括滑动头以及导向滑轨组件；滑动头包括轴承滑套、轴承滑套固定架、轴承滑套固定销；导向滑轨组件包括支撑轨道以及导向轨道；支撑轨道以及导向轨道均沿着所述的装置固定架的外壁铺设；轴承滑套套在导向轨道上，并通过螺栓与轴承滑套固定架连接在一起，轴承滑套固定架另一端与装置固定架连接在一起，轴承滑套固定架下部安装有滚珠，滚珠与支撑轨道接触；

所述的攀爬装置位置调节机构包括竖直面内旋转驱动装置、可伸缩连接臂、连接臂减振安装头；

竖直面内旋转驱动装置包括伸缩杆旋转电机、伸缩杆固定齿轮、伸缩杆旋转电机齿轮、连接轴、连接轴固定架；伸缩杆旋转电机固定安装在检测装置内，且伸缩杆旋转电机的动力输出端通过伸缩杆旋转电机齿轮与伸缩杆固定齿轮啮合，而伸缩杆固定齿轮通过连接轴定位支撑在检测装置内所设置的连接轴固定架上；

可伸缩连接臂包括L形连接杆以及Y形连接杆；L形连接杆的一根支臂与Y形连接杆的主连杆可伸缩连接，L形连接杆的另一根支臂则通过连接轴与伸缩杆固定齿轮同轴联动连接；Y形连接杆的两分支连杆分别安装有一个连接臂减振安装头；

连接臂减振安装头包括滑块减振槽、减振弹簧、滑块、导向杆；

所述的滑块减振槽安装在装置固定架上，滑块减振槽中安装有滑块和导向杆，滑块与伸缩杆固定连接，并可沿着导向杆在滑块减振槽中移动，滑块两侧均安装有减振弹簧。

10.根据权利要求9所述的深井移动轨道式巡检机器人，其特征在于，所述的检测装置，包括检测壳体、2个雷达、2个摄像头、电池组以及无线节点；2个雷达、2个摄像头均对称安装在检测壳体的两侧，电池组安装在壳体的内部，无线节点安装在壳体的中间；检测装置的壳体部分安装旋转伸缩装置，旋转伸缩装置的伸缩杆对称安装在连接轴上。

11.一种跨绳越障方法，基于权利要求1所述的深井移动轨道式巡检机器人来实现，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，安装阶段

1.1、将上、下轨道装置安装在需要检测的矿井中，并根据矿井的深度来确定需要安装的机器人本体的数量；

1.2、分别组装机器人本体的主攀爬转置、副攀爬装置、主旋转伸缩装置、副旋转伸缩装置和检测装置：将履带轮、履带轮连接架、电动推杆a、滑动件连接好，组成攀爬驱动机构；将V型轮、 V型轮支架、 V型轮连接架、电动推杆连接好组成攀爬导向机构；将连杆a、连杆b、连杆固定件、步进电机安装好，组装成壳体开合机构；将攀爬驱动机构、攀爬导向机构、壳体开合机构分别固定在攀爬固定壳体、攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体b上，组装成攀爬装置；将雷达、无限节点、摄像头安装在检测壳体上，组装成检测装置；将导向轨道、支撑轨道与齿条轨道安装在外附壳体上，轴承滑套安装在导向轨道上并与轴承滑套固定架相连接，整体与旋转电机和旋转电机支座安装在装置固定架上一侧；与滑块减振槽、伸缩杆、伸缩杆旋转电机、伸缩杆旋转电机齿轮、连接轴和连接轴固定架组成旋转伸缩装置；

1.3、将主、副攀爬装置通过对应的主、副旋转伸缩装置安装在检测装置的壳体的一侧；根据轨道装置中主钢丝绳和副钢丝绳的直径大小来调节机器人本体中履带驱动机构和攀爬导向机构的间距大小，保证机器人本体的主攀爬装置和副攀爬装置均可以紧扣在主钢丝绳上；

1.4、将矿井井口处上轨道装置中的主钢丝绳和副钢丝绳释放，与井底处下轨道装置中的主钢丝绳提升机构和副钢丝绳提升机构相连接，上下同步调节钢丝绳，使将机器人本体移动至指定位置；

第二步，调试阶段

2.1、连接电源，测试矿井井口处上轨道装置中齿轮轨道和下矿井井底处轨道装置中的齿轮轨道是否能够正常转动和同步转动；测试矿井井口处上轨道装置和矿井井底处下轨道装置中主钢丝绳提升机构和副钢丝绳提升机构是否能够同步驱动卷筒带动钢丝绳移动；

2.2、连接机器人本体的电源，测试机器人本体的移动情况，确认机器人本体的各部分驱动电机可以正常工作，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，通过控制矿井井口处上轨道装置的齿轮轨道和矿井井底处的下轨道装置的齿轮轨道进行同步转动，地面控制中心控制主钢丝绳上各个机器人本体沿着主钢丝绳做上下往复运动，同时，地面控制中心查看各个传感器，包括红外摄像头，激光雷达传输回来的数据；

当主钢丝绳上一个以上的机器人本体为故障机器人，且各故障机器人中，仅检测装置出现故障，而主、副攀爬装置和主、副旋转伸缩装置的驱动部分均能够正常工作时，将各故障机器人一一从主钢丝绳上转移至副钢丝绳，并通过副钢丝绳提升机构工作，带动相应的故障机器人抵达井口处或者井底处进行维修，直至主钢丝绳上的所有机器人本体均为正常机器人；主钢丝绳上余下的各正常机器人在主钢丝绳上上下移动，继续完成预定的巡检任务；

故障机器人从主钢丝绳上转移至副钢丝绳上的具体步骤包括：首先，副攀爬装置的壳体开合机构动作，将副攀爬装置的攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体b打开，副旋转伸缩装置的伸缩杆旋转电机会驱动固定齿轮转动带动伸缩杆沿着连接轴转动，将副旋转伸缩装置和副攀爬装置旋转至检测装置的另一侧，副旋转伸缩装置的旋转电机会控制旋转电机齿轮沿着齿轮轨道转动，当转动到副攀爬装置的开口处与副钢丝绳的中心线对齐时，副旋转伸缩装置的伸缩杆动作，驱动副攀爬装置向前移动，移动至副钢丝绳在副攀爬装置的中心处，此时，副攀爬装置的壳体开合机构动作，使攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体闭合，让攀爬驱动机构和攀爬导向机构的电动推杆动作，夹紧副钢丝绳；接着，主攀爬装置的壳体开合机构动作，张开攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体b，主旋转伸缩装置中的伸缩杆动作，驱动主攀爬装置向远离主钢丝绳的方向移动，主旋转伸缩装置的伸缩杆旋转电机会驱动固定齿轮转动带动伸缩杆沿着连接轴转动，将主旋转伸缩装置和主攀爬装置旋转至检测装置的另一侧，主旋转伸缩装置的旋转电机会控制旋转电机齿轮沿着齿轮轨道转动，从而带动主攀爬装置转动，当转动到主攀爬装置的开口处与副钢丝绳的中心线对齐时，主旋转伸缩装置的伸缩杆动作，驱动主攀爬装置向前移动，移动至副钢丝绳在主攀爬装置的中心处，此时，主攀爬装置的壳体开合机构动作，使攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体闭合，让攀爬驱动机构和攀爬导向机构的电动推杆动作，夹紧副钢丝绳，从而实现故障机器人从主钢丝绳转移至副钢丝绳的工作；

当主钢丝绳上一个以上的机器人本体为故障机器人，且各故障机器人中，主/副攀爬装置和/或者主/副旋转伸缩装置均存在故障时，将邻近所述故障机器人的正常机器人从主钢丝绳上转移至副钢丝绳，然后正常机器人的主攀爬装置和副攀爬装置的履带轮导向机构动作，驱动整体沿着副钢丝绳上下移动，直至移动越过故障机器人处，再从副钢丝绳上转移至主钢丝绳，使得所述的正常机器人从故障机器人的一侧跨越到另一侧，实现跨越的正常机器人将继续完成预定的巡检任务；

当主钢丝绳上一个以上的机器人本体为故障机器人，且各故障机器人中，主/副攀爬装置和/或者主/副旋转伸缩装置均存在故障时，将各正常机器人一一从主钢丝绳上转移至副钢丝绳，各正常机器人在副钢丝绳上上下移动，继续完成预定的巡检任务，与此同时，主钢丝绳提升机构工作，带动故障机器人抵达井口或井底处进行维修或者更换操作；

正常机器人从主钢丝绳上转移至副钢丝绳的具体步骤包括：首先副攀爬装置的壳体开合机构动作，将副攀爬装置的攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体b打开，副旋转伸缩装置的伸缩杆旋转电机会驱动固定齿轮转动带动伸缩杆沿着连接轴转动，将副旋转伸缩装置和副攀爬装置旋转至检测装置的另一侧，副旋转伸缩装置的旋转电机会控制旋转电机齿轮沿着齿轮轨道转动，当转动到副攀爬装置的开口处与副钢丝绳的中心线对齐时，副旋转伸缩装置的伸缩杆动作，驱动副攀爬装置向前移动，移动至副钢丝绳在副攀爬装置的中心处，此时，副攀爬装置的壳体开合机构动作，使攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体闭合，让攀爬驱动机构和攀爬导向机构的电动推杆动作，夹紧副钢丝绳；接着，主攀爬装置的壳体开合机构动作，张开攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体b，主旋转伸缩装置中的伸缩杆动作，驱动主攀爬装置向远离主钢丝绳的方向移动，主旋转伸缩装置的伸缩杆旋转电机会驱动固定齿轮转动带动伸缩杆沿着连接轴转动，将主旋转伸缩装置和主攀爬装置旋转至检测装置的另一侧，主旋转伸缩装置的旋转电机会控制旋转电机齿轮沿着齿轮轨道转动，从而带动主攀爬装置转动，当转动到主攀爬装置的开口处与副钢丝绳的中心线对齐时，主旋转伸缩装置的伸缩杆动作，驱动主攀爬装置向前移动，移动至副钢丝绳在主攀爬装置的中心处，此时，主攀爬装置的壳体开合机构动作，使攀爬活动壳体a和攀爬活动壳体闭合，让攀爬驱动机构和攀爬导向机构的电动推杆动作，夹紧副钢丝绳。

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