CN115816419A - 一种矿用轨道式巡检机器人及其爬坡机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤矿机器人技术领域。涉及一种矿用轨道式巡检机器人及其爬坡机构，包括机架、安装在机架上并设于轨道两侧翼板上的用以带动机器人沿轨道移动的驱动轮、驱动所述驱动轮转动的驱动装置、设于机架上与轨道底部相抵以调节所述驱动轮与轨道之间正压力的压紧轮，还包括用以调节压紧轮与轨道之间压力大小的调节装置。通过在巡检机器人上设置压紧轮和由齿轮齿条带动的升降筒，在不同坡度轨道上设置不同长度的齿条以调整压簧的压缩量，实现在不同坡道上对压紧轮提供的压紧力进行调节，达到巡检机器人在不同坡道具有不同压紧力，进而形成不同驱动力，并尽可能减少阻力损耗。

Description

一种矿用轨道式巡检机器人及其爬坡机构

技术领域

本发明属于煤矿机器人技术领域，涉及一种矿用轨道式巡检机器人及其爬坡机构。

背景技术

矿用轨道式巡检机器人通常以吊挂方式沿行走轨道巡检，行走轨道通常为架设在巷道顶部的H型钢或者工字钢；而由于矿山巷道起伏多变，经常有上下坡道，故行走轨道通常随着巷道起伏变化而变化，巡检爬坡机器人在行走轨道上具有水平行走、爬坡以及下坡多种行走工况；由于矿山内环境较为恶劣，当矿山井下粉尘、水汽积聚在斜坡行走轨道上时，容易造成行走轨道摩擦系数减小，进而导致巡检机器人在爬坡或下坡过程中打滑，影响正常巡检，严重时还会造成溜车事故。

现有技术中，如公开号为CN111216743A的中国专利，公开了一种矿用轨道式巡检机器人爬坡辅助装置，包括用于安装于机器人机架上与机器人行走轮配套使用的压紧轮以及用于调节压紧轮的调节装置，所述调节装置在机器人爬坡或下坡时使压紧轮靠近轨道并压紧于轨道翼板底部，在机器人水平行走时使压紧轮远离轨道以解除对轨道翼板底部的压紧力；其爬坡辅助装置可依据机器人行走的路况自适应改变行走轮的压于轨道的正压力，当机器人爬坡或下坡时，通过压紧轮可增大行走轮与轨道的摩擦力，提高机器人的驱动力输出，提升巡检机器人爬坡或下坡性能；当机器人在轨道水平段行走时，压紧轮远离轨道，减小行走轮压于轨道翼板的正压力，降低机器人行走的摩擦阻力和能耗，有助于增加机器人续航里程。其结构简单，且易实现。

但该现有技术只能控制压紧力的有无，当巡检线路坡度多变时，为确保巡检机器人正常爬坡，只能按照最大坡度设置压紧轮的压紧力；而非最大坡度的坡道并不需要这么大的压紧力，压紧力过大反而会导致运行阻力加大，进而增加巡检机器人功耗，减少巡检距离。且压簧在水平路段处于最大压紧状态，坡道时再松弛一定程度，给与轨道压力，压簧长期最大压缩，容易引起形变，导致弹力不足。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于解决上述缺陷，适应起伏多变、坡度多变的轨道线路，提出一种矿用轨道式巡检机器人及其爬坡机构，在满足巡检机器人爬坡性能的基础上，尽可能减小摩擦阻力，提高巡检机器人续航能力。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种矿用轨道式巡检机器人及其爬坡机构，包括机架、安装在机架上并设于轨道两侧翼板上的用以带动机器人沿轨道移动的驱动轮、驱动所述驱动轮转动的驱动装置、设于机架上与轨道底部相抵以调节所述驱动轮与轨道之间正压力的压紧轮，还包括用以调节压紧轮与轨道之间压力大小的调节装置，所述调节装置包括螺杆、升降筒、压簧、齿条、支撑杆；

所述螺杆固定设于所述机架上，所述升降筒套装于所述螺杆上，并与螺杆通过螺纹连接；所述升降筒外圆上设有外齿轮；所述压紧轮转动设于所述支撑杆上，所述螺杆为中空结构，所述支撑杆滑动设于所述螺杆内；所述压簧套装于所述支撑杆上，压簧一端与所述升降筒端面相抵，另一端与所述支撑杆相抵，所述压紧轮在压簧的作用下压紧轨道；

所述齿条固定设于轨道的坡度变化处，并位于所述外齿轮的左侧或右侧；当机器人经过时，外齿轮与齿条啮合，驱动升降筒在螺杆上转动而上升或下降，从而改变压簧的压缩量，实现压紧轮与轨道之间的压力调整。

进一步，所述轨道的每个坡度变化处均设有齿条；齿条的位置根据轨道坡度变化率进行设置，即当齿条位于外齿轮的两侧中的一侧时，用以驱动升降筒上升，增大压紧轮与轨道之间的压力，则齿条位于外齿轮的另一侧时，用以驱动升降筒下降，减小压紧轮与轨道之间的压力。

进一步，所述齿条的高度大于所述外齿轮与其啮合时的高度位移，并通过齿条上的齿数来调整升降筒的升降高度。

进一步，所述螺杆内设有扁方孔，所述支撑杆上设有与所述扁方孔相匹配的扁方，并滑动设于所述扁方孔中，通过扁方孔进行转动限位。

进一步，所述压簧靠近升降筒的一端设有垫板，所述升降筒与所述垫板之间平面滑动接触。垫板也可采用端面轴承进行替代。

一种矿用轨道式巡检机器人，包括如上所述的矿用轨道式巡检机器人爬坡机构。

本发明的有益效果在于：本发明能够实现巡检机器人驱动力的连续自动调节，适应坡度多变的巡检线路。斜坡轨道的不同坡度需要的压紧力不同，可通过配置不同的齿条，齿轮驱动升降筒上下位置调整，从而改变压簧的弹力，实现压紧力的自动调节，且压紧调节采用纯机械结构，结构简单易实现，只需对水平轨道进行局部小改动，不增加电气设计，不增加额外功耗，成本低、施工维护容易。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明中调节装置结构示意图；

图2为本发明中矿用轨道式巡检机器人爬坡机构结构整体示意图；

图3为齿条布置示意图。

图4为螺杆示意图。

附图标记：1-机架；2-驱动轮；3-驱动电机；4-轨道；5-螺杆；6-升降筒；7-压紧轮；8-支撑杆；9-压簧；10-外齿轮；11-齿条；12-齿条；13-垫板；51-扁方孔。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～4，为一种矿用轨道式巡检机器人爬坡机构，包括机架1、安装在机架1上并位于轨道4两侧翼板上的用以带动机器人沿轨道4移动的驱动轮2、驱动驱动轮2转动的驱动电机3、设置于机架1上与轨道4底部相抵以调节驱动轮2与轨道4之间正压力的压紧轮7，还包括用以调节压紧轮7与轨道4之间压力大小的调节装置，调节装置包括螺杆5、升降筒6、压簧9、齿条11、支撑杆8；螺杆5固定安装在机架1上，升降筒6套装在螺杆5上，并与螺杆5通过螺纹连接；升降筒6外圆上设置有外齿轮10；压紧轮7通过转轴转动安装在支撑杆8上，螺杆5为中空结构，螺杆内设置有扁方孔51，支撑杆8上设置有与扁方孔51相匹配的扁方，并滑动安装在扁方孔51中，通过扁方孔51进行转动限位；压簧9套装在支撑杆8上，压簧9一端设置有垫板13，并通过垫板13与升降筒6的端面相抵，另一端与支撑杆8相抵，垫板13与升降筒6平面滑动接触；压紧轮7在压簧9的作用下压紧轨道4；齿条11固定安装在轨道4的坡度变化处，且轨道4的每个坡度变化处均设置有齿条11；齿条11的位置根据轨道4坡度变化率进行设置，即当齿条11位于外齿轮10的两侧中的一侧时，用以驱动升降筒6上升，增大压紧轮7与轨道4之间的压力，则齿条11位于外齿轮10的另一侧时，用以驱动升降筒6下降，减小压紧轮7与轨道4之间的压力。当机器人经过时，外齿轮10与齿条11啮合，驱动升降筒6在螺杆5上转动而上升或下降，从而改变压簧9的压缩量，实现压紧轮7与轨道4之间的压力调整。

其中，齿条11的高度大于外齿轮10与其啮合时的高度位移，并通过齿条11上的齿数来调整升降筒6的升降高度。

以巡检机器人经过图2中a、b两点为例，阐述其工作流程：

1)巡检机器人在水平段运行时，压紧轮7远离轨道4下表面；

2)巡检机器人经过a点时，升降筒6上的外齿轮10与a点的齿条11啮合，升降筒6旋转上升，压簧9压缩，压紧轮7与轨道4之间的压紧力增大，驱动轮2与轨道4之间的摩檫力增大，可输出更大的驱动力而不会打滑；到达b点之前，压紧轮7均保持该压紧力。

3)到达b点时，升降筒6上的外齿轮10与b点的齿条12啮合，升降筒6旋转下降(与a点相反)，压簧9松弛，压紧力减小，但仍能满足驱动力需求。

4)反向运行时，巡检机器人到达a、b点时，升降筒6的升降方向与正向运行时相反。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种矿用轨道式巡检机器人爬坡机构，包括机架、安装在机架上并设于轨道两侧翼板上的用以带动机器人沿轨道移动的驱动轮、驱动所述驱动轮转动的驱动装置、设于机架上与轨道底部相抵以调节所述驱动轮与轨道之间正压力的压紧轮，其特征在于：还包括用以调节压紧轮与轨道之间压力大小的调节装置，所述调节装置包括螺杆、升降筒、压簧、齿条、支撑杆；

所述螺杆固定设于所述机架上，所述升降筒套装于所述螺杆上，并与螺杆通过螺纹连接；所述升降筒外圆上设有外齿轮；所述压紧轮转动设于所述支撑杆上，所述螺杆为中空结构，所述支撑杆滑动设于所述螺杆内；所述压簧套装于所述支撑杆上，压簧一端与所述升降筒端面相抵，另一端与所述支撑杆相抵，所述压紧轮在压簧的作用下压紧轨道；

所述齿条固定设于轨道的坡度变化处，并位于所述外齿轮的左侧或右侧；当机器人经过时，外齿轮与齿条啮合，驱动升降筒在螺杆上转动而上升或下降，从而改变压簧的压缩量，实现压紧轮与轨道之间的压力调整。

2.根据权利要求1所述的矿用轨道式巡检机器人爬坡机构，其特征在于：所述轨道的每个坡度变化处均设有齿条；齿条的位置根据轨道坡度变化率进行设置，即当齿条位于外齿轮的两侧中的一侧时，用以驱动升降筒上升，增大压紧轮与轨道之间的压力，则齿条位于外齿轮的另一侧时，用以驱动升降筒下降，减小压紧轮与轨道之间的压力。

3.根据权利要求1所述的矿用轨道式巡检机器人爬坡机构，其特征在于：所述齿条的高度大于所述外齿轮与其啮合时的高度位移，并通过齿条上的齿数来调整升降筒的升降高度。

4.根据权利要求1所述的矿用轨道式巡检机器人爬坡机构，其特征在于：所述螺杆内设有扁方孔，所述支撑杆上设有与所述扁方孔相匹配的扁方，并滑动设于所述扁方孔中，通过扁方孔进行转动限位。

5.根据权利要求1所述的矿用轨道式巡检机器人爬坡机构，其特征在于：所述压簧靠近升降筒的一端设有垫板，所述升降筒与所述垫板之间平面滑动接触。

6.一种矿用轨道式巡检机器人，其特征在于：包括如权利要求1～5任一项所述的矿用轨道式巡检机器人爬坡机构。

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