CN118990436A - 一种风机机舱挂轨巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风机机舱挂轨巡检机器人，属于巡检机器人领域。本发明包括壳体、蓄电池、驱动模块、导向支撑模块、升降模块和云台模块。其中，导向支撑模块又分为第一导向模块和第二导向模块，导向支撑模块夹持在工字钢轨道上，同时又具备自适应转弯的功能；驱动模块由驱动电机带动驱动轮紧密贴合在轨道内侧，使巡检机器人能够在轨道上平稳运动；升降模块主要功能为控制云台升降；云台模块功能是控制云台摄像机的旋转、俯仰以保证能够在风机机舱内发现故障问题并及时上传。

Description

一种风机机舱挂轨巡检机器人

技术领域

本发明涉及巡检设备技术领域，具体涉及一种风机机舱挂轨巡检机器人。

背景技术

风机机舱的巡检工作仍采用工人定期进入机舱内部进行检查的传统检查方案，但是随着科学技术的发展以及市场需求的变化，人力资源成本快速增长等因素，传统的人工巡检模式已经无法满足需求，所以对风机机舱内部设备进行自动化巡检显得越来越迫切。

在现有的各类挂轨巡检机器人中，多采用截面形状规整的“H型钢”轨道，驱动轮的安装位置均在工字型轨道下横板上，这类巡检机器人在面对具备斜面的工字钢轨道时难以胜任工作，且“H型钢”在成本与力学性能方面不及“工字钢”；同时，已有轨道巡检机器人的云台自由度较低，难以应对较为复杂的巡检环境。因此，开发一种新型的风机机舱挂轨巡检机器人十分必要。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种风机机舱挂轨巡检机器人，应用于风机机舱特有环境中的巡检，旨在解决目前风机机舱挂轨巡检存在的上述背景技术中提出的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种风机机舱挂轨巡检机器人，包括：

壳体；

驱动模块，所述驱动模块设置在壳体上，用于驱动巡检机器人移动；

所述驱动模块包括紧密贴合在工字钢轨道侧壁上的驱动轮，驱动轮转动时拥有足够摩擦力来驱动巡检机器人前进或后退；

导向支撑模块，所述导向支撑模块设置在驱动模块两侧，用于对轨道两侧壁的夹紧。

作为本发明进一步的方案：所述驱动模块还包括：

连接板，所述连接板固定安装在滑块上，用于带动驱动轮沿着工字钢轨道垂直方向运动；

电机机架，所述电机机架固定安装在连接板上；

第一电机，所述第一电机设置在电机机架内，所述第一电机通过联轴器、驱动轮轴带动驱动轮旋转；

轴承支架，所述电机机架的顶部安装有轴承支架，所述驱动轮轴通过安装在轴承支架上的两个轴承进行支撑。

作为本发明进一步的方案：所述壳体外的顶板上并平行于所述直线导轨的两侧设置有弹簧支架，所述弹簧支架上设置有弹簧，在弹簧的作用力下，驱动电机机架运动，使得驱动轮实时紧密贴合在工字钢轨道侧壁上。

作为本发明进一步的方案：所述导向支撑模块包括：

安装支架，所述安装支架固连安装在壳体外的顶板上；

回转支承，所述回转支承的上下两端分别与安装支架和悬挂架固连，形成旋转关节，使安装支架和悬挂架能够相对转动；

两个导向轮支架，两个导向轮支架分别设置在悬挂架两侧板内边中部；所述导向轮支架上通过弹性元件连接有导向轮，导向轮能自由转动，所述导向轮在弹性元件的作用下，用于促使工字钢轨道两侧的导向轮能够与轨道侧壁紧密贴合，以及在所述回转支承的作用下，用于自适应于不同转弯半径的工字钢轨道；

支撑轮，所述支撑轮设置在悬挂架上，所述支撑轮支撑在工字钢轨道上表面。

作为本发明进一步的方案：所述弹性元件为复位弹簧。

作为本发明进一步的方案：所述悬挂架的两侧板上方分别固定安装有两个对称布置的支撑轮轴架，所述支撑轮轴的一端固连安装在支撑轮轴架上，所述支撑轮轴的另一端空套安装有所述支撑轮，所述支撑轮轴通过斜支承与悬挂架连接，形成三角结构。

作为本发明进一步的方案：还包括：

升降模块，所述升降模块设置在壳体内；

云台模块，所述云台模块设置在升降模块底部，所述云台模块和升降模块用于云台摄像机进行四个自由度的调节以此来实现巡检。

作为本发明进一步的方案：所述云台模块包括固连安装在升降台下方的第二电机，所述第二电机的输出端与第一关节臂的首端连接，所述第一关节臂的末端设置有第三电机，所述第三电机的输出端与第二关节臂的首端连接，所述第二关节臂的末端设置有第四电机，所述第四电机的输出端固定安装有云台架，所述云台架上安装有云台摄像机。

作为本发明进一步的方案：所述升降模块包括电动推杆，所述电动推杆固连安装在壳体内的顶板上，所述电动推杆的输出轴上固定安装有升降台。

作为本发明进一步的方案：还包括：

蓄电池，所述蓄电池通过电池架固定安装在壳体内的底板上。

本发明的有益效果：

(1)本发明提出的一种风机机舱挂轨巡检机器人，采用的支撑轮上置安装方式，不仅能够在工字钢轨道上平稳运行，同时也适配H型钢轨道，可以适应更广泛的场景应用。

(2)本发明提出的一种风机机舱挂轨巡检机器人，其驱动模块安装在导轨滑块上，并通过耳板与弹簧的作用，使其驱动轮能够实时紧贴于轨道侧壁，巡检机器人在转弯时可以自适应轨道的曲率变化。

(3)本发明提出的一种风机机舱挂轨巡检机器人，通过两组弹性导向轮组件实现对轨道侧壁的有效夹紧，使导向轮实时贴紧轨道侧壁；通过设置旋转关节(回转支承)，使机器人的转弯可以分步进行，即第一导向支撑模块、巡检机器人主体、第二导向支撑模块依次进行转弯，最终实现巡检机器人的整体导向转弯，起转弯能力更强。

(4)本发明提出的一种风机机舱挂轨巡检机器人，云台模块与升降模块固连安装，使云台模块具备升降功能，同时，在云台模块的三个电机作用下，云台具有旋转、俯仰的调节功能，本发明采用的云台模块具有三个旋转电机和一个电动推杆，具备四个自由度，即使面对复杂巡检环境，也能够很好的进行故障侦测。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明提供的一种风机机舱挂轨巡检机器人的整体结构示意图；

图2为本发明驱动模块的局部放大示意图；

图3为本发明驱动模块的电机机架示意图；

图4为本发明驱动模块的弹簧支架示意图；

图5为本发明提供的一种风机机舱挂贵巡检机器人的侧面结构示意图；

图6为本发明第一导向支撑模块局部放大示意图；

图7为本发明第一导向支撑模块局部爆炸示意图；

图8为本发明升降模块局部放大示意图；

图9为本发明云台模块局部放大示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、壳体；2、驱动模块；3、导向支撑模块；4、升降模块；5、云台模块；6、蓄电池；7、电池架；8、第一电机；9、电机机架；901、电机安装孔；902、支架安装孔；903、耳板；10、连接板；11、滑块；12、直线导轨；13、联轴器；14、驱动轮轴；15、轴承；16、轴承支架；17、驱动轮；18、弹簧支架；1801、侧立板；1802、光轴；19、弹簧；20a、第一导向支撑模块；20b、第二导向支撑模块；21、安装支架；22、回转支承；23、悬挂架；24、导向轮支架；25、导向轮轴架；26、弹性元件；27、导向轮轴；28、导向轮；29、支撑轮轴架；30、支撑轮轴；31、支撑轮；32、斜支承；33、电动推杆；34、升降台固定架；35、套筒；36、光轴导轨；37、升降台；38、第二电机；39、第一关节臂；40、第三电机；41、第二关节臂；42、第四电机；43、云台架；44、云台摄像机。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1所示，本申请提出的一种风机机舱挂轨巡检机器人，包括壳体1、驱动模块2、导向支撑模块3、升降模块4、云台模块5、蓄电池6、电池架7。

参见图1所示，蓄电池6，通过电池架7固定安装在壳体1内的底板上。

参见图2、图3及图4所示，驱动模块2包括第一电机8、电机机架9、连接板10、滑块11、直线导轨12、联轴器13、驱动轮轴14、轴承15、轴承支架16、驱动轮17、弹簧支架18和弹簧19。其中，电机机架9呈“n”型(如图3所示)，其顶板中间设有电机安装孔901，其前后底板上设有若干支架安装孔902，其两侧分别设有一个耳板903，第一电机8通过电机安装孔901固连安装在电机机架9上，电机机架9通过支架安装孔902固连安装在连接板10上。连接板10固连安装在两个滑块11上，两个滑块11配合安装在直线导轨12上，直线导轨12使固连在壳体1外的顶板中部。直线导轨12的安装方向与轨道相垂直，且位于整个巡检机器人的中间部位。第一电机8输出端通过联轴器13与驱动轮轴14固连，第一电机8的输出转矩通过联轴器13传递到驱动轮轴14上。驱动轮轴14通过安装在轴承支架16上的两个轴承15进行支撑，轴承支架16固连安装在电机机架9上，驱动轮17固连安装在驱动轮轴14的末端。弹簧支架18有两个，分别固连安装在壳体1外的顶板上并平行设置在直线导轨12的两侧，即弹簧支架18的安装方向与轨道相垂直。弹簧支架18为“H”型(如图4所示)，其两侧各有一个侧立板1801，其中间有一根光轴1802，弹簧19空套安装在弹簧支架18的光轴1802上，弹簧穿过光轴一端与弹簧支架18一端的侧立板1801固连，弹簧19的另一端与电机机架9两侧的耳板903固连，耳板903通过中间孔空套在弹簧支架18的光轴1802上。在弹簧19弹力的作用下，使驱动模块2中的驱动轮17实时紧密贴合在工字钢轨道侧壁上，从而使机器人运行过程中，驱动轮17就拥有足够的摩擦力来驱动整个巡检机器人移动，从而实现巡检机器人的前进或后退运动。同时驱动模块2为单侧安装，若机器人轨道设置为闭环型而非直线型时，驱动模块2应安装在轨道弯道曲率更小的一侧，在这种安装方式的前提下，能够为整个巡检机器人在转弯时提供更大的摩擦力，从而保证转弯顺畅。

参见图5所示，导向支撑模块3包括第一导向支撑模块20a和第二导向支撑模块20b，第一导向支撑模块20a与第二导向支撑模块20b的工作原理和结构相同，第一导向支撑模块20a和第二导向支撑模块20b对称布置在所述驱动模块2的前后方，并分别通过安装支架与壳体1固连。

导向支撑模块3主要有两个功能，分别是自适应轨道方向和给机器人提供支撑力，需要通过第一导向支撑模块20a和第二导向支撑模块20b的共同参与来完成，现以第一导向支撑模块20a为例，对导向支撑模块3进行具体解释。

参见图6、图7所示，第一导向支撑模块20a包括安装支架21、回转支承22、悬挂架23、导向轮支架24、导向轮轴架25、弹性元件26、导向轮轴27、导向轮28、支撑轮轴架29、支撑轮轴30、支撑轮31和斜支承32。其中，安装支架21呈“n”型，安装支架21固连安装在壳体1外的顶板上，回转支承22的上下两端分别与安装支架21和悬挂架23固连，形成旋转关节。在旋转关节的作用下，使安装支架21和悬挂架23能够相对转动，即第一导向支撑模块20a和第二导向支撑模块20b可以与巡检机器人主体实现自由转动。悬挂架23为U型结构，悬挂架23两侧板内边中部分别固连安装两个导向轮支架24，如图7所示，导向轮支架24内侧设有四个套筒，与两组导向轮轴架25上的四个光轴配合连接，弹性元件26空套在套筒上，弹性元件26的两端分别与导向轮支架24和导向轮轴架25固连。导向轮轴27固连安装在导向轮轴架25的孔中，导向轮28活动安装在导向轮轴27两端并能够自由转动。在第一导向支撑模块20a上，共有两组导向轮28，两组导向轮28间隔一定距离，从而保证巡检机器人在转弯时导向轮不会因为太过接近而发生卡住问题。导向轮28通过弹性元件26为其提供的弹力，促使工字钢轨道两侧的导向轮28能够与轨道侧壁紧密贴合，并且在转动关节(即回转支承22)的作用下，能够自适应于不同转弯半径的工字钢轨道转弯。

优选的，导向支撑模块3所包含的第一导向支撑模块20a和第二导向支撑模块20b分别安装在机器人的前端与后端，中间间隔一定距离，并且设置有驱动模块2，以确保机器人在实现自适应变向时的顺畅性和前进后退的稳定性。巡检机器人在转弯过程中，第一导向支撑模块20a在进入弯道时，自适应弯道开始转弯，与巡检机器人主体发生相对转动，此时，第二导向支撑模块20b还未进入弯道。在第一导向支撑模块20a的牵引下，巡检机器人主体开始进入弯道，与第二导向支撑模块20b发生相对转动。若将轨道看作曲线，第一导向支撑模块20a和第二导向支撑模块20b看作曲线上的质点，巡检机器人主体则为连接两质点的线段。在第二导向支撑模块20b进入弯道时，第一导向支撑模块20a即将驶出轨道，此时第一导向支撑模块20a开始进入直线运动阶段，牵引巡检机器人主体进入直线运动。当第二导向支撑模块20b驶出轨道时，巡检机器人整体进入直线运动阶段。

另外，两个对称布置的支撑轮轴架29固连安装在悬挂架23的两侧板上方，支撑轮轴30的一端固连安装在支撑轮轴架29上，支撑轮轴30的另一端空套安装有支撑轮31。斜支承32分别与悬挂架23和支撑轮轴30固连，以提高支撑轮轴30的结构刚度；两组对称布置的支撑轮31支撑在工字钢轨道上表面，为巡检机器人提供支撑力。支撑轮31的安装布局如图1所示，同一对支撑轮31之间有间隙，并不是封闭的，这为工字钢轨道的安装提供了充足的空间，工字钢轨道可以通过在中间间隙焊接承载钢筋的方式将轨道吊起在巡检场所。

优选的，本发明选用的巡检轨道为工字钢，同时支撑轮31的安装位置在轨道上方，这相对于安装在工字钢轨道底板上表面的安装方式更具优势；工字钢具有高强度和稳定性，能够承受大荷载，较高的抗扭刚度，能够有效抵抗变形和扭曲，能够满足各种结构对稳定性的要求，相对于其他型钢，工字钢的截面形状更合理，能够充分利用材料，减少了材料的浪费，降低了成本，且采用支撑轮31安装在轨道上板上表面的方法，可以避免轨道截面形状对于支撑轮31安装的影响，同时也适应安装在一般的“H型钢”轨道上，使巡检机器人能够最大程度适应多种轨道。

参见图8所示，升降模块4包括电动推杆33、升降台固定架34、套筒35、光轴导轨36和升降台37。其中，电动推杆33固连安装在壳体1内的顶板上，升降台固定架34固连安装在壳体1内的底板上。四个套筒35两两成对，分别固连安装在壳体1内的底板上和升降台固定架34内的顶板上且空套在两个光轴导轨36上，两个光轴导轨36可以上下滑动。升降台37固连安装在光轴导轨36下方的末端且与电动推杆33的输出轴固连，使整个升降台37在电动推杆33的作用下能够平稳升降。

参见图2、图7所示，云台模块5包括第二电机38、第一关节臂39、第三电机40、第二关节臂41、第四电机42、云台架43和云台摄像机44。其中，第二电机38固连安装在升降台37下方，第一关节臂39的首端与第二电机38输出端固连，第二电机38控制整个云台模块5的旋转。第三电机40固连安装在第一关节臂39的末端，第二关节臂41的首端与第三电机40输出端固连，第三电机40控制第二关节臂41的旋转。第四电机42固连安装在第二关节臂41的末端，云台架43与第四电机42输出端固连。云台摄像机44固连安装在云台架43下方，第四电机42控制云台架43和云台摄像机44整体的旋转。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种风机机舱挂轨巡检机器人，其特征在于，包括：

壳体(1)；

驱动模块(2)，所述驱动模块(2)设置在壳体(1)上，用于驱动巡检机器人移动；

所述驱动模块(2)包括紧密贴合在工字钢轨道侧壁上的驱动轮(17)，驱动轮(17)转动时拥有足够摩擦力来驱动巡检机器人前进或后退；

导向支撑模块(3)，所述导向支撑模块(3)设置在驱动模块(2)两侧，用于对轨道两侧壁的夹紧。

2.根据权利要求1所述的一种风机机舱挂轨巡检机器人,其特征在于，所述驱动模块(2)还包括：

连接板(10)，所述连接板(10)固定安装在滑块(11)上，用于带动驱动轮(17)沿着工字钢轨道垂直方向运动；

电机机架(9)，所述电机机架(9)固定安装在连接板(10)上；

第一电机(8)，所述第一电机(8)设置在电机机架(9)内，所述第一电机(8)通过联轴器(13)、驱动轮轴(14)带动驱动轮(17)旋转；

轴承支架(16)，所述电机机架(9)的顶部安装有轴承支架(16)，所述驱动轮轴(14)通过安装在轴承支架(16)上的两个轴承(15)进行支撑。

3.根据权利要求2所述的一种风机机舱挂轨巡检机器人,其特征在于，所述壳体(1)外的顶板上并平行于所述直线导轨(12)的两侧设置有弹簧支架(18)，所述弹簧支架(18)上设置有弹簧(19)，在弹簧(19)的作用力下，驱动电机机架(9)运动，使得驱动轮(17)实时紧密贴合在工字钢轨道侧壁上。

4.根据权利要求2所述的一种风机机舱挂轨巡检机器人,其特征在于，所述导向支撑模块(3)包括：

安装支架(21)，所述安装支架(21)固连安装在壳体(1)外的顶板上；

回转支承(22)，所述回转支承(22)的上下两端分别与安装支架(21)和悬挂架(23)固连，形成旋转关节，使安装支架(21)和悬挂架(23)能够相对转动；

两个导向轮支架(24)，两个导向轮支架(24)分别设置在悬挂架(23)两侧板内边中部；所述导向轮支架(24)上通过弹性元件(26)连接有导向轮(28)，导向轮(28)能自由转动，所述导向轮(28)在弹性元件(26)的作用下，用于促使工字钢轨道两侧的导向轮(28)能够与轨道侧壁紧密贴合，以及在所述回转支承(22)的作用下，用于自适应于不同转弯半径的工字钢轨道；

支撑轮(31)，所述支撑轮(31)设置在悬挂架(23)上，所述支撑轮(31)支撑在工字钢轨道上表面。

5.根据权利要求4所述的一种风机机舱挂轨巡检机器人,其特征在于，所述弹性元件(26)为复位弹簧。

6.根据权利要求4所述的一种风机机舱挂轨巡检机器人,其特征在于，所述悬挂架(23)的两侧板上方分别固定安装有两个对称布置的支撑轮轴架(29)，所述支撑轮轴(30)的一端固连安装在支撑轮轴架(29)上，所述支撑轮轴(30)的另一端空套安装有所述支撑轮(31)，所述支撑轮轴(30)通过斜支承(32)与悬挂架(23)连接，形成三角结构。

7.根据权利要求1所述的一种风机机舱挂轨巡检机器人,其特征在于，还包括：

升降模块(4)，所述升降模块(4)设置在壳体(1)内；

云台模块(5)，所述云台模块(5)设置在升降模块(4)底部，所述云台模块(5)和升降模块(4)用于云台摄像机(44)进行四个自由度的调节以此来实现巡检。

8.根据权利要求7所述的一种风机机舱挂轨巡检机器人,其特征在于：

所述云台模块(5)包括固连安装在升降台(37)下方的第二电机(38)，所述第二电机(38)的输出端与第一关节臂(39)的首端连接，所述第一关节臂(39)的末端设置有第三电机(40)，所述第三电机(40)的输出端与第二关节臂(41)的首端连接，所述第二关节臂(41)的末端设置有第四电机(42)，所述第四电机(42)的输出端固定安装有云台架(43)，所述云台架(43)上安装有云台摄像机(44)。

9.根据权利要求7所述的一种风机机舱挂轨巡检机器人,其特征在于，所述升降模块(4)包括电动推杆(33)，所述电动推杆(33)固连安装在壳体(1)内的顶板上，所述电动推杆(33)的输出轴上固定安装有升降台(37)。

10.根据权利要求1所述的一种风机机舱挂轨巡检机器人,其特征在于，还包括：

蓄电池(6)，所述蓄电池(6)通过电池架(7)固定安装在壳体(1)内的底板上。