CN220429776U - 柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮 - Google Patents

Abstract

本申请公开了柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮，涉及道路交通技术领域。包括：轮毂、法兰、可变轮胎部分、固定轮胎部分、柔性连接部分、直线电机、连接轴套、支撑杆、万向节、压力传感器、轮纹；轮毂通过法兰与直线电机的定子部分固定连接，直线电机的动子与连接轴套固定连接，支撑杆一端通过万向节与连接轴套连接，支撑杆另一端通过万向节与可变轮胎部分连接，压力传感器固定于支撑杆与可变轮胎部分相连接的位置，固定轮胎部分固定于轮毂上，可变轮胎部分、固定轮胎部分和柔性连接部分为一体结构，通过压力传感器检测可变轮胎部分和管壁的压力值控制直线电机运动改变可变轮胎部分的轮径。

Description

柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮

技术领域

本申请涉及道路交通技术领域，尤其涉及柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮。

背景技术

随着公路网络的不断密集化，城市交通结构也越来越复杂化、多样化，公路网络智能化是城市发展的必然趋势，因此城市智慧交通基础硬件也同步进行了大量的应用，如交通信号灯、倒计时器、高清摄像机、LED补光灯、测速雷达、鸣笛噪音抓取设备、环境智能化传感器、雷视一体机、数据传输天线等越来越多的数字智能化设备需要在道路上架设。

道路智能化设备一般以龙门架或者交通单长臂杆件的形式架设，由于龙门架式的交通信息杆件存在超大件运载通行受限的弊端，而交通单长臂杆件一般伸至道路中心位置，当有超大件需要通行时，可绕过单长臂杆件通行，因此目前道路上广泛的以交通单长臂杆件的形式来实现对道路智能化设备的架设。

交通单长臂杆件由立杆和悬臂杆组成，交通单长臂杆件一般高约6-7m，悬臂杆长度一般是其高度的4-6倍，为了减轻重量和提升承载力，杆体末端和顶端直径一般呈2-2.5倍差距的锥形结构，由于悬臂杆本身比较长，公路网络智能化的发展使得悬臂杆上需要架设的设备越来越多，导致悬臂杆受力也越来越大，悬臂杆发生安全隐患的风险也随之显现出来，尤其在大风等恶劣天气下，悬臂杆上重量的增加使其更容易受大风的影响而产生高频率的上下振动，如果达到一定的振动频率，很有可能发生共振现象，导致立杆与悬臂杆的连接处断裂，造成事故的发生。

交通单长臂杆件悬臂杆内通常设置有上述设备的工作线缆且悬臂杆下侧一般设置有穿线口，而侧边或者上边则不设置穿线口，原因是侧面和上面在自然环境情况下极易进水引发线路故障。

由于交通单长臂杆件存在的以上问题以及交通长臂杆件悬臂杆悬于地面6-7m的高度，对于施工人员安装、检测、穿线等工作有着极大地挑战，于是，一种代替人工进行相关工作的交通单长臂杆件机器人应运而生。

穿梭于悬臂杆件内的交通单长臂杆件机器人可以减缓悬臂杆的振动频率及幅度，从而保证悬臂杆上的道路检测设备的稳定性，以及防止悬臂杆产生共振，减小悬臂杆断裂的风险。也可以用于交通长臂杆件内部穿线使用以及实现杆件内部探伤检测等多种功能。

交通单长臂杆件一般高约6-7m，悬臂杆长度一般是其高度的4-6倍，为了减轻重量和提升承载力，悬臂杆杆体末端和顶端直径一般呈2-2.5倍差距的锥形结构，但随着公路网络的发展，悬臂杆长度甚至达到立杆的6-8倍，为了保持杆件的平衡和直线度，此时的悬臂杆的锥形度也会变大，也就是说悬臂杆杆体末端和顶端直径相差不止2.5倍，那么也就需要交通单长臂杆件机器人轮胎能够适应更小的管径。

由于交通单长臂杆件悬臂杆内通常设置有很多工作线缆且悬臂杆下侧一般设置有穿线口的特殊情况，要求交通长臂杆件机器人在悬臂杆内行走时的轮胎应始终处于交通长臂杆件内部的中心位置，即要保证轮胎的摩擦力向上的分力与机器人的重力平衡，且不影响杆件内电缆线束，保证机器人轮胎在支撑力的作用下保持在交通长臂杆件的中心位置，所以交通长臂杆件机器人对轮胎的形状和尺寸都是有要求的。

随着交通长臂杆件悬臂杆的锥形度越来越大，轮胎尺寸太小或固定尺寸导致轮胎在交通长臂杆件内行走时产生侧滑，不利于适应锥形长臂内径的变化，不能保证机器人始终处于长臂杆件中心位置，轮胎尺寸太大又会使机器人无法到达悬臂杆最细的位置，使机器人在悬臂杆内无法行走全程而使用受限。

因此，设计一款可自适应调节轮径的机器人轮胎，使机器人在杆件中行走时能适应锥度更大的交通杆件。

实用新型内容

本申请的目的是提供柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮，通过压力传感器控制电机改变轮胎尺寸的爬壁轮胎设计，使交通长臂杆件机器人在交通长臂杆件内行走时能够自适应贴合交通长臂杆件的侧壁，也能适应锥形变化更大的交通杆件，使交通杆件机器人满足在杆件内部中心位置行走的同时不会受到杆件锥度的限制。

为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮，包括：轮毂、法兰、可变轮胎部分、固定轮胎部分、柔性连接部分、直线电机、连接轴套、支撑杆、万向节、压力传感器、轮纹；所述轮毂通过所述法兰与所述直线电机的定子部分固定连接，所述直线电机的动子与所述连接轴套固定连接，所述支撑杆一端通过所述万向节与所述连接轴套连接，所述支撑杆另一端通过所述万向节与所述可变轮胎部分连接，所述压力传感器固定于所述支撑杆与所述可变轮胎部分相连接的位置，所述固定轮胎部分固定于所述轮毂上，所述可变轮胎部分和所述固定轮胎部分通过所述柔性连接部分相连接，且所述可变轮胎部分、所述固定轮胎部分和所述柔性连接部分为一体结构；所述可变轮胎部分和所述固定轮胎部分均设置有所述轮纹；

进一步的，所述可变轮胎部分为若干个一端相连另一端相互分离的瓣式轮片；

进一步的，所述可变轮胎部分、所述固定轮胎部分和所述柔性连接部分为一体结构，材质优选为内部嵌入玻璃纤维的高强度弹性复合橡胶，用于提高轮胎整体强度；

进一步的，所述可变轮胎部分和所述固定轮胎部分厚度相同，所述柔性连接部分的厚度为所述可变轮胎部分和所述固定轮胎部分厚度的三分之一，保证轮胎强度的同时增加了所述柔性连接部分的柔韧度；

进一步的，所述压力传感器优选为柔性薄膜压力传感器；

进一步的，所述可变轮胎部分和所述固定轮胎部分上的轮纹可设置，用于增大轮胎与管壁的摩擦力；

本申请的技术方案的有益效果：

可变径轮胎设计，使交通长臂杆件机器人适应锥形度更大的交通长臂杆件，增大了交通长臂杆件机器人的适用范围。

区块化胎冠设计，使交通长臂杆件机器人在悬臂杆内行走时能够全方位贴合交通杆件悬臂杆内壁，增加接触面积，增大摩擦力。

固定胎体和胎冠瓣上均设置有轮纹，用于增大与交通杆件管壁的摩擦力；

固定胎体加上可变胎冠的轮胎设计，可变胎冠保证了机器人在杆件内行走时适应不同的管径并且更加贴合管壁，固定胎体又保证了机器人在行走时接触的是固定胎体部分，避免了机器人在交通杆件内行走时产生颠簸；

采用高精度稳定低振动的直线电机改变轮胎轮径，配合可以调整长度的轮轴，由自适应变为主动适应，保证不同的管径内轮胎与管壁的接触面积，增加了交通杆件机器人的主动可靠性；

内置压力传感器设计，可以通过压力传感器压力的反馈控制直线电机运动，实现直线电机对可变轮胎部分的精准控制；

内部嵌入玻璃纤维的高强度弹性复合橡胶的一体轮组设计，加强了轮胎整体强度；

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮最小轮径状态剖视图；

图2为本申请提供的柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮最小轮径状态示意图(1A为最小轮径状态主视图，1B为最小轮径状态剖视图，1C为最小轮径状态后视图)；

图3为本申请提供的柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮中间轮径状态示意图(2A为中间轮径状态主视图，2B为中间轮径状态剖视图，2C为中间轮径状态后视图)；

图4为本申请提供的柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮最大轮径状态示意图(3A为最大轮径状态主视图，3B为最大轮径状态剖视图，3C为最大轮径状态后视图)；

图5为本申请提供的柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮轮径变化状态示意图；

图中标号说明：

1、轮毂；2、法兰；3、可变轮胎部分；4、固定轮胎部分；5、柔性连接部分；6、直线电机；7、连接轴套；8、支撑杆；9、万向节；10、压力传感器；11、轮纹；12、控制系统；

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮，包括：轮毂1、法兰2、可变轮胎部分3、固定轮胎部分4、柔性连接部分5、直线电机6、连接轴套7、支撑杆8、万向节9、压力传感器10、轮纹11；轮毂1通过法兰2与直线电机6的定子部分固定连接，直线电机6的动子与连接轴套7固定连接，支撑杆8一端通过万向节9与连接轴套7连接，支撑杆8另一端通过万向节9与可变轮胎部分3连接，压力传感器10固定于支撑杆8与可变轮胎部分3相连接的位置，固定轮胎部分4固定于轮毂1上，可变轮胎部分3和固定轮胎部分4通过柔性连接部分5相连接，且可变轮胎部分3、固定轮胎部分4和柔性连接部分5为一体结构；可变轮胎部分3和固定轮胎部分4均设置有轮纹11，用于增大轮胎与管壁的摩擦力；

在可选的实施例中，如图所示，可变轮胎部分3、固定轮胎部分4和柔性连接部分5为一体结构，可变轮胎部分3、固定轮胎部分4和柔性连接部分5的材质均为高强度弹性复合橡胶，且内部嵌入玻璃纤维用于提高轮胎整体强度；可变轮胎部分3和固定轮胎部分4厚度相同，柔性连接部分5的厚度为可变轮胎部分3和固定轮胎部分4厚度的三分之一，保证轮胎强度的同时增加了所述柔性连接部分的柔韧度；本实施例中可变轮胎部分3由6个一端相连另一端相互分离的瓣式轮片组成，每一个瓣式轮片内侧均固定连接一个万向节9，在其中两个相互对称的瓣式轮片与万向节9的中间各置入一个柔性薄膜压力传感器10，用于测量可变轮胎部分3与管壁之间的压力；

本申请实施例可以配合能够调整长度的轮轴，利用轮胎的可变形和自恢复性以及轮轴机构的可伸缩性，使轮胎外形产生随型变化，使机器人轮胎精确位于管内中心位置。控制系统12内设定一个压力阈值，当机器人行驶空间由大径变为小径时，轮轴宽度会随管径的减小而变窄，在轮轴机构的作用下，轮胎会受到轮轴机构的作用而向两侧挤压，此时轮胎的轴向外侧与管内壁挤压力变大，柔性薄膜压力传感器10将测量的压力传给控制系统12，当压力值超过压力阈值时，控制系统12控制直线电机6往回走，直线电机6的动子带动连接轴套7往回运动，同时拉动支撑杆8向内收回使可变轮胎部分3变小，直至压力传感器10反馈的压力在阈值范围内直线电机6停止运动，保证机器人在管内小径处的通过性；当机器人由管内小径行至大径处时，轮轴会在轮轴机构的作用下而变宽，同时可变轮胎部分3与管内壁挤压力变小，柔性薄膜压力传感器10将测量的压力传给控制系统12，当压力值低于压力阈值时，控制系统12控制直线电机6往前走，直线电机6的动子带动连接轴套7往前运动，同时拉动支撑杆8向外撑使可变轮胎部分3变大，直至压力传感器10反馈的压力在阈值范围内直线电机6停止运动。固定轮胎部分4起到支撑轮胎的作用，保证轮胎在管壁内行走时不会产生颠簸。

值得说明的是，如图1所示，本实施例只展现了柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮的一种实施方式，但不表示本申请提供的柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮只有这一种布置方式；具体设置的数量、位置、角度等都可根据实际应用中的需要进行设置。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“往回”、“往前”、“内”、“外”、“表面”、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申请，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，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上所述的实施例仅是对本申请的优选方式进行描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮，其特征在于，包括：轮毂、法兰、可变轮胎部分、固定轮胎部分、柔性连接部分、直线电机、连接轴套、支撑杆、万向节、压力传感器、轮纹；所述轮毂通过所述法兰与所述直线电机的定子部分固定连接，所述直线电机的动子与所述连接轴套固定连接，所述支撑杆一端通过所述万向节与所述连接轴套连接，所述支撑杆另一端通过所述万向节与所述可变轮胎部分连接，所述压力传感器固定于所述支撑杆与所述可变轮胎部分相连接的位置，所述固定轮胎部分固定于所述轮毂上，所述可变轮胎部分和所述固定轮胎部分通过所述柔性连接部分相连接，所述可变轮胎部分和所述固定轮胎部分均设置有所述轮纹。

2.根据权利要求1所述的柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮，其特征在于，所述可变轮胎部分、所述固定轮胎部分和所述柔性连接部分为一体结构，材质为内部嵌入玻璃纤维的高强度弹性复合橡胶。

3.根据权利要求2所述的柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮，其特征在于，所述可变轮胎部分和所述固定轮胎部分厚度相同，所述柔性连接部分的厚度为所述可变轮胎部分和所述固定轮胎部分厚度的三分之一。

4.根据权利要求3所述的柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮，其特征在于，所述可变轮胎部分为若干个一端相连另一端相互分离的瓣式轮片。

5.根据权利要求1所述的柔性连续可变形交通杆件巡查机器人行进轮，其特征在于，所述压力传感器为柔性薄膜压力传感器。