一种挂轨式机器人的悬挂结构的制作方法

本发明属于机器人领域，更具体地，涉及一种挂轨式机器人的悬挂结构。

背景技术：

随着智能电网建设的飞速发展，智能机器人在逐渐取代巡检人员进入危险区域做日常巡检。巡检过程主要利用可见光相机与红外相机对环境进行检查，分析潜在的异常或故障情况。由于要保证画面的稳定，这样就对机器人的运行平稳性有很高要求。

市场上现有的挂轨式机器人的悬挂机构设计简陋，一般是靠垂直方向的滚轮与轨道进行刚性接触，这样会将车轮的振动直接传递给机器人底盘，导致机器人捕捉的巡检视频画面产生严重的晃动。并且机器人在行走时遇到轨道接合不良而形成的物理阻碍将无法正常前行。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种挂轨式机器人的悬挂结构，其能够有效地减缓机器人晃动和增强轨道适应性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种挂轨式机器人的悬挂结构，用于在轨道上移动，其特征在于，包括支撑底盘和共同安装在该支撑底盘上的多个独立悬挂机构，其中，

对于每个所述独立悬挂机构而言，其各自包括安装架、两根拉簧、轴承座、转轴、悬挂架、两根压簧、垂直滚轮和两个水平滚轮，所述安装架固定安装在所述支撑底盘上，每根所述拉簧的上端均安装在所述安装架上而下端均悬挂所述轴承座，并且所述轴承座通过水平设置的第一轴承安装在该安装架上，所述第一轴承的中心线位于这两个所述拉簧的中心线之间，所述转轴的上端通过第二轴承安装在所述轴承座上而下端固定连接所述悬挂架，每根所述压簧均水平设置，每根所述压簧的一端均安装在所述轴承座上而另一端均安装在所述悬挂架上，所述第二轴承的中心线位于两根所述压簧的中心线之间，所述垂直滚轮和两个水平滚轮分别安装在所述悬挂架上，所述垂直滚轮的中心线水平设置，以用于在轨道的上表面滚动，每个所述水平滚轮的中心线均与所述垂直滚轮的中心线垂直，以用于使这两个所述水平滚轮在轨道的同一侧面滚动，并且这两个所述水平滚轮的中心线相互平行，所述第二轴承的中心线与每个所述水平滚轮的中心线分别平行，所述第一轴承、压簧和垂直滚轮的中心线相互平行，所述第二轴承、拉簧和水平滚轮的中心线相互平行。

优选地，所述轨道为水平设置的直轨道，或者为水平设置的弧形轨道，或者为相对于水平面倾斜的直轨道，或者为相对于水平面倾斜的弧形轨道。

优选地，所述支撑底盘上设有空槽区域，以用于放置控制单元。

优选地，沿着所述第一轴承中心线布置的两个所述独立悬挂机构对称设置。

优选地，所述轨道设置有两根，每个所述水平滚轮均在这两根轨道相背的侧面滚动。

优选地，所述独立悬挂机构设置有三个以上。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明的四个独立悬挂机构分别独立地安装在支撑底盘上，便于调整与更换。

2)机器人在转弯时，压簧可以发生形变来实现减震，机器人可维持在一个较为稳定的运行状态，不会因为离心影响造成机器人倾斜，导致视频的采集角度变化。

3)机器人在直行时遇轨道结合不良或爬坡时移动轨迹角度变化，拉簧会发生形变来实现减震，机器人可维持在一个较为稳定的运行状态。

4)机器人能适应转弯和爬坡交错的复杂轨道，可用来适应复杂的现场环境。

5)本发明通过独立悬挂机构上的拉簧和压簧产生形变，可以降低机器人运行颠簸对机体寿命的影响。

6)本发明的独立悬挂结构可保证机器人水平平稳运行，也可提高直行及爬坡行走的稳定性，极大减缓了轨道接合不良、表面异物以及突变的爬坡环境造成的晃动对机器人捕获稳定视频的影响，并且能够适应一定的复杂轨道，提高了环境适应性。

附图说明

图1是本发明的剖面图；

图2是本发明的的转弯悬挂俯视图；

图3是本发明的爬坡悬挂剖面图；

图4a和图4b是本发明其中一组独立悬挂机构在不同视角下的示意图；

图5是本发明中支撑底盘的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～图5所示，一种挂轨式机器人的悬挂结构，用于在轨道上移动，包括支撑底盘1和共同安装在该支撑底盘1上的多个独立悬挂机构3，优选地，所述独立悬挂机构设置有三个以上，进一步优选为四个，这四个所述独立悬挂机构3呈长方形布置，也即这四个独立悬挂机构3布置在一长方形的四个顶点处，本发明的支撑底盘1可以采用板材拼接形成，并且所述支撑底盘1上设有空槽区域，以用于放置控制单元；支撑底盘1用于固定独立悬挂机构3，并支撑机器人下方悬挂的负载；在机器人前、后各设两个独立悬挂机构3，并且它们相对设置在支撑底盘1上，用于挂轨式机器人的正常行走，并保证挂轨式机器人在行走过程中的稳定性。

对于每个所述独立悬挂机构3而言，其各自包括安装架31、两根拉簧32、轴承座33、转轴35、悬挂架36、两根压簧34、垂直滚轮362和两个水平滚轮361，所述安装架31固定安装在所述支撑底盘1上，每根所述拉簧32的两端均上下布置，每根所述拉簧32的上端均安装在所述安装架31上而下端均悬挂所述轴承座33，并且所述轴承座33通过水平设置的第一轴承4安装在该安装架上，所述第一轴承4的中心线位于这两个所述拉簧32的中心线之间，这样轴承座33就可以绕第一轴承4的中心线摆动，而在轴承座33绕第一轴承4的中心线摆动时，第一轴承4两侧的拉簧32也会相应地发生形变，譬如一根拉簧32会拉得更长而另一根拉簧32会回缩；优选地，所述第一轴承4的两端均设置有轴用弹性挡圈，这样可以有效防止第一轴承4脱落；

所述转轴35的上端通过第二轴承安装在所述轴承座33上而下端固定连接所述悬挂架36，每根所述压簧34均水平设置，每根所述压簧34的一端均安装在所述轴承座33上而另一端均安装在所述悬挂架36上，这样悬挂架36就可以绕转轴35的中心线摆动，而在悬挂架36绕转轴35的中心线摆动时，转轴35两侧的压簧34也会相应地发生形变，譬如一根压簧34会压得更短而另一根压簧34会伸长；所述第二轴承的中心线位于两根所述压簧34的中心线之间；

所述垂直滚轮362和两个水平滚轮361分别安装在所述悬挂架36上，所述垂直滚轮362的中心线水平设置，以用于在轨道2的上表面滚动，每个所述水平滚轮361的中心线均与所述垂直滚轮362的中心线垂直，以用于使这两个所述水平滚轮361在轨道2的同一侧面滚动，并且这两个所述水平滚轮361的中心线相互平行，所述第一轴承4、压簧34和垂直滚轮362的中心线相互平行，所述第二轴承、拉簧32和水平滚轮361的中心线相互平行。可以采用驱动电机来驱动垂直滚轮362和水平滚轮361转动，从而实现垂直滚轮362和水平滚轮361在轨道2上的滚动。每个所述独立悬挂机构3的垂直滚轮362加两个水平滚轮361一起在轨道2上滚动，可以对每个所述独立悬挂机构3起到三点定位的作用，也可以带动本挂轨式机器人的悬挂结构在轨道2上整体移动。

进一步，所述轨道2为水平设置的直轨道，或者为水平设置的弧形轨道，或者为相对于水平面倾斜的直轨道，或者为相对于水平面倾斜的弧形轨道，这样机器人能适应转弯和爬坡交错的复杂轨道，可用来适应复杂的现场环境。

进一步，沿着所述第一轴承4中心线布置的两个所述独立悬挂机构3对称设置，这样挂轨式机器人的水平滚轮361也是对称设置的，这样水平滚轮361在轨道2上运行时可朝相反的方向施加压力在轨道2上，能有效防止脱轨。

进一步，所述轨道2设置有两根，每个所述水平滚轮361均在这两根轨道2相背的侧面滚动(两根轨道2相背的侧面为外侧面，相对的侧面为内侧面)，这样机器人可以在这两根轨道2上抱轨运行。

进一步，所述轴承座33包括轴承座体331和安装在该轴承座体331底部的连接架332，所述连接架332上设置有压簧安装座，所述悬挂架36上设置有压簧连接座，压簧的一端连接在连接架332上的压簧安装座上而另一端安装在悬挂架36上的压簧连接座上。

更具体地，本发明的支撑底盘1上设置了沉头螺钉安装孔，安装架31上设置与支撑底盘1上的沉头螺钉安装孔对应的螺纹孔，支撑底盘1与安装架31间通过沉头螺钉进行螺纹连接，从而将两者固定在一起；安装架31两侧设置连接杆安装孔，连接杆安装孔上水平安装有连接杆，拉簧32的上端通过其自身的挂钩挂在连接杆上，从而将拉簧32安装在安装架31上；安装架31中间设置轴承安装孔来安装第一轴承4；轴承座体331的顶部设有拉簧固定孔，拉簧32的下端通过其自身的挂钩勾在所述拉簧固定孔上；轴承座33的连接架332上设置有压簧安装座固定孔，压簧安装座通过六角头螺栓、平垫和弹垫固定在压簧安装座固定孔上；所述轴承座体331设置有转轴安装孔，转轴35的上端通过第二轴承(优选圆锥滚子轴承)、平垫、弹垫和六角锁紧螺母固定在转轴安装孔上；悬挂架36设置有转轴固定螺纹孔，转轴35的下端通过六角头螺栓、平垫和弹垫固定在悬挂架36上的转轴固定螺纹孔处；所述悬挂架36上设置有压簧连接座安装孔，压簧连接座通过六角头螺栓、平垫和弹垫固定在压簧连接座固定孔上；所述悬挂架36侧边设置有一个垂直滚轮安装孔，所述垂直滚轮362通过六角锁紧螺母和平垫固定在垂直滚轮安装孔上，悬挂架36下方设置有两个水平滚轮安装孔，所述水平滚轮361通过六角锁紧螺母和平垫固定在水平滚轮安装孔上。

如图1所示，当挂轨式机器人的悬挂结构在轨道2为水平设置的直线轨道上移动时，水平滚轮361和垂直滚轮362保持正常姿态在承载轨道2上运动。

如图2所示，当挂轨式机器人的悬挂结构在轨道2为水平设置的具有一定转变半径的弧形轨道上移动时，机器人的水平滚轮361因受到轨道2的压力而改变姿态，由于水平滚轮361、悬挂架36及转轴35两两固定，水平滚轮361受力会使悬挂架36绕转轴35上端的第二轴承的中心线转动，悬挂架36的姿态会改变，两根所述压簧34会随之发生形变，从而减缓机器人在弧形轨道上转弯时带来的冲击，保证了挂轨式机器人的悬挂结构运行的整体平稳性。

如图3所示，当挂轨式机器人的悬挂结构在轨道2为相对于水平面倾斜的、具有一定坡度的轨道上运行时，机器人会发生倾斜，机器人前方的垂直滚轮362也会受到轨道2的压力，由于垂直滚轮362、悬挂架36及转轴35两两固定，而轴承座33与转轴35在上下方向上是进行锁紧限位的，转轴35会对轴承座33施力而使轴承座33绕第一轴承4的中心线转动，轴承座33的姿态会发生改变，两根拉簧32也会随之发生相应的形变，从而减缓机器人爬坡时带来的冲击，保证了挂轨式机器人的悬挂结构运行的整体平稳性。

当挂轨式机器人的悬挂结构在轨道2为具有一定坡度的弧形轨道上移动时，则压簧34和拉簧32都会发生形变，运行情况可参考前述两种情况的结合。

因此，正是由于所述独立悬挂机构3对机器人在复杂轨道环境下运动的缓冲，保护了机器人的机体的整体寿命及视频捕获的画面稳定性。

综上所述，本发明的挂轨式机器人的悬挂结构在转弯时仍可维持一个较为稳定的运行状态，不会因为离心影响造成机器人倾斜，导致视频的采集角度变化；在直行或爬坡时不会因为轨道2结合不良或角度变化造成机器人明显抖动；能适应一定的复杂轨道2，所述复杂轨道2为转弯和爬坡交错的轨道2，所述复杂轨道2可用来适应复杂的现场环境；悬挂机构的独立性让生产与维护更加方便，灵活程度高；除个别部件需要加工，其它部件均为标准件，在方便采购的同时降低了设计成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。