隧道巡检机器人的制作方法

1.本实用新型涉及一种隧道巡检机器人，属于隧道智能巡检设备技术领域。


背景技术：

2.隧道巡检工作一直是隧道安全的基础和重要保障工作，由于监测项目多，线路长、测点多和数量大等原因，特别是超长隧道环境条件恶劣，封闭性强，构造物多，通讯不便，加上隧道的特殊环境，在火灾、水浸、有害气体集聚时，会对日常的人工巡检维护工作带来极大的困难，影响隧道的及时维护。而如果对现有隧道内的温度、烟雾、有毒气体以及积水等环境信息建立完整的监控系统网络，投资成本高，效益不明显。于是隧道巡检机器人应运而生，其改变了以往人工监测的方式，减少了劳动强度，降低了工作的危险性，并提高了工作效率。随着机器人技术的快速发展，利用机器人开展智能化的巡检作业已成为目前的主流发展趋势。由于具备巡检效率高、覆盖面广、可扩展性强、无需人工现场操作、环境适应性强等优点，隧道巡检机器人目前在隧道巡检作业中所占的比重越来越高，为隧道智能化管控奠定了基础。
3.隧道巡检机器人多采用自主巡检或遥控巡检的方式，在无人值守的综合隧道内，可以完成预先设定的任务，自动按照路径规划进行综合管廊内的巡检，通过搭载的各类传感器，完成电缆隧道内设备的环境监测、视频巡视和设备状态监测，操作人员只需通过远程监控中心就可以得到设备数据、环境参数和视频图像等信息，从而提高工作效率和质量。
4.目前，隧道巡检机器人大部分都采用轨道式运动机构，通过在隧道顶部吊装轨道，为隧道巡检机器人提供重力支撑和运动轨道。但现有的轨道式巡检机器人结构较为复杂，布局设计有待优化，导致成本较高，显得十分厚重，稳定性较差，从而降低视频巡视的清晰度。机器人在行走中会遇到拐弯和爬坡等情况，这对于机器人如何能在轨道上进行前进、后退、转向及制动提出了较高要求，笨重复杂的机器人结构容易出现打滑的现象，从而影响机器人的可通过性和制动时对自身进行有效的固定，加上复杂结构的机器人具有较大重量导致机械结构磨损严重，机器人整体稳定性进一步降低，实用性较差。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的不足,本实用新型提供了一种隧道巡检机器人及其搭配的导轨结构。
6.本实用新型所采用的技术方案是：设计一种隧道巡检机器人结构，其包括导轨和安装于导轨上的机器人本体，所述导轨为吊轨，其安装固定于隧道的顶部，其可为直轨道、弯轨道、倾斜爬升轨道或下降轨道，通过导轨轨道提供固定路径，供机器人行走和任意位置停留，机器人通过水平位置的左、右拐弯（转弯半径300mm）及爬坡、下坡的动作，通过所在隧道空间，执行既定的巡检任务。所述机器人本体包括从上至下依次设置的行走单元、升降单元和云台单元，所述行走单元与导轨连接。
7.所述行走单元包括行走驱动电机、动力轮和定位轮组，所述行走驱动电机输出端
连接动力轮，所述导轨上设置有齿条，所述动力轮圆周面上设置有与齿条啮合传动的轮齿，所述动力轮的厚度小于齿条的高度，使用一段时间后，在机器人的自重下加上机器人的行走单元被磨损后，机器人本体相对导轨下移，但是由于动力轮的厚度小于齿条的高度，下移后的动力轮仍在齿条的高度范围内，保持啮合面积足够，传动可靠，所述定位轮组成对挂载于导轨两侧；机器人通过成对设置的定位轮组固定在轨道上，并保证行走、转向过程中的稳定，通过动力轮与轨道上齿轮带（齿条）的相对运动，提供给机器人沿轨道行走的动力。
8.所述升降单元包括升降驱动电机和受升降驱动电机驱动的升降套筒柱，所述升降套筒柱上端连接有升降绞盘，所述升降驱动电机输出端驱动升降绞盘以控制升降套筒柱的伸缩，所述升降套筒柱伸缩端连接云台单元；
9.所述云台单元包括云台支架和转动安装于云台支架上的云台本体，所述云台支架固定于升降套筒柱下端并可随着升降套筒柱的伸缩而上行或下行。所述云台本体包括但不限于摄像头，所述云台本体还可以搭载或集成多种前端传感设备，如红外热成像仪、环境温度湿度传感器、烟雾传感器、粉尘传感器、水位监测仪和气体检测仪等。实现有害气体监测，隧道内一氧化碳、硫化氢和甲烷等的远程监测；积水监测；电缆温度异常监测；人员非法入侵监测；隧道混凝土是否沉降、开裂等病害检测。
10.进一步，所述定位轮组设置两对，每对设置两组分别挂载于导轨两侧的定位轮组，所述动力轮安装于两对定位轮组之间，所述导轨横断面为工字型结构，且导轨腹板下端的翼板两侧向下倾斜形成斜坡状结构，腹板下端两侧还分别设置有向上的上斜坡面，所述定位轮组包括定位轮、支撑轮和支撑件，所述支撑件中部转动安装支撑轮，所述支撑件上端位于支撑轮两侧分别转动安装定位轮，所述定位轮和所述支撑轮转动所在的平面相互垂直，结构稳定；所述定位轮组的支撑轮抵靠于导轨腹板下端翼板两侧倾斜形成的斜坡上，用于机器人的承重和行走，一方面方便机器人本体挂载，拆装方便，另一方面可以减少灰尘或颗粒杂物堆积影响机器人的行走，减小阻力，且倾斜状的导轨支撑结构，在机器人行走单元使用一段时间产生磨损后，行走单元相对于导轨下移一定距离后继续与导轨贴紧，使机器人保持较好的稳定性。定位轮抵靠于导轨腹板下端两侧分别设置的向上的上斜坡面上，为机器人行走过程中提供限位，使得机器人紧贴导轨做平稳的运动，为监测云台提供稳定的工作环境。
11.进一步，所述行走单元还包括行走支架，其为横放的矩形框架结构，所述动力轮和定位轮组分别设置于行走支架上侧，所述行走驱动电机安装于行走支架内部且其输出端穿过行走支架上端并与动力轮连接，矩形框架结构的行走支架方便自身组装和搭载连接其它结构，制作简单，结构不复杂，结构强度较好，承载能力强，比较耐用，矩形框架结构的行走支架还是为机器人提供动力源的电池仓。
12.进一步，所述升降单元还包括升降支架，其为开口向上的c型框架结构，其固定安装于行走支架下侧，所述升降驱动电机和升降套筒柱皆安装于升降支架上，结构简单，使用方便。
13.进一步，所述升降驱动电机安装于升降支架中部，其左右两侧分别安装有升降套筒柱，对称设置两组升降结构，云台的升降更加平稳，且升降单元的承载能力更强。
14.进一步，所述行走支架、升降支架和云台支架分别由矩形铝板和螺丝组装而成，结构简单，支撑稳定，连接组装方便。
15.进一步，所述行走支架、升降支架和云台支架外分别安装有保护壳，保护外壳为工程塑料，防护性能较好。
16.进一步，所述行走支架外形尺寸大于升降支架外形尺寸，机器人外形形成阶梯式结构，加上在行走支架和升降支架的外壳上设置的凸起条，提高手持时的防滑阻力和整个外壳结构的结构强度。
17.与现有技术相比,本实用新型的有益效果是：本实用新型大大加强了轨道巡检机器人实用性能，机构结构简洁、重量轻，机器人与导轨的贴合紧密，能够提高机器人本体在移动时的稳定性，使其处于更加稳定的监测状态。而且本实用新型适应性高，其次，本实用新型相比现有技术能节省下较多的经济成本投入，结构简单易产、高防护、且能适应复杂多变的现场需求环境、安装方便、可靠性高，便于普及应用。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
19.图1为本实用新型轴测图示意图。
20.图2为图1隐藏外壳后的结构示意图。
21.图3为本实用新型导轨与齿条组装后的横断面示意图。
22.图中：1-行走驱动电机、2-动力轮、3-齿条、4-升降驱动电机、5-升降套筒柱、6-云台支架、7-云台本体、8-行走支架、9-升降支架、10-定位轮、11-支撑轮、12-支撑件。
具体实施方式
23.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若用到术语“安装”、“相连”、“连接”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，也可以是电连接；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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。若用到术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。
25.实施例1
26.如图1-图3所示：隧道巡检机器人，包括导轨和安装于导轨上的机器人本体，所述机器人本体包括从上至下依次设置的行走单元、升降单元和云台单元，所述行走单元与导
轨连接；所述行走单元包括行走驱动电机1、动力轮2和定位轮组，所述行走驱动电机1输出端连接动力轮2，所述导轨上设置有齿条3，所述动力轮2圆周面上设置有与齿条3啮合传动的轮齿，所述定位轮组成对挂载于导轨两侧；所述升降单元包括升降驱动电机4和受升降驱动电机4驱动的升降套筒柱5，所述升降套筒柱5伸缩端连接云台单元；所述云台单元包括云台支架6和转动安装于云台支架6上的云台本体7，所述云台支架6固定于升降套筒柱5上。
27.主体支撑结构组成： 铝板零件组成整体支架，支撑各功能部件。外壳为工程塑料。
28.运动结构组成：机器人通过两组定位轮组固定在导轨轨道上，并保证行走、转向过程中的稳定。通过动力轮2与导轨轨道上的齿条3的相对运动，提供给机器人沿导轨轨道行走的动力。机器人通过升降套筒柱5连接上端的行走机构与下端的云台机构，通过升降驱动电机4提供动力驱动升降绞盘旋转，控制升降杆的伸缩，达到控制云台的升降的目的。
29.1.机械性能:（1）产品左右横向尺寸：460mm*500mm*340mm(宽*高*厚)；（2）整机重量8kg；
30.2.运动性能:（1）最大运动速度3000m/h；（2）最大爬坡能力30度；（3）最小转弯半径r300mm。
31.3.工作环境：（1）环境温度：-20℃～+85℃；（2）相对湿度：5%～90%rh。
32.上述所述定位轮组设置两组，每组设置一对定位轮组且分别设置于导轨两侧，所述动力轮2安装于两组定位轮组之间。所述行走单元还包括行走支架8，其为横放的矩形框架结构，所述动力轮2和定位轮组分别设置于行走支架8上侧，所述行走驱动电机1安装于行走支架8内部且其输出端穿过行走支架8上端并与动力轮2连接。所述升降单元还包括升降支架9，其为开口向上的c型框架结构，其固定安装于行走支架8下侧，所述升降驱动电机4和升降套筒柱5皆安装于升降支架9上。所述升降驱动电机4安装于升降支架9中部，其左右两侧分别安装有升降套筒柱5。所述行走支架8、升降支架9和云台支架6分别由矩形铝板组装而成。所述行走支架8、升降支架9和云台支架6外分别安装有保护壳。所述行走支架8外形尺寸大于升降支架9外形尺寸。所述定位轮组包括定位轮10、支撑轮11和支撑件12，所述支撑件12中部转动安装支撑轮11，所述支撑件12上端位于支撑轮11两侧分别转动安装定位轮10。
33.上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。