轨道式机器人及其轨道式行走装置、系统与柔性导向机构的制作方法

本发明涉及运动导向机构，具体涉及一种轨道式机器人及其轨道式行走装置、系统与柔性导向机构。

背景技术：

轨道式行走装置或轨道式巡检机器人已较广泛的应用于安防、厂房设备巡检、综合管廊巡检、电缆隧道巡检、医院物料传送等领域。为适应各种复杂环境，机器人运行轨道也呈现出更复杂的变化，特别是对于空间狭小的区域，要求轨道具有更小的转弯半径，因此，巡检机器人需要能安全、平稳的通过更小的转弯半径。行业内现有的轨道式机器人导向机构如公开号为cn107639622a中国专利文献记载所示，该方案主要通过挂载轮整体转向并增加柔性侧面导向机构以通过更小半径的弯道，但带来的问题是机器人在转弯时内外侧的挂载轮并不能自由转向，只能整体转向，导致机器人通过弯道不是处在自由转向状态，存在明显振动、噪声、卡滞。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够实现轨道式机器人在极小转弯半径的情况下平稳、快速地转向的轨道式机器人及其轨道式行走装置、系统与柔性导向机构。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种柔性导向机构，包括安装座和铰接于安装座上的摇臂，所述摇臂的至少一侧和安装座之间设有第一柔性元件，所述摇臂上远离安装座的一端设有挂载和弹性伸缩臂，所述弹性伸缩臂的端部安装有侧导向轮。

优选地，所述第一柔性元件为弹性金属片或者弹簧。

优选地，所述挂载轮和侧导向轮的轴线相互垂直。

优选地，所述摇臂通过铰接轴铰接于安装座上。

优选地，所述摇臂的两侧设有安装孔，所述弹性伸缩臂插设贯穿布置于安装孔中且与摇臂之间连接有第二柔性元件。

优选地，所述第二柔性元件为弹簧。

优选地，所述弹簧套设于第二柔性元件上且一端和弹性伸缩臂相连、另一端和摇臂相连。

本发明还提供一种轨道式行走装置，该轨道式行走装置的本体上装设有至少一对前述的柔性导向机构以及用于在轨道上行走的轨道行走驱动组件。

本发明还提供一种轨道式行走系统，包括轨道式行走装置和轨道，该轨道式行走装置的本体上装设有至少一对前述的柔性导向机构以及用于在轨道上行走的轨道行走驱动组件。

本发明还提供一种轨道式机器人，该轨道式机器人的本体上装设有至少一对前述的柔性导向机构以及用于在轨道上行走的轨道行走驱动组件。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明的摇臂铰接于安装座上可相对运动，通过第一柔性元件使得摇臂的两侧均具有弹性，通过弹性伸缩臂使得侧导向轮具有可伸缩特性，通过上述两重功能使得侧导向轮具有双柔性自适应调整功能，能够实现轨道式机器人在极小转弯半径的情况下平稳、快速地转向，能平稳、快速的通过极小导轨弯道，转弯过程挂载轮根据弯道半径在柔性元件的作用下能自行实时调整至所需角度，侧导向轮在柔性元件的作用下沿导轨弯曲面进行实时自适应调整。

附图说明

图1为本发明实施例柔性导向机构的立体结构示意图。

图2为本发明实施例柔性导向机构的主视结构示意图。

图3为图2的a-a剖视结构示意图。

图4为本发明实施例中轨道式行走系统的俯视结构示意图。

图5为本发明实施例中轨道式行走系统的侧视结构示意图。

图例说明：1、安装座；2、摇臂；21、铰接轴；22、安装孔；3、第一柔性元件；4、挂载轮；5、弹性伸缩臂；51、第二柔性元件；6、侧导向轮。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例的柔性导向机构包括安装座1和铰接于安装座1上的摇臂2，摇臂2的两侧和安装座1之间均设有第一柔性元件3，摇臂2上远离安装座1的一端设有挂载轮4和弹性伸缩臂5，弹性伸缩臂5的端部安装有侧导向轮6。本实施例的柔性导向机构的摇臂2铰接于安装座1上可相对运动，通过第一柔性元件3使得摇臂2的两侧均具有弹性，通过弹性伸缩臂5使得侧导向轮6具有可伸缩特性，通过上述两重功能使得侧导向轮6具有双柔性自适应调整功能，能够实现轨道式机器人在极小转弯半径的情况下平稳、快速地转向，能平稳、快速的通过0.2m及以下半径的极小导轨弯道，极大地减小了对使用现场空间的要求(目前市面应用的城市地下综合管廊巡检机器人最小转弯半径≥500mm），转弯过程挂载轮根据弯道半径在柔性元件的作用下能自行实时调整至所需角度，侧导向轮在柔性元件的作用下沿导轨弯曲面进行实时自适应调整。需要说明的是，摇臂2也可以将其一侧和安装座1之间设有一个第一柔性元件3，同样也可以实现摇臂2和安装座1之间的相对位移的自动恢复功能。

如图1和图2所示，第一柔性元件3为弹性金属片，该弹性金属片弯曲呈弧形，一端固定在安装座1上，另一端固定在摇臂2上，第一柔性元件3在安装座1和摇臂2相对转动的情况下被压缩或释放，使得第一柔性元件3具有可伸缩的特性，通过两个第一柔性元件3即可实现摇臂2的柔性自适应调整功能。此外，第一柔性元件3也可以根据需要采用弹簧、扭簧或者高分子柔性材料，同样也可以实现可伸缩的弹性功能。

如图1和图2所示，挂载轮4和侧导向轮6的轴线相互垂直，以提高侧向导向性能。

如图1和图2所示，摇臂2通过铰接轴21铰接于安装座1上，使得摇臂2和安装座1之间的相对位移仅仅为转动，此外也可以将摇臂2和安装座1之间的相对位移采用非转动的铰接方式，例如万向节或者球铰等，同样也都可以实现摇臂2、安装座1的相对位移。

如图3所示，摇臂2的两侧设有安装孔22，弹性伸缩臂5插设贯穿布置于安装孔22中且与摇臂2之间连接有第二柔性元件51，第二柔性元件51在弹性伸缩臂5和摇臂2相对运动的过程中被压缩或释放，使得侧导向轮6具有可伸缩特性。

如图3所示，本实施例中第二柔性元件51为弹簧，此外也可以根据需要采用弹片、扭簧或者高分子柔性材料，同样也可以实现可伸缩的弹性功能。

如图3所示，本实施例中弹簧套设于第二柔性元件51上且一端和弹性伸缩臂5相连、另一端和摇臂2相连，通过上述结构使得弹性伸缩臂5的运动更加稳定，能提高侧导向轮6的稳定性，且增加弹簧使弹性伸缩臂5在滑动过程具有阻尼，能保证侧导向轮6实现实时贴附导轨曲面。本实施例中，摇臂2上设有两个弹性伸缩臂5，且两个弹性伸缩臂5相对挂载轮4对称布置，采用两个弹性伸缩臂5的优点在于在轨道上正反双向运动时均具有较好的侧导向功能；此外也可以根据需要减少或者采用更多的弹性伸缩臂5。

如图4和图5所示，本实施例还提供一种轨道式行走装置，该轨道式行走装置的本体上装设有至少一对前述的柔性导向机构以及用于在轨道上行走的轨道行走驱动组件。

如图4和图5所示，本实施例还提供一种轨道式行走系统，包括轨道式行走装置和轨道，该轨道式行走装置的本体上装设有至少一对（参见图4，本实施例中具体为两对，此外也可以根据需要采用一对或者更多对）前述的柔性导向机构以及用于在轨道上行走的轨道行走驱动组件。

本实施例还提供一种轨道式机器人，该轨道式机器人的本体上装设有至少一对前述的柔性导向机构以及用于在轨道上行走的轨道行走驱动组件。

如图4和图5所示，轨道式行走装置的工作过程如下：

1、当四组柔性导向机构组合使用通过弯曲轨道时，根据平稳转弯的特性，弯道内侧和弯道外侧的挂载轮4会由于摩擦力自动旋转不同的角度。

2、根据弯道半径情况摇臂2相对于安装座1会自动转动不同角度的自适应旋转，最终形成通过弯道所需的内侧转角b和外侧转角a，第一柔性元件3在安装座1和和摇臂2的作用下自适应压缩或舒张，并对当前的转角a和b形成一定的保持。

3、同时，根据导轨的弯曲特性，弹性伸缩臂5相对摇臂2滑动，在弯道内外侧的不同位置形成l1、l2、l3、l4不同的伸出或压缩量，侧导向轮6时刻紧贴导轨的侧面进行滚动，此时，第二柔性元件51在弹性伸缩臂5和摇臂2相对滑动的过程中被压缩或舒张。

4、当通过导轨的弯道位置后，在第一柔性元件3和第二柔性元件51的作用下，各构件恢复初始位置，满足直线导向行驶。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。