电力隧道巡检机器人行走结构、机器人及其方法与流程

本发明属于电力隧道巡检领域，尤其涉及一种电力隧道巡检机器人行走结构、机器人及其方法。

背景技术：

在城市电力隧道中，电缆的监控设施对于保障社会用电极为重要，其中巡检机器人的应用为有效监控电缆隧道的状况提供了方便。巡检机器人一般是在悬挂轨道上行走。电缆隧道与城市道路同样，有各种弯道及上下起伏路面，巡检机器人轨道也以隧道走向而建，机器人在行走中便会遇到拐弯，爬坡等情况。这对于机器人如何能在轨道上进行前进或后退，转向及制动提出了较高要求。传统机器人存在着导向机构不完善，电力隧道巡检机器人受力不合理，驱动及制动不变控制的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术的缺点，本发明的第一目的是提供一种电力隧道巡检机器人行走结构。

本发明的一种电力隧道巡检机器人行走结构，包括：

两个墙板，这两个墙板分别位于导轨两侧且通过墙板连接杆跨导轨连接；两个墙板上沿导轨分别对称安装一组驱动机构、一组制动机构和两组导向机构；

所述驱动机构包括驱动轴，驱动轴的一端固定有驱动轮，另一端通过联轴器与伺服电机相连；驱动轴的一端固定于一个墙板上；

所述制动机构包括制动轴，制动轴的一端固定有从动轮，另一端固定有制动器；制动轴的一端也固定于一个墙板上；

两组导向机构分别安装在相应墙板的两端；每组导向机构包括导向轮浮动器和导向轮活塞，导向轮浮动活塞的一端可在导向轮浮动器内滑动，导向轮浮动器内安装有为导向轮浮动活塞提供缓冲力的弹簧；导向轮浮动活塞的另一端与导向轮支架A相连，导向轮支架A与导向轮的轮轴相连；导向轮浮动器通过导向轮支架C固定在一个墙板上；导向轮支架C与导向轮支架B连接，导向轮支架B与导向轮支架A连接在一起组成的摆臂可以限定导向轮支架A带动导向轮在一定范围内进行伸缩。

当驱动轮在轨道上行驶时，由于存在颠簸，行走时的震动会沿着驱动轮轴向固定在车架上的伺服电机传递，增加了工作的不稳定性，为解决这个问题，本发明利用驱动轮的驱动轴通过联轴器与伺服电机相连接，利用联轴器的挠性，既有效传递了扭矩，又消化了驱动轮的震动，保证了伺服电机的稳定工作。

同时在弯道上行走时，由于对压的导向轮轴距会有变化，如果导向轮为刚性，则不能通过弯道，本发明涉及了具有弹性的导向装机构，可适应导向轮轴距的变化要求，同时由能使导向轮始终压在轨面，使两者的有效接触，保证了电力隧道巡检机器人在弯道上的限位。

其中，所述导轨为倒T型导轨。

本发明采用驱动轮和从动轮分别在倒T型导轨双侧运动，其中，驱动轮有驱动作用；从动轮既有起驱动作用的，也有起制动作用的；驱动轮和从动轮两者互为支撑，又互为完善，能使电力隧道巡检机器人既受力均衡，又运行稳定。

所述驱动轴具有变径段。

本发明的驱动轴具有变径段，这样能够适应对驱动轴强度的不同要求，以达到驱动轴工作效果的最佳状态。变径段根据安装零件不同的位置要求进行安放，具备安装方便，强度可靠的特点。

所述驱动轴上安装两个轴承，两个轴承分别位于所述变径段的两侧，其中一个轴承通过轴承盖固定于墙板上，另一个轴承与驱动轮相连。

本发明通过轴承和轴承盖将驱动轴一端固定于墙板上，用于提高驱动轴的稳定性和强度，兼顾了整个电力隧道巡检机器人行走结构的紧凑型，节约了安装空间，同时减小了电力隧道巡检机器人行走结构的体积。

所述制动轴具有变径段。

本发明的制动轴具有变径段，这样能够适应对制动轴强度的不同要求，以达到制动轴工作效果的最佳状态。

所述制动轴上也安装两个轴承，这两个轴承分别位于所述变径段的两侧，其中一个轴承通过轴承盖固定于墙板上，另一个轴承与从动轮相连。

本发明通过制动轴将驱动轴一端固定于墙板上，用于提高制动轴的稳定性以及整个电力隧道巡检机器人行走结构的紧凑型，同时减小了电力隧道巡检机器人行走结构的体积。

本发明的第二目的是提供一种电力隧道巡检机器人行走结构的工作方法。

本发明的一种电力隧道巡检机器人行走结构的工作方法，包括：

行走结构处于行走状态时，伺服电机传递扭矩到联轴器，联轴器带动驱动轴，从而驱动驱动轮旋转，通过驱动轮与轨道的摩擦力使电力隧道巡检机器人前进，而且能够避免震动对伺服电机的电机轴的冲击；制动轴在非制动状态相当于从动轴；

行走结构处于制动状态时，当电力隧道巡检机器人需要制动时，制动器抱紧制动轴，从而制动从动轮，通过从动轮与导轨的摩擦力使电力隧道巡检机器人制动。

该方法还包括：

当电力隧道巡检机器人在导轨上行进时，遇到弯道时，导轨在弯曲一侧向导向轮施加压力，导向轮会将墙板向轨道弯曲一侧施加推力，从而使电力隧道巡检机器人能跟随导轨弯曲方向进行偏移，从而实现导向作用，同时，由于导向轮受到弹簧的压力，导向轮始终保持与导轨侧面的施力接触，从而达到对导向轮限位的作用。

本发明的第三目的是提供一种电力隧道巡检机器人。

本发明的一种电力隧道巡检机器人，包括：上述所述的电力隧道巡检机器人行走结构。

本发明的第四目的是提供一种电力隧道巡检机器人的工作方法。

本发明的一种电力隧道巡检机器人的工作方法，包括：

电力隧道巡检机器人处于前进状态时，伺服电机传递扭矩到联轴器，联轴器带动驱动轴，从而驱动驱动轮旋转，通过驱动轮与轨道的摩擦力使电力隧道巡检机器人前进，而且能够避免震动对伺服电机的电机轴的冲击；制动轴在非制动状态相当于从动轴；

电力隧道巡检机器人处于制动状态时，当电力隧道巡检机器人需要制动时，制动器抱紧制动轴，从而制动从动轮，通过从动轮与导轨的摩擦力使电力隧道巡检机器人制动；

当电力隧道巡检机器人在导轨上行进时，遇到弯道时，导轨在弯曲一侧向导向轮施加压力，导向轮会将墙板向轨道弯曲一侧施加推力，从而使电力隧道巡检机器人能跟随导轨弯曲方向进行偏移，从而实现导向作用，同时，由于导向轮受到弹簧的压力，导向轮始终保持与导轨侧面的施力接触，从而达到对导向轮限位的作用。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提供一种在轨道上运动平稳，快速，并且驱动与制动分离，在轨道上行走时导向灵活可靠，性能稳定的电力隧道巡检机器人行走结构，目的就是为改善机器人在隧道中行走，遇到拐弯，爬坡，起伏路面等情况时，也能自行调整好运动形态，保持受力的合理配置，保证机器人在平缓路面，特殊路面都能正常行进。

(2)本发明采用了对称支撑，负重均衡，驱动轮轴只进行扭矩的传递，各支撑点受力更趋均布合理，驱动及制动分离，导向轮耐冲击。

附图说明

图1是电力隧道巡检机器人行走结构的示意图；

图2是电力隧道巡检机器人行走结构的驱动机构示意图；

图3是电力隧道巡检机器人行走结构的导向机构及制动机构示意图。

其中：1、第一墙板；2、第二墙板；3、驱动轮；4、从动轮；5、导向轮；6、驱动轴；7、轴承；8、轴承盖；9、联轴器；10、锁紧螺母A；11、锁紧螺母B；12、伺服电机；13、墙板连接杆；14、导轨；15、制动器；16、制动轴；17、垫圈；18、导向轮支架A；19、导向轮支架B；20、导向轮支架C；21、导向轮浮动活塞；22、导向轮浮动器；23、导向轮浮动器压紧螺母；24、弹簧。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连接。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发明中的具体含义。

本发明的导轨为倒T型导轨。本发明采用驱动轮和从动轮分别在倒T型导轨双侧运动，其中，驱动轮有驱动作用；从动轮既有起驱动作用的，也有起制动作用的；驱动轮和从动轮两者互为支撑，又互为完善，能使电力隧道巡检机器人既受力均衡，又运行稳定。

本发明的一种电力隧道巡检机器人的行走结构，该结构包括驱动机构，制动机构及导向机构连同第一墙板及第二墙板。第一墙板及第二墙板分别位于导轨两侧。第一墙板及第二墙板的每一侧都有一组驱动机构与制动机构及两组导向机构。驱动功能与制动功能及导向功能各自分离，又同组安装在一件墙板之上，两个墙板又采用墙板连接杆跨轨道连接，均衡了电力隧道巡检机器人的受力，使电力隧道巡检机器人行驶稳定。导向灵活，制动可靠。

每个墙板上安装一组驱动机构和一组制动机构。

每组都有一个车轮，在导轨上行进时互为支撑。每件墙板各有两组导向机构，两个墙板之间的导向机构两两相对。

图1是电力隧道巡检机器人行走结构的示意图。如图1所示电力隧道巡检机器人行走结构，包括：

两个墙板，第一墙板1和第二墙板2；第一墙板1和第二墙板2分别位于导轨14两侧且通过墙板连接杆13跨导轨14连接；两个墙板上沿导轨14分别对称安装一组驱动机构、一组制动机构和两组导向机构。

图2是电力隧道巡检机器人行走结构的驱动机构示意图。

如图2所示，驱动机构包括驱动轴6，驱动轴6的一端固定有驱动轮3，驱动轴6的另一端通过联轴器9与伺服电机12相连，驱动轴6中间安装两个轴承7，驱动轴6具有变径段，两个轴承7分别位于驱动轴6的变径段两侧。其中，一个轴承7与驱动轮3之间用垫圈17由锁紧螺母B11固定；另一个轴承7固定于轴承盖8之中，轴承盖8利用锁紧螺母A10固定于墙板上。

伺服电机12传递扭矩到联轴器9，联轴器9带动驱动轴6，从而驱动驱动轮3旋转，通过与导轨14的摩擦力使电力隧道巡检机器人前进，同时，驱动轮3与伺服电机12轴由于是使用联轴器9，联轴器9具备挠性，从而能够缓和车轮颠簸导致把颠簸震动带给电机轴的冲击。

图3是电力隧道巡检机器人行走结构的导向机构及制动机构示意图。

如图3所示，制动机构包括制动轴16，制动轴16的一端固定有从动轮4，另一端固定有制动器15，制动轴16中间安装两个轴承7，制动轴16具有变径段，两个轴承7分别位于制动轴16的变径段两侧。

其中，一个轴承7与从动轮4之间用垫圈17分隔；另一个轴承7固定于轴承盖8之中，轴承盖8固定于墙板上。

制动轴16在非制动状态相当于从动轴，当电力隧道巡检机器人需要制动时，制动器15会抱紧制动轴16，从而制动从动轮4。这样电力隧道巡检机器人需要在刹车时，就可以制动从动轮4，通过与导轨14的摩擦力使电力隧道巡检机器人制动。

导向机构包含导向轮5，导向轮支架A18，导向轮支架B19，导向轮支架C20，导向轮浮动活塞21，导向轮浮动器22，导向轮浮动器压紧螺母23，弹簧24。

其中，导向轮浮动活塞21可在导向轮浮动器22内滑动，弹簧24设置于导向轮浮动器22内，且为导向轮浮动活塞21提供缓冲力。

导向轮浮动活塞21的一端安装导向轮支架A18，导向轮支架A18与导向轮5的轮轴相连；导向轮浮动器22通过导向轮支架C20固定在一个墙板上；导向轮支架C20与导向轮支架B19连接，导向轮支架B19与导向轮支架A18连接在一起组成的摆臂可以限定导向轮支架A18带动导向轮5在一定范围内进行伸缩。

当电力隧道巡检机器人在导轨14上行进时，遇到弯道，导轨14会在弯曲一侧向导向轮5施加压力，导向轮5会将墙板向轨道弯曲一侧施加推力，从而使电力隧道巡检机器人能跟随导轨14弯曲方向进行偏移，从而实现导向机构的导向作用，同时，由于导向轮5受到弹簧24的压力，无论行进在直轨还是弯轨上，都能始终保持与导轨14侧面的施力接触，导向机构又是成对使用，在导轨14另一个侧面形成对压，这样又对电力隧道巡检机器人在导轨14不仅实现了导向功能，也起到了限位作用。

本发明的一种电力隧道巡检机器人行走结构的工作原理为：

行走结构处于行走状态时，伺服电机传递扭矩到联轴器，联轴器带动驱动轴，从而驱动驱动轮旋转，通过驱动轮与轨道的摩擦力使电力隧道巡检机器人前进，而且能够避免震动对伺服电机的电机轴的冲击；制动轴在非制动状态相当于从动轴；

行走结构处于制动状态时，当电力隧道巡检机器人需要制动时，制动器抱紧制动轴，从而制动从动轮，通过从动轮与导轨的摩擦力使电力隧道巡检机器人制动。

此外，当电力隧道巡检机器人在导轨上行进时，遇到弯道时，导轨在弯曲一侧向导向轮施加压力，导向轮会将墙板向轨道弯曲一侧施加推力，从而使电力隧道巡检机器人能跟随导轨弯曲方向进行偏移，从而实现导向作用，同时，由于导向轮受到弹簧的压力，导向轮始终保持与导轨侧面的施力接触，从而达到对导向轮限位的作用。

本发明的电力隧道巡检机器人行走结构，在轨道上运动平稳，快速，并且驱动与制动分离，在轨道上行走时导向灵活可靠，性能稳定的，目的就是为改善机器人在隧道中行走，遇到拐弯，爬坡，起伏路面等情况时，也能自行调整好运动形态，保持受力的合理配置，保证机器人在平缓路面，特殊路面都能正常行进。

本发明采用了对称支撑，负重均衡，驱动轮轴只进行扭矩的传递，各支撑点受力更趋均布合理，驱动及制动分离，导向轮耐冲击。

本发明还提供了一种电力隧道巡检机器人，其包括图1所示的电力隧道巡检机器人行走结构。电力隧道巡检机器人的其他结构均为现有技术，此处将不再累述。

本发明的电力隧道巡检机器人的工作方法，包括：

电力隧道巡检机器人处于前进状态时，伺服电机传递扭矩到联轴器，联轴器带动驱动轴，从而驱动驱动轮旋转，通过驱动轮与轨道的摩擦力使电力隧道巡检机器人前进，而且能够避免震动对伺服电机的电机轴的冲击；制动轴在非制动状态相当于从动轴；

电力隧道巡检机器人处于制动状态时，当电力隧道巡检机器人需要制动时，制动器抱紧制动轴，从而制动从动轮，通过从动轮与导轨的摩擦力使电力隧道巡检机器人制动；

当电力隧道巡检机器人在导轨上行进时，遇到弯道时，导轨在弯曲一侧向导向轮施加压力，导向轮会将墙板向轨道弯曲一侧施加推力，从而使电力隧道巡检机器人能跟随导轨弯曲方向进行偏移，从而实现导向作用，同时，由于导向轮受到弹簧的压力，导向轮始终保持与导轨侧面的施力接触，从而达到对导向轮限位的作用。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。