CN113043239B - 煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置及用法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置，该行走装置在工字钢导轨上行走，所述煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置包括外壳、行走支架、4组横向辅助轮组件、4组承重轮组件、2组驱动轮组件、2组纵向辅助轮组件、1个控制器、2个减速器和2个伺服电机。本发明同时还提供了该行走装置的用法。本发明的行走装置的轮系结构合理，可使机器人运行平稳、可靠，为巡检机器人提供可靠的运行平台，用法简单可靠，通过辅助轮组件和驱动轮组件的调节可以实现固化装置摩擦阻力，保证安装准确性，确保电机驱动力与摩擦阻力匹配，有效避免伺服电机过载或行走装置打滑。

Description

煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置及用法

技术领域

本发明涉及煤矿用特种机器人技术领域，特别涉及一种煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置及用法。

背景技术

2019年，国家煤矿安全监察局发布了《煤矿机器人重点研发目录》，对掘进、采煤、运煤、安控和救援5类、38种煤矿机器人提出了基本要求，鼓励和支持煤矿企业与国内外科研单位、机器人制造企业开展合作，大力研发应用煤矿机器人，推进煤炭工业高质量发展，推进煤矿安全发展。

吊轨式巡检机器人在煤矿领域作为安控类机器人可应用于长距离皮带机、井下配电室、瓦斯抽采泵站等场合，取代人工巡检，实现少人智能化值守模式。矿用吊轨式巡检机器人的行走装置是自动完成巡检任务的主体，搭载各传感器及摄像仪采集图像及环境状态数据，为机器人提供可靠行走平台，是吊轨式巡检机器人研制的重点。

由于煤矿作业环境属于高危场合，电气设备需要进行特殊防爆设计，常规防爆处理会增加设备重量和体积，需应用较大功率电机完成牵引行走，导致整机功耗大，续航能力严重受限；煤矿领域作业场合环境恶劣且复杂，巡检机器人行走路径多变，需要转弯、爬坡、下坡等多工况运行，导致行走装置极易打滑，影响正常巡检；煤矿高粉尘作业环境下，机器人轨道极易集尘而导致轨道表面不平整，行走装置运行易产生高频振动，严重影响机器人图像采集等功能的实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置和用法，该行走装置的轮系结构合理，可使机器人运行平稳、可靠，为巡检机器人提供可靠的运行平台，用法简单可靠，通过辅助轮组件和驱动轮组件的调节可以实现固化装置摩擦阻力，保证安装准确性，确保电机驱动力与摩擦阻力匹配，有效避免伺服电机过载或行走装置打滑。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置，该行走装置沿工字钢导轨上行走，所述煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置包括外壳、行走支架、4组横向辅助轮组件、4组承重轮组件、2组驱动轮组件、2组纵向辅助轮组件、1个控制器、2个减速器和2个伺服电机；所述行走支架安装在外壳内部上方，行走支架两侧平行设置的垂直连接架上分别安装有2组沿前后方向设置的横向辅助轮组件，2组横向辅助轮组件紧贴在工字钢导轨上，在行走支架的2个垂直连接架内侧分别安装有2组沿前后方向设置的承重轮组件，2组承重轮组件与所述工字钢导轨中底部的水平段相接触，在行走支架底部水平板上安装有2组沿前后方向设置的纵向辅助轮组件，纵向辅助轮组件与所述承重轮组件配合，保证行走装置纵向稳定性，在所述行走支架的2个垂直连接架上分别对称安装有1组驱动轮组件，每组驱动轮组件与工字钢导轨的垂直段相接触，每组驱动轮组件底端分别连接有减速器，减速器另外与设置在同侧的伺服电机相连接，2个伺服电机另外与控制器信号连接，控制器控制2个伺服电机分别驱动同侧的驱动轮组件在工字钢导轨上行进，所述控制器、2个减速器和2个伺服电机均安装在外壳内部底端。

进一步地，所述横向辅助轮组件包括横向辅助轮、限位轴套、弹簧I和弹簧轴Ⅰ，所述横向辅助轮的两端分别通过弹簧轴Ⅰ与限位轴套固定在所述行走支架的垂直连接架上，所述弹簧轴Ⅰ上还安装有弹簧I。

进一步地，所述弹簧轴Ⅰ上设有弹簧轴Ⅰ安装到位标记结构。

进一步地，所述承重轮组件包括承重轮、承重轮轴和螺母I，所述承重轮上设有承重轮轴，所述承重轮轴沿水平方向穿过行走支架的垂直连接架并通过螺母I固定，所述承重轮的底部与所述工字钢导轨中底部的水平段相接触。

进一步地，所述驱动轮组件包括驱动轮、驱动轮轴、驱动轮支座，所述驱动轮上安装有驱动轮轴，驱动轮轴下方安装有驱动轮支座，所述驱动轮支座与减速器相连接。

进一步地，所述驱动轮组件还包括驱动轮调整组件，所述驱动轮调整组件包括2个驱动轮支架、2个销轴、2个销钉、2个螺母II、2个弹簧III和丝杠；每个所述驱动轮支架的一端通过销轴和销钉可旋转地安装在行走支架的垂直连接架上，驱动轮支架的中间断开后与驱动轮支座相固定，2个驱动轮支架的另一端置于行走支架的2个垂直连接架外侧，且在2个驱动轮支架和2个垂直连接架上穿设有丝杠，在2个驱动轮支架的外侧丝杠的两端分别套装有弹簧III，且在丝杠的两端分别安装有螺母II，螺母II在弹簧III作用下通过丝杠将两个驱动轮紧固在工字钢导轨上。

进一步地，所述丝杠的两端分别设有螺母安装到位标记结构。

进一步地，所述纵向辅助轮组件包括纵向辅助轮、弹簧II、弹簧轴II和限位销钉，所述纵向辅助轮的两端分别垂直安装有弹簧轴II，弹簧轴II的底端与行走支架底部的水平板上，在每个所述弹簧轴II的底端均套装有弹簧II，在每个所述弹簧轴II的顶端均安装有限位销钉，纵向辅助轮在弹簧II的作用下固定在工字钢导轨底侧。

煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置的用法，具体包括以下步骤：

(1)将行走装置的外壳与巡检机器人装配在一起，巡检机器人装配在外壳下方，巡检机器人与控制器之间互相通讯供电连接；

(2)调节行走装置中横向辅助轮组件和驱动轮组件与工字钢导轨之间位置，确保行走装置的摩擦力与电机驱动力匹配，保证伺服电机动力输出，避免出现过载或打滑现象；

(3)通过控制器控制2个伺服电机分别驱动同侧的驱动轮在工字钢导轨上行进，从而带动巡检机器人的行走。

进一步地，所述步骤(2)的横向辅助轮组件的调节是将弹簧轴Ⅰ前端调节至弹簧轴Ⅰ安装到位标记结构处，驱动轮组件的调节是将两个螺母II分别调节至丝杠两端的螺母安装到位标记结构处。

本发明的有益效果在于：本发明的煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置是一种新形式的矿用巡检机器人用行走机构，运行平稳、可靠，具备显著效果：

(1)采用双机驱动方式，两台伺服电机驱动模式多样化，通过转速调节，实现节能化作业，运行平稳、功耗低；

(2)行走装置采用横向辅助轮组件及纵向辅助轮组件结构，与工字钢导轨贴合性更好，可适应不同运行工况，转弯平稳，爬坡不打滑，试用范围广。

(3)行走装置设有弹簧轴Ⅰ安装到位标记结构和螺母安装到位标记结构，可固化装置摩擦阻力，保证安装准确性，确保伺服电机驱动力与摩擦阻力匹配，有效避免伺服电机过载或行走装置打滑。

(4)行走装置内部伺服电机及控制器采用本质安全型防爆技术处理，占用空间小、重量轻、整机功耗低，能够配套不同巡检机器人使用。

(5)机器人行走的工字钢导轨采用常规工字钢，成本低廉，便于长距离巡检，降低巡检机器人制造成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的行走装置结构示意图；

图2为横向辅助轮组件安装结构示意图；

图3为纵向辅助轮组件安装结构示意图；

图4为承重轮组件安装结构示意图；

图5为驱动轮组件与驱动轮调整组件的安装结构示意图；

图6为驱动轮组件与驱动轮调整组件安装结构的俯视图；

图7为本发明的行走装置与巡检机器人的装配结构示意图；

图8为弹簧轴Ⅰ安装到位标记结构示意图；

图9为螺母安装到位标记结构示意图；

图10为图1的左视图；

图中：1、工字钢导轨；2、外壳；3、横向辅助轮组件；301、限位轴套；302、弹簧I；303、弹簧轴Ⅰ；3031、弹簧轴Ⅰ安装到位标记结构；304、横向辅助轮；4、承重轮组件；401、承重轮；402、承重轮轴；5、驱动轮组件；501、驱动轮；502、驱动轮轴；503、驱动轮支座；504、销轴；505、驱动轮支架；506、销钉；507、螺母II；508、弹簧III；509、丝杠；5091、螺母安装到位标记结构；6、行走支架；601、垂直连接架；602、水平板；7、纵向辅助轮组件；701、弹簧轴II；702、纵向辅助轮；703、弹簧II；704、限位销钉；8、控制器；9、减速器；10、伺服电机；11、巡检机器人。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

实施例1

参照图1-图6和图10，煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置，该行走装置沿工字钢导轨1行走，所述煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置包括外壳2、行走支架6、4组横向辅助轮组件3、4组承重轮组件4、2组驱动轮组件5、2组纵向辅助轮组件7、1个控制器8、2个减速器9和2个伺服电机10；所述行走支架6安装在外壳2内部上方，行走支架6两侧平行设置的垂直连接架601上分别安装有2组沿前后方向设置的横向辅助轮组件3，2组横向辅助轮组件3紧贴在工字钢导轨1上，在行走支架6的2个垂直连接架601内侧分别安装有2组沿前后方向设置的承重轮组件4，2组承重轮组件4与所述工字钢导轨1中底部的水平段相接触，在行走支架6底部水平板602上安装有2组沿前后方向设置的纵向辅助轮组件7，纵向辅助轮组件7与所述承重轮组件4配合，保证行走装置纵向稳定性，在所述行走支架6的2个垂直连接架601上分别对称安装有1组驱动轮组件5，每组驱动轮组件5与工字钢导轨1的垂直段相接触，每组驱动轮组件5底端分别连接有减速器9，减速器9另外与设置在同侧的伺服电机10相连接，2个伺服电机10另外与控制器8信号连接，控制器8控制2个伺服电机10分别驱动同侧的驱动轮组件5在工字钢导轨1上行进，所述控制器8、2个减速器9和2个伺服电机10均安装在外壳2内部底端。

所述横向辅助轮组件3包括横向辅助轮304、限位轴套301、弹簧I302和弹簧轴Ⅰ303，所述横向辅助轮304的两端分别通过弹簧轴Ⅰ303与限位轴套301固定在所述行走支架6的垂直连接架601上，所述弹簧轴Ⅰ303上还安装有弹簧I302。

所述弹簧轴Ⅰ303上设有弹簧轴Ⅰ安装到位标记结构3031，所述弹簧轴Ⅰ安装到位标记结构3031为在弹簧轴Ⅰ303上加工的环形凹槽，当环形凹槽的前端边沿与横向辅助轮304的末端边沿对齐时，弹簧轴Ⅰ303安装到位。

所述承重轮组件4包括承重轮401、承重轮轴402和螺母I403，所述承重轮401上设有承重轮轴402，所述承重轮轴402沿水平方向穿过行走支架6的垂直连接架601并通过螺母I403固定，所述承重轮401的底部与所述工字钢导轨1中底部的水平段相接触。

所述驱动轮组件5包括驱动轮501、驱动轮轴502、驱动轮支座503，所述驱动轮501上安装有驱动轮轴502，驱动轮轴502下方安装有驱动轮支座503，所述驱动轮支座503与减速器9相连接。

所述驱动轮组件5还包括驱动轮调整组件，所述驱动轮调整组件包括2个驱动轮支架505、2个销轴504、2个销钉506、2个螺母II507、2个弹簧III508和丝杠509；每个所述驱动轮支架505的一端通过销轴504和销钉506可旋转地安装在行走支架6的垂直连接架601上，驱动轮支架505的中间断开后与驱动轮支座503相固定，2个驱动轮支架505的另一端置于行走支架6的2个垂直连接架601外侧，且在2个驱动轮支架505和2个垂直连接架601上穿设有丝杠509，在2个驱动轮支架505的外侧丝杠509的两端分别套装有弹簧III508，且在丝杠509的两端分别安装有螺母II507，螺母II507在弹簧III508作用下通过丝杠509将两个驱动轮501紧固在工字钢导轨1上。

所述丝杠509的两端分别设有螺母安装到位标记结构5091，所述螺母安装到位标记结构5091为在丝杠509上加工的环形凹槽，当螺母II507外侧边沿旋转至与环形凹槽的内侧边沿处，则螺母II507安装到位。

所述纵向辅助轮组件7包括纵向辅助轮702、弹簧II703、弹簧轴II701和限位销钉704，所述纵向辅助轮702的两端分别垂直安装有弹簧轴II701，弹簧轴II701的底端与行走支架6底部的水平板602上，在每个所述弹簧轴II701的底端均套装有弹簧II703，在每个所述弹簧轴II701的顶端均安装有限位销钉704，纵向辅助轮702在弹簧II703的作用下固定在工字钢导轨1底侧。

一种煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置的用法，具体包括以下步骤：

参照图7，(1)将行走装置的外壳2与巡检机器人11装配在一起，巡检机器人11装配在外壳2下方，装配方式可采用螺钉与巡检机器人11进行固定，巡检机器人11与控制器8之间互相通讯供电连接，控制行走装置运行状态；

参照图8-图9，(2)调节行走装置中横向辅助轮组件3和驱动轮组件5与工字钢导轨1之间位置，确保行走装置的摩擦力与驱动电机驱动力匹配，保证伺服电机10动力输出，避免出现过载或打滑现象；

(3)通过控制器8控制2个伺服电机10分别驱动同侧的驱动轮501在工字钢导轨1上行进，从而带动巡检机器人的行走。

所述步骤(2)的横向辅助轮组件3的调节是将弹簧轴Ⅰ303前端调节至弹簧轴Ⅰ安装到位标记结构3031处，确保横向辅助轮组件3安装到位，驱动轮组件5的调节是将两个螺母II507分别调节至丝杠509两端的螺母安装到位标记结构5091处，确保驱动轮组件5安装到位，安装位置的标记可确保不同操作者对于行走装置安装的准确性，提升行走装置运行可靠性。

由于行走装置依靠伺服电机10提供驱动力克服摩擦力实现行走，本发明设计的行走装置中横向辅助轮组件3和驱动轮组件5与工字钢导轨1之间预紧力是可调节的，进而行走装置摩擦阻力可调，安装时需要调整至标记位置，确保行走装置的摩擦力与伺服电机10驱动力匹配，保证伺服电机10动力输出，可避免出现过载或打滑现象。

本发明的行走装置工作原理：伺服电机10接收控制器8的运行指令，牵引驱动轮组件5在工字钢导轨1上行走，巡检机器人11整机重量由承重轮组件4承担，横向辅助轮组件3和纵向辅助轮组件7保证行走稳定性。行走装置中伺服电机10和控制器8均采用本质安全型防爆技术处理，重量小，占用空间小。

横向辅助轮组件3共有四组，位于行进方向的前后各两组，用于保证行走装置横向稳定性，横向辅助轮304在弹簧I 302作用下紧固在工字钢导轨1两侧，当装置行走转弯时，保证装置能够很好贴合在工字钢导轨中，且当工字钢导轨表面不平整时，弹簧I 302能够过滤颠簸振动，保证运行平稳性。

纵向辅助轮组件7共有两组，分别安装在行进方向前后各一组，与承重轮401配套使用，保证行走装置纵向稳定性。当行走装置爬坡运行时，纵向辅助轮组件7可以保证装置在工字钢导轨1上的稳定性，能够避免出现滑坡状态，且当工字钢导轨1表面不平整时，弹簧II 703通过伸缩来保证装置平稳运行。

承重轮组件4共有四组，布置在巡检机器人11行进方向前后各两组，承重轮401与承重轮轴402装配后通过螺母I 403固定在行走支架6上，同时与工字钢导轨1接触，用于承担整个巡检机器人11的重量。

驱动轮组件5的驱动轮支座503与减速器9、伺服电机10连接，用于传递来自伺服电机10的扭矩，驱动轮501与工字钢导轨1之间的预紧力通过螺母II 507调节，用于给行走装置提供不同的预紧压力，在摩擦力作用下带动不同重量的巡检机器人11行走。

当工字钢导轨1表面不平整时，弹簧III 508起到减震作用，保证整个装置的行走稳定性，为巡检机器人11提供可靠运行平台。

对称布置的驱动轮组件5在对应伺服电机10牵引下，可以实现同步运行或者差速运行，保证行走装置直线运行和转弯运行时的可靠性，双机驱动模式下，运行模式更加节能，整体功耗低。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置，该行走装置沿工字钢导轨上行走，其特征在于，所述煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置包括外壳、行走支架、4组横向辅助轮组件、4组承重轮组件、2组驱动轮组件、2组纵向辅助轮组件、1个控制器、2个减速器和2个伺服电机；所述行走支架安装在外壳内部上方，行走支架两侧平行设置的垂直连接架上分别安装有2组沿前后方向设置的横向辅助轮组件，2组横向辅助轮组件紧贴在工字钢导轨上，在行走支架的2个垂直连接架内侧分别安装有2组沿前后方向设置的承重轮组件，2组承重轮组件与所述工字钢导轨中底部的水平段相接触，在行走支架底部水平板上安装有2组沿前后方向设置的纵向辅助轮组件，纵向辅助轮组件与所述承重轮组件配合，保证行走装置纵向稳定性，在所述行走支架的2个垂直连接架上分别对称安装有1组驱动轮组件，每组驱动轮组件与工字钢导轨的垂直段相接触，每组驱动轮组件底端分别连接有减速器，减速器另外与设置在同侧的伺服电机相连接，2个伺服电机另外与控制器信号连接，控制器控制2个伺服电机分别驱动同侧的驱动轮组件在工字钢导轨上行进，所述控制器、2个减速器和2个伺服电机均安装在外壳内部底端，伺服电机和控制器均采用本质安全型防爆技术处理；

所述横向辅助轮组件包括横向辅助轮、限位轴套、弹簧I和弹簧轴Ⅰ，所述横向辅助轮的两端分别通过弹簧轴Ⅰ与限位轴套固定在所述行走支架的垂直连接架上，所述弹簧轴Ⅰ上还安装有弹簧I；

所述弹簧轴Ⅰ上设有弹簧轴Ⅰ安装到位标记结构；

所述驱动轮组件包括驱动轮、驱动轮轴、驱动轮支座，所述驱动轮上安装有驱动轮轴，驱动轮轴下方安装有驱动轮支座，所述驱动轮支座与减速器相连接；

所述驱动轮组件还包括驱动轮调整组件，所述驱动轮调整组件包括2个驱动轮支架、2个销轴、2个销钉、2个螺母II、2个弹簧III和丝杠；每个所述驱动轮支架的一端通过销轴和销钉可旋转地安装在行走支架的垂直连接架上，驱动轮支架的中间断开后与驱动轮支座相固定，2个驱动轮支架的另一端置于行走支架的2个垂直连接架外侧，且在2个驱动轮支架和2个垂直连接架上穿设有丝杠，在2个驱动轮支架的外侧丝杠的两端分别套装有弹簧III，且在丝杠的两端分别安装有螺母II，螺母II在弹簧III作用下通过丝杠将两个驱动轮紧固在工字钢导轨上；

所述丝杠的两端分别设有螺母安装到位标记结构；

所述纵向辅助轮组件包括纵向辅助轮、弹簧II、弹簧轴II和限位销钉，所述纵向辅助轮的两端分别垂直安装有弹簧轴II，弹簧轴II的底端与行走支架底部的水平板上，在每个所述弹簧轴II的底端均套装有弹簧II，在每个所述弹簧轴II的顶端均安装有限位销钉，纵向辅助轮在弹簧II的作用下固定在工字钢导轨底侧。

2.如权利要求1所述的煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置，其特征在于，所述承重轮组件包括承重轮、承重轮轴和螺母I，所述承重轮上设有承重轮轴，所述承重轮轴沿水平方向穿过行走支架的垂直连接架并通过螺母I固定，所述承重轮的底部与所述工字钢导轨中底部的水平段相接触。

3.如权利要求1-2任意一项所述的煤矿吊轨式巡检机器人用双机驱动式行走装置的用法，具体包括以下步骤：

(1)将行走装置的外壳与巡检机器人装配在一起，巡检机器人装配在外壳下方，巡检机器人与控制器之间互相通讯供电连接；

(2)调节行走装置中横向辅助轮组件和驱动轮组件与工字钢导轨之间位置，确保行走装置的摩擦力与电机驱动力匹配，保证伺服电机动力输出，避免出现过载或打滑现象；

(3)通过控制器控制2个伺服电机分别驱动同侧的驱动轮在工字钢导轨上行进，从而带动巡检机器人的行走；

所述步骤(2)的横向辅助轮组件的调节是将弹簧轴Ⅰ前端调节至弹簧轴Ⅰ安装到位标记结构处，驱动轮组件的调节是将两个螺母II分别调节至丝杠两端的螺母安装到位标记结构处。

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