一种轨道弹性压紧装置、轨道机器人及方法与流程

本发明涉及轨道巡检机器人技术领域，尤其涉及一种轨道弹性压紧装置、轨道机器人及方法。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

隧道及综合管廊建设在城市地下，用于集中敷设电力、通信、广播电视、给水等市政管线的公共隧道。由于隧道及综合管廊内空间狭小，设备布置相对集中，近似处于密闭环境，人工对重点设备进行检测难度大、安全风险高。现多采用机器人进行无人值守方式对地下电力设备进行监测，机器人在轨道上运行，轨道吊装在隧道及综合管廊内。大多管廊曲折蜿蜒，导致各轨道存在高度差，需要机器人具有爬升能力以满足隧道内设备的日常监测工作。

现有隧道及综合管廊监测机器人在进行大角度轨道爬坡时多采用齿轮齿条啮合传动实现，齿轮齿条传动爬升机构存在结构复杂，齿条安装要求精度高，施工难度大、可能会出现溜车及打滑等问题；另外，机器人在高速运行时，依靠驱动轮自锁进行刹车无法及时制动，难以保证停车位置精度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出了一种轨道弹性压紧装置、轨道机器人及方法，能够避免机器人在上下坡时可能出现的溜车及打滑现象，同时能够减小机器人刹车滑行距离，提高了机器人系统的稳定性和停车定位精度。

根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种轨道弹性压紧装置，包括：底座，固定在所述底座上的轴承座，以及通过轴承与所述轴承座连接的摆臂支架；在沿所述摆臂支架摆动方向的两侧，分别设置弹性拉紧件，所述弹性拉紧件一端与摆臂支架连接，另一端通过连接件固定到所述底座上；所述摆臂支架上设置轨道压紧件。

根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种轨道机器人，包括：上述的轨道弹性压紧装置；所述轨道机器人上设定位置设有信号读取装置，所述信号读取装置能够读取分别设置在爬升轨道起始端和结束端位置标签的信息，并传送至机器人控制装置，机器人控制装置根据接收到的信号，控制轨道弹性压紧装置的移动方向和移动距离。

根据本发明实施例的第三个方面，提供了一种轨道机器人爬升轨道的方法，包括：

机器人运行至爬升轨道位置，读取爬升轨道起始端位置标签的信息时，机器人控制装置控制轨道弹性压紧装置向靠近轨道方向移动，并实时测量轨道弹性压紧装置设定位置与轨道之间的距离，直至所述距离达到设定要求，以使轨道弹性压紧装置与轨道之间保持最优的压紧力；

机器人读取到爬升轨道结束端位置标签的信息时，机器人控制装置控制轨道弹性压紧装置向远离轨道方向移动并返回初始位置。

机器人接收到紧急制动指令时，机器人控制装置控制轨道弹性压紧装置向靠近轨道方向移动，通过轨道弹性压紧装置与轨道之间的压紧力，实现快速制动。

机器人接收到紧急制动指令时，机器人控制装置控制轨道弹性压紧装置向靠近轨道方向移动，通过轨道弹性压紧装置与轨道之间的压紧力，实现快速制动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明针对于坡度轨道环境，提出了摆臂式轨道弹性压紧技术，研制了轨道弹性抱紧装置和摆臂式弹性压紧装置，能够在大坡度爬升中增大机器人对轨道的压紧力，提升机器人的爬坡能力，摆臂式设计能够避免垂直式接触压紧机构在爬坡中出现的卡死现象，解决轨道机器人爬坡能力差的问题。

(2)轨道弹性抱紧机构和摆臂式弹性压紧机构的配合，实现了机器人对轨道的多维度抱紧，提高整体压紧的效果，有效修正了机器人运动姿态，提高了机器人转弯、水平运动的平稳性。

(3)机器人在高速运行刹车时，通过摆臂式轨道弹性压紧装置能够辅助实现快速制动的目的。

(4)本发明提出了一种轨道压紧辅助爬升方法，研制了相关系统，通过对坡轨前预置点位置识别，系统控制电动推杆抬升摇臂式弹性压紧机构与轨道相接触，解决了压紧机构对机器人造成的多余能量损耗的问题，实现了机器人能量的合理化利用，降低了机器人功耗，提高了机器人的巡检距离。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为根据本发明实施例的轨道弹性压紧装置主视图；

图2为根据本发明实施例的轨道弹性压紧装置侧视图；

图3为根据本发明实施例的轨道弹性压紧装置与轨道配合示意图；

图4为根据本发明实施例的带有轨道弹性压紧装置的机器人示意图；

图5为根据本发明实施例的轨道弹性抱紧机构示意图；

图6为根据本发明实施例的轨道弹性抱紧机构与轨道配合示意图；

图7为根据本发明实施例的机器人爬升轨道示意图；

图8为根据本发明实施例的机器人爬升轨道过程示意图；

其中，1-1.电动直线导轨，1-2.直线导轨，1-3.压紧轮，1-4.摆动架旋转轴，1-5.摆臂支架，1-6.轴承座，1-7.不锈钢拉簧，1-8.轴承，1-9.摆臂轴，1-10.拉簧固定块，1-11.激光测距传感器；

3-1.轨道，3-2.轨道弹性压紧装置；4-1.驱动摆臂架，4-2.rfid感应标签，4-3.从动摆臂架，4-4.rfid读卡器；

5-1.固定座，5-2.弹簧，5-3.转动架，5-4.防倾覆轮，5-5.销轴，5-6.螺纹轴；5-7.抱紧滚轮；6-7.轨道弹性抱紧机构；7-1.轨道机器人，7-2.弯轨前rfid感应标签，7-3.弯轨后rfid感应标签。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

根据本发明实施例，提供了一种轨道弹性压紧装置的实施例，参照图1-2，具体包括：底座，固定在底座上的轴承座1-6，以及通过轴承1-8与轴承座1-6连接的摆臂支架1-5；在沿摆臂支架1-5摆动方向的两侧，分别设置弹性拉紧件，弹性拉紧件一端与摆臂支架1-5连接，另一端通过连接件固定到所述底座上；摆臂支架1-5上设置轨道压紧件。

具体地，轨道压紧件为压紧轮1-3，摆臂支架1-5顶端设置卡槽，卡槽内设有摆动架旋转轴1-4，摆动架旋转轴1-4的两端分别通过螺母连接压紧轮1-3。当然，轨道压紧件也可以选择其他结构实现，比如：压紧板。

轴承1-8设置在轴承座1-6内，轴承1-8与摆臂轴1-9套接，摆臂支架1-5能够以摆臂轴1-9为中心进行摆动。弹性拉紧件为不锈钢拉簧1-7，不锈钢拉簧1-7一端连接摆臂支架1-5，另一端固定在拉簧固定块1-10上。拉簧固定块1-10上设计有长椭圆孔，可以实现不锈钢拉簧1-7初始预紧力的调整。拉簧的作用是工作时在弹簧的轴向上提供收缩力，机构安装在椭圆孔的不同位置可以改变弹簧的初始形变量从前提供不同的初始拉力。

由于分段式轨道之间连接存在台阶及间隙等间断情况，摆臂式弹性压紧机构轴向可以摆动，防止本机构在台阶处出现卡死的情况发生。

底座固定在移动机构上，移动机构能够带动底座及其上部件沿设定方向移动。本实施例中，移动机构为电动直线导轨1-1，机器人能够控制电动直线导轨1-1移动，从而带动底座及其上部件沿着电动直线导轨1-1和直线导轨1-2向靠近轨道方向或者远离轨道方向移动。

底座的设定位置设有激光测距传感器1-11，能够监测该位置与轨道之间的实施距离，从而控制轨道弹性压紧装置的移动位移，保证轨道弹性压紧装置与轨道保持最优的距离及压紧力。

弹性压紧机构最优压紧力及距离是通过计算而来，在机器人驱动轮摩擦力不足时，机器人驱动轮会出现空转打滑现象。增加驱动轮与轨道之间的压力，可以有效防止驱动轮空转打滑。所谓的最优距离及压紧力是指摆臂式弹性压紧机构提供给机器人驱动轮最小的压紧力。

实施例二

根据本发明实施例，提供了一种轨道机器人7-1的实施例，参照图3和图4，包括：实施例一中所述的轨道弹性压紧装置3-2；另外，轨道机器人7-1上设定位置设有信号读取装置，在爬坡轨道的起始端和结束端均设置位置标签；本实施例中，位置标签为rfid感应标签4-2，信号读取装置为rfid读卡器4-4。

当机器人运行到爬升处rfid标签(即弯轨前rfid感应标签7-2)位置时，位于机器人上的rfid读卡器4-4接收到rfid标签信号，机器人控制电动直线导轨1-1带动摆臂式轨道弹性压紧装置向上移动，安装在摆臂式弹性压紧机构上的激光测距传感实时对摆臂式弹性压紧机构与轨道的相对距离进行测量，机器人后台对距离数据进行分析处理，控制电动直线导轨1-1的运行长度，使摆臂式弹性压紧机构与轨道保证最优的距离及压紧力。

当机器人完成弯轨部分爬升，rfid读卡器4-4读取爬坡结束端rfid标签(即弯轨后rfid感应标签7-3)信息时，机器人控制电动直线导轨1-1反方向移动，摆臂式轨道弹性压紧装置与轨道分离，返回初始位置，处于非工作状态。

在一些实施方式中，当机器人收到紧急制动指令时，电动直线导轨1-1带动摆臂式弹性压紧机构向上移动与轨道3-1接触，实现机器人的快速制动，精确定位。

本实施例所述的向上移动指的是向靠近轨道的方向移动，向下移动指的是向远离轨道的方向移动。

作为可选的实施方式，机器人还设有轨道弹性抱紧机构6-1，参照图5和图6，包括：固定座5-1、弹簧5-2、转动架5-3、防倾覆轮5-4、螺纹轴5-6及抱紧滚轮5-7。弹簧5-2一端安装在固定座5-1沉孔内，一端固定在转动架5-3内侧。抱紧滚轮5-7作用于轨道测面实现弹性抱紧作用，防倾覆轮5-4安装在轨道内侧防止机器人出现倾覆。

抱紧滚轮5-7通过螺纹轴5-6安装在转动架5-3处，转动架5-3与固定座5-1通过销轴5-5相连接。

弹性抱紧机构设置压缩弹簧，在滚轮压紧轨道时，弹簧弹性形变，提供压紧力。

本实施例的摆臂式弹性压紧机构，安装在摆臂架的上部，抱紧轨道的作用是保证机器人在运行时姿态的稳定性，防止出现晃动情况。轨道弹性抱紧机构6-1与摆臂式弹性压紧机构配合使用，提高整体压紧的效果，保证运动的平稳形态；能够实现机器人对轨道的多维度抱紧，有效修正了机器人运动姿态，提高了机器人转弯、水平运动的平稳性。

机器人驱动摆臂架4-1、从动摆臂架4-3分别微框架结构零件，用于起到机器人与轨道连接以及对机器人的支持作用。机器人驱动摆臂架4-1、从动摆臂架4-3上分别安装有轨道弹性抱紧机构6-1及摆臂式轨道弹性压紧装置3-2，增加了机器人对轨道的抱紧力及摩擦力，保证机器人在运行时保持良好的运行状态。

实施例三

根据本发明的实施例，提供了一种轨道机器人7-1爬升轨道的方法的实施例，参照图7和图8，包括：

机器人运行至爬升轨道位置，读取爬升轨道起始端位置标签的信息时，机器人控制装置控制轨道弹性压紧装置向靠近轨道方向移动，并实时测量轨道弹性压紧装置设定位置与轨道之间的距离，直至所述距离达到设定要求，以使轨道弹性压紧装置与轨道之间保持最优的压紧力；

机器人读取到爬升轨道结束端位置标签的信息时，机器人控制装置控制轨道弹性压紧装置向远离轨道方向移动并返回初始位置。

机器人接收到紧急制动指令时，机器人控制装置控制轨道弹性压紧装置向靠近轨道方向移动，通过轨道弹性压紧装置与轨道之间的压紧力，实现快速制动。

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。