一种电缆沟巡检机器人的制作方法

1.本发明属于电缆巡检技术领域，具体涉及一种电缆沟巡检机器人。


背景技术：

2.电缆隧道火灾的发生是一个逐渐积累的过程。随着时间的增加，由于绝缘层老化、灰尘油污积、中间接头松动等原因，造成电缆局部温度逐渐上升，从而引发火灾。在事故发生之前，若能够有效地对电缆隧道内部的温度、烟雾等状况进行实时的监控，就可以做到将火灾防范于未然。虽然电缆隧道的监控问题早已引起人们的注意，但是始终没有找到妥善合理的解决方法。
3.传统的电缆隧道采用人工巡检的方式。每隔一定时间，巡视人员进入隧道，利用测温仪器手工检查电缆中间接头的温度状况。这种方法浪费了大量的人力。同时，由于手工方式的局限性，难以做到每次都对每一个中间接头进行检测，只能对温度升高较快速处进行检查，不能做到防患于未然，无法起到真正的预防作用。
4.后来，开始出现采用热感线的方式搭配监控系统来对电缆进行在线监测，具体为将一根热感线沿电缆布置方向紧贴电缆延伸，从而进行高温点探测。然而，热感线的缺陷在于：其一，位于电缆隧道内两侧的电缆是多根成束捆扎布置的，热感线仅能监测紧贴的相邻电缆的高温变化，而位于最远端的电缆的温度变化监测效果则非常差。其二，热感线在布置时，由于本身具备一定的刚度及弹性，因此往往呈现波浪状从而难以紧贴电缆，这使得哪怕是临近热感线的电缆，也常因热感线线体与电缆之间间隙的不均匀性而存在监测漏洞。
5.再后来，隧道巡检机器人开始流行。隧道巡检机器人的具体机构在公告号为“cn107046252a”的名称为“一种电缆沟道智能巡检机器人”的发明专利申请中以及公告号为“cn207691316u”的名称为“一种电缆沟机器人巡检系统”的实用新型专利申请中均有所描述，主要结构为：包括本体以及供所述本体移动的履带，履带安装于所述本体下侧的两侧并由蓄电池提供电源，本体上设置有控制系统和控制云台，控制系统包括主控制器以及与所述主控制器相互通信连接的发射通讯天线，控制云台包括与所述主控制器相互通信连接的高清相机和热成像仪。功能为：通过无线网络向隧道外的技术人员实时地传输隧道内电缆的工作状态画面，隧道内的温度、湿度，电力电缆的表面温度等参数；当这些状态参数发生异常时，隧道外技术人员可以确定机器人所处位置的电力电缆存在安全隐患，这样就可以组织人员对相应部位进行维修。上述隧道巡检机器人使用成效确实极佳，然而仍然有以下无法解决的问题：一方面，电缆隧道在装配线缆时，考虑到火灾状况，会在电缆隧道内每隔指定长度浇筑一道厚重的防火墙，从而将电缆隧道隔离成一个个的隧道单元，以起到火灾时的物理隔离目的。防火墙的存在，使得每次隧道巡检机器人巡检时，需不断重复从前一个隧道单元内取出隧道巡检机器人-复位前一个隧道单元上的盖板-搬开新隧道单元的盖板-再放入隧道巡检机器人的流程，操作极为繁复，体力劳动巨大，显然严重制约了实际巡检效率。另一方面，前面也表述过，电缆隧道内的电缆是成束布置的，因此存在一定高度，传统的隧道巡检机器人可巡视高度恒定，必然有某些电缆死角无法被巡视到，造成巡视漏洞，
存在安全隐患。


技术实现要素：

6.本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而实用的电缆沟巡检机器人，本电缆沟巡检机器人可通过电缆沟来实现穿墙操作，从而避免因防火墙的存在而导致的诸多使用问题，进而可高效率的完成预定的巡检任务。
7.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
8.一种电缆沟巡检机器人，其特征在于：包括车体以及安装于车体上的工件升降台；
9.所述工件升降台包括工作单元以及用于顶升工作单元的四连杆组件；所述四连杆组件包括构成两组长臂的上部长连杆和下部长连杆以及分别衔接两组长臂首尾端的首端短连杆和尾端短连杆，且首端短连杆、上部长连杆、尾端短连杆和下部长连杆依序铰接；以上部长连杆与尾端短连杆配合形成的铰接点构成基准定位点，首端短连杆的杆端向上延伸从而形成用于固定工作单元的固定端；所述基准定位点处同轴铰接有直行程驱动源，所述首端短连杆上开设有下导向槽，上部长连杆处开设有上导向槽，上导向槽与下导向槽配合形成开口朝向尾端短连杆的“八”字状导向部；直行程驱动源的工作端分别向两组导向槽处水平延伸有导向块，从而同时与上导向槽及下导向槽间构成导轨滑块配合关系。
10.优选的，所述直行程驱动源包括驱动电机，动力电机的工作端设置驱动丝杆，驱动丝杆上螺纹配合有动力块，该动力块构成所述工作端；所述上导向槽及下导向槽外形均呈弓背朝向尾端短连杆的“c”字弧槽状；上导向槽及下导向槽的相对靠近尾端短连杆的槽端向尾端短连杆处反向弯曲，并形成槽长方向平行所在连杆长度方向的过渡槽段。
11.优选的，由首端方向至尾端方向，所述上导向槽处槽口与水平面的切角逐渐增大；所述上导向槽和下导向槽彼此面对称。
12.优选的，所述四连杆组件为两组且分置于直行程驱动源的两侧处，从而形成立体框架构造；两组首端短连杆构成音叉状悬臂的分叉，工作单元包括小连杆以及固定在小连杆首端的摄像机，音叉状悬臂的柄端水平铰接在小连杆的尾端处，并通过俯仰电机驱动工作单元产生俯仰动作。
13.优选的，两组长臂处布置连接彼此的可供收纳状态下的音叉状悬臂搁置的顶板。
14.优选的，两组以上的车轮彼此平行排布从而形成行走部，两组行走部排布于车体两侧处，从而形成车体的轮式车体构造；车体上布置用于展开行走部的展开系统；所述展开系统包括固定于车体上的底板以及布置于底板上的直线动作单元，直线动作单元包括两组可在动力源驱动下沿底板长度方向作彼此相向及相离动作的移动块；每组移动块均各自通过第一铅垂铰接轴铰接“l”字状的悬臂板的短边端，悬臂板的长边端通过第二铅垂铰接轴铰接行走部；以位于车体同侧的两组悬臂板构成一组驱动行走部展开的展开单元，当动力源驱动移动块动作直至带动位于车体同侧的两组悬臂板的短边端产生相向动作时，行走部产生相对车体的收拢动作。
15.优选的，所述动力源为动力电机，动力源的输出轴同轴连接有动力丝杆；动力丝杆的两组螺纹段上均螺纹配合有一组移动块，以使得两组移动块及一组动力丝杆共同配合形成所述直线动作单元；移动块的两侧分别铰接一组悬臂板的短边端。
16.优选的，移动块上贯穿布置有可供导向杆穿行的导向孔，导向杆为两组且分置于
动力丝杆两侧处。
17.优选的，所述电缆沟巡检机器人还包括用于托起整个车体的顶升系统，所述顶升系统包括底杆；底杆首端通过第一水平铰接轴铰接固定于首端摆杆底端，首端摆杆顶端通过第二水平铰接轴铰接固定于底板首端处；底杆尾端通过第三水平铰接轴铰接于尾端摆杆底端，尾端摆杆顶端与位于底板尾端的摆臂电机的输出轴间动力连接。
18.优选的，所述底杆为直杆状的两组，两组底杆之间通过横向拉杆固接彼此从而形成水平四方框架结构。
19.本发明的有益效果在于：
20.1)、因火灾状况，电缆隧道内会每隔指定长度布置一道厚重的防火墙，从而将电缆隧道隔离成一个个的隧道单元，以起到火灾时的物理隔离目的；但是，考虑到排水问题，电缆隧道地面的中线处又都会开设一道排水沟，且排水沟会贯通防火墙以便进行排水。
21.在上述现状的基础上，本发明考虑设计一种可在排水沟内行驶的电缆沟巡检机器人；通过在该电缆沟巡检机器人上布置工件升降台，使其一方面可实现摄像机的升降高度的可控功能，从而能针对不同的线束高度而进行针对性的现场调整，以确保对成束捆扎布置的线缆的多角度多位置扫描拍摄目的，最终确保监控效果。另一方面，在满足上述基础需求的前提下，还能同步确保收纳后体积的最小化，从而为电缆隧道巡检机器人的后续穿墙操作提供基础保证。
22.更具体而言，本发明通过动力电机搭配丝杆螺母机构来形成直行程驱动源，依靠外“八”字状布置的两组导向槽来形成滑移力臂，从而实现了小行程的动力结构带动大体积的四连杆组件产生随动动作功能。而如不采用两组导向槽时，丝杆螺母结构直接驱动四连杆组件的某一根力臂，虽然也能实现四连杆组件的升降动作，但会需求较大的安装空间和动作空间，显然难以适应空间狭小逼仄的电缆隧道环境。本发明通过采用两组导向槽，一方面抛开了庞大体积的传统动力结构，保证了驱动幅度小而动作幅度大的特殊作业需求，整体的装配体积能进一步缩减；另一方面，则确保了四连杆组件在动作时，至少两组彼此铰接的连杆存在同步动作性，整体装置的动作可靠性及稳定性均能得到有效保证。
23.综上，本发明不仅可实现摄像机的升降高度的可控功能，还可同步确保收纳后体积的最小化，从而避免因防火墙的存在而导致的诸多使用问题，进而可高效率的完成预定的巡检任务。
24.2)、进一步的，直行程驱动源可以采用常规的液压缸等来形成，只需能具备足够的动力，从而能在小行程下推动整个升降台产生相对工作单元的升降动作。对于上导向槽及下导向槽而言，其“c”字弧槽状的构造，确保了直行程驱动源的施力平稳性，为工作单元的顺利抬升及下落提供了可靠保障。过渡槽段的布置为本发明的另一个亮点部分；单纯采用“c”字弧槽状的上导向槽及下导向槽，在顶升工作单元的初始阶段，直行程驱动源需要同时克服自身动作阻力和升降台的质量，这需要极大动能；而采用了过渡槽段后，直行程驱动源能够在初始动作之前作预热动作，也即在过渡槽段内行进产生的行程是克服自身动作阻力的预热行程，此时驱动电机已经开始正常回转，后续行程只需针对性的克服升降台的质量，设备的工作可靠性及稳定性能得到显著提升。
25.3)、对于两组导向槽而言，此处可进一步描述其效果如下：其一，两组导向槽整体呈圆弧形，在导向块与相应导向槽配合运动的过程中，四连杆组件进行张开和收缩。四连杆
组件刚开始张开的时候，各铰接处轴承受竖直方向的力矩较大，故各导向槽槽口与水平面切角要尽可能小，也即相应导向槽的槽型曲线的切线与水平面所形成的夹角要尽可能小，以抵消竖直力矩的反作用力。继续张开，则各铰接处轴承受竖直方向逐渐减小，承受水平方向力矩增大，此时槽口与水平面切角需要变大，以便一方面抵消水平力矩的反作用力，另一方面增加四连杆组件张开速度。因此，实际上两组导向槽整体来看，其槽口与水平面的切角是需要逐渐增大的。其二，由于四连杆组件乃至整个工件升降台在运动过程中的力矩是不断变化的，直接通过驱动电机带动其运动的话，必须选取力矩最大的时候也即四连杆组件刚开始张开的状态进行电机选型，这样电机功耗较大，造成浪费。通过增加上述导向槽并形成“八”字布局，达到协同配合目的，可使得四连杆组件在变形过程中的力矩作用到驱动电机的时候就会相对均衡。其三，动力块与上导向槽和下导向槽分别配合运动，也会确保四连杆组件产生的运动轨迹始终是相同的，有利于提升工作单元的动作稳定性。因为四连杆组件除了驱动杆以外，其余的连杆稳定性都不太好；故对连接基准定位点的相邻两个连杆同时同步驱动，能显著的提高四连杆组件在运动过程中的整体稳定性，一举多得。
26.4)、在四连杆组件顶升工作单元的同时，工作单元本身也具备俯仰动作能力，以使得摄像机产生俯仰动作，从而保证摄像机能始终以水平状况来进行对线缆的实时观测。在正常的收拢状态下，四连杆组件回缩，此时音叉状悬臂刚好搁置在顶板上，从而使得整车体积趋于最小化。顶板同时也起到对下方敏感部件的保护功能，避免电缆隧道内复杂环境所可能产生的坠石对车内元件造成不利影响。
27.5)、本发明为轮式巡检车，行驶时依靠位于车体两侧的两组行走部来保证行进效果。在需通过排水沟时，在直线动作单元动作下，悬臂板回缩，带动两组行走部收拢并紧贴在车体两侧边，实现宽度方向上的体积最小化，以便于整车进入排水沟并穿过防火墙。
28.6)、实际操作时，本发明依靠单根动力丝杆来带动两组移动块产生相近及相离动作；而两组移动块又分别带动两组悬臂板的短板端，进而使得总共四组悬臂板产生展开及收拢动作，其构造简洁且动作稳定可靠。
29.7)、顶升系统的作用，在于必要时能顶起整车，从而方便行走部在脱离地面的情况下产生收拢及展开动作，以确保展开系统的正常可靠工作。
附图说明
30.图1为本发明的立体结构示意图；
31.图2和图3为本发明的工作状态图；
32.图4和图6为工件升降台的动作流程图；
33.图5为图4的i部分局部放大图；
34.图7为图6的ii部分局部放大图；
35.图8为工件升降台的结构爆炸图；
36.图9为展开系统的工作状态图；
37.图10为图9的结构爆炸图；
38.图11为展开系统的立体结构示意图；
39.图12为顶升系统的工作状态图；
40.图13为顶升系统的立体结构示意图。
41.本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：
42.10-工件升降台
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11-工作单元
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11a-摄像机
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11b-小连杆
43.12-上部长连杆
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12a-上导向槽
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13-下部长连杆
44.14-首端短连杆
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14a-下导向槽
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15-尾端短连杆
45.16-直行程驱动源
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16a-导向块
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16b-驱动电机
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16c-驱动丝杆
46.16d-动力块
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17-顶板
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a-过渡槽段
47.20-车体
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30-行走部
48.40-展开系统
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41-底板
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42-动力源 43-移动块
49.44-悬臂板
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45-动力丝杆
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46-导向杆
50.50-顶升系统
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51-底杆
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52-首端摆杆 53-尾端摆杆
51.54-摆臂电机
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55-横向拉杆
具体实施方式
52.为便于整体了解，此处对整个电缆沟巡检机器人的具体实施例的结构及工作方式作以下描述：
53.电缆沟巡检机器人，也即本发明，如图1-13所示的，其主体部分包括车体20、用于展开行走部的展开系统40、用于顶升整机的顶升系统50以及布置于车体20上的作为功能件的工件升降台10。其中：
54.一、展开系统40
55.展开系统40，如图1-3及9-11所示的，包括一组布置于车体20下方的底板41、一组动力电机也即动力源42、一组动力丝杆45、两组移动块43以及四组悬臂板44。实际装配时，底板41外形呈长方板状且板面水平的设置在车体20底端处，车体20与底板41之间间隙构成动力电机也即动力源42、动力丝杆45、移动块43及悬臂板44的安置空间。动力丝杆45的动力端动力连接一组动力源42。移动块43在配合于动力丝杆45的螺纹段上后，再通过第一铅垂铰接轴铰接“7”字状或者说是“l”字状的悬臂板44的短板端，而悬臂板44的悬臂端则通过第二铅垂铰接轴铰接行走部30，参照图9-10所示。在如图1-3中，行走部30为自带独立动力的轮式行走机构，悬臂板44的长板端直接与行走部30间构成铰接配合关系。由于行走部30由若干车轮排布形成，因此位于车体同侧处的两组悬臂板44可共同配合一组行走部30，以保证系统行进时的稳定性和精确性。
56.如图9-11所示的，实际装配时，可考虑进一步的将悬臂板44细分为彼此平行布置的上悬板及下悬板，以及布置于上悬板与下悬板之间的起结构加强作用的加强板，从而形成框架结构来提升其工作强度。其中，上悬板和下悬板的短板端均水平延伸且分置铰接于移动块43的同侧的顶端面及底端面处。当动力电机动作而驱使动力丝杆45转动，进而使得移动块43沿动力丝杆45的螺纹段产生往复位移动作时，移动块43会带动悬臂板44产生横向摆动动作。由于悬臂板44、行走部30之间因各铰接轴形成一体结构，此时在移动块43的直线动作下，悬臂板44随动，即可带动行走部30产生如图1及图11所示的收拢动作和如图2-3及图9-10所示的展开动作。与此同时，移动块43滑动配合在导向杆46上，以确保其动作准确性。
57.二、顶升系统50
58.顶升系统50是服务于展开系统40的；每当展开系统40处行走部30需产生展开及收拢动作时，行走部30均需脱离地面方可操作，因此需顶升系统50适时抬升整个车体20，方便行走部30产生指定动作。
59.顶升系统50的具体结构参照图2-3及12-13所示的，其包括由底板41、首端摆杆52、底杆51及尾端摆杆53首尾衔接形成的四杆机构，再以尾端摆杆53来动力配合摆臂电机54的输出轴，从而形成主动杆，以实现整个四杆机构的动作效果。一旦四杆机构产生动作，则底杆51即可相对底板41产生相近及相离动作，也就能驱使行走部30产生升降动作。而为提升底杆51的支撑稳定性，底杆51可以直接以平板制成，也可如本发明所述的采用两组底杆51配合横向拉杆55的方式。如图12-13所示的两组底杆51配合横向拉杆55所形成的四方框架状结构，显然对接触面的平整度要求更低，尤其适用于崎岖不平的电缆沟环境所使用。
60.三、工件升降台10
61.工件升降台10为本发明的重点部分，其具体结构参照图1-8所示，包括由下而上依序布置的直行程驱动源16、四连杆组件以及工作单元11。其中：
62.直行程驱动源16可直接市面购置，也即是具备动力块16d的直流电机或者说是驱动电机16b。动力块16d依靠驱动丝杆16c带动。由图5及图7-8可看出，驱动丝杆16c本身长度极短，就已经可满足实际动力需求，其原因即在于上导向槽12a及下导向槽14a与直行程驱动源16所形成的特殊动力系统。
63.在如图4-8所示结构中，四连杆组件包括构成两组长臂的上部长连杆12和下部长连杆13，以及构成两组短臂的首端短连杆14和尾端短连杆15。装配时，参照图4和图6所示的，将各长臂及短臂彼此首尾铰接，从而形成四连杆组件。而与传统的四连杆构造中直接将单根连杆延长后再驱动该连杆不同，本发明另辟蹊径的采用了上导向槽12a与下导向槽14a的外“八”字状导引构造，并将动力块16d处的导向块16a直接一一对应的卡入相应导向槽内，从而实现双动力臂的动力传递目的。
64.对于工作单元11而言，如图2-3所示，其包括摄像机11a以及具备俯仰电机的小连杆11b。当工作单元11被顶升至预定高度后，俯仰电机动作，使得摄像机11a产生俯仰动作，以保证摄像机11a能始终以水平状况来进行对线缆的实时观测。
65.实际操作时，每当驱动电机16b开始动作并带动动力块16d产生前行动作，动力块16d处导向块16a会同步沿上导向槽及下导向槽行进，进而推动尾端短连杆15和上部长连杆12产生同步的前倾动作，此时四连杆组件的其他连杆产生随动动作，四连杆组件收拢，最终本发明呈现如图1所示状态。此时行走部30启动，本发明可以利用如图1所示状态沿当前隧道单元行进并进入排水沟，最终穿越前方防火墙。相应的，每当驱动电机16b带动动力块16d产生后退动作时，各四连杆组件开始如图4-7所示的产生展开动作，最终本发明呈现如图2-3所示状态；此时本发明可正常在当前隧道单元内执行当前隧道单元的线缆观测流程。当每一组隧道单元内的线缆观测流程走完后，电缆沟巡检机器人重新复位至如图1所示行进姿态，从而以最小体积再次穿越前方防火墙。如此反复，最终使得本发明在无需额外操作下，自动化、省力化和便捷化的执行下一道隧道单元的在线观测工作。
66.当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权
利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
67.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
68.本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。