一种铁路牵引站巡检机器人的制作方法

本发明涉及工业机器人技术领域，更具体的是涉及一种铁路牵引站巡检机器人。

背景技术：

目前铁路牵引站实行两班倒的执勤，在偏远地区的牵引站半个月才巡测一次，在遇上雷电，暴雨等恶劣天气时，巡测则要推迟到恶劣环境之后。巡视周期长，不利于设备安全运行。电缆夹层可能具有雨水倒灌等问题，存在安全隐患，并且现有巡测方式无法做到实时监测。在仅仅依靠人工巡检的情况下，由于值守人员素质差异、身体状况等诸多因素，都会影响设备的巡检工作，加之很多设备由于距离地面过高，人工基本无法准确监测到。因此，需要相关的机器人来提高检测的质量和效率，克服环境等诸多因素的影响。

现有技术中的巡检机器人，包括作为载具的移动小车，其前部设有导航系统，并在该移动小车上设有电源、电子元件的防护外壳和机械臂，以及信息处理系统。该巡检机器人的机械臂安装在防护外壳上部的舱室上，且其主要包括具有轴向移动和周向转动两个自由度且内部为空腔的基臂，具有移动销轴转动一个自由度的中臂和通过销轴安装于中臂端部的前臂，其中空腔横截面大于中臂和前臂折叠状态的横截面，该巡检机器人的机械臂能完成简单的操作，但是其机械臂上下移动的范围非常的有限，导致该巡检机器人能解决的实际问题受到相应的限制。

故如何解决上述技术问题，对于本领域技术人员来说很有现实意义。

技术实现要素：

基于以上问题，本发明提供了一种铁路牵引站巡检机器人。本发明通过在升降机械臂上沿竖直方向分别安装有齿条和滑轨，通过升降步进电机带动与齿条相啮合的齿轮转动，从而可以带动机械大臂和末端执行器等沿竖直方向上下移动，通过执行步进电机和谐波减速器的搭配使用可以控制机械大臂旋转，从而可以使机械大臂下降和上升的区间增大，从而使得末端执行器做检测时可以获得了更大的上下移动范围，可以解决更多的实际问题。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种铁路牵引站巡检机器人，包括升降座，所述升降座上安装有升降机械臂，所述升降机械臂上沿竖直方向分别安装有齿条和滑轨，所述升降机械臂上安装有第一电机座，所述第一电机座上设有可沿滑轨滑动的滑槽，所述第一电机座上安装有升降步进电机，所述升降步进电机的电机轴上安装有与所述齿条相啮合的齿轮；所述第一电机座连接有第二电机座，所述第二电机座上安装有执行步进电机，所述执行步进电机铰接有谐波减速器，所述谐波减速器连接有机械大臂，所述机械大臂铰接有末端执行器。

在本发明中，开启升降步进电机，升降步进电机的电机轴转动，然后带动齿轮在齿条上转动，从而使得第一电机座上的滑槽沿着升降机械臂上的滑轨上下移动，由于第二电机座与第一电机座连接，执行步进电机安装在第二电机座上，谐波减速器与执行步进电机连接，机械大臂与谐波减速器铰接，末端执行器与机械大臂铰接，因此第一电机座沿升降机构机械上下移动将带动机械大臂和末端执行器上下移动，从而使末端执行器与要检测的目标接近；执行步进电机与谐波减速器一起形成一个旋转运动单元，从而对机械大臂的旋转进行控制，由于机械大臂可以进行旋转，所以使得末端执行器更容易接近目标。通过以上操作可以使机械大臂下降和上升的区间增大，从而使得末端执行器做检测时可以获得了更大的上下移动范围，可以解决更多的实际问题。

作为一种优选的方式，所述机械大臂铰接于谐波减速器上，且机械大臂可在竖直方向旋转。

作为一种优选的方式，所述移动小车底面安装有行走机构，所述行走机构上安装有减震机构。

作为一种优选的方式，所述行走机构为独立悬挂，所述减震机构包括减震器和弹簧，所述弹簧套于减震器上，所述减震器安装于行走机构上。

作为一种优选的方式，所述移动小车头部安装有激光雷达。

作为一种优选的方式，所述激光雷达上安装有云台，所述云台的一侧安装有可见光舱体，所述可见光舱体里安装有可见光摄像头。

作为一种优选的方式，所述激光雷达上安装有激光传感器。

作为一种优选的方式，所述云台的另一侧安装有红外舱体，所述红外舱体里安装有红外相机。

作为一种优选的方式，所述可见光舱体和红外舱体下方分别设有补光灯和防水拾音器。

作为一种优选的方式，所述谐波减速器的型号为lcsg-20-xxx-c-i，所述升降步进电机的型号为57hbp56al4-tfa8b，所述执行步进电机的型号为57hbp56al4-tf8b。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过在升降机械臂上沿竖直方向分别安装有齿条和滑轨，通过升降步进电机带动与齿条相啮合的齿轮转动，从而可以带动机械大臂和末端执行器等沿竖直方向上下移动，通过执行步进电机和谐波减速器的搭配使用可以控制机械大臂旋转，从而可以使机械大臂下降和上升的区间增大，从而使得末端执行器做检测时可以获得了更大的上下移动范围，可以解决更多的实际问题。

(2)本发明中机械大臂铰接于谐波减速器上，且机械大臂可在竖直方向旋转，机械大臂可在竖直方向上旋转使得使机械大臂下降和上升的区间更大，从而使得末端执行器做检测时可以获得了更大的上下移动范围。

(3)本发明通过在移动小车底面安装有行走机构，在行走机构上安装有减震机构，可以使得整个移动小车移动起来，并且在移动的时候具有减震功能，能更好的避免因为震动而对移动小车上的零部件造成影响。

(4)本发明的行走机构为独立悬挂，减震机构包括减震器和弹簧，采用独立悬挂使机器人的两侧车轮彼此独立地与车身相连，因此当一侧车轮受到冲击、振动后可通过弹簧自身吸收冲击力，这种冲击力不会波及另一侧车轮，提高机器人稳定性，同时也提高轮子的着地性能。

(5)本发明通过移动小车头部安装有激光雷达，激光雷达主要用于导航，使机器人的行走更准确，更容易接近检测目的。

(6)本发明通过在云台的一侧安装有可见光舱体，可见光舱体里安装有可见光摄像头，可见光摄像头主要用于图像采集，采集的图像便于对故障进行分析。

(7)本发明通过在激光雷达上安装有激光传感器，激光传感器主要用于避障导航，避免机器人撞到障碍物或者掉入路径上的低洼坑内导致损坏。

(8)本发明通过在云台的另一侧安装有红外舱体，红外舱体里安装有红外相机，红外相机主要用于热成像的检测。

(9)本发明通过在可见光舱体和红外舱体下方分别设有补光灯和防水拾音器，补光灯主要用于补光，避免光线不好的地方影响到可见光摄像头采集信息。

附图说明

图1为本发明的立体结构简图；

图2为本发明的侧面结构简图；

图3为本发明的后面结构简图；

图4为本发明的前面结构简图；

图5为本发明的可见光舱体、红外舱体、补光灯和防水拾音器连接的结构简图；

图6为本发明图1中a处的放大示意图；

图7为本发明图3中b处的放大示意图。

附图标记：1末端执行器，2机械大臂，3谐波减速器，4执行步进电机，5滑槽，6滑轨，7升降机械臂，8齿条，9齿轮，10升降步进电机，11可见光舱体，12云台，13红外舱体，14激光雷达，15激光传感器，16移动小车，17减震机构，18减震器，19弹簧，20行走机构，21补光灯，22防水拾音器，23第一电机座，24第二电机座，25升降座。

具体实施方式

为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图1～7所示，一种铁路牵引站巡检机器人，包括移动小车16，移动小车16顶面安装有升降座25，升降座25上安装有升降机械臂7，升降机械臂7上沿竖直方向分别安装有齿条8和滑轨6，升降机械臂7上安装有第一电机座23，第一电机座23上设有可沿滑轨6滑动的滑槽5，第一电机座23上安装有升降步进电机104，升降步进电机104的电机轴上安装有与齿条8相啮合的齿轮9；第一电机座23连接有第二电机座24，第二电机座24上安装有执行步进电机4，执行步进电机4铰接有谐波减速器3，谐波减速器3铰接有机械大臂2，机械大臂2铰接有末端执行器1。

在本发明中，开启升降步进电机104，升降步进电机104的电机轴转动，然后带动齿轮9在齿条8上转动，从而使得第一电机座23上的滑槽5沿着升降机械臂7上的滑轨6上下移动，由于第二电机座24与第一电机座23连接，执行步进电机4安装在第二电机座24上，谐波减速器3与执行步进电机4连接，机械大臂2与谐波减速器3铰接，末端执行器1与机械大臂2铰接，这里机械大臂2与谐波减速器3铰接，末端执行器1与机械大臂2铰接均为常规常见的铰接方式，故不作详细表述。因此第一电机座23沿升降机构机械上下移动将带动机械大臂2和末端执行器1上下移动，从而使末端执行器1与要检测的目标接近；执行步进电机4与谐波减速器3一起形成一个旋转运动单元，从而对机械大臂2的旋转进行控制，由于机械大臂2可以进行旋转，所以使得末端执行器1更容易接近目标。通过以上操作可以使机械大臂2下降和上升的区间增大，从而使得末端执行器1做检测时可以获得了更大的上下移动范围，可以解决更多的实际问题。

实施例2：

如图1～7所示，一种铁路牵引站巡检机器人，包括移动小车16，移动小车16顶面安装有升降座25，升降座25上安装有升降机械臂7，升降机械臂7上沿竖直方向分别安装有齿条8和滑轨6，升降机械臂7上安装有第一电机座23，第一电机座23上设有可沿滑轨6滑动的滑槽5，第一电机座23上安装有升降步进电机104，升降步进电机104的电机轴上安装有与齿条8相啮合的齿轮9；第一电机座23连接有第二电机座24，第二电机座24上安装有执行步进电机4，执行步进电机4铰接有谐波减速器3，谐波减速器3铰接有机械大臂2，机械大臂2铰接有末端执行器1。

本实施例中，机械大臂2铰接于谐波减速器3上，且机械大臂2可在竖直方向旋转，执行步进电机4与谐波减速器3一起形成一个旋转运动单元，从而对机械大臂2的在竖直方向的旋转进行控制，机械大臂2可以在竖直方向上旋转使得使机械大臂2下降和上升的区间更大，从而使得末端执行器1做检测时可以获得了更大的上下移动范围。

实施例3：

如图1～7所示，一种铁路牵引站巡检机器人，包括移动小车16，移动小车16顶面安装有升降座25，升降座25上安装有升降机械臂7，升降机械臂7上沿竖直方向分别安装有齿条8和滑轨6，升降机械臂7上安装有第一电机座23，第一电机座23上设有可沿滑轨6滑动的滑槽5，第一电机座23上安装有升降步进电机104，升降步进电机104的电机轴上安装有与齿条8相啮合的齿轮9；第一电机座23连接有第二电机座24，第二电机座24上安装有执行步进电机4，执行步进电机4连接有谐波减速器3，谐波减速器3铰接有机械大臂2，机械大臂2铰接有末端执行器1。

本实施例中，移动小车16底面安装有行走机构20，行走机构20上安装有减震机构17，在行走机构20上安装有减震机构17，可以使得整个移动小车16移动起来，并且在移动的时候具有减震功能，能更好的避免因为震动而对移动小车16上的零部件造成影响。

优选的，行走机构20为独立悬挂，减震机构17包括减震器18和弹簧19，弹簧19套于减震器18上，减震器18安装于行走机构20上，用独立悬挂使机器人的两侧车轮彼此独立地与车身相连，因此当一侧车轮受到冲击、振动后可通过弹簧19自身吸收冲击力，这种冲击力不会波及另一侧车轮，提高机器人稳定性，同时也提高轮子的着地性能，这里的独立悬挂结构参照汽车臂式独立悬挂结构形式，故不作具体介绍。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，这里就不再赘述。

实施例4：

如图1～7所示，一种铁路牵引站巡检机器人，包括移动小车16，移动小车16顶面安装有升降座25，升降座25上安装有升降机械臂7，升降机械臂7上沿竖直方向分别安装有齿条8和滑轨6，升降机械臂7上安装有第一电机座23，第一电机座23上设有可沿滑轨6滑动的滑槽5，第一电机座23上安装有升降步进电机104，升降步进电机104的电机轴上安装有与齿条8相啮合的齿轮9；第一电机座23连接有第二电机座24，第二电机座24上安装有执行步进电机4，执行步进电机4连接有谐波减速器3，谐波减速器3铰接有机械大臂2，机械大臂2铰接有末端执行器1。

本实施例中，移动小车16头部安装有激光雷达14，激光雷达14主要用于导航，使机器人的行走更准确，更容易接近检测目的，这里的激光雷达14是指常规的可以在市场上轻易购买到的激光雷达，故其具体型号、内部结构和电路连接关系不作详细介绍。

优选的，激光雷达14上安装有云台12，云台12的一侧安装有可见光舱体11，可见光舱体11里安装有可见光摄像头，可见光摄像头主要用于图像采集，采集的图像便于对故障进行分析，这里的可见光摄像头是指常规的可以在市场上轻易购买到的可见光摄像头，故其具体型号、内部结构和电路连接关系不作详细介绍。

优选的，云台12的另一侧安装有红外舱体13，红外舱体13里安装有红外相机，红外相机主要用于热成像的检测，这里的红外相机是指常规的可以在市场上轻易购买到的红外相机，故其具体型号、内部结构和电路连接关系不作详细介绍。

优选的，可见光舱体11和红外舱体13下方分别设有补光灯21和防水拾音器22，补光灯21主要用于补光，避免光线不好的地方影响到可见光摄像头采集信息；防水拾音器22有信息交互的作用，比如可以通过机器人终端和现场进行对话等功能，这里的补光灯21和防水拾音器22是指常规的可以在市场上轻易购买到的补光灯和防水拾音器，故其具体型号、内部结构和电路连接关系不作详细介绍。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，这里就不再赘述。

实施例5：

如图1～7所示，一种铁路牵引站巡检机器人，包括移动小车16，移动小车16顶面安装有升降座25，升降座25上安装有升降机械臂7，升降机械臂7上沿竖直方向分别安装有齿条8和滑轨6，升降机械臂7上安装有第一电机座23，第一电机座23上设有可沿滑轨6滑动的滑槽5，第一电机座23上安装有升降步进电机104，升降步进电机104的电机轴上安装有与齿条8相啮合的齿轮9；第一电机座23连接有第二电机座24，第二电机座24上安装有执行步进电机4，执行步进电机4连接有谐波减速器3，谐波减速器3铰接有机械大臂2，机械大臂2铰接有末端执行器1。

本实施例中，谐波减速器3的型号为lcsg-20-xxx-c-i，升降步进电机10的型号为57hbp56al4-tfa8b，执行步进电机4的型号为57hbp56al4-tf8b，这里谐波减速器3、升降步进电机10、执行步进电机4的型号不限于以上型号，使用者也可以根据实际需要选择其他型号，另外升降步进电机10和执行步进电机4分别通过导线依次连接开关和机器人的电源部分，这里的开关和机器人的电源部分都是比较常规的，故在此不作详细介绍。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，这里就不再赘述。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述实用新型验证过程，并非用以限制本发明发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。