一种煤矿皮带机自动巡检机器人的制作方法

本发明涉及一种行走单元，特别是一种煤矿皮带机自动巡检机器人，属于工业自动化领域。

背景技术：

机器人技术及其驱动器技术作为一种战略性高科技技术，对未来新兴产业具有极强的带动性与技术辐射性，发展机器人技术、驱动技术及感知技术，对促进经济社会发展、增强国防实力、提高突发事件应急处理能力、改善民生等具有深远意义。目前，机器人在人机交互领域已得到了广泛应用，如在工业领域，机器人已经开始参与人类劳动，并与人协作完成任务；在服务行业，也已经推出了餐饮业服务机器人、人形机器人等。

在目前的工业化生产中，矿用皮带机常见故障包括：皮带断裂、跑偏、打滑、托辊卡死以及运载物自燃等。当皮带机出现故障时，不仅影响企业的生产效率，更会对工人生命安全造成威胁。因此对皮带机运输状态的实时监测成为企业共同关注的问题。

目前皮带机前大多数煤矿企业对于的巡检方式仍为人工巡视为主，这种方式主要依靠巡视工人的感官来对皮带机状态进行判断，巡检效率低、成本高，而且依赖于工人的主观判断，可靠性差。因此通过计算机视觉、各类传感器，搭载于控制箱，通过无线网桥传输，集成于一体的自动巡检机器人成为了企业的需求。自动巡检机器人通过各类摄像头传输皮带机工作状态，通过无线通讯技术传输到终端界面，应用计算机视觉和计算机编程技术实现自动报警，大大提高了巡检可靠性，节省成本。

如今在变电站中对巡检机器人的使用较为普遍，但一方面煤矿皮带机工作环境恶劣，尤其针对露天煤矿，机器人需要克服爬坡、霜冻、粉尘、路面状态复杂等极端环境，变电站巡检机器人的驱动方式不能满足要求；另一方面变电站巡检机器人大多通过滑线取电，在煤矿中的容易产生火花造成危险；而以蓄电池供电的机器人需要定点充电，不能实现全天监测，同时普通蓄电池面对低温环境电池性能下降，不能有效供电。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种煤矿皮带机自动巡检机器人，所述机器人不仅结构简单，承载力大、而且可以实现爬坡运动，传动精度高，同时可以通过红外成像和自动分析，来判断皮带机的运动。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种煤矿皮带机自动巡检机器人，包括轨道式行走单元和机器人控制系统、机箱壳体、工字钢轨道、斜底座和立柱，所述轨道式行走单元和机器人控制系统安装在机箱壳体中并架设在工字钢轨道上，所述工字钢轨道底板的下表面两端分别设置有斜底座，所述一个斜底座连接立柱一，另一个斜底座连接立柱二，立柱一和立柱二长度不相等；

所述轨道式行走单元包括驱动部分和导向部分，

所述驱动部分包括伺服电机、机器人平台、齿轮、齿条轨道，所述机器人平台架设在工字钢轨道的上方，机器人平台上开有安装孔，所述伺服电机的输出轴通过安装孔垂直安装在工字钢轨道一侧，所述伺服电机的输出轴与齿轮连接，所述齿条轨道平行固定在工字钢轨道上，所述齿条与齿条轨道啮合；

所述导向部分包括支撑轮组，所述支撑轮组为4个，分为两组，每两个支撑轮组对称设置在工字钢轨道的两侧，所述支撑轮组通过螺母连接在机器人平台下方四角处，所述支撑轮组包括车轮外壳、支撑轮，所述支撑轮为尼龙材料制成，所述一个车轮外壳上通过螺栓安装有两个支撑轮，所述支撑轮在工字钢轨道底板的两侧翼上滚动,所述机箱壳体与车轮外壳连接；

所述机器人控制系统包括可见光摄像机、红外摄像机、电控云台、拾音器、控制器、锂电池，所述电控云台通过螺栓设置在机器人平台上，所述可见光摄像机和所述红外摄像机都安装在电控云台上，所述拾音器安装在机箱壳体的侧壁上，所述控制器与电控云台连接，所述控制器通过底座安装在机器人平台上，所述锂电池通过卡座限位在机器人平台上，所述锂电池采用低温锂电池，所述可见光摄像机、红外摄像机、电控云台、拾音器、控制器分别与锂电池连接；

进一步，所述控制器内包括轨道式行走单元控制器、云台控制器以及无线传输设备，轨道式行走单元控制器与伺服电机连接，云台控制器与电控云台连接。

进一步，所述机箱壳体的一侧安装有红外玻璃，另一侧安装有箱门，所述箱门通过门轴安装在机箱壳体上。

进一步，所述车轮外壳的两端部设有朝工字钢轨道径向延伸的折弯部。

进一步，所述齿条轨道与工字钢轨道长度相等。

进一步，所述伺服电机的输出轴通过键槽和顶丝与齿轮连接。

进一步，所述支撑轮上设置有与工字钢轨道配合的定位外缘。

与现有技术相比，该自动巡检机器人，由于采用机箱壳体使机器人整机基本封闭，可以阻挡皮带机上飘扬的煤灰，防止灰尘阻碍摄像机视野，红外玻璃可以让红外相机正常工作，不被玻璃本身的透光率和折射率影响，保证测温的准确性，箱门的设置便于低温锂电池的更换。

电控云台通过无线传输到终端接受和发送控制命令，实现俯仰和左右转动，调整相机位置；低温锂电池为伺服电机以及平台各个控制器和传感器供电，红外摄像机和可见光摄像机的数据通过控制器传输和存储到远程终端，经过预设好的计算机图像识别编程，智能判别出皮带机当前的运动状态，并分析是否正常并报警。

轨道式行走单元通过伺服电机驱动做往复直线运动，同时采用应用最为广泛的齿轮齿条传动，此种传动方式要高于单纯靠摩擦力实现的动力传递，运动损失减少，避免了单纯靠摩擦力驱动出现的打滑现象的发生，由于齿轮齿条传动具有承载力大、可以实现爬坡运动，且传动精度高、有效寿命长等特点。该轨道式行走单元安装、检修方便、节约成本，采用伺服电机与机器人平台相互固定的方式，无需取下伺服电机伸出轴，只需要取下机器人平台就可方便的对齿轮、齿条、支撑轮等进行检修。本发明以工字钢轨道为主轨道，用八个尼龙轮作为支撑轮与导向轮对称分布在工字钢底部侧翼上，同时伺服电机通过机器人平台中部通孔，这样整机重量集中在中部，可以避免工字钢肋板的不均匀受力，从而延长了行走单元的使用寿命。

所述工字钢轨道底板的下表面两端分别设置有斜底座，所述一个斜底座连接立柱一，另一个斜底座连接立柱二，立柱一和立柱二的长度可以跟据需要调节。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明去除箱体外壳的主视图；

图3为本发明去除箱体外壳的俯视图；

图4为图1的后视图；

图中：1、立柱，2、斜底座，3、工字钢轨道，4、齿条轨道，5、机箱壳体，6、箱门，7、门轴，8、车轮外壳，9、支撑轮组，10、拾音器，11、锂电池，12、伺服电机，13、红外摄像机，14、可见光摄像机，15、控制器，16、齿轮，17、机器人平台，18、电控云台，19、卡座，20、红外玻璃。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1-图4所示，一种煤矿皮带机自动巡检机器人，包括轨道式行走单元和机器人控制系统、机箱壳体5、工字钢轨道3、斜底座2和立柱1，所述轨道式行走单元和机器人控制系统安装在机箱壳体5中并架设在工字钢轨道3上，所述工字钢轨道3底板的下表面两端分别设置有斜底座2，所述一个斜底座2连接立柱一，另一个斜底座连接立柱二，立柱一和立柱二长度不相等，所述立柱通过预埋在水泥桩中的地脚螺栓连接；

所述轨道式行走单元，包括驱动部分和导向部分，

所述驱动部分包括伺服电机12、机器人平台17、齿轮16、齿条轨道4、工字钢轨道3，所述机器人平台17架设在工字钢轨道3的上方，机器人平台17上开有安装孔，所述伺服电机12的输出轴通过安装孔垂直安装在工字钢轨道3一侧，所述伺服电机12的输出轴与齿轮16连接，所述齿条轨道4平行固定于工字钢轨道3中间支撑板的一侧，所述齿轮16与齿条轨道4啮合；所述伺服电机12带动齿轮16在齿条轨道4上作直线运动；由于齿条轨道4在工字钢轨道3上并位于支撑板的一侧，通过螺钉与工字钢轨道3相连接，这样设置，使得齿条轨道4与齿轮16相互啮合且不发生干涉。

齿条轨道4与工字钢轨道3相互固定，由于工字钢轨道3固定不动，从而伺服电机12带动整个行走单元在工字钢轨道3上往复运动，完成扭矩的传递。

所述导向部分包括支撑轮组9，所述支撑轮组9为4个，分为两组，每两个支撑轮组9对称设置在工字钢轨道3的两侧，所述支撑轮组9通过螺母连接在机器人平台17下方四角处，所述支撑轮组9包括车轮外壳8、支撑轮，所述支撑轮为尼龙材料制成，所述一个车轮外壳上通过螺栓安装有两个支撑轮，所述支撑轮在工字钢轨道3底板的两侧翼上滚动,所述机箱壳体5与车轮外壳8连接；

通过采取上述导向方案，支撑轮对行走单元起到导向、支撑、限位的作用，由于所述工字钢轨道3为主轨道，通过八个支撑轮对称分布在工字钢轨道3两侧，这样该轨道式行走单元的重量集中在中部，这样整个行走单元的重量均匀分布在工字钢轨道3上，对齿轮、齿条轨道啮合的横向弯矩减小，使运动更加平稳。

所述机器人控制系统包括可见光摄像机14、红外摄像机13、电控云台18、拾音器10、控制器15、锂电池11，所述电控云台18通过螺栓设置在机器人平台17上，所述可见光摄像机14和所述红外摄像机13都安装在电控云台18上，所述拾音器10安装在机箱壳体5的侧壁上，所述控制器15与电控云台18连接，所述控制器15通过底座17安装在机器人平台17上，所述锂电池11通过卡座19限位在机器人平台17上，所述锂电池11采用低温锂电池，所述可见光摄像机14、红外摄像机13、电控云台18、拾音器10、控制器15分别与锂电池11连接；

进一步，所述控制器15内包括轨道式行走单元控制器、云台控制器以及无线传输设备，轨道式行走单元控制器与伺服电机连接，云台控制器与电控云台连接。

通过采用上述结构，电控云台18通过无线传输到终端接受和发送控制命令，电控云台18实现俯仰和左右转动，调整相机位置；锂电池11为伺服电机12以及平台各个控制器和传感器供电，通过卡座限位，当需要更换电池时方便快捷。

机器人通过机器人控制系统和无线传输设备实现远程控制和数据传输，当远程终端发送控制命令时，可以控制机器人电机的启动、停止和调速等功能，同时红外摄像机13和可见光摄像机14的数据通过控制器15传输和存储到远程终端，经过预设好的计算机图像识别编程，智能判别出皮带机当前的运动状态，并分析是否正常并报警。

进一步，所述机箱壳体5的一侧安装有红外玻璃20，红外玻璃20可以让红外相机正常工作，不被玻璃本身的透光率和折射率影响，保证测温的准确性；另一侧安装有箱门6，所述箱门6通过门轴7安装在机箱壳体5上，箱门6可以沿门轴7轴向转动，实现箱门6开关。

进一步，所述车轮外壳8的两端部设有朝工字钢轨道3径向延伸的折弯部，这样可以起到保护支撑轮的作用。

进一步，所述齿条轨道4与工字钢轨道3长度相等，使用齿轮齿条传动方式，可以将两者轨道长度设置很长，满足了工业应用领域长距离、大负载、高精度应用的要求。

进一步，所述伺服电机12的输出轴通过键槽和顶丝与齿轮连接，当伺服电机12工作时，伺服电机12通过键槽和顶丝的固定作用，把扭矩传递给齿轮9，齿轮9通过啮合传动动力将扭矩传递给齿条轨道4。

进一步，所述支撑轮上设置有与工字钢轨道3配合的定位外缘，所述支撑轮设置在工字钢轨道3的一侧，定位外缘起到了防倾翻的作用。

工作时，首先启动伺服电机12，伺服电机12通过键槽和顶丝的固定作用，把扭矩传递给齿轮16，由于齿轮16与齿条轨道4啮合，这种传动方式远高于单纯靠摩擦力实现的动力传递，其运动精确度提高并且运动损失减少，避免了单纯靠摩擦力驱动出现的打滑。支撑轮组9把整机的重力分散到工字钢轨道3底板上，使运动更加平稳，而且不会损坏齿条，从而延长了行走单元的使用寿命；电控云台18通过无线传输到终端接受和发送控制命令，电控云台18实现俯仰和左右转动，调整相机位置；低温锂电池11为伺服电机12以及平台各个控制器和传感器供电，机器人通过机器人控制系统和无线传输设备实现远程控制和数据传输，当远程终端发送控制命令时，可以控制机器人电机的启动、停止和调速等功能，同时红外摄像机13和可见光摄像机14的数据通过控制器15传输和存储到远程终端，经过预设好的计算机图像识别编程，智能判别出皮带机当前的运动状态，并分析是否正常并报警。