一种用于挂轨机器人的驱动机构和挂轨机器人的制作方法

1.本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种用于挂轨机器人的驱动机构和挂轨机器人。


背景技术：

2.目前，机器人巡检技术广泛应用于雨水调蓄池、污水厂等地下或半地下构筑物水池的巡检场景中，挂轨式巡检机器人可挂载多种传感器，通过安装在水池顶板的固定轨道进行巡检作业。
3.挂轨式巡检机器人在直轨行走和转弯时容易发生侧向偏轨、转轮卡死，这个问题目前的解决措施主要包括增加驱动机构上的主从动轮摩擦力、设置轨道齿条、设置压块调节以及设计抱闸机构等。
4.然而上述技术措施均存在制造成本高、使用寿命短的问题。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提出了一种用于挂轨机器人的驱动机构和挂轨机器人。
6.本发明公开的一种用于挂轨机器人的驱动机构，包括：轨道、支撑板、压紧组件、导向组件和驱动组件；
7.所述轨道呈“几”字形，两侧为水平板，中间为凸起结构；
8.所述支撑板立在所述水平板的两侧；
9.所述压紧组件的一端固定在所述支撑板上，另一端压紧在所述轨道两侧的水平板上，用于压紧所述轨道；
10.所述导向组件的一端固定在所述支撑板上，另一端抵住所述凸起结构的侧表面；所述导向组件跟随所述轨道的弧度实现弹性伸展压缩，以调整挂轨机器人在所述轨道上的运动方向；
11.所述驱动组件的一端固定在所述支撑板上，另一端固定在所述轨道下方，用于驱动所述挂轨机器人运动。
12.优选地，所述压紧组件包括：垂直压紧单元和水平限位单元；
13.所述垂直压紧单元的一端固定在所述支撑板上，另一端压紧所述水平板；
14.所述水平限位单元的一端固定在所述支撑板上，另一端与所述凸起结构的侧表面间隔预设距离。
15.优选地，所述垂直压紧单元包括固定板、弹簧、滚轮杆和第一轴承；
16.所述固定板固定在所述支撑板朝向轨道的一侧表面；
17.所述弹簧设置在所述固定板和所述滚轮杆之间；
18.所述第一轴承的一端固定在所述滚轮杆上，另一端压紧所述水平板。
19.所述水平限位单元包括主限位结构和辅限位结构；
20.所述主限位结构的一端固定在所述支撑板上，另一端与所述凸起结构的侧表面间
隔第一预设距离；
21.所述辅限位结构的一端连接在所述滚轮杆上，另一端与所述凸起结构的侧表面间隔第二预设距离；
22.优选地，所述第一预设距离小于所述第二预设距离。
23.可选地，所述垂直压紧单元的数量为四个，且对称设置于所述轨道两侧。
24.优选地，所述主限位结构包括导向螺纹轴和第二轴承，所述导向螺纹轴固定在所述支撑板上，所述第二轴承一端与所述导向螺纹轴连接，另一端与所述凸起结构的侧表面间隔第一预设距离；
25.所述辅限位结构包括第三轴承，所述第三轴承一端连接在所述滚轮杆上，一端与所述凸起结构的侧表面间隔第二预设距离；
26.优选地，所述第一预设距离小于所述第二预设距离。
27.优选地，所述导向组件包括旋转螺杆、扭簧和导向轮；
28.所述旋转螺杆固定在所述支撑板朝向轨道的一侧表面；
29.所述扭簧连接在所述旋转螺杆和所述导向轮之间；
30.所述导向轮的一端与所述扭簧连接，另一端抵在所述凸起结构的侧表面。
31.可选地，所述导向组件的数量为两对，分别对称设置在所述压紧组件的两端。
32.优选地，所述驱动组件包括齿轮、电机、同步轮和驱动轮；
33.所述齿轮与所述电机连接，在所述电机的驱动下进行转动；
34.所述同步轮与所述齿轮连接，与所述齿轮同步转动；
35.所述驱动轮与所述同步轮连接，在所述同步轮的带动下沿所述轨道的下表面运动。
36.本发明还公开了一种挂轨机器人，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的驱动机构。
37.相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
38.(1)本发明设置了压紧组件，利用弹簧对轨道进行压紧，弹簧对轨道的安装、加工精度要求不高，且对环境的要求不高，使用寿命长，适用于轨道安装条件较差的场景；
39.(2)本发明的机器人轨道呈“几”字形，在保证运行稳定的条件下简化轨道结构，便于轨道的加工、安装和调整；
40.(3)本发明公开的驱动机构中，压紧组件在垂直和水平两个方向上压紧轨道；垂直方向压紧可保证挂轨机器人垂直方向自定位；水平方向夹紧轨道，可降低机器人移动时的摆动幅度，同时起到一定的导向功能，进而实现挂轨机器人水平方向的自定位以及转弯动作的流畅性；
41.(4)本发明设置了导向组件，导向组件可以通过扭簧，调整所述挂轨机器人在轨道上的运动方向，使其运动轨迹与轨道弧度相匹配，以实现复杂路况的巡检。
附图说明
42.图1是本发明驱动机构的整体结构示意图；
43.图2是本发明压紧组件的结构示意图；
44.图3是本发明导向组件的结构示意图；
45.图4是本发明驱动组件的结构示意图。
46.图中，1是支撑板，2是垂直压紧单元，3是水平限位单元，4是导向组件，5是驱动组件，6是驱动执行单元，7是轨道；2-1是固定板；2-2是螺纹座；2-3是涨紧杆；2-4是弹簧；2-5是滚轮杆；2-6是第四轴承；2-7是滚轮轴隔套；2-8是第一轴承；3-1是导向螺纹轴；3-2是第二轴承；3-3是第二导向螺纹轴；3-5是第三轴承；4-1是c字形固定架；4-2是旋转螺杆；4-3是扭簧限位块；4-4是六角螺母；4-5是导向轮安装板；4-6是导向轮；5-1是电机；5-2是第一齿轮；5-3是第二齿轮；5-4是第一同步轮；5-5是第一转轴；5-6是第二转轴；5-7是第二同步轮；5-8是驱动轮。
具体实施方式
47.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
48.本发明公开了一种用于挂轨机器人的驱动机构，包括：轨道7、支撑板1、压紧组件、导向组件4和驱动组件5；
49.如图1所示，轨道7呈“几”字形，两侧为水平板，中间为凸起结构；
50.支撑板1立在水平板的两侧；
51.优选地，支撑板1为机器人的机架，材质为铝合金。
52.压紧组件的一端固定在支撑板1上，另一端压紧在轨道7两侧的水平板上，用于压紧轨道7；
53.优选地，如图2所示，压紧组件包括：垂直压紧单元2和水平限位单元3；
54.垂直压紧单元2的一端固定在支撑板1上，另一端压紧水平板；
55.优选地，垂直压紧单元2包括固定板2-1、弹簧2-4、滚轮杆2-5和第一轴承2-8；
56.固定板2-1固定在支撑板1朝向轨道7的一侧表面；
57.弹簧2-4设置在固定板2-1和滚轮杆2-5之间；
58.第一轴承2-8的一端固定在滚轮杆2-5上，另一端压紧水平板。
59.可选地，在一个实施例中，如图2所示，固定板2-1包括滚轮安装板和螺纹座2-2。
60.滚轮安装板固定在支撑板1上，螺纹座2-2固定在滚轮安装板上，涨紧杆2-3纵向穿过螺纹座2-2，滚轮杆2-5与弹簧2-4接触处设有凹槽，弹簧2-4的下端嵌入凹槽中，凹槽与弹簧2-4下端的形状相匹配，起到向上限位的作用，涨紧杆2-3和滚轮杆2-5之间安装弹簧2-4，弹簧2-4提供垂直方向上的压力。滚轮杆2-5左右两端分别固定第一轴承2-8和第四轴承2-6，第一轴承2-8的一端压紧轨道7的水平板。优选地，垂直压紧单元2还包括滚轮轴隔套2-7，滚轮轴隔套2-7设置在滚轮杆2-5和第一轴承2-8之间。
61.水平限位单元3的一端固定在支撑板1上，另一端与所述凸起结构的侧表面间隔预设距离。
62.水平限位单元3包括主限位结构和辅限位结构；
63.主限位结构的一端固定在支撑板1上，另一端抵在凸起结构的侧面；
64.优选地，主限位结构包括导向螺纹轴3-1和第二轴承3-2，导向螺纹轴3-1固定在支
撑板1上，第二轴承3-2一端与导向螺纹轴3-1连接，另一端与凸起结构的侧表面间隔第一预设距离；
65.本实施例中，第二轴承3-2与凸起结构的侧表面间隔第一预设距离而不与其接触，可降低对轨道侧表面加工精度的要求，进一步地，留有一定缝隙，既能保证不发生抱死，又能保护第一轴承2-8。
66.辅限位结构的一端连接在滚轮杆2-5上，另一端与凸起结构的侧表面间隔第二预设距离。
67.辅限位结构包括第三轴承3-5，第三轴承3-5一端连接在滚轮杆2-5上，一端与凸起结构的侧表面间隔第二预设距离。
68.第一预设距离小于第二预设距离。
69.在本实施例中，第三轴承3-5通过第二导向螺纹轴3-3连接在滚轮杆2-5上，第二导向螺纹轴3-3通过螺母和滚轮杆2-5固定，第三轴承3-5一端连接在第二导向螺纹轴3-3上，一端与凸起结构的侧表面间隔第二预设距离。
70.优选地，第二轴承3-2、第三轴承3-5和第一轴承2-8与凸起结构的侧表面的距离依次变大，第二轴承3-2设置在机器人轴线中心位置，主要作用是防止第一轴承2-8与轨道凸起结构的侧表面发生摩擦，第三轴承3-5的作用与第二轴承3-2相似，相当于在第一轴承2-8的左右两侧都设置了防摩擦限位轮；第二轴承3-2和第三轴承3-5的共同作用还有防止轨道脱落。
71.优选地，本实施例中，第一轴承2-8、第二轴承3-2、第三轴承3-5和第四轴承2-6均为深沟球轴承。
72.本发明中，垂直压紧单元2和主限位结构可分别在垂直和水平方向固定轨道7，防止机器人脱轨；辅限位结构可将机器人在水平方向的运动范围调控在第二预设距离以内，保障机器人运动的灵活性。
73.在图2所示的实施例中，垂直压紧单元2的数量为4个，且对称设置于轨道7两侧，水平限位单元3为6个，对称设置于轨道7两侧。
74.如图3所示，导向组件4的一端固定在支撑板1上，另一端抵住凸起结构的侧表面；导向组件4跟随轨道7的弧度实现弹性伸展压缩，以调整挂轨机器人在轨道7上的运动方向；
75.优选地，导向组件4包括旋转螺杆4-2、扭簧和导向轮；
76.旋转螺杆4-2固定在支撑板1朝向轨道7的一侧表面；
77.扭簧连接在旋转螺杆4-2和导向轮之间；
78.导向轮的一端与扭簧连接，另一端抵在凸起结构的侧表面。
79.在一个实施例中，如图3所示，导向组件4还包括：c字形固定架4-1、扭簧限位块4-3和导向轮安装板4-5；
80.c字形固定架4-1固定在支撑板1上；
81.旋转螺杆4-2纵向穿过c字形固定架4-1的通孔，被六角螺母4-4固定在c字形固定架4-1上，旋转螺杆4-2的上端及下端为螺纹结构，且上端铣成四边形，便于调整导向组件4的位置。
82.扭簧限位块4-3固定在旋转螺杆4-2上，位于c字形固定架4-1和导向轮安装板4-5之间；
83.导向轮安装板4-5垂直连接在旋转螺杆4-2的一端；
84.扭簧连接在旋转螺杆4-2和导向轮安装板4-5之间，用于提供朝向轨道7方向的扭力；
85.导向轮一端与导向轮安装板4-5连接，另一端抵在凸起结构的侧表面。
86.优选地，导向轮安装板4-5与导向轮通过螺丝连接，导向轮4-6为包胶轴承。
87.可选地，导向组件4的数量为两对，分别对称设置在压紧组件的两端。
88.驱动组件5的一端固定在支撑板1上，另一端固定在轨道7下方，用于驱动挂轨机器人运动。
89.优选地，驱动组件5通过驱动执行单元6与支撑板1连接。
90.优选地，驱动组件5包括齿轮、电机5-1、同步轮和驱动轮5-8；
91.齿轮与电机5-1连接，在电机5-1的驱动下进行转动；
92.优选地，电机5-1为直流伺服电机，如图4所示，齿轮包括：第一齿轮5-2和第二齿轮5-3；
93.第一齿轮5-2与电机5-1连接，在电机5-1的驱动下进行转动；
94.第二齿轮5-3与第一齿轮5-2相啮合，在第一齿轮5-2的带动下，与第一齿轮5-2同步转动；
95.其中，第一齿轮5-2和第二齿轮5-3均为伞齿轮。
96.同步轮与齿轮连接，与齿轮同步转动；
97.优选地，如图4所示，同步轮包括：第一同步轮5-4、第二同步轮5-7、第一转轴5-5、第二转轴5-6以及同步带；
98.第一同步轮5-4与第二齿轮5-3通过第一转轴5-5连接；在第二齿轮5-3的带动下，与第二齿轮5-3同步转动；
99.第二同步轮5-7与第一同步轮5-4通过同步带连接，在第一同步轮5-4的带动下，与第一同步轮5-4同步转动；
100.驱动轮5-8与第二同步轮5-7通过第二转轴5-6连接，在第二同步轮5-7的带动下沿轨道7的下表面运动。
101.本发明还公开了一种挂轨机器人，其特征在于，包括用于挂轨机器人的驱动机构。
102.相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
103.(1)本发明设置了压紧组件，利用弹簧对轨道进行压紧，弹簧对轨道的安装、加工精度要求不高，且对环境的要求不高，使用寿命长，适用于轨道安装条件较差的场景；
104.(2)本发明的机器人轨道呈“几”字形，在保证运行稳定的条件下简化轨道结构，便于轨道的加工、安装和调整；
105.(3)本发明公开的驱动机构中，压紧组件在垂直和水平两个方向上压紧轨道；垂直方向压紧可保证挂轨机器人垂直方向自定位；水平方向夹紧轨道，可降低机器人移动时的摆动幅度，同时起到一定的导向功能，进而实现挂轨机器人水平方向的自定位以及转弯动作的流畅性；
106.(4)本发明设置了导向组件，导向组件可以通过扭簧，调整所述挂轨机器人在轨道上的运动方向，使其运动轨迹与轨道弧度相匹配，以实现复杂路况的巡检。
107.以上所述，仅是本技术的几个实施例，并非对本技术做任何形式的限制，虽然本申
请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

技术特征：
1.一种用于挂轨机器人的驱动机构，其特征在于，包括：轨道、支撑板、压紧组件、导向组件和驱动组件；所述轨道呈“几”字形，两侧为水平板，中间为凸起结构；所述支撑板立在所述水平板的两侧；所述压紧组件的一端固定在所述支撑板上，另一端压紧在所述轨道两侧的水平板上，用于压紧所述轨道；所述导向组件的一端固定在所述支撑板上，另一端抵住所述凸起结构的侧表面；所述导向组件跟随所述轨道的弧度实现弹性伸展压缩，以调整挂轨机器人在所述轨道上的运动方向；所述驱动组件的一端固定在所述支撑板上，另一端固定在所述轨道下方，用于驱动所述挂轨机器人运动。2.根据权利要求1所述的用于挂轨机器人的驱动机构，其特征在于，所述压紧组件包括：垂直压紧单元和水平限位单元；所述垂直压紧单元的一端固定在所述支撑板上，另一端压紧所述水平板；所述水平限位单元的一端固定在所述支撑板上，另一端与所述凸起结构的侧表面间隔预设距离。3.根据权利要求2所述的用于挂轨机器人的驱动机构，其特征在于，所述垂直压紧单元包括固定板、弹簧、滚轮杆和第一轴承；所述固定板固定在所述支撑板朝向轨道的一侧表面；所述弹簧设置在所述固定板和所述滚轮杆之间；所述第一轴承的一端固定在所述滚轮杆上，另一端压紧所述水平板。4.根据权利要求3所述的用于挂轨机器人的驱动机构，其特征在于，所述水平限位单元包括主限位结构和辅限位结构；所述主限位结构的一端固定在所述支撑板上，另一端与所述凸起结构的侧表面间隔第一预设距离；所述辅限位结构的一端连接在所述滚轮杆上，另一端与所述凸起结构的侧表面间隔第二预设距离；所述第一预设距离小于所述第二预设距离。5.根据权利要求4所述的用于挂轨机器人的驱动机构，其特征在于，所述垂直压紧单元的数量为四个，且对称设置于所述轨道两侧。6.根据权利要求5所述的用于挂轨机器人的驱动机构，其特征在于，所述主限位结构包括导向螺纹轴和第二轴承，所述导向螺纹轴固定在所述支撑板上，所述第二轴承一端与所述导向螺纹轴连接，另一端与所述凸起结构的侧表面间隔第一预设距离；所述辅限位结构包括第三轴承，所述第三轴承一端连接在所述滚轮杆上，另一端与所述凸起结构的侧表面间隔第二预设距离；所述第一预设距离小于所述第二预设距离。7.根据权利要求1所述的用于挂轨机器人的驱动机构，其特征在于，所述导向组件包括旋转螺杆、扭簧和导向轮；
所述旋转螺杆固定在所述支撑板朝向轨道的一侧表面；所述扭簧连接在所述旋转螺杆和所述导向轮之间；所述导向轮的一端与所述扭簧连接，另一端抵在所述凸起结构的侧表面。8.根据权利要求7所述的用于挂轨机器人的驱动机构，其特征在于，所述导向组件的数量为两对，分别对称设置在所述压紧组件的两端。9.根据权利要求1所述的用于挂轨机器人的驱动机构，其特征在于，所述驱动组件包括齿轮、电机、同步轮和驱动轮；所述齿轮与所述电机连接，在所述电机的驱动下进行转动；所述同步轮与所述齿轮连接，与所述齿轮同步转动；所述驱动轮与所述同步轮连接，在所述同步轮的带动下沿所述轨道的下表面运动。10.一种挂轨机器人，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的驱动机构。

技术总结
本发明公开了一种用于挂轨机器人的驱动机构，包括：轨道、支撑板、压紧组件、导向组件和驱动组件；轨道呈“几”字形，两侧为水平板，中间为凸起结构；支撑板立在水平板的两侧；压紧组件的一端固定在支撑板上，另一端压紧在轨道两侧的水平板上，用于压紧轨道；导向组件的一端固定在支撑板上，另一端抵住凸起结构的侧表面；导向组件跟随轨道的弧度实现弹性伸展压缩，以调整挂轨机器人在轨道上的运动方向；驱动组件的一端固定在支撑板上，另一端固定在轨道下方，用于驱动挂轨机器人运动。本发明设置了压紧组件，利用弹簧对轨道进行压紧，弹簧对轨道的安装、加工精度要求不高，且对环境的要求不高，使用寿命长，适用于轨道安装条件较差的场景。的场景。的场景。


技术研发人员：贾新会 刘晓东 张扬 朱海晨 刘清义 杨文栋 张群
受保护的技术使用者：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/7/7