專利名稱：一種軌道式自主移動(dòng)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于特種機(jī)器人領(lǐng)域，具體地說是一種軌道式自主移動(dòng)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
變電站設(shè)備巡檢對(duì)于保證電力系統(tǒng)的安全生產(chǎn)和可靠運(yùn)行具有極其重要的作用。傳統(tǒng)的人工巡檢方式由于人為因素的影響，有時(shí)難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常和潛在的故障隱患。應(yīng)用智能移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行變電站設(shè)備巡檢，可以充分發(fā)揮機(jī)器人的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，完成一些人工巡檢難以完成的任務(wù)，從而提高巡檢質(zhì)量，加速推進(jìn)變電站無人值守化的進(jìn)程。當(dāng)前移動(dòng)機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)有輪式、履帶式或是輪履結(jié)合式等多種形式，它們移動(dòng)靈活，越障能力強(qiáng)；但此種機(jī)器人在預(yù)定軌跡的行走、定位等功能上的誤差大，很難實(shí)現(xiàn) 對(duì)多目標(biāo)的連續(xù)定點(diǎn)觀察。且移動(dòng)機(jī)器人本體的能源無外乎充電電池和內(nèi)燃機(jī)兩種方式，采用內(nèi)燃機(jī)，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多；而充電電池又要考慮機(jī)器人的工作時(shí)間和電池充電的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有移動(dòng)機(jī)器人巡檢時(shí)很難連續(xù)定點(diǎn)觀察以及充電電池對(duì)工作時(shí)間影響的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種軌道式自主移動(dòng)機(jī)器人。該自主移動(dòng)機(jī)器人可應(yīng)用于變電站設(shè)備的探測(cè)巡檢。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括轉(zhuǎn)向架、底盤、集電器、行程開關(guān)、云臺(tái)、控制系統(tǒng)、滑線及定位塊，其中轉(zhuǎn)向架為兩個(gè)，相互獨(dú)立，結(jié)構(gòu)相同，分別在軌道上運(yùn)行，在軌道上設(shè)有連接外接電源的滑線，滑線的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有多組定位塊；所述底盤分別與兩個(gè)轉(zhuǎn)向架相連，在底盤的上表面分別安裝有云臺(tái)及控制系統(tǒng)，底盤的下表面分別連接有集電器及行程開關(guān)，該集電器在滑線上滑行、為機(jī)器人供電，所述行程開關(guān)位于集電器的兩側(cè)，行程開關(guān)的運(yùn)行軌跡與定位塊的安裝位置相對(duì)應(yīng)，集電器及行程開關(guān)分別與控制系統(tǒng)電連接。其中所述滑線通過滑線固定架固定在軌道上，滑線由銅芯及絕緣護(hù)套組成，所述集電器的一端固接在底盤的下表面，另一端與銅芯接觸；所述行程開關(guān)與集電器前后設(shè)置，行程開關(guān)為兩個(gè)，對(duì)稱設(shè)置在軌道的兩側(cè)，集電器位于兩行程開關(guān)的中間；所述轉(zhuǎn)向架包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、固定架、主動(dòng)行走輪、從動(dòng)行走輪、導(dǎo)向輪及轉(zhuǎn)盤，其中主動(dòng)行走輪及從動(dòng)行走輪相互獨(dú)立、分別可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在固定架上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)固接在固定架上，所述主動(dòng)行走輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸相連；在固定架的頂部設(shè)有轉(zhuǎn)盤，底盤置于轉(zhuǎn)盤上，所述轉(zhuǎn)盤相對(duì)于底盤可轉(zhuǎn)動(dòng)，固定架的底部安裝有多個(gè)導(dǎo)向輪；固定架為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)度方向的兩端均為“凹”形，在每個(gè)“凹”形的兩個(gè)分支上均設(shè)有可轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向輪，兩端的導(dǎo)向輪分別位于軌道的外側(cè)、與軌道的兩個(gè)側(cè)面滾動(dòng)接觸；各導(dǎo)向輪的中心軸線相平行，并垂直于主動(dòng)行走輪及從動(dòng)行走輪的中心軸線；所述固定架上對(duì)稱開有兩個(gè)通孔，主動(dòng)行走輪及從動(dòng)行走輪分別容置于兩個(gè)通孔內(nèi)，主動(dòng)行走輪及從動(dòng)行走輪均與軌道的上表面接觸；所述主動(dòng)行走輪的中心軸線與從動(dòng)行走輪的中心軸線在水平面內(nèi)相互平行；固定架的中間部位為中空結(jié)構(gòu)，向上延伸形成一支撐架，所述轉(zhuǎn)盤可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在該支撐架的頂部；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)上帶有編碼器，該編碼器與控制系統(tǒng)電連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為I.本發(fā)明通過集電器與滑線的接觸摩擦，將電能傳遞到控制系統(tǒng)，并由行程開關(guān)與定位塊的碰撞，在數(shù)字編碼器的作用下，可以實(shí)現(xiàn)在規(guī)劃的軌道路徑上的精確行走、定位等控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多目標(biāo)的連續(xù)定點(diǎn)觀察。2.本發(fā)明采用軌道滑線方式取電，可使移動(dòng)機(jī)器人連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作，不受時(shí)間因素的制約，無需考慮電池充電以及電池的壽命問題，解決了移動(dòng)機(jī)器人能量的來源，連續(xù)工作時(shí)間任意，穩(wěn)定可靠。
3.本發(fā)明通過軌道上的滑線采用電力載波通信技術(shù)，工作人員可遠(yuǎn)距離對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行視頻、通訊信號(hào)的控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方便，穩(wěn)定可靠，既解決了無線通訊的圖像不穩(wěn)定，信號(hào)滯后等問題，又解決了有線通訊的線纜問題。4.本發(fā)明采用雙轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，適合各種彎軌形狀，轉(zhuǎn)彎半徑小而靈活，轉(zhuǎn)盤可相對(duì)于底盤有角度上的變化，避免移動(dòng)機(jī)器人自身干涉，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人在各種彎道上的平穩(wěn)運(yùn)行。5.本發(fā)明的轉(zhuǎn)向架重心穩(wěn)定，承載能力高，在軌道上運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。


圖I為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖；圖3為圖2的右視圖；圖4為本發(fā)明供電方式結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1為轉(zhuǎn)向架,2為底盤,3為軌道,4為驅(qū)動(dòng)電機(jī),5為固定架,6為主動(dòng)行走輪，7為從動(dòng)行走輪，8為導(dǎo)向輪,9為轉(zhuǎn)盤,10為集電器,11為行程開關(guān),12為云臺(tái)，13為控制系統(tǒng)，14為滑線，15為滑線固定架，16為定位塊。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。如圖I 4所示，本發(fā)明包括底盤2、集電器10、行程開關(guān)11、云臺(tái)12、控制系統(tǒng)
13、滑線14、定位塊16及兩個(gè)轉(zhuǎn)向架1，兩個(gè)轉(zhuǎn)向架I相互獨(dú)立，結(jié)構(gòu)相同，分別在軌道3上運(yùn)行。軌道3的截面為“凹”形，在“凹”形軌道的中間、沿軌道的長(zhǎng)度方向通過滑線固定架15固接有滑線14，滑線14由銅芯和絕緣護(hù)套組成，滑線14連接外接電源，由外接電源對(duì)滑線14進(jìn)行供電；在滑線14的兩側(cè)，對(duì)稱設(shè)有多組定位塊16。如圖5所示,轉(zhuǎn)向架I包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)4、固定架5、主動(dòng)行走輪6、從動(dòng)行走輪7、導(dǎo)向輪8及轉(zhuǎn)盤9，其中固定架5為長(zhǎng)方體，固定架長(zhǎng)度方向的兩端均為“凹”形，在每個(gè)“凹”形的兩個(gè)分支上均設(shè)有可轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向輪8，即每個(gè)轉(zhuǎn)向架I上共設(shè)有四個(gè)導(dǎo)向輪8 ;兩端的導(dǎo)向輪8分別位于軌道3的外側(cè)，與軌道3的兩個(gè)側(cè)面滾動(dòng)接觸。固定架5的中間部位為中空結(jié)構(gòu)，向上延伸形成一支撐架，所述轉(zhuǎn)盤9通過軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在該支撐架的頂部、可繞自身軸線任意角度旋轉(zhuǎn)。在固定架5的中空部位與每端的“凹”形結(jié)構(gòu)之間還各開有一通孔，兩個(gè)通孔以固定架5的中心軸線對(duì)稱；主動(dòng)行走輪6及從動(dòng)行走輪7分別通過軸承安裝在一個(gè)通孔內(nèi)，主動(dòng)行走輪6及從動(dòng)行走輪7均與軌道3的上表面接觸，用以支撐移動(dòng)機(jī)器人自身的重量。在一端的“凹”形結(jié)構(gòu)處，固接有驅(qū)動(dòng)電機(jī)4，主動(dòng)行走輪6與驅(qū)動(dòng)電機(jī)4的輸出軸鍵連接。主動(dòng)行走輪6與從動(dòng)行走輪7相互獨(dú)立，主動(dòng)行走輪6與從動(dòng)行走輪7不共軸，即主動(dòng)行走輪6與從動(dòng)行走輪7有各自的中心軸，兩個(gè)中心軸的軸線共線。四個(gè)導(dǎo)向輪8兩個(gè)在前，兩個(gè)在后，安裝在固定架5上，各導(dǎo)向輪8的中心軸線相互平行，且分別垂直于主動(dòng)行走輪6及從動(dòng)行走輪7的中心軸線。
底盤2、云臺(tái)12及控制系統(tǒng)13組成機(jī)器人本體，其中底盤2放置于轉(zhuǎn)盤9上，兩個(gè)轉(zhuǎn)向架I分別位于底盤2長(zhǎng)度方向的兩端，轉(zhuǎn)盤9相對(duì)于底盤2可轉(zhuǎn)動(dòng)，底盤2通過轉(zhuǎn)盤9與各轉(zhuǎn)向架I相連。云臺(tái)12及控制系統(tǒng)13安裝在底盤2的上表面，云臺(tái)12為兩自由度云臺(tái)，控制系統(tǒng)13為現(xiàn)有技術(shù)；在底盤2的下表面分別固接有集電器10及行程開關(guān)11，集電器10及行程開關(guān)11位于兩個(gè)轉(zhuǎn)向架I之間、分別與控制系統(tǒng)13電連接；集電器10的一端固接在底盤2的下表面，另一端與滑線14的銅芯接觸，通過集電器10與滑線14的接觸摩擦，把電能傳遞到移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)13，為機(jī)器人供電；行程開關(guān)11與集電器10前后設(shè)置，行程開關(guān)11為兩個(gè)，對(duì)稱設(shè)置在軌道3的兩側(cè)，集電器10位于兩行程開關(guān)11的中間，行程開關(guān)11的運(yùn)行軌跡與定位塊16的安裝位置相對(duì)應(yīng)。轉(zhuǎn)向架I中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)4上帶有編碼器，該編碼器與控制系統(tǒng)13電連接。本發(fā)明的工作原理為驅(qū)動(dòng)電機(jī)4為移動(dòng)機(jī)器人在軌道3上的行走提供動(dòng)力，兩個(gè)轉(zhuǎn)向架I中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)4同步工作。主動(dòng)行走輪6在驅(qū)動(dòng)電機(jī)4的帶動(dòng)下，為轉(zhuǎn)向架I提供在軌道3上行走的動(dòng)力；兩個(gè)轉(zhuǎn)向架I在軌道上行駛的同時(shí)，集電器10與滑線14接觸摩擦，產(chǎn)生的電能傳遞給控制系統(tǒng)13。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人行進(jìn)到定位塊16時(shí)，行程開關(guān)11的觸點(diǎn)與定位塊16碰撞，并在驅(qū)動(dòng)電機(jī)4上的數(shù)字編碼器的作用下，將信號(hào)發(fā)送至控制系統(tǒng)13，由控制系統(tǒng)13控制、實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人在預(yù)定位置的精確停車，繼而安裝在底盤2前端的兩自由度云臺(tái)可對(duì)多目標(biāo)進(jìn)行精確定點(diǎn)觀察。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人行駛在直軌道上時(shí)，轉(zhuǎn)向架I在平衡位置沒有位移，各導(dǎo)向輪8將以有效半徑向前滾動(dòng)，弓I導(dǎo)轉(zhuǎn)向架I在軌道3的方向上前進(jìn)或后退的平順行駛；當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人行駛在彎軌道上時(shí)，由于從動(dòng)行走輪7是被動(dòng)輪，與主動(dòng)行走輪6不共軸，相互獨(dú)立，因此當(dāng)轉(zhuǎn)向架I處于彎軌道時(shí)，從動(dòng)行走輪7的被動(dòng)行走解決了兩個(gè)行走輪的差速問題。單側(cè)或雙側(cè)的導(dǎo)向輪8會(huì)受到軌道3側(cè)面的徑向壓力，這種壓力將迫使轉(zhuǎn)向架I回到平衡位置；此夕卜，兩個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)向架I在轉(zhuǎn)盤9的作用下，可分別與底盤2有角度上的變化，避免移動(dòng)機(jī)器人自身干涉，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人在各種彎道上的平穩(wěn)運(yùn)行。單軌道的特點(diǎn)是使用一條軌道，占地面積??；此外，軌道寬度窄，軌道支撐架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用的空間小。本發(fā)明就是通過單軌道來支撐、穩(wěn)定和導(dǎo)向移動(dòng)機(jī)器人，移動(dòng)機(jī)器人通過其特有的結(jié)構(gòu)形式卡在軌道梁上，能夠平穩(wěn)地運(yùn)行，在轉(zhuǎn)彎處無需考慮機(jī)器人的減速問題，沒有出軌的可能。本發(fā)明移動(dòng)機(jī)器人中的底盤2可通過連接軸與下一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的底盤串聯(lián)，依此，可串聯(lián)多個(gè)移動(dòng)機(jī)器人，如火車的每一節(jié)車箱一樣；每個(gè)移動(dòng)機(jī)器人中均有一個(gè)底盤2及兩個(gè)轉(zhuǎn)向架I。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人處于直軌道時(shí)，一個(gè)底盤2可對(duì)應(yīng)兩個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)向架I ;但若處于彎軌道時(shí)，則只能是一個(gè)底盤對(duì)應(yīng)兩個(gè)轉(zhuǎn)向架，否 則，在轉(zhuǎn)彎處將無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。移動(dòng)機(jī)器人通過滑線14采用電力載波通信技術(shù)，工作人員可遠(yuǎn)距離對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行視頻、通訊信號(hào)的控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方便，穩(wěn)定可靠，既解決了無線通訊的圖像不穩(wěn)定，信號(hào)滯后等問題，又解決了有線通訊的線纜問題。
權(quán)利要求
1.一種軌道式自主移動(dòng)機(jī)器人,其特征在于包括轉(zhuǎn)向架(I)、底盤(2)、集電器(10)、行程開關(guān)(11)、云臺(tái)(12)、控制系統(tǒng)(13)、滑線(14)及定位塊(16)，其中轉(zhuǎn)向架(I)為兩個(gè)，相互獨(dú)立，結(jié)構(gòu)相同，分別在軌道(3)上運(yùn)行，在軌道(3)上設(shè)有連接外接電源的滑線(14)，滑線(14)的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有多組定位塊(16);所述底盤(2)分別與兩個(gè)轉(zhuǎn)向架(I)相連，在底盤(2)的上表面分別安裝有云臺(tái)(12)及控制系統(tǒng)(13)，底盤(2)的下表面分別連接有集電器(10)及行程開關(guān)(11)，該集電器(10)在滑線(14)上滑行、為機(jī)器人供電，所述行程開關(guān)(11)位于集電器(10)的兩側(cè)，行程開關(guān)(11)的運(yùn)行軌跡與定位塊(16)的安裝位置相對(duì)應(yīng)，集電器(10)及行程開關(guān)(11)分別與控制系統(tǒng)(13)電連接。
2.按權(quán)利要求I所述的軌道式自主移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述滑線(14)通過滑線固定架(15)固定在軌道(3)上，滑線(14)由銅芯及絕緣護(hù)套組成，所述集電器(10)的一端固接在底盤(2)的下表面，另一端與銅芯接觸。
3.按權(quán)利要求I所述的軌道式自主移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述行程開關(guān)(11)與集 電器(10)前后設(shè)置，行程開關(guān)(11)為兩個(gè)，對(duì)稱設(shè)置在軌道(3)的兩側(cè)，集電器(10)位于兩行程開關(guān)(11)的中間。
4.按權(quán)利要求I所述的軌道式自主移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述轉(zhuǎn)向架(I)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4)、固定架(5)、主動(dòng)行走輪(6)、從動(dòng)行走輪(7)、導(dǎo)向輪(8)及轉(zhuǎn)盤(9)，其中主動(dòng)行走輪(6)及從動(dòng)行走輪(7)相互獨(dú)立、分別可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在固定架(5)上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4)固接在固定架(5)上，所述主動(dòng)行走輪(6)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4)的輸出軸相連；在固定架(5)的頂部設(shè)有轉(zhuǎn)盤(9)，底盤(2)置于轉(zhuǎn)盤(9)上，所述轉(zhuǎn)盤(9)相對(duì)于底盤(2)可轉(zhuǎn)動(dòng)，固定架(5)的底部安裝有多個(gè)導(dǎo)向輪(8)。
5.按權(quán)利要求4所述的軌道式自主移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述固定架(5)為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)度方向的兩端均為“凹”形，在每個(gè)“凹”形的兩個(gè)分支上均設(shè)有可轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向輪(8)，兩端的導(dǎo)向輪(8)分別位于軌道(3)的外側(cè)、與軌道(3)的兩個(gè)側(cè)面滾動(dòng)接觸。
6.按權(quán)利要求5所述的軌道式自主移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述各導(dǎo)向輪(8)的中心軸線相平行，并垂直于主動(dòng)行走輪(6)及從動(dòng)行走輪(7)的中心軸線。
7.按權(quán)利要求4或5所述的軌道式自主移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述固定架(5)上對(duì)稱開有兩個(gè)通孔，主動(dòng)行走輪(6)及從動(dòng)行走輪(7)分別容置于兩個(gè)通孔內(nèi)，主動(dòng)行走輪(6)及從動(dòng)行走輪(7)均與軌道(3)的上表面接觸；所述主動(dòng)行走輪￠)的中心軸線與從動(dòng)行走輪(7)的中心軸線在水平面內(nèi)相互平行。
8.按權(quán)利要求4或5所述的軌道式自主移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述固定架(5)的中間部位為中空結(jié)構(gòu)，向上延伸形成一支撐架，所述轉(zhuǎn)盤(9)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在該支撐架的頂部。
9.按權(quán)利要求4所述的軌道式自主移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4)上帶有編碼器，該編碼器與控制系統(tǒng)(13)電連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于特種機(jī)器人領(lǐng)域，具體地說是一種軌道式自主移動(dòng)機(jī)器人，包括轉(zhuǎn)向架、底盤、集電器、行程開關(guān)、云臺(tái)、控制系統(tǒng)、滑線及定位塊，轉(zhuǎn)向架為兩個(gè)，相互獨(dú)立，結(jié)構(gòu)相同，分別在軌道上運(yùn)行，在軌道上設(shè)有連接外接電源的滑線，滑線的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有多組定位塊；底盤分別與兩個(gè)轉(zhuǎn)向架相連，在底盤的上表面分別安裝有云臺(tái)及控制系統(tǒng)，底盤的下表面分別連接有集電器及行程開關(guān)，該集電器在滑線上滑行、為機(jī)器人供電，行程開關(guān)位于集電器的兩側(cè)，行程開關(guān)的運(yùn)行軌跡與定位塊的安裝位置相對(duì)應(yīng)，集電器及行程開關(guān)分別與控制系統(tǒng)電連接。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)在規(guī)劃的軌道路徑上的精確行走、定位等控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多目標(biāo)的連續(xù)定點(diǎn)觀察。
文檔編號(hào)G05D1/02GK102736623SQ201110091368
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者劉俊德, 劉君, 劉敏杰, 劉樹新, 姚辰, 徐梁, 智迪, 李小凡, 王 忠, 王挺, 王芝茗, 羅宇, 胡紹剛, 葛維春, 趙慶杞, 閆春生, 顧洪群 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所, 遼寧省電力有限公司鞍山供電公司