用于巡检机器人系统的电缆牵引组件 |
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| 申请号 | CN202211212319.1 | 申请日 | 2022-09-30 | 公开(公告)号 | CN117842115A | 公开(公告)日 | 2024-04-09 |
| 申请人 | 安徽容知日新科技股份有限公司; | 发明人 | 郭力; 贾维银; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于巡检 机器人 系统的 电缆 牵引组件，包括：多个牵引小车，每个所述牵引小车包括 支架 ，并且包括安装在所述支架上、且构造成在所述巡检机器人系统的轨道上运行的导轮；电缆，所述电缆固定在所述牵引小车上，由此能够跟随所述牵引小车运行；其中，所述牵引小车与所述巡检机器人系统的巡检机器人共用所述轨道运行。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于巡检机器人系统的电缆牵引组件，其特征在于，所述电缆牵引组件包括： |
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| 说明书全文 | 用于巡检机器人系统的电缆牵引组件技术领域[0001] 本发明涉及轨道巡检技术领域，具体涉及巡检机器人系统及其电缆牵引组件。 背景技术[0002] 对例如管廊、煤矿等长距离或复杂场地的巡检工作是场地安全的基础和重要保障。 由于监测项目多、线路长等原因，特别是超长管廊的环境条件恶劣、封闭性强、构造 物多、通讯不便，使得以人工方式对场地状态的巡检难度大，可行性极为有限，并且 也难以有效保障巡检人员的人身安全。 [0004] 巡检机器人工作时，通常以轨道平台为载体沿着固定的运行路径在轨道上运动， 并对需要巡检的环境进行监测。随着技术进步及需求增加，许多地方也开始陆续采用 轨道巡检机器人，例如工厂、饲养厂、智能农场、市政管廊、煤矿井下等等等。 [0005] 现有固定轨道巡检的巡检机器人系统的传动设计中，一般通过在固定位置设置驱 动装置如电机和相关传动机构如皮带轮等，来驱动轨道上布置的传送带或传送线及其 上安装的巡检机器人一起移动，以进行巡检。 [0006] 现有的巡检机器人系统中，巡检机器人装置一般作为一个整体在轨道上运行进行 巡检。由于巡检机器人装置可能需要在某些恶劣工况下工作，例如在矿山、井下、多 易燃粉尘场合等等对防爆有严格标准的场所。因此，在这类环境中，巡检机器人的设 计应满足防爆要求，尽可能减少工作时的温度过高问题，改善散热。有些应用场合由 于空间狭小，需要巡检机器人的体积尽可能小。传送带或传送线以及轨道的局限性也 需要巡检机器人尽可能轻量，并防止局部过载，上述以及其它应用环境对可靠性也提 出了更高的要求。 发明内容[0009] 鉴于以上所述以及其他更多的构思而提出了本发明。 [0010] 本发明的基本构思之一在于，提供一种新型的串列式巡检机器人系统，它具有新 颖的驱动设计。根据该驱动设计，在轨道上循着其轨迹安装布置传动链，驱动电机、 减速机构和传动链轮可通过例如安装支架组装在一起，巡检机器人可与之相连或者组 装在一起，通过传动链轮在传动链上的啮合滚动，而带动它们在轨道上运行。安装支 架、例如安装座上可安装引导/限位导轮。这种驱动设计的全部或者部分传动链，例如 安装在弯曲轨道分段中的传动链，优选采用可侧弯/具有三维延伸自由度的传动链。这 种传动链‑链轮的布置，相比于传统滑轮滑轨设计，齿轮齿条的传动设计，具有很大的 优越性。滑轮滑轨的运行过程和轨迹不稳定，且基本上不能负载运行；齿轮齿条传动 的运动，基本上不太可能实现二维和三维运动自由度，更无法实现某些情形下从直立 运行轨迹到弯曲/扭转轨迹到水平周向运行轨迹的运动。优选为蜗轮蜗杆的减速机构不 仅节省了安装空间，而且天然可以自锁，这对于驱动装置和巡检机器人在需要时在轨 道上的位置固定和保持是非常重要和有优势的。 [0011] 根据另外一方面的构思，采用整体上基本封闭的轨道，多边形、例如方形横截面 的轨道，更容易制造和供货，成本低，并且可避免积尘积水。这种形状规则的封闭轨 道的另外的好处还在于，在一些多粉尘如矿山、井下等应用环境中，可以避免在轨道 的槽(如果轨道是开放式的带槽轨道)中积尘而影响使用，并且形状规则的封闭轨道 的制造和加工成本也更低，而强度和刚度可以更高。 [0012] 本发明的另外一个基本构思在于，提供一种新型的电缆牵引设计。根据该牵引设 计，在轨道上循着其轨迹安装布置多个牵引小车，电缆被固定在牵引小车上随之一起 由驱动装置带动，通过这种方式，可以非常方便地给驱动装置和/或巡检机器人来供电， 同时也使得电缆可以方便平顺地跟随驱动装置随动，方便了电缆的安装和运行，并保 证了供电的可靠性和电缆寿命。这与例如现有技术的滑触线供电方式相比提供了优势。 [0013] 串列式巡检机器人可设置多个串列的机器人模块，使得机器人模块的小体积设计 和防爆设计成为可能，因为每个模块只需要一个相对小容量的电池以满足防爆标准， 并且这样的设计还提供改善的维护/更换的便利性以及高的可靠性。 [0014] 更具体而言，根据本发明的一方面的构思，公开了一种用于巡检机器人系统的电 缆牵引组件，包括：多个牵引小车，每个所述牵引小车包括支架，并且包括安装在所 述支架上、且构造成在所述巡检机器人系统的轨道上运行的导轮；电缆，所述电缆固 定在所述牵引小车上，由此能够跟随所述牵引小车运行；其中，所述牵引小车与所述 巡检机器人系统的巡检机器人共用所述轨道运行。 [0015] 根据一实施例，每个所述牵引小车至少包括分别在所述轨道的上面和下面上运行 的两对上导轮和两对下导轮。 [0016] 3.根据权利要求2所述的电缆牵引组件，其特征在于，所述支架是具有底板和两 个侧板的支架，在每一个所述侧板上以并排的方式分别安装一对所述上导轮和一对所 述下导轮，使得能够分别沿着所述轨道的上面和下面滚动运行。 [0017] 根据一实施例，所述支架是U形支架，所述U形支架还包括在每一个所述侧板上 安装在所述一对上导轮和所述一对下导轮之间的侧导轮，所述侧导轮构造成在所述轨 道的相应侧面上滚动运行。 [0019] 根据一实施例，所述支架上设有电缆安装件，所述电缆经由所述电缆安装件被固 定在所述牵引小车上，从而使得所述电缆能够随着所述牵引小车的移动而移动。 [0020] 根据一实施例，所述电缆安装件包括带卡槽的主体，以及用于将所述电缆紧固在 所述卡槽内的紧固螺钉。 [0021] 根据一实施例，所述电缆的电连接至所述驱动装置的那一端被固定在所述巡检机 器人系统的巡检机器人和/或所述驱动装置上。 [0022] 根据一实施例，所述轨道是横截面整体上呈方形的方形轨道，所述牵引小车的上 导轮和下导轮分别配合在所述方形轨道的顶面和底面上滚动运行。 [0024] 根据一实施例，所述导轮是带法兰的导轮，所述法兰的贴近所述轨道的那一面是 弧形面，所述弧形面的圆弧半径小于所述轨道的弯曲半径。 [0025] 还公开了一种串列式巡检机器人系统，包括：轨道，所述轨道限定了巡检路径； 驱动装置，所述驱动装置包括电机、减速机构和传动链轮，所述电机的旋转运动经由 所述减速机构传递到所述传动链轮，从而带动所述传动链轮旋转；多个安装座，各所 述安装座上安装有在所述轨道上滚动运行的导轮，并且所述驱动装置可旋转地安装在 相应的所述安装座上；传动链，所述传动链循着所述轨道的延伸方向固定安装在所述 轨道上，所述传动链轮与所述传动链啮合配合，从而在旋转时能够同所述驱动装置和 所述安装座一起循着所述轨道行进；串列式巡检机器人，所述串列式巡检机器人包括 彼此串列相连的一组机器人模块，各所述机器人模块安装在相应的所述安装座上，因 此被所述驱动装置驱动而能够沿着所述轨道行进。 [0026] 根据一实施例，所述机器人模块装配在相应的所述安装座上，并且通过带万向接 头的刚性杆串列连接。 [0027] 根据一实施例，所述驱动装置的数目为一个；或者，所述驱动装置的数目为至少 两个，所述至少两个驱动装置具有相同的配置。 [0028] 根据一实施例，所述串列式巡检机器人是电池供电的串列式巡检机器人，其中， 所述驱动装置自带电池或者由单独的电池模块供电；所述一组机器人模块中还包含下 列由电池供电的功能模块中的至少一者：照明模块、视频‑热成像‑音频模块、气体传感 器模块、对讲模块、地面无线传感器数据收集模块、消防模块和视频‑热成像镜头清洁 模块。 [0029] 根据一实施例，所述串列式巡检机器人是电缆供电的串列式巡检机器人，其中， 所述一组机器人模块中包含下列功能模块中的至少一者：照明模块、视频‑热成像‑音频 模块、气体传感器模块、对讲模块、地面无线传感器数据收集模块、消防模块和视频‑ 热成像镜头清洁模块。 [0030] 根据一实施例，所述巡检机器人系统进一步包括电缆牵引组件，所述电缆牵引组 件包括：多个牵引小车，每个所述牵引小车都安装在所述轨道内且循着所述轨道的纵 长延伸轨迹运行；电缆，所述电缆一端连接至所述驱动装置和/或所述串列式巡检机器 人，另一端连接至电源和通讯网关；其中，所述电缆被固定或者被夹持在所述多个牵 引小车上，从而使得所述电缆能够随着所述牵引小车的移动而移动。 [0031] 根据一实施例，所述牵引小车包括支架，和安装在所述支架上且构造成分别在所 述轨道的上面和下面上运行的两对上导轮和两对下导轮。 [0032] 根据一实施例，所述支架是具有底板和两个侧板的例如为U形的支架，在每一个 所述侧板上以并排的方式分别安装一对所述上导轮和一对所述下导轮，使得能够分别 沿着所述轨道的上面和下面滚动运行。 [0034] 根据一实施例，所述U形支架还包括在每一个所述侧板上安装在所述一对上导轮 和所述一对下导轮之间的一个侧导轮，所述侧导轮构造成分别在所述轨道的对应的侧 面上滚动运行。 [0035] 根据一实施例，所述牵引小车与所述安装座共用所述轨道滚动运行。 [0036] 根据一实施例，所述传动链是齿形链或滚子链。 [0037] 根据一实施例，所述传动链的至少一部分是可侧弯的、例如可提供三维延伸自由 度的链条。 [0038] 根据一实施例，所述安装座包括下部支架和两个上支架部，其中，每个所述上支 架部都能够独立地相对于所述下部支架枢转。 [0039] 根据一实施例，每个所述上支架部都包括底板和从所述底板向上延伸的两个侧板。 [0040] 根据一实施例，所述上支架部是上U形部，每个所述上U形部的每个所述侧板上 安装上导轮和下导轮，所述上导轮和所述下导轮分别在所述轨道的上面和下面上滚动 运行。 [0041] 根据一实施例，在每个所述上U形部的每个所述侧板上、在其所述上导轮和所述 下导轮之间进一步安装侧导轮，所述侧导轮构造成在所述轨道的侧面上滚动运动。 [0042] 根据一实施例，在所述下部支架上设有两个枢轴孔，所述两个上支架部各自通过 穿过相应的所述枢轴孔的枢轴而可枢转地安装在所述下部支架上。 [0044] 根据一实施例，所述传动链固定安装在在所述轨道的底面且沿着所述轨道延伸。 [0045] 根据一实施例，所述传动链通过铆钉或螺钉固定安装在所述轨道的底面上的中线 附近位置。 [0046] 根据一实施例，所述导轮是带法兰的导轮，所述法兰的贴近所述轨道的那一面是 斜面，所述斜面相对于与所述导轮的旋转轴线垂直的平面形成斜角A，其中，0＜A≤ 30°。 [0047] 根据一实施例，5°≤A≤20°。 [0048] 根据一实施例，所述导轮是带法兰的导轮，所述法兰的贴近所述轨道的那一面是 弧形面，所述弧形面的圆弧半径小于所述轨道的弯曲半径。 [0049] 根据一实施例，所述减速机构是啮合配合的蜗轮和蜗杆，其中，所述蜗杆与所述 电机的转轴传动配合，并且所述蜗轮与所述传动链轮传动配合。 [0050] 根据一实施例，所述蜗轮固定在所述安装座的下部支架的一侧，所述传动链轮与 所述蜗轮同轴地可旋转地安装在所述下部支架的相反的另一侧。 [0051] 根据一实施例，所述轨道具有整体上呈多边形的横截面，所述多边形的形状构造 成使得所述轨道在安装后具有平直的底面和顶面，并且具有两个垂直的侧面或者两个 倾斜的上侧面或者两个弧形的上曲面。 [0052] 根据一实施例，所述轨道的横截面选自下列中的一者：方形、梯形、截头的等腰 三角形、五边形、六边形和鼓形。 [0053] 根据一实施例，所述轨道是横截面整体上呈方形的方形轨道，所述安装座的上导 轮和下导轮分别在所述方形轨道的顶面和底面上滚动运行。方形轨道更容易制造和供 货，并且成本更低。 [0054] 根据一实施例，所述传动链是循着所述轨道的长度固定安装在所述轨道上的不间 断的链条。 [0055] 根据一实施例，所述传动链由循着所述轨道的长度无缝拼接并固定在所述轨道上 的至少两段链条构成。 [0056] 根据一实施例，所述一组机器人模块中的每一个都是能够独立维修和/或独立更换 的。 [0057] 根据一实施例，所述串列式巡检机器人中的至少一个机器人模块与所述驱动装置 固定装配在一起。 [0058] 根据一实施例，所述轨道是环形轨道，所述环形轨道限定了巡检机器人的环形的 固定巡检路径。 [0059] 根据一实施例，所述串列式巡检机器人中的至少一个机器人模块固定安装在所述 安装座上。 [0060] 根据一实施例，所述传动链轮处于所述轨道的下方，并能够与固定安装在所述轨 道底面的传动链啮合。 [0061] 根据一实施例，在所述轨道的至少部分轨道分段上设有用于安装拼接销的拼接槽。 [0062] 根据一实施例，所述轨道是整体成型的金属件。 [0063] 根据一实施例，所述机器人模块是能够独立维修和/或独立更换的。 [0064] 根据一实施例，所述功能模块内置有电池。 [0065] 根据一实施例，所述功能模块从电缆取电。 [0066] 根据一实施例，轨道例如可由金属材料如不锈钢、碳钢或者铝型材制成，可在成 本、耐候性、易加工性、易更换和可维护性都提供了优势。 [0067] 根据一实施例，不同的机器人模块之间可以线缆通讯和供电，或者也可用电池供 电和无线通讯。 [0068] 根据一实施例，由于巡检机器人采用串列地分布在轨道上的机器人模块的设计， 这种设计可避免在轨道上集中附着，因此提供了分布式的轻载配置，由于模块的功能 和耗电也分散开，各模块上的电池容量可以更小，压力小，容易通过防爆认证。各模 块可独立维护、维修和更换，因此与整体式巡检机器人相比可维修性更好。 [0069] 根据本发明的一实施例，通过采用链轮+轨道上固定安装链条之间的啮合来传动， 并配合蜗轮蜗杆形式的减速机构，可提供诸多优点，例如，不打滑，爬坡能力强，停 机时能自锁，驱动装置即使在承受外力时仍能保持位置稳定，结构简单，等等。 [0070] 本发明还公开了巡检机器人系统在室外环境、矿井井下、码头运输场所、工业生 产线、长距离轨道输送场合、长距离带式输送场合、防爆场合、防冻场合、防雨水场 合或防尘场合中进行巡检的用途。 [0072] 通过参考下文的描述连同附图，这些实施例的上述特征和优点及其他特征和优点 以及实现他们的方式将更显而易见，并且可以更好地理解本发明的实施例。 [0073] 图1A是根据本发明的一实施例的无线(电池)供电的串列式巡检机器人系统的主 要配置的示意图，显示了一个示例性的例如环形的轨道上布置的巡检机器人系统的整 体布局。 [0074] 图1B是根据本发明的一实施例的有线(电缆)供电的串列式巡检机器人系统的主 要配置的示意图，显示了该巡检机器人系统的整体布局。 [0075] 图2A是图1A所示的无线(电池)供电的巡检机器人系统的一部分的放大的示意 图，展示了串列式的巡检机器人(模块)和驱动装置在轨道上的布置的放大视图。 [0076] 图2B是图1B所示的有线(电缆)供电的巡检机器人系统的一部分的放大的示意 图，展示了串列式的巡检机器人(模块)和驱动装置在轨道上的布置的放大视图。 [0077] 图3是图2B所示的有线供电的巡检机器人模块、驱动装置和牵引小车的进一步的 放大视图。 [0078] 图4是图2A所示的无线(电池)供电的巡检机器人系统的驱动装置和(弯道)轨 道的一部分的进一步放大的立体示意图。 [0079] 图5是从另一视角看去的图2B所示构造的进一步放大的局部视图，并以局部剖开 的方式展示了方形横截面的轨道。 [0080] 图6是根据本发明一实施例的串列式巡检机器人系统的驱动装置和巡检机器人 (模块)的放大的示意图。 [0081] 图7以局部剖开的形式展示了图6所示的通过安装座装配在一起的驱动装置和巡 检机器人模块的放大的示意图。 [0082] 图8从另一视角示意性显示了图6所示驱动装置、巡检机器人(模块)以及安装 座等构造。 [0083] 图9是展示了图8所示驱动装置的构造，其中拆下了巡检机器人模块，并且展示 了安装座的两个上部U形件各自可独立地相对于下部枢转的示意图。 [0084] 图10是图8‑9所示驱动装置的局部透视示意图，特别展示了安装座的导轮和枢转 设计。 [0085] 图11是另一实施例的驱动装置的局部透视示意图，其与图10所示构造基本上相 同，不同之处在于在安装座上增加了侧导轮的设计。 [0086] 图12展示了根据一实施例的方形横截面的轨道，其中可设置电加热装置。 [0087] 图13展示了根据一实施例的安装座的导轮的布置和设计，特别展示了导轮上的法 兰以及法兰的便于导轮过弯道的斜面设计。 [0088] 图14以放大图展示了根据一实施例的导轮的构造，特别展示了其滚轮主体上的法 兰以及法兰的斜面设计。 [0089] 图15展示了根据一实施例的牵引小车的一实施例的放大的示意性的透视图，展示 了该实施例的牵引小车的构造和细节。 具体实施方式[0090] 在以下对附图和具体实施方式的描述中，将阐述本发明的一个或多个实施例的细 节。从这些描述、附图以及权利要求中，可以清楚本发明的其他特征、目的和优点。 [0091] 应当理解，所图示和描述的实施例在应用中不限于在以下描述中阐明或在附图中 图示的构件的构造和布置的细节。所图示的实施例可以是其他的实施例，并且能够以 各种方式来实施或执行。各示例通过对所公开的实施例进行解释而非限制的方式来提 供。实际上，将对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明公开的范围或实质 的情况下，可以对本发明的各实施例作出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的 一部分而图示或描述的特征，可以与另一实施例一起使用，以仍然产生另外的实施例。 因此，本发明公开涵盖属于所附权利要求及其等同要素范围内的这样的修改和变型。 [0092] 同样，可以理解，本文中所使用的词组和用语是出于描述的目的，而不应当被认 为是限制性的。本文中的“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用，旨在开放式地包括 其后列出的项及其等同项以及附加的项。 [0093] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等术语应 做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的 普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0094] 在现有技术的巡检机器人方案中，在巡检机器人传送链的运行通道相对狭小的应 用场合中，其上载带的一体式设计的巡检机器人可能会因为整体构造的过大体积无法 通过狭小的运行通道，而导致巡检机器人系统应用场合受限或者受阻。 [0095] 另外，巡检机器人需要长时间不间断地工作，并且其工作环境可能比较恶劣，例 如高温、高湿、高粉尘的环境等等，在这种情况下，一体式设计的巡检机器人可能会 因为其整体式构造而导致一系列的问题，例如，整体构造的各工作模块集中工作而集 中发热，导致散热问题，这些对于某些场合而言，例如其防爆要求和可靠性可能达不 到要求。而且，上述一体式的整体构造的工作部件中，如果一个部件发生故障，就不 得不停止巡检机器人传送链运行，拆下整个巡检机器人进行更换或诊断维修，而可能 导致传送链中断运行的时间过长，这些都会造成要求长时间、低故障运行的巡检机器 人传送链的应用场合无法接受的损失。 [0096] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的详细描述和说明。 [0097] 图1A是根据本发明的一实施例的无线(电池)供电的串列式巡检机器人系统100 的主要配置的示意图，显示了一个示例性的例如环形的轨道200上布置的巡检机器人 系统100的整体布局。图2A是图1A所示的无线(电池)供电的巡检机器人系统100 的一部分的放大的示意图，展示了串列式的巡检机器人(模块)300和驱动装置400在 轨道200上的布置的放大视图。图4是图2A所示的无线(电池)供电的巡检机器人系 统100的驱动装置400和弯道轨道的一部分的进一步放大的立体示意图。 [0098] 如图1A、2A和图4所示，展示了无线(电池)供电的串列式巡检机器人系统100 的基本构成部分和总体布置。巡检机器人系统100的串列式巡检机器人300可在驱动 装置400的驱动下，通过传动链轮440与固定在轨道200上的传动链240啮合，而循 着轨道运行，以对周围环境中的目标进行巡检。 [0099] 如图2A所示，展示了示例性的串列式巡检机器人300，它包括一组共四个串列布 置的巡检机器人模块300A‑300D。这一组机器人模块300A‑300D如图所示串列地彼此 间隔开地排列布置在轨道200上，一端的机器人模块300D与一个驱动电机410安装在 一起并被其驱动，另一端的机器人模块300A与另一个驱动电机410安装在一起并被其 驱动，这些机器人模块彼此之间可通过刚性连杆如钢杆302或者钢丝302牵引连接， 从而可以一起被驱动而在轨道200上运行。在采用刚性连杆如钢杆302的情形下，其 两头可加上万向节，从而提供了万向接头，在过弯道时提供了灵活性和可通过性。另 外，在电池供电的情形下，其中至少一个机器人模块，例如机器人模块300B可以是电 池模块，其可通过电线或线缆301为巡检机器人模块300A和其所在的驱动装置400供 电。在图2A的实施例中，在首尾两端，即，巡检机器人模块300A和300D位置，均 提供了带电机和传动和减速机构的驱动装置400。当然，为一个串列式巡检机器人配备 一个或者更多个驱动装置400也是可以的。巡检机器人模块300A‑300D彼此之间可以 无线通讯连接。驱动电机410例如可以采用伺服电机的形式。 [0100] 图1B是根据本发明的一实施例的有线(电缆)供电的串列式巡检机器人系统100 的主要配置的示意图，显示了该巡检机器人系统100的整体布局。图2B是图1B所示 的有线(电缆)供电的巡检机器人系统100的一部分的放大的示意图，展示了串列式 的巡检机器人(模块)300和驱动装置400在轨道200上的布置的放大视图。图3是图 2B所示的有线供电的巡检机器人模块300D、驱动装置400和牵引小车的进一步的放 大视图。图5是从另一视角看去的图2B所示构造的进一步放大的局部视图，并以局部 剖开的方式展示了方形横截面的轨道200。该有线供电的串列式巡检机器人系统100的 实施例与图1A、2A所示无线(电池)供电的串列式巡检机器人系统的各方面的配置 和构造类似，主要区别在于该有线供电的串列式巡检机器人系统100的一组共四个串 列布置的巡检机器人模块300A‑300D是由外部通过电缆450来供电的，因此可根据情 况省略单独的电池模块。另外，巡检机器人模块300A‑300D之间的通讯(如有的话)， 也可以采用有限的形式，当然，这不是必须的。电缆450连接在驱动装置和/或巡检机 器人(模块)上，并可通过牵引小车470的牵引而跟随巡检机器人(模块)300一起在 轨道200上运行，如下文详述。有线供电和通讯的方式在短距离巡检的场合下是有利 的，并且可以提供更高可靠性的供电和通讯方式。 [0101] 如图3所示，一端的机器人模块300D通过电缆450与载带(例如卡接或其它安装 方式)电缆450的牵引小车470连接。本领域的技术人员可以理解，由于巡检机器人 自重不大，而且大部分情形下轨道200是水平延伸的，因此牵引小车可不必单独配备 牵引索，牵引索在巡检机器人场合是可以省略的。也就是说，牵引小车470可以仅仅 通过供电和/或通讯的电缆450连接(以及电连接)在驱动装置400上，并且/或者连接 (以及电连接)在巡检机器人(例如图3所示模块300D)上，即可使供电电缆450跟 随驱动装置400一起沿着轨道200一起运行。相比之下，现有技术的一些巡检机器人 也采用电缆方式供电，但是一般会采用滑触线的布置。滑触线的技术缺陷之一在于遇 到潮湿环境等容易接触不良或者短路，另外滑触线供电的可靠性相对偏低。本发明的 这种电缆牵引方式可减轻或避免上述缺陷。 [0102] 图5是从另一视角看去的图2B所示构造的进一步放大的局部视图，并以局部剖开 的方式展示了方形横截面的轨道。图6是根据本发明一实施例的串列式巡检机器人系 统的驱动装置400和巡检机器人(其中一个机器人模块)300安装并运行在轨道200上 的示意图。 [0103] 图7以局部横剖视图方式展示了驱动装置400在方形的轨道200上的装配，以及 传动链240的一种示例性的装配构造。显然如图所示轨道200具有大体上方形的横截 面，但是，轨道200的其它形式的构造和横截面也是可以的。例如，轨道200可具有 整体上呈多边形的横截面，多边形的形状构造成使得轨道200在安装后具有平直的底 面和顶面，并且具有两个垂直的侧面，或者两个倾斜的上侧面，或者两个弧形的上曲 面。轨道200的横截面可以是方形、梯形、截头的等腰三角形、五边形、六边形和鼓 形，等等。轨道200例如可由金属如铝材、铝合金、钢材等等一体成型。一般而言， 方形的轨道更容易制造和供货，并且成本可以更低。 [0104] 另外，重要的是，如图5和图7‑图10所示，按照图7所示的方位，在轨道200上， 例如在轨道200的底面中线附近或者其它部位，可通过铆钉、螺钉、螺栓连接等方式 固定安装传动链240，传动链240循着轨道200的一部分或者整个延伸长度和延伸方向 布置，并且在本发明中需要固定安装在轨道200上，以便于链轮440与其啮合并循着 传动链240行进。图5和图7还显示了装配在驱动装置400的安装座420上的电机410 和减速机构430，以及例如可安装在与电机410相对的另一侧的巡检机器人300。减速 机构430例如优选是但不局限于蜗轮蜗杆减速机构，如下文中进一步详细描述。 [0105] 在某些室外的或者寒冷易结冰的应用环境中，本发明的串列式巡检机器人系统的 轨道200可能会因为暴露于雨水和寒冷而结冰，从而影响轨道200的正常使用。因此， 如图12所示，还可在轨道200中设置电热丝安装槽260，其中可容纳电热件250，例 如电热带、电热丝或热敏电阻PTC，用于加热轨道，除冰和/或除水。尽管如图12所示 在两侧面设置了电热件250，但是，电热件250的数目和布置位置均可根据需要变化， 例如更多或更少，并且在任何构造的轨道200上均可设置，并不限于方形轨道。 [0106] 形状规则的封闭轨道，例如方形的轨道200的另外的好处还在于，在一些多粉尘 如矿山、井下等应用环境中，可以避免在轨道的槽(如果轨道是开放式的带槽轨道) 中积尘而影响使用，并且形状规则的封闭轨道的制造和加工成本也更低，而强度和刚 度可以更高。 [0107] 图6是根据本发明一实施例的串列式巡检机器人系统的驱动装置400和巡检机器 人300的放大的示意图。图7以局部剖开的形式展示了图6所示构造的示意性的端视 图。图8‑图10展示了一个实施例的驱动装置、巡检机器人(模块)以及安装座等的构 造。如图6‑10所示，驱动装置400的该实施例可包括电机410、减速机构430和传动 链轮440。作为一个示例性例子，减速机构430主要由彼此啮合配合的蜗轮和蜗杆构成。 这种蜗轮蜗杆形式的减速机构430不仅可以很好地起到减速的左右，而且还自锁，从 而便于将巡检机器人(模块)在轨道上固定，这是其它形式的减速机构不具备的。电 机410的电机转轴与蜗杆例如可同轴地连接以传递来自电机的旋转运动，通过与之啮 合的蜗轮减速后的旋转运动被传递给传动链轮440。如图7所示，蜗轮蜗杆减速机构 430安装在安装座420的图示的右侧，而在安装座420的图示的左侧，可通过例如共轴 或同轴的方式安装传动链轮440。这样，通过安装座420，就将巡检机器人(模块)300、 驱动装置400组装成一体。传动链轮440与固定在轨道上的传动链240啮合，如图7 所示。这样，驱动装置400的传动链轮440在被电机410驱动旋转时，就可以与固定 在轨道200上的传动链240啮合而沿着轨道200滚动行进，例如滚动前进或后退，并 由此而带动整个驱动装置400、安装座420和巡检机器人300一起可沿着轨道200行进。 [0108] 传动链240可以是滚子链条。当然，传动链240也可以是哪个与传动链轮适配啮 合的其它形式，例如齿形链条。由于传动链240需要与轨道200一起例如大体直立地 向上延伸、水平地沿着周向延伸，可能需要进行侧弯和/或扭转，因此，优选的是，传 动链240的至少一部分或者全部是可侧弯的链传动链条，其可以具有三维空间延伸的 自由度。 [0109] 为了便于整个驱动装置400和巡检机器人300沿着轨道200平稳平滑地行进，如 图8‑10所示，根据一个实施例，安装座420可包括下部支架423和两个例如可呈大体 U形的上支架部421和422，每个上U形部421或422都能够独立地相对于下部支架 423枢转，例如，上U形部421或422可从图8所示方位各自独立地相对于下部支架 423枢转到图9所示的方位，这样安装座420在轨道上过弯时能够灵活地调整，平顺地 过弯道。 [0110] 每个上U形部421和422，各自都包括底板和从底板向上延伸的两个侧板。如图 10所示，上U形部421的一个侧板上安装上导轮421A和下导轮421C，与之相对的另 一个侧板上安装上导轮421B和下导轮421D，在上U形部421的底板上安装一个枢轴 480，如下所详述。类似地，上U形部422的一个侧板上安装上导轮422A和下导轮422C， 与之相对的另一个侧板上安装上导轮422B和下导轮422D，在上U形部422的底板上 安装另外一个枢轴480，如下详述。这些上导轮和下导轮均配置成在轨道200的上面和 下面上滚动运行，起到运动引导、限位和扶正的作用，并防止运行过程中发生跳动。 这些导轮的设置有助于驱动装置400和巡检机器人300沿着轨道200平稳平滑的运行， 并可防止运行时发生跳动、出轨和偏轨，等等。 [0111] 如图5‑10所示，下部支架423上可设计直板423A，其上可安装巡检机器人(模 块)300，例如摄像头模块、电池模块、驱动模块、视频‑音频模块、传感器模块，等等， 或其它巡检设备。下部支架423上还可在对应于两个上U形部421和422的底板的位 置，设计两个枢轴孔位423D和423E。这两个枢轴孔位423D和423E如图所示可特意 加厚，以便可从中穿过两根一定长度的枢轴480，如图10所示。这两根枢轴480的一 端例如可固定在对应的上U形部的底板上，例如可通过螺纹固定在两个枢轴孔位423D 和423E中，或者/另外可用螺帽或螺母固定。这两根枢轴480的另外一端可枢转地安 装在下部支架423上。例如，可通过该另外一端的端部法兰贴靠在相应枢轴孔位的端 面上，这样即可实现上U形部相对于下部支架的枢转。作为一个优选例，在该另外一 端的端部法兰与相应的枢轴孔位423D和423E之间可套设推力球轴承423B和423C， 从而可确保两个上U形部421和422相对于下部支架423确切可靠地装配，而且可确 保两个上U形部421和422各自独立地相对于下部支架423平顺地枢转。 [0112] 图11是另一实施例的驱动装置400的局部透视示意图，其与图10所示构造基本 上相同，不同之处在于在安装座上增加了侧导轮的设计。在上U形部421和422的每 个侧板上都增加了一个侧导轮，分别是421E、421F、422E和422F。这些侧导轮421E、 421F、422E和422F在驱动装置400安装到轨道200上之后，在轨道的左右两侧的侧 面上滚动运动，进一步起到运动引导、(左右)限位、扶正和防止脱轨的作用，当然 也可进一步有助于平顺过弯。 [0113] 图13‑图14展示了有助于在轨道弯道上过弯的导轮的一种设计。如图13‑图14所 示，以安装座420的上导轮421A为例来图示说明。上导轮421A可具有在轨道200上 滚动的滚轮主体421A1，和与之一体的法兰421A2。在法兰421A2与滚轮主体421A1 之间可用倒角圆弧，例如内凹的圆弧C来过渡，以避免应力集中，并且可或多或少有 助于过弯。优选的是，法兰421A2在安装后贴近轨道的那一侧的端面设计成斜面S， 斜面S与垂直于导轮旋转轴线R的平面形成斜角A，其中0＜A≤30°，例如更优选为 2°≤A≤20°，5°≤A≤15°，等等。在法兰421A2在安装后贴近轨道200的那一侧 的端面设计成弧形面，特别是向外弓出的弧形面的情形下，该弧形面的圆弧半径优选 小于轨道的弯曲半径，以便有助于过弯。图13展示了具有斜面S设计的上导轮在过弯 时的情形，可以看到，特别是在轨道的弯道内侧，斜面S的设计极大地减轻或甚至避 免了轨道200侧面对导轮滚动的干涉/妨碍。尽管图13‑14仅仅是展示了安装座的上导 轮的这种设计，但是，安装座的下导轮也可采用这种斜面或弧面设计。 同理，牵引小 车470的上导轮和下导轮叶可采用这种斜面或弧面的过弯道设计，这是本领域的技术 人员容易理解的。 [0114] 图15展示了可在巡检轨道200上滚动运行的其中一个牵引小车470的一实施例。 牵引小车470上可固定电缆450，并且可直接用电缆450作为牵引索，而无需采用另外 的牵引索。这是因为，轨道200绝大多数情形下为水平的轨道，电缆450在牵引过程 中即使受牵引力左右，该牵引力/拉力也足够小，不会不利于电缆450的寿命和供电的 可靠性。 [0115] 图15是牵引小车470的一个实施例的放大的示意性的透视图，展示了该实施例的 牵引小车470的构造和细节。与安装座420上布置导轮类似地，在该实施例中，牵引 小车470具有整体上由底板和从底板向上延伸的两个侧板构成的例如U形的支架，其 例如可用槽钢(或铝合金)或者工字钢(或铝合金型材)加工而成。在该U形支架上 安装有共8个导轮。其中，在牵引小车470的其中一个侧板471上安装一对上导轮471A 和471B以及一对下导轮471C和471D，它们均可起到运动引导、限位和扶正的作用。 在牵引小车470的另一侧板472上可安装一对上导轮472A和472B以及一对下导轮 472C和472D，它们均可起到运动引导、限位和扶正、防止运行中发生跳动的作用。 这些导轮可帮助牵引小车470沿着轨道200平稳平滑地滚动行进，从而在巡检机器人 300和驱动装置400沿着轨道200运行时，其(供电和/或通讯)电缆450可用作牵引 索并因此还可被牵引小车470载带而随之一起沿着轨道200行进，提供安全可靠的供 电和/或通讯。牵引小车470的上述上导轮和下导轮均可具有与安装座420的上导轮和 下导轮相同的构造和设计，因为它们可共用轨道200运行。 [0116] 在牵引小车470上，例如在其底板473上，还可设有电缆安装件475，其例如可 包括用于容纳安装电缆450的带卡槽475A的主体，以及可将电缆450紧固在卡槽475A 中的例如两颗紧固螺钉476。当然，本领域的技术人员可以理解，牵引小车均可采用不 同于如图所示的其它形式，只要能够安装固定牵引索和电缆即可，这些都在本发明的 范围内。 [0117] 轨道200例如可由金属如铝材、铝合金挤出工艺而一体成型。 [0118] 传动链240可以是滚子链条或者齿形链条，它们可以是负重的，也可以是不负重 的设计。当然，传动链240也可以是与传动链轮适配啮合的其它形式，例如齿形链条。 在需要上下坡和/或拐弯的位置，可能还需要进行侧弯和/或扭转，因此在这些位置传动 链240可采用可侧弯的链传动链条，其优选具有三维自由度，由此可以具有三维的延 伸自由度。 [0119] 每个轨道200上可布置一个或多个串列式巡检机器人300。每一个串列式巡检机 器人300可包括一组多个彼此分立且串列地布置的串列式的巡检机器人模块，例如模 块300A‑300D。尽管如图所示设置了一组4个巡检机器人模块，但是，这些模块的数 量可以更少或者更多，例如2个、3个、5个、6个等等，根据需要而定。 [0120] 这些串列式巡检机器人模块虽然如图所示彼此间隔开一定的间隙，但它们也可以 基本上无间隙地彼此紧靠地串列在轨道200上。尽管如图2A‑2B所示展示了首尾两个 电机410，但是电机的数量可以是1个或者更多个，并且其位置也可以是其它的布置方 式。 [0121] 通过将各个串列在一起的巡检机器人模块分布在轨道200上，实际上每一个安装 位置点的重量和受力减小了，而且配重分散在多个位点而非之前的单个位置点上。通 过这样的配置，就可以减轻或者甚至解决之前的巡检机器人配重不均、重心不平衡等 造成的潜在问题，例如，可降低冲击、降低运行时的噪音和其它诸如此类的故障，可 实现相对更低频率的维修和维护。 [0122] 不仅如此，各个巡检机器人模块的体积和占用空间可以更小，因此在巡检机器人 传送链的运行通道相对狭小的场合中应用成为可能。另外，通过将多个在工作时可能 发热的巡检机器人模块以串列的方式分散，电池供电的巡检机器人模块例如在自带电 池供电时可以采用防爆性更好的相对较小容量的电池，而且还可解决了散热不良的问 题，提高了系统的运行可靠性和鲁棒性。由于模块串列分布且各自独立，因此还进一 步降低了故障诊断和维检修、更换的难度。这些优势在例如高温、高爆、高粉尘等恶 劣工况的应用环境下，就显得更加重要和突出。 [0123] 串列式巡检机器人的机器人模块可选自下列功能模块中的至少一者：照明模块、 视频‑热成像‑音频模块、气体传感器模块、电池模块、对讲模块、无线通讯模块、消防 模块、摄像头清洁模块。照明模块例如可充当环境照明和视觉监测的功能，这对于远 程监控是基本的和必要的。视频‑热成像‑音频模块例如可用于摄取图像、热成像和音频 信息，包括摄像、热成像、温度传感和录音等等，并且可选择性地将其例如实时地传 送给地面基站。消防模块可包括相关的传感器，例如温度传感器、烟雾传感器等等， 并且可发送相应的警告信号，以及可选择性地发送相应的指令以启动消费设施，例如 消防水龙头、灭火器，等等。摄像头清洁模块可用于清洁巡检机器人的摄像头，例如 安装有喷水喷头和水箱以喷射清洗摄像头，等等。当然，本领域的技术人员完全可以 理解，根据不同的应用场合和功能，本构思的串列式巡检机器人组件还可另外地或者 备选地增设其它的功能模块，这些也都在本构思的范畴内。 [0124] 根据一个示例，一组机器人模块可包括一个主模块和至少一个从模块，主模块可 与至少一个从模块之间处于无线或者有线通讯连接。 [0125] 根据一个示例，功能模块可内置有作为工作电源的充电电池，这样该模块可独立 工作，并且可具有更好的防爆性能。 [0126] 在一个示例中，无线通讯模块可以充当主模块。无线通讯模块可以选自下列项中 的中的至少一者：Zigbee模块、WiFi模块、蓝牙模块、LoRa传输模块，NB传输模块、 Proprietary传输模块、Thread传输模块、Wi‑SUN传输模块、Z‑Wave传输模块和红外 通讯模块。 [0127] 在一个示例中，为了方便检修、维护和更换，这些功能模块是能够独立维修和/或 独立更换的。 [0128] 上述串列式的轨道巡检机器人系统及其各个构成部分，可适用于在例如矿井井下、 码头运输场所、工业生产线、长距离轨道输送场所、长距离带式输送场所或防爆场所 中，以及在其它工况恶劣或有危险的环境中进行巡检的用途。 [0129] 在一个示例中，该串列式巡检机器人系统可包括在线监测无线传感器，在线监测 无线传感器固定在巡检路径所处的环境中，用于采集环境中的设备的状态数据。 [0130] 该串列式巡检机器人系统中的巡检机器人包含无线传感器数据通讯模块，该无线 传感器数据通讯模块配置成在巡检期间与在线监测无线传感器进行无线通讯，以便收 集在线监测无线传感器所采集的数据和给在线监测无线传感器下达指令。 [0131] 尽管上述串列式巡检机器人系统的实施例中，巡检机器人采用的是串列式巡检机 器人，这样可以实现诸多的相关技术优势。但是，本领域的技术人员可以理解并容易 想到，在需要的时候，本发明的串列式巡检机器人系统也可以采用一体集成式巡检机 器人代替。 [0132] 根据一个示例，功能模块可由供电电缆供电，或者功能模块可以内置有电池，作 为供电电源。 [0133] 以上结合实施例描述了本发明的基本构思。注意，上述仅为本发明的较佳实施例 及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例， 对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会 脱离本发明的保护范围。本发明的范围由所附的权利要求范围决定。 |
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