智能巡檢機器人機械結構設計研究

《智能巡檢機器人機械結構設計研究》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《智能巡檢機器人機械結構設計研究（3頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、智能巡檢機器人機械結構設計研究 摘要：針對如何保證電子倉的正常平穩(wěn)運行，以及如何優(yōu)化機器人行進方式的問題，擬設計一種以復合材料為主，可通過簡單人工方法自由拼裝拆卸的外殼。該設計上端整體成弧線形，包括弧形外殼（上外殼、底板），以及兩種可適應不同軌道的底座部分。通過外殼的拆卸達到可反復維修利用的目的。本裝置通過對外形曲線的封閉設計以及較為方便的安裝拆卸，保證了電子倉內的設備能夠在平穩(wěn)狀態(tài)下實現(xiàn)軌道狀態(tài)、異物入侵狀態(tài)、軌道環(huán)境三位一體的監(jiān)測，從而實現(xiàn)城市軌道智能巡檢機器人的高效作業(yè)。 關鍵詞：軌道交通；巡檢機器人；復合材料；可自由拼裝拆卸 0引言 隨著人

2、工智能技術以及機器人技術的日益發(fā)展，巡檢機器人在我國各領域被廣泛應用，而軌道式機器人是現(xiàn)在各領域應用最廣泛的一種[1]。巡檢機器人的機械結構是基礎工作，該外殼對于確保電子倉內部設備的正常運行具有重要意義。要想將機械和結構的功能充分發(fā)揮，必須以機械結構為基礎，而在對機械結構設計時是根據機械和結構的功能進行設計。利用機械建模和機械圖紙，遵循服務于電子倉內探測設備的原則[2]。本機械結構根據不同的軌道類型和軌道的特征，將底座分為兩種，增大了巡檢機器人的巡檢廣度，并且由于電子倉內探測裝置與底座輪軸的良好聯(lián)動，機器人的可操控性大大地提高，能夠在一定程度上替代人工巡檢。電子倉內的探測設備提供的良好環(huán)境，以

3、及機器人結構強度的增大，為機器人提高效率和進行高強度的作業(yè)提供良好保障[3]。 1系統(tǒng)總體設計 1.1設計思路。針對城市軌道智能巡檢機器人的結構設計，主要圍繞4個方面展開：首先，針對巡檢機器人的行走驅動結構展開設計；其次，針對巡檢機器人探測設備伸縮性能展開設計；再者，針對機器人的外殼防護設計；最后，針對機器人總體模型設計。結合這4個步驟形成一套完整的思路[4]。 1.2總體設計。該外殼包括上外殼、底板和兩種根據不同軌道底座（單軌底座和輕軌底座），如圖1所示。電子倉在上外殼與底板形成的可安裝拆卸的相對密閉良好空間內，兩種軌道底座與上外殼底板有卡扣與插槽連接，單

4、軌底座上另有兩輪在單軌軌道梁上支撐整個裝置，減小裝置與單軌軌道面的摩擦。表1為底座與弧形外殼的原長寬高數(shù)據，其中鐵軌底座行走輪兩輪外距為鐵軌寬度（國標）。整個機械設計本著簡潔美觀，為電子倉內探測設備營造穩(wěn)定工作環(huán)境的原則，在減小摩擦以及穩(wěn)定電子倉并減小其上下顛簸的方面做了較詳細的設計，為電子倉提供了良好的工作條件。 2機械結構設計 2.1弧形外殼設計。該巡檢機器人的弧形外殼由上外殼和底板構成，其中上外殼和底板采用插槽和卡扣的方式拼接。在設計中，為了盡可能減小弧形外殼的質量以及增強電子倉內探測設備的可容納性和伸縮性，外殼材質選用密度較輕的材料，減小總體質量并緩解行走輪壓力

5、，電子倉內探測設備分布安裝在弧形外殼中的底板上，通過合理排布可以降低重心，并在一定程度上減小事故幾率。如圖2所示，上外殼采用復合材料來增大外殼強度，從而保證使用壽命。2.1.1上外殼外形為弧形的主要設計思想。(1)使上外殼與底板流動的空氣速率不同而產生壓強差；根據該裝置外形設計，上下壓強差一定程度上減小了該裝置對地面的壓力。(2)弧形側面減小碰撞體積，增強了外殼防護程度。(3)側邊采用流線型設計。底板使外殼內部的電子倉內的裝置與底部輪軸和主動輪形成較好的聯(lián)動。(4)采取更小樣板3D加工，可容納體積相對更大。(5)簡潔美觀。2.1.2外殼與裝置設備的聯(lián)動。(1)兩個超聲波測距設備安裝于外殼弧形面

6、末端，根據軌道、機器人距地面的高度，略微將超聲波測距儀下旋，并確保兩測距儀測距目標延長線匯聚一點。(2)溫度傳感器安裝在外殼外側，其原因有兩點：一是防止內部電子倉驅動電機以及電池發(fā)熱干擾溫度測量；二是將其安裝在外側可以更加直接獲得隧道軌道內溫度實時數(shù)據。 2.2底座設計。為了提高巡檢機器人可巡檢目標的多樣性，可根據不同軌道規(guī)格更換兩種底座，兩種底座尺寸基本與外殼相同，以便于弧形外殼與底座的扣合，通過弧形外殼的底板卡扣和不同軌道底座上側設計的插槽拼接形成相對密閉結構。底座與底板提供了電子倉內裝置與主動輪之間的聯(lián)動。此外，兩種底座輪分別有穩(wěn)定輪和穩(wěn)定底座的輪緣，保證機器人在正常攝像與監(jiān)

7、測作業(yè)的同時擁有良好的工作環(huán)境。另外本裝置利用輪與軌道產生的摩擦力行走，在長時間作業(yè)下，行走輪、穩(wěn)定輪和導向輪會出現(xiàn)行走打滑現(xiàn)象，一定程度上影響了工作效率，為盡量減小這一影響，可適當減小三種輪子的尺寸并在輪外側包裹防滑材質。主要作用為增大摩擦，減小打滑幾率[5]。兩種底座均采用雙矩形串聯(lián)大框架，通過驅動電機驅使行走輪行走，既方便拆卸又易拼裝。2.2.1鐵軌底座鐵軌底座由于鐵軌本身的形狀因素，如圖3所示，該設計采用"軌道輪內扣";的形式，即底座輪內側接觸軌，輪緣負責導向和防止脫軌[6]，與單軌底座不同，鐵軌增加了兩個行走輪來分散承重。但由于在火車拐彎時由于其質量過大，一般情況下通過外軌略高，內軌

8、略低的軌道建成方式使重力的分力提供火車拐彎時所需要的向心力，不同軌道半徑，內外軌的高度差不同。而巡檢機器人由于行駛過程中要對隧道軌道進行軌道狀態(tài)、異物入侵、隧道環(huán)境三位一體的巡檢，高速行駛往往影響精度，另外高速行駛也不利于拍攝、錄像等工作的執(zhí)行，故而該巡檢機器人行駛速度要低于火車行駛速度。在拐彎處輪緣會產生一定摩擦，所以輪子要定期檢查磨損情況并及時更換。2.2.2單軌底座單軌底座設計過程嚴格按照單軌軌道梁的形狀設計，設計思路主要來自城市輕軌大致模型，其底座安裝穩(wěn)定輪和導向輪兩種不同的輪子，其功能與城市輕軌類似，在同樣低速的情況下，單軌底座輪相較于輕軌底座輪更不易磨損。導向輪和穩(wěn)定輪在單軌軌道梁

9、的側面，起到平衡裝置的作用。穩(wěn)定輪能保證電子倉內的裝置在更穩(wěn)定的情況下運行。行走輪用作驅動輪，同時行走輪包裹防滑材料增大摩擦減小無效做功，并且適當增大輪胎厚度，增大行走輪與地面的接觸面積保證輪胎正常承重。 3結論 由于單軌軌道底座使用了穩(wěn)定輪，鐵軌軌道底座采用"軌道輪內扣";，該裝置能夠保證巡檢機器人在高強度作業(yè)下，其搭載的高清攝像頭也能拍出清晰圖片。該機械裝置基于為電子倉提供良好的工作條件，主要服務于電子倉內探測設備。為城市軌道交通巡檢機器人進行軌道狀態(tài)、異物入侵、隧道環(huán)境三位一體的巡檢提供了可靠的外殼與行進方式。巡檢機器人是一個復雜的機電一體化系統(tǒng)，涉及到機械結構、自動控制、通信、傳感器信息融合、電源技術等多個領域，而機械結構是整個系統(tǒng)的基礎，也是制約巡檢機器人向實用化靠近的最大障礙。本裝置本著簡潔美觀的原則，在借鑒了城市單軌軌道和地鐵火車以及軌道的情況下略加創(chuàng)新，較好的處理了電子倉與底座主動輪的聯(lián)動問題，同時增加了外殼的強度確保其使用壽命。這種既確保了強度又確保了低廉成本外殼的智能巡檢機器人，在城市軌道發(fā)展愈加完善的今天，為城市軌道交通運營提供了一份可靠的保障。