本發(fā)明涉及電力隧道巡檢機器人在隧道內(nèi)可通過的適應(yīng)性，尤其涉及一種提高隧道巡檢機器人彎道適應(yīng)性的結(jié)構(gòu)及方法。

背景技術(shù)：

對于軌道交通的設(shè)備，尤其對于隧道或管廊內(nèi)的巡檢設(shè)備。隧道內(nèi)空間狹窄并迂回曲折，巡檢設(shè)備在行駛過程中會不可避免的遇到彎道問題，一般隧道或管廊的水平方向的彎道半徑變化較大，有的只在幾米之間，甚至有直角彎，這種情況就取決于隧道的寬度，如隧道是2米寬度，則其中心線對應(yīng)的轉(zhuǎn)彎半徑就只有1米，則對于巡檢設(shè)備的軌道，其一般是安裝在隧道中心線位置，則軌道彎道的極限半徑就只能是1米，這對于在其上運行的設(shè)備而言是一個很大的挑戰(zhàn)，因為凡是巡檢設(shè)備的車體結(jié)構(gòu)，都是具備前輪及后輪的，必然會存在前后輪距，當(dāng)經(jīng)過彎道時，前后輪距就會形成弧形彎道上一根弦，弦的中心與其所對應(yīng)的圓弧中心就會產(chǎn)生一段間距，這個間距K就是車體中心在彎道上的橫向偏移，這個橫向偏移過大時，那么車體結(jié)構(gòu)就很可能與軌道發(fā)生干涉，因為在平直軌道上行駛的車體結(jié)構(gòu)件相對應(yīng)軌道是存在一定距離的，當(dāng)行至彎道時，由于橫向偏移距離的存在，當(dāng)這個距離過大時，超過了車體結(jié)構(gòu)件與導(dǎo)軌的間距時，兩者之間就會發(fā)生干涉，導(dǎo)致車體不能再此彎道上通過，當(dāng)然，我們可以改變設(shè)計，使車體結(jié)構(gòu)件與導(dǎo)軌間距足夠大，而不至于二者形成干涉，但導(dǎo)軌寬度是固定的，車輪作為車體結(jié)構(gòu)件的一部分，必然要在導(dǎo)軌的承載面的運動，當(dāng)導(dǎo)軌彎道半徑過小，或前后輪距過大時，由于前述的間距的影響，車輪會非常有可能偏離承載面，造成車體脫軌，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重事故。還有就是被動加大導(dǎo)軌在彎道處的半徑，這樣雖然會使橫向偏移減小，卻造成軌道與隧道的墻壁之間一側(cè)的間距減小，甚至?xí)c墻壁觸碰，直接導(dǎo)致車體無可以通過的空間。同樣因為隧道通常會有落差，尤其在隧道銜接處會有工作井的出現(xiàn)，使得隧道通過工作井或落差大的隧道時也不可避免的出現(xiàn)軌道的坡道，當(dāng)坡道過于陡峭時，不僅考驗車體的驅(qū)動力，也挑戰(zhàn)了車體的通過性能，因為同樣安裝于車體的結(jié)構(gòu)件會與導(dǎo)軌承載面發(fā)生干涉，尤其是對于車體經(jīng)過坡道結(jié)束時的拐點時，如果車體的輪式結(jié)構(gòu)之間連接位剛性結(jié)構(gòu)連接時，由于重心的尚未經(jīng)過拐點，則后輪與重心的作用，往往會使前輪翹起，而并未在導(dǎo)軌的承載面上接觸，如果這時前輪不為驅(qū)動輪，影響不是太大，后輪的驅(qū)動力會使車體重心通過拐點，前輪會因重力作用落在導(dǎo)軌支撐面上，如果這時前輪是驅(qū)動輪，那么前輪的驅(qū)動就會形同虛設(shè)，造成動力不足，甚至前輪如果是車體唯一的驅(qū)動輪，那么車體在經(jīng)過此拐點時不僅不會前進，車體還會因為沒有動力而卡死，或者倒退。

所以在彎道半徑不可避免的小的情況下，如何提高車體在彎道上通過性能成為關(guān)鍵需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，第一目的是提供一種提高隧道巡檢機器人彎道適應(yīng)性的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過兩個轉(zhuǎn)盤的設(shè)置，可在巡檢機器人轉(zhuǎn)彎時，通過轉(zhuǎn)盤和中心軸將牽引力傳遞至支撐梁，車體做相應(yīng)的結(jié)構(gòu)性變化，提高巡檢機器人的轉(zhuǎn)彎半徑。

本發(fā)明第二目的是提供一種提高道巡檢機器人彎道適應(yīng)性的方法，該方法通過上述結(jié)構(gòu)的使用，有效提高巡檢機器人的彎道適應(yīng)性，提高機器人在彎道上的通過性。

為了達成上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案：

一種提高隧道巡檢機器人彎道適應(yīng)性的結(jié)構(gòu)，隧道巡檢機器人每組車輪組包括相對設(shè)置的兩側(cè)車輪和支撐梁，支撐梁與一側(cè)的車輪通過墻板進行連接，輪組可懸掛于軌道的兩側(cè)相鄰車輪組之間間隔設(shè)定的距離設(shè)置，車輪組通過主吊架進行連接，該結(jié)構(gòu)包括在支撐梁上部和下部分別設(shè)置的第一轉(zhuǎn)盤和第二轉(zhuǎn)盤，支撐梁中部設(shè)有穿過兩個轉(zhuǎn)盤的中心軸，兩個轉(zhuǎn)盤之間連接有牽引桿，牽引桿通過軸承與主吊架連接，第一轉(zhuǎn)盤與第二轉(zhuǎn)盤以中心軸為軸，提供水平方向的自由度，通過牽引桿、第一轉(zhuǎn)盤、第二轉(zhuǎn)盤和中心軸的設(shè)置提供豎直方向上的自由度，通過這兩個自由度的提供，為巡檢機器人通過彎道提供了可能，其中，一個輪組為驅(qū)動輪組，該輪組通過主吊架將牽引力傳遞給牽引桿，牽引力通過牽引桿、第一轉(zhuǎn)盤、第二轉(zhuǎn)盤和中心軸傳遞至支撐梁，尤其是支撐梁的中心，整個機器人的車身的受力得到了合理的配置，機器人車體做出結(jié)構(gòu)性變化，提高了彎道適應(yīng)性。

其中，兩組車輪組其中一個是驅(qū)動輪組，優(yōu)選方案是前輪輪組為驅(qū)動輪組。

所述中心軸與支撐梁之間在支撐梁的上半段設(shè)置推力軸承與第一轉(zhuǎn)盤配合，這樣第一轉(zhuǎn)盤就可以通過第一轉(zhuǎn)盤下的推力軸承在水平方向上以中心軸為軸心自由轉(zhuǎn)動，在支撐梁的下半段設(shè)置與第二轉(zhuǎn)盤連接配合的水平徑向軸承；這樣第一轉(zhuǎn)盤與第二轉(zhuǎn)盤就可以以中心軸為軸，做水平方向的自由轉(zhuǎn)動，并能通過中心軸有效水平定位，通過緊固件有效軸向定位。

所述第一轉(zhuǎn)盤與所述第二轉(zhuǎn)盤之間在縱向方向通過連接桿進行連接定位；

進一步地，連接桿外部套有彈性的連接桿護套，不僅保證第一轉(zhuǎn)盤與第二轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時的同步，還對兩個轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動進行限位，當(dāng)上下轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動到一定范圍，護套會觸碰到支撐梁，從而實現(xiàn)了角度限位，這對機構(gòu)具備保護意義。

進一步地，連接桿設(shè)置有多個，多個連接桿設(shè)于支撐梁的兩側(cè)，并以支撐梁為界前后各兩根。

所述支撐梁的兩側(cè)端部各自通過軸承與墻板固定，實現(xiàn)將行進的阻力傳導(dǎo)到墻板。

在所述支撐梁上所述墻板內(nèi)側(cè)固定有用于限制支撐梁相對于墻板旋轉(zhuǎn)角度的限位塊，限位塊套于支撐梁上，限位塊下部呈弧形設(shè)置，且下部的寬度寬于限位塊上部的寬度。

所述牽引桿垂直于第一轉(zhuǎn)盤設(shè)置，且牽引桿通過關(guān)節(jié)球軸承與所述的主吊架連接，關(guān)節(jié)球軸承套于牽引桿外圍設(shè)置，前輪組通過關(guān)節(jié)球軸承對牽引桿進行牽引。

所述推力軸承繞中心軸上下設(shè)置有兩個，第一轉(zhuǎn)盤設(shè)于兩個推力軸承之間，第一轉(zhuǎn)盤通過下部推力軸承的上蓋進行定位，第一轉(zhuǎn)盤的上面?zhèn)}與上部推力軸承的下蓋配合定位。

通過下部推力軸承的設(shè)置，第一轉(zhuǎn)盤與支撐梁的上平面之間設(shè)有設(shè)定的間隙。

所述中心軸的法蘭固定于上部推力軸承上以對第一轉(zhuǎn)盤在支撐梁上方進行軸向鎖緊。

所述中心軸通過水平徑向軸承與第二轉(zhuǎn)盤連接，水平徑向軸承的外圈與第二轉(zhuǎn)盤配合，水平徑向軸承內(nèi)圈通過螺紋與中心軸固定，水平徑向軸承外圈與第一轉(zhuǎn)盤配合，中心軸的下半段設(shè)置螺紋，通過螺母或者其他緊固件固定水平徑向軸承。

本發(fā)明提供的第二方案是：

一種隧道巡檢機器人，采用所述的一種道巡檢機器人彎道適應(yīng)性的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供的第三方案是：

一種提高道巡檢機器人彎道適應(yīng)性的方法，采用所述的一種道巡檢機器人彎道適應(yīng)性的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的工作原理是：為了使電力隧道巡檢機器人能在隧道內(nèi)靈活自如的通過各種彎道，需要滿足兩個條件。

通過水平彎道時，車體與導(dǎo)軌不能干涉；通過坡道時，尤其對于通過弧形圓頂?shù)钠碌罆r，由于車體重心的位置原因不能出現(xiàn)輪子翹起而卡死的情況。

這就需要有一種既能在水平方向上有一個轉(zhuǎn)動自由度，也能在豎直方向上的也有一個轉(zhuǎn)動自由度的機構(gòu)，即，一種二自由度的牽引機構(gòu)來實現(xiàn)。

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)即上述的牽引機構(gòu)，當(dāng)車體行進在筆直的導(dǎo)軌上時，除了車輪與導(dǎo)軌承載面在豎直方向上發(fā)生接觸外，車身其它部分與導(dǎo)軌之間不存在干涉。這時，車輪行進方向與導(dǎo)軌延伸的方向是一致的，當(dāng)車體行至水平彎軌與直軌相接的切點時，由于導(dǎo)軌延伸方向發(fā)生改變，對于前輪組而言，車輪行進方向仍在原來在直軌時的行進方向上，如果前輪組與車體的固定關(guān)系是剛性的，那么車輪依然會沿著原來直軌的行進方向前行，車輪側(cè)面與彎軌之間必然產(chǎn)生干涉，這就會導(dǎo)致前輪組不能通過該段彎軌。同理，后輪組的行進也是同樣道理，本機構(gòu)就是為了解決此問題而設(shè)計，當(dāng)車身行至彎軌時，前輪組會在驅(qū)動力的作用下相對車體發(fā)生角度轉(zhuǎn)向，來適應(yīng)這段彎軌的方向，轉(zhuǎn)到與該處導(dǎo)軌切線一致的方向上，這樣車輪前進方向?qū)⑴c彎軌在該處的切線方向一致，相應(yīng)后輪組的轉(zhuǎn)向角度也會隨之改變，但無論怎么改變，前后輪組都與該處彎軌的切線方向保持一致，并伴隨車身的行進，這個趨勢也一直保持不變，這樣就會使車輪側(cè)面永遠都不會與導(dǎo)軌干涉，整個車身又同時懸掛在這套牽引結(jié)構(gòu)之下，所以能夠保證整個車體能順利通過此彎道。

當(dāng)車體經(jīng)過坡道時，由于車身重心的存在，對于剛性固定的車輪，當(dāng)重心與后輪尚未經(jīng)過軌道的拐點時，前輪組很容易翹起，如果前輪組為驅(qū)動輪，那么會導(dǎo)致該輪組的摩擦力喪失，導(dǎo)致動力不足，如圖2所示，當(dāng)車體經(jīng)過圓弧頂時，前后輪組可根據(jù)坡道的變化，在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，就能避免出現(xiàn)某個輪組行進中翹起的現(xiàn)象，從而保證動力及足夠的摩擦力。

牽引力的施加位置應(yīng)該在牽引裝置結(jié)構(gòu)剛性最強之處，該機構(gòu)的主吊架位于上轉(zhuǎn)盤上固定，使整個牽引裝置對主吊架呈托舉狀態(tài)，這對于車身的承載強度是非常有利的，重力是通過支撐梁施加到左右墻板上的，但對于牽引力的施加狀態(tài)并不理想，因為牽引力施加在第一轉(zhuǎn)盤上為水平方向受力，而導(dǎo)致支撐梁的旋轉(zhuǎn)中心不是在梁的軸心處，當(dāng)牽引力施加在第一轉(zhuǎn)盤上時，這個力會對支撐梁形成轉(zhuǎn)矩，使支撐梁有旋轉(zhuǎn)趨勢，從而導(dǎo)致支撐梁對主吊架在行進中產(chǎn)生一種折彎的壓力，這樣對于主吊架的結(jié)構(gòu)剛性就會有不利影響。所以這個牽引力應(yīng)該施加在支撐梁的中心，可以將行進的阻力直接傳導(dǎo)到左右墻板上，在這里，本機構(gòu)通過一根牽引桿連接在上下轉(zhuǎn)盤之間，上面固定了關(guān)節(jié)球軸承，再與主吊架相連，這樣牽引力就可直接通過支撐梁的中心，這對于整個車身的受力進行了合理的配置。因為這時關(guān)節(jié)球軸承的牽引力方向與支撐梁的軸心呈現(xiàn)了正交關(guān)系，已經(jīng)不會再對支撐梁形成轉(zhuǎn)矩，所以不會產(chǎn)生以上的不良影響了，因此受力的配置才夠合理。

本發(fā)明的有益效果：

1)通過本發(fā)明的實施，克服了電力隧道巡檢機器人在隧道內(nèi)拐彎半徑受限的問題，這對于電力隧道巡檢機器人在隧道內(nèi)的廣泛適應(yīng)性是一個很大的飛躍，及行進中遇到坡道驅(qū)動輪與導(dǎo)軌承載面不能充分接觸的問題，尤其對于拱形頂部車輪與承載面也能夠做到緊密的接觸，這對于保證隧道巡檢機器人在軌道的穩(wěn)定進行有著重要意義。

2)本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，動作靈活，通過兩個轉(zhuǎn)盤及中心軸的設(shè)置，可實現(xiàn)車體無論在經(jīng)過水平彎道還是坡道時，都能夠自行適應(yīng)彎道，車體做相應(yīng)的結(jié)構(gòu)性變化，可通過小拐彎半徑或各種坡道。

附圖說明

圖1，車體在導(dǎo)軌上基本結(jié)構(gòu)示意圖

圖2，車體行進在水平彎軌上示意圖

圖3，車體行進在拱形坡道上示意圖

圖4，二自由度牽引機構(gòu)剖開結(jié)構(gòu)示意圖

圖5，二自由度牽引機構(gòu)前面結(jié)構(gòu)示意圖

其中1,直軌，2,左墻板，3,右墻板，4,車輪，5,主吊架，6,車身，7,前輪組，8,后輪組，9,支撐梁，10,上轉(zhuǎn)盤，11,下轉(zhuǎn)盤，12,中心軸，13,連接桿，14,連接桿護套，15,牽引桿，16,豎直徑向軸承，17,水平徑向軸承，18,推力軸承，19,關(guān)節(jié)球軸承，20,角度限位塊，21,水平彎軌，22,弧頂彎軌。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述。

一種提高隧道巡檢機器人彎道適應(yīng)性的結(jié)構(gòu)，其中包括兩個輪組，前輪組7與后輪組8相隔一定間距，中間由主吊架5相連，主吊架5的兩端分別固定在在前后輪組的上轉(zhuǎn)盤10上，主吊架5下方懸吊車身6。前后輪組通過兩側(cè)車輪4跨在直軌1之上，這是整個車體的基本結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

上轉(zhuǎn)盤10可帶動所在的輪組在水平及垂直方向上進行一定范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)動，以下是對該處機構(gòu)詳細介紹：

如圖4所示，左墻板2與右墻板3各自安裝兩個車輪4，左右墻板之間通過支撐梁9連接，支撐梁9通過一對豎直徑向軸承16與墻板相連，兩個軸承分別固定在支撐梁9兩端，并與左右墻板相連，通過緊固件鎖定，這樣支撐梁9與墻板之間可以相對轉(zhuǎn)動，而角度限位塊20則限制了這個轉(zhuǎn)動只在一定范圍內(nèi)發(fā)生，是對整套結(jié)構(gòu)的保護措施。

支撐梁9中心有軸孔，中心軸12在其中穿過，在支撐梁9的上平面放置推力軸承18，并通過中心軸12定位，推力軸承18上方放置上轉(zhuǎn)盤10，上轉(zhuǎn)盤10通過推力軸承18的上蓋進行定位，并且與支撐梁9的上平面保證有一定間隙，這樣上轉(zhuǎn)盤10就可以通過其下的推力軸承在水平方向上以中心軸12為軸心自由轉(zhuǎn)動，在上轉(zhuǎn)盤10的上面?zhèn)}中放置另一只推力軸承18，這只推力軸承18的下蓋與上轉(zhuǎn)盤10頂部配合定位，而中心軸12的法蘭正壓在上部推力軸承18的上蓋上，這樣就可以實現(xiàn)上轉(zhuǎn)盤10在支撐梁9上方的軸向鎖緊，在支撐梁9的下方，中心軸12穿過一只水平徑向軸承17，水平徑向軸承17外圈與下轉(zhuǎn)盤11配合，中心軸12下方的螺紋上固定緊固件，與水平徑向軸承17的內(nèi)圈壓實。這樣上下轉(zhuǎn)盤就都可以以中心軸12為軸，做水平方向的自由轉(zhuǎn)動，并能通過中心軸12有效水平定位，通過緊固件有效軸向定位。

上轉(zhuǎn)盤10與下轉(zhuǎn)盤11平行設(shè)置，且二者之間有4根連接桿13相連，使二者相對定位。并以支撐梁9為界前后各兩根，不僅保證上下轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時的同步，還對上下轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動進行限位，其上套有具備彈性的連接桿護套14，當(dāng)上下轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動到一定范圍，護套會觸碰到支撐梁9，從而實現(xiàn)了角度限位，這對機構(gòu)具備保護意義。

如圖5所示，上轉(zhuǎn)盤10與下轉(zhuǎn)盤11結(jié)構(gòu)相同，各自相對于中心軸12軸線對稱設(shè)置，且中心軸12穿過上轉(zhuǎn)盤10與下轉(zhuǎn)盤11以及支撐梁的中心。

牽引桿15連接在上下轉(zhuǎn)盤之間，關(guān)節(jié)球軸承19在其中間位置連接，末端連在主吊架5上，這樣牽引力施加在牽引桿15上，就直接傳遞在支撐梁9上，并通過支撐梁9的中心，不會使支撐梁9產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，該結(jié)構(gòu)對于平衡牽引力有利。

當(dāng)一個輪組行駛在一段軌道時，無論這段軌道是直軌還是彎軌，如圖2和圖3所示，

當(dāng)然彎軌的轉(zhuǎn)彎半徑是需要一定限度的，不可能過小，不過是水平彎軌21還是弧頂彎軌22，以上介紹本套機構(gòu)的限位角度可以在±20度范圍內(nèi)正常工作，在這個范圍內(nèi)可以滿足能夠在拐彎半徑為1米的彎軌上通過，如前背景技術(shù)中所述，這對于一般電力隧道已經(jīng)足夠，即使是直角彎也能夠滿足通過要求。

這個輪組總能夠根據(jù)軌道的彎度相應(yīng)的轉(zhuǎn)動牽引裝置，從而適應(yīng)這種情況下的軌道，而不會形成車輪對導(dǎo)軌的干涉，并能有效的牽引車身。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。