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CN108050358A - 一种轨道式行走单元 - Google Patents

一种轨道式行走单元 Download PDF

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CN108050358A
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China
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track
support wheel
walking unit
rack
beam track
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CN201711343327.9A
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English (en)
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唐超权
李艾民
杨晓东
杨孝新
肖鹿
刘善增
孟德远
陈飞
龚桂荣
陈鑫
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Xinjiang Tianchi Energy Sources Co ltd
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
Xinjiang Tianchi Energy Sources Co ltd
China University of Mining and Technology CUMT
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    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M11/00—Stands or trestles as supports for apparatus or articles placed thereon ; Stands for scientific apparatus such as gravitational force meters
    • F16M11/42—Stands or trestles as supports for apparatus or articles placed thereon ; Stands for scientific apparatus such as gravitational force meters with arrangement for propelling the support stands on wheels
    • F16M11/425—Stands or trestles as supports for apparatus or articles placed thereon ; Stands for scientific apparatus such as gravitational force meters with arrangement for propelling the support stands on wheels along guiding means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/02—Manipulators mounted on wheels or on carriages travelling along a guideway
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种轨道式行走单元，其特征在于，包括驱动部分和导向部分，所述驱动部分的行走单元平台架设在工字钢轨道的上方，行走单元平台上开有安装孔，伺服电机的输出轴通过安装孔垂直安装在工字钢轨道上方，伺服电机的输出轴与齿轮连接，所述齿条与齿条轨道啮合；所述导向部分包括4个支撑轮组，分为两组，每两个支撑轮组11通过双头螺柱7对称设置在工字钢轨道4的两侧，所述支撑轮组通过螺母连接在行走单元平台下方四角处，所述支撑轮组包括车轮外壳、支撑轮，所述一个车轮外壳上通过螺栓安装有两个支撑轮，所述支撑轮在工字钢轨道底板的两侧翼上滚动。

Description

一种轨道式行走单元
技术领域
本发明涉及一种行走单元，特别是一种轨道式行走单元，属于工业自动化领域。
背景技术
机器人技术及其驱动器技术作为一种战略性高科技技术，对未来新兴产业具有极强的带动性与技术辐射性，发展机器人技术、驱动技术及感知技术，对促进经济社会发展、增强国防实力、提高突发事件应急处理能力、改善民生等具有深远意义。目前，机器人在人机交互领域已得到了广泛应用，如在工业领域，机器人已经开始参与人类劳动，并与人协作完成任务；在服务行业，也已经推出了餐饮业服务机器人、人形机器人等。
行走单元是机器人巡检的重要组成部分，目前，机器人的行走单元方式主要分为腿式、轮式、履带式和复合式等类型，但都有控制复杂、成本较高、设计难度大等缺点，而且工业自动化领域中，对于机器人的要求往往为线路固定，直线往复运动，如：变电站轨道巡检、皮带机状态监测、室内巡检机器人等应用。因此基于轨道式的机器人应用得到了广泛发展，而轨道式行走部分设计也变的尤为关键。
传统的轨道式行走单元，一般采用多级驱动，传递过程复杂且精度低，不易爬坡，且结构较为复杂，传动部件容易磨损，对环境要求高，应用受限。
发明内容
本发明的目的是提供一种轨道式行走单元，所述行走单元不仅结构简单，承载力大、而且可以实现爬坡运动，传动精度高、有效寿命长。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种轨道式行走单元，包括驱动部分和导向部分，
所述驱动部分包括伺服电机、行走单元平台、齿轮、齿条轨道、工字钢轨道，所述行走单元平台架设在工字钢轨道的上方，行走单元平台上开有安装孔，所述伺服电机的输出轴通过安装孔垂直安装在工字钢轨道上方，所述伺服电机的输出轴与齿轮连接，所述齿条轨道平行固定于工字钢轨道上部肋板的一侧，所述齿条与齿条轨道啮合；
所述导向部分包括支撑轮组、双头螺柱，所述支撑轮组为4个，分为两组，每两个支撑轮组通过双头螺柱对称设置在工字钢轨道的两侧，所述双头螺柱的两端分别通过螺母一固定，所述支撑轮组通过螺母连接在行走单元平台下方四角处，所述支撑轮组包括车轮外壳、支撑轮，所述支撑轮为尼龙材料制成，所述一个车轮外壳上通过螺栓安装有两个支撑轮，所述支撑轮在工字钢轨道底板的两侧翼上滚动。
进一步，所述车轮外壳的两端部设有朝工字钢轨道径向延伸的折弯部。
进一步，所述齿条轨道与工字钢轨道长度相等。
进一步，所述伺服电机的输出轴通过键槽和顶丝与齿轮连接。
进一步，所述支撑轮上设置有与工字钢轨道配合的定位外缘。
与现有技术相比，本发明提供了一种适应性强的轨道式行走单元，该行走单元在轨道上通过伺服电机驱动做往复直线运动，同时采用应用最为广泛的齿轮齿条传动，此种传动方式要高于单纯靠摩擦力实现的动力传递，运动损失减少，避免了单纯靠磨擦力驱动出现的打滑现象的发生，由于齿轮齿条传动具有承载力大、可以实现爬坡运动，且传动精度高、有效寿命长等特点，因此轨道式机器人可适应高负载、高精度控制、高寿命等特殊要求。
该轨道式行走单元安装、检修方便、节约成本，采用伺服电机与行走单元平台相互固定的方式，无需取下伺服电机伸出轴，只需要取下行走单元平台就可方便的对齿轮、齿条、支撑轮等进行检修。且齿轮齿条不易损坏相比于带传动等摩擦传动无需频繁更换零部件，因此在使用时检修次数少且降低了成本。
本发明以工字钢轨道为主轨道，用八个尼龙轮作为支撑轮与导向轮对称分布在工字钢底部侧翼上，同时伺服电机通过行走单元平台中部通孔，这样整机重量集中在中部，可以避免工字钢肋板的不均匀受力，从而延长了行走单元的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为图1的主视图；
图中：1、伺服电机，2、行走单元平台，3、齿条轨道，4、工字钢轨道，5、车轮外壳，6、螺栓，7、双头螺柱，8、螺母，9、齿轮，10、支撑轮，11、支撑轮组。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2所示，一种轨道式行走单元，包括驱动部分和导向部分，
所述驱动部分包括伺服电机1、行走单元平台2、齿轮9、齿条轨道3、工字钢轨道4，所述行走单元平台2架设在工字钢轨道4的上方，行走单元平台2上开有安装孔，所述安装孔设置在行走单元平台2的中心，可以避免工字钢肋板的不均匀受力，所述伺服电机1的输出轴通过安装孔垂直安装在工字钢轨道4上方，所述伺服电机1的输出轴与齿轮9连接，所述齿条轨道3平行固定于工字钢轨道4上部肋板上表面的一侧，所述齿轮9与齿条轨道3啮合；所述伺服电机1带动齿轮9在齿条轨道3上作直线运动；由于齿条轨道3在工字钢轨道4上并位于上方肋板的一侧，通过螺钉与工字钢轨道4相连接，这样设置，使得齿条轨道3与齿轮9相互啮合且不发生干涉。
齿条轨道3与工字钢轨道4相互固定，由于工字钢轨道4固定不动，从而伺服电机1带动整个行走单元在工字钢轨道4上往复运动，完成扭矩的传递。
所述导向部分包括支撑轮组11、双头螺柱7，所述支撑轮组11为4个，分为两组，每两个支撑轮组11通过双头螺柱7对称设置在工字钢轨道4的两侧，所述双头螺柱7的两端分别通过螺母一8固定，4个所述支撑轮组11通过螺母连接在行走单元平台2下方四角处，所述支撑轮组11包括车轮外壳5、支撑轮10，所述支撑轮10为尼龙材料制成，所述一个车轮外壳5上通过螺栓6安装有两个支撑轮10，所述支撑轮10在工字钢轨道4底板的两侧翼上滚动；所述螺母一8与行走单元平台2竖直距离间有一定间隙，以保证螺母一8能够通过扳手安装，且螺母一8与车轮外壳5有一定的预紧力，防止尼龙支撑轮10跑偏掉落。
通过采取上述导向方案，支撑轮10对行走单元起到导向、支撑、限位的作用，由于所述工字钢轨道4为主轨道，通过八个支撑轮10对称分布在工字钢轨道4两侧，同时伺服电机1连接在行走单元平台2中部，这样该轨道式行走单元的重量集中在中部，这样整个行走单元的重量均匀分布在工字钢轨道4上，对齿轮、齿条轨道啮合的横向弯矩减小，使运动更加平稳。
进一步，所述车轮外壳5的两端部设有朝工字钢轨道4径向延伸的折弯部，这样可以起到保护支撑轮10的作用。
进一步，所述齿条轨道与工字钢轨道长度相等，使用齿轮齿条传动方式，可以将两者轨道长度设置很长，满足了工业应用领域长距离、大负载、高精度应用的要求。
进一步，所述伺服电机的输出轴通过键槽和顶丝与齿轮连接，当伺服电机1工作时，伺服电机1通过键槽和顶丝的固定作用，把扭矩传递给齿轮9，齿轮9通过啮合传动动力将扭矩传递给齿条轨道3。
进一步，所述支撑轮10上设置有与工字钢轨道4配合的定位外缘，所述支撑轮10设置在工字钢轨道4的一侧，定位外缘起到了防倾翻的作用。
工作时，首先启动伺服电机1，伺服电机1通过键槽和顶丝的固定作用，把扭矩传递给齿轮9，由于齿轮9与齿条轨道3啮合，这种传动方式远高于单纯靠摩擦力实现的动力传递，其运动精确度提高并且运动损失减少，避免了单纯靠摩擦力驱动出现的打滑。由于每两个支撑轮组11通过双头螺柱7对称设置在工字钢轨道4的两侧，4个所述支撑轮组11通过螺母连接在行走单元平台2下方四角处，因此，所述支撑轮10在工字钢轨道4底板的两侧翼上滚动，支撑轮组11把整机的重力分散到工字钢轨道4底板上，使运动更加平稳，而且不会损坏齿条，从而延长了行走单元的使用寿命。

Claims (5)

1.一种轨道式行走单元，其特征在于，包括驱动部分和导向部分，
所述驱动部分包括伺服电机、行走单元平台、齿轮、齿条轨道、工字钢轨道，所述行走单元平台架设在工字钢轨道的上方，行走单元平台上开有安装孔，所述伺服电机的输出轴通过安装孔垂直安装在工字钢轨道上方，所述伺服电机的输出轴与齿轮连接，所述齿条轨道平行固定于工字钢轨道上部肋板的一侧，所述齿条与齿条轨道啮合；
所述导向部分包括支撑轮组、双头螺柱，所述支撑轮组为4个，分为两组，每两个支撑轮组通过双头螺柱对称设置在工字钢轨道4的两侧，所述双头螺柱的两端分别通过螺母一固定，所述支撑轮组通过螺母连接在行走单元平台下方四角处，所述支撑轮组包括车轮外壳、支撑轮，所述支撑轮为尼龙材料制成，所述一个车轮外壳上通过螺栓安装有两个支撑轮，所述支撑轮在工字钢轨道底板的两侧翼上滚动。
2.根据权利要求1所述的一种轨道式行走单元，其特征在于：所述车轮外壳的两端部设有朝工字钢轨道径向延伸的折弯部。
3.根据权利要求1所述的一种轨道式行走单元，其特征在于，所述齿条轨道与工字钢轨道长度相等。
4.根据权利要求1所述的一种轨道式行走单元，其特征在于，所述伺服电机的输出轴通过键槽和顶丝与齿轮连接。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种轨道式行走单元，其特征在于，所述支撑轮上设置有与工字钢轨道配合的定位外缘。
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