一种单轨道机器人行走装置及行走方法与流程

本发明属于轨道交通设备领域，具体涉及一种单轨道机器人行走装置及行走方法。

背景技术：

目前在轨道交通领域，在轨道上行走的装置，大多采用钩式加紧装置，将设备行走装置夹紧在轨道上，依靠夹紧轨道来维持检测装置的平衡及行走。

主要缺点：1.与钢轨的贴合度不够紧密，容易与钢轨卡死；2.自平衡性比较差，运动时容易翻倒、脱轨；3.上轨和下轨存在安全隐患，且人工劳动力较大；4，不能跨越轨道道岔区域，5.体积大，结构复杂。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述问题之一，本发明目的在于提供一种单轨道机器人行走装置。

本发明所采用的技术方案为：一种单轨道机器人行走装置，包括底架，所述底架上设有至少两个行走轮，所述行走轮配设有行走驱动模块和转向驱动模块；还包括控制中心和位置检测装置，所述控制中心分别与位置检测装置、行走驱动模块和转向驱动模块连接，所述位置检测装置用于检测底架与单轨道的位置关系，控制中心根据位置检测装置的检测信息控制行走驱动模块和转向驱动模块运行使所述行走轮保持在单轨道顶面上行走。

作为优选方式，所述行走驱动模块包括驱动电机，所述驱动电机与行走轮连接。

作为优选方式，所述转向驱动模块包括转向驱动电机，所述转向驱动电机配设有与底架连接的转向架，转向驱动电机的输出端连接有前叉杠，所述行走轮与前叉杠连接。

作为优选方式，所述底架上设有四个行走轮，四个行走轮包括一个主动轮和三个从动轮，且主动轮和三个从动轮单排排列，主动轮转轴中垂面和从动轮转轴中垂面共面。

作为优选方式，所述控制中心控制行走驱动模块和转向驱动模块运行使所述行走轮在单轨道顶面上行走过程中，所述行走装置的重心投影点位于单轨道的中心线上。

作为优选方式，所述位置检测装置包括距离传感器，所述距离传感器与控制中心连接，距离传感器用于检测底架与单轨道的位置关系。

作为优选方式，还包括陀螺平衡装置和姿态检测装置，所述陀螺平衡装置和姿态检测装置与控制中心连接。

本发明的另一个目的在于提供一种单轨道机器人行走方法，包括以下步骤：

获取行走装置的行走状态；

控制行走驱动模块和转向驱动模块运行，使行走轮保持在单轨道顶面上行走。

作为优选方式，获取行走装置的行走状态包括：通过距离传感器检测行走装置与单轨道的位置关系，从而获取行走装置的行走位置；通过姿态检测装置检测行走装置的姿态信息，从而获取行走装置的行走姿态。

作为优选方式，控制行走驱动模块和转向驱动模块运行，使行走轮保持在单轨道顶面上行走，包括：根据行走装置的行走位置，判断行走装置是否偏离单轨道的中心线，并通过控制行走驱动模块和转向驱动模块使行走装置的重心投影点位于单轨道的中心线上；根据行走装置的行走位置，判断行走装置是否进入轨道道岔区域，并通过控制行走驱动模块和转向驱动模块调整动力，使行走装置顺利通过轨道道岔区域；根据行走装置的行走姿态，判断行走装置是否进入轨道弯道区域，并通过控制行走驱动模块和转向驱动模块使行走装置顺利的通过轨道弯道区域。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种单轨道机器人行走装置，位置检测装置用于检测底架与单轨道的位置关系，控制中心根据位置检测装置的检测信息控制行走驱动模块和转向驱动模块运行使主动轮和从动轮保持在单轨道上行走。本发明的行走驱动模块能够驱使主动轮和从动轮在单轨道上行走，当位置检测装置检测到底架在单轨道上的位置发生偏移时，控制中心控制转向驱动模块进行适度转向从而调整主动轮的位置，保证主动轮和从动轮能够在单轨道上稳定行走，防止行走装置脱轨。本发明还提供了一种单轨道机器人行走方法，其能够实现行走装置在单轨上的走行工作，同时能够根据行走状态控制行走驱动模块和转向驱动模块运行，及时修正走行的方向，保证行走装置沿轨道方向正常行走。

附图说明

图1是本发明提供的一种单轨道机器人行走装置的正面结构示意图；

图2是本发明提供的一种单轨道机器人行走装置的背面结构示意图；

图3是本发明提供的一种单轨道机器人行走装置中行走驱动模块及转向驱动模块的结构示意图；

图4是本发明提供的一种单轨道机器人行走装置的控制框图；

图中：1-底架；2-主动轮；3-从动轮；4-行走驱动模块；5-转向驱动模块；6-控制中心；7-位置检测装置；8-驱动电机；9-转向驱动电机；10-转向架；11-前叉杠；12-陀螺平衡装置；13-姿态检测装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。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。实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种单轨道机器人行走装置，该行走装置包括底架1，所述底架1上设有至少两个行走轮，行走轮的数量可根据实际需求进行设置，两个行走轮包括一个主动轮2和一个从动轮3，所述主动轮2配设有行走驱动模块4和转向驱动模块5。主动轮2和从动轮3具有一定的距离，行走装置的重心靠近底架1中心位置，有利于机器人跨越轨道道岔区域。行走驱动模块4驱动主动轮2运转，主动轮2和从动轮3均在单轨道表面滚动，实现行走装置的行走功能，当轨道处于弯道区域时，转向驱动模块5驱动主动轮2转弯，保证主动轮2和从动轮3可以沿着单轨道行走。

如图4所示，该行走装置还包括控制中心6和位置检测装置7，所述控制中心6分别与位置检测装置7、行走驱动模块4和转向驱动模块5连接，所述位置检测装置7用于检测底架1与单轨道的位置关系，控制中心6根据位置检测装置7的检测信息控制行走驱动模块4和转向驱动模块5运行使所述主动轮2和从动轮3保持在单轨道顶面上行走。本发明的行走驱动模块4能够驱使主动轮2和从动轮3在单轨道上行走，当位置检测装置7检测到底架1在单轨道上的位置发生偏移时，控制中心6控制转向驱动模块5进行适度转向从而调整主动轮2的位置，保证主动轮2和从动轮3能够在单轨道上稳定行走，防止行走装置脱轨。

优选地，为了提高机器人在行走过程中的平稳性，所述控制中心6控制行走驱动模块4和转向驱动模块5运行使所述主动轮2和从动轮3在单轨道上行走过程中，所述行走装置的重心投影点位于单轨道的中心线上。

具体地，所述位置检测装置7包括距离传感器，所述距离传感器与控制中心6连接，距离传感器用于检测底架1与单轨道的位置关系。当底架1发生偏移时，控制中心6控制转向驱动模块5使主动轮2进行实时转向，使行走装置的重心投影点位于单轨道的中心线上，使行走装置能够稳定的行走。

在一些实施方式中，所述行走驱动模块4包括驱动电机8，驱动电机8与主动轮2连接，所述驱动电机8可以采用但不限于轮毂电机，轮毂电机设置在主动轮2内部。驱动电机8与控制中心6连接，控制中心6实时控制驱动电机8的运行，实现行走装置的走行速度控制。主动轮2包裹在驱动电机8的外部，通过控制中心6控制驱动电机8的运行，使驱动电机8驱动主动轮2转动。该设计方式使得行走装置的结构更加紧凑，节省了空间，而且降低了行走装置的重心点。

如图3所示，在一些实施方式中，所述转向驱动模块5包括转向驱动电机9，所述转向驱动电机9配设有与底架1连接的转向架10，转向驱动电机9的输出端连接有前叉杠11，所述主动轮2与前叉杠11连接，所述前叉杠11与转向架10转动连接。转向驱动电机9与控制中心6连接，控制中心6动态实时调整转向驱动电机9的运行状态，对主动轮2的行走方向进行修正，实现高精度转向，保证主动轮2和从动轮3能够保持在单轨道顶面上行走。

在一些实施方式中，所述底架1上设有一个主动轮2和三个从动轮3，且主动轮2和三个从动轮3单排排列，主动轮2转轴中垂面和从动轮3转轴中垂面共面。在行走过程中，主动轮2和三个从动轮3均与单轨道表面接触，采用该特有的设计，保证了行走装置在行走过程中能够自动、平稳跨越轨道道岔区域，而且不侧翻、不卡轮、不错轨。本发明采用纵向多轴行走轮的设计让机器人在跨越轨道道岔区域过程中重心落点始络落在轨面上的支撑面内，保证机器人平稳跨越轨道道岔区域，并支持多轴行走轮中任一轴行走轮悬空的方式跨越轨道道岔区域。

在一些实施方式中，行走轮也可以采用其他方式，如设计两个主动轮2或者多个主动轮2的方案，本发明通过一个主动轮2和三个从动轮3的设计方案，保证了行走装置自动走行的平稳性；行走装置在跨越轨道道岔区域时始终有足够的从动轮3维持与轨面接触，保证了行走装置跨越轨道道岔区域时的重心不发生偏移，从而使行走装置顺利跨越轨道道岔区域(即不卡轮)；主动轮2沿着单轨道顺利行走，保证了跨越轨道道岔区域时行进轨道的正确性(即不错轨)。

在一些实施方式中，该行走装置还包括陀螺平衡装置12和姿态检测装置13，所述陀螺平衡装置12和姿态检测装置13与控制中心6连接。姿态检测装置13可以实时检测行走装置的行走姿态，在行走装置发生倾斜时，通过陀螺平衡装置12对行走装置进行平衡修正。

本实施例还提供了一种单轨道机器人行走方法，应用于上述的行走装置中，该行走方法包括以下步骤：

获取行走装置的行走状态，具体包括：通过距离传感器检测底架1与单轨道的位置关系，从而获取行走装置的行走位置；通过姿态检测装置13检测行走装置的姿态信息，从而获取行走装置的行走姿态。

控制行走驱动模块4和转向驱动模块5运行，使主动轮2和从动轮3保持在单轨道上行走，具体包括：根据行走装置的行走位置，判断行走装置是否偏离单轨道的中心线，并通过控制行走驱动模块4和转向驱动模块5使行走装置的重心投影点位于单轨道的中心线上；根据行走装置的行走位置，判断行走装置是否进入轨道道岔区域，并通过控制行走驱动模块4和转向驱动模块5调整动力，使行走装置顺利通过轨道道岔区域；根据行走装置的行走姿态，判断行走装置是否进入轨道弯道区域，并通过控制行走驱动模块4和转向驱动模块5使行走装置顺利的通过轨道弯道区域。

本发明提供了一种单轨道机器人行走方法，其能够实现行走装置在单轨上的走行工作，同时能够根据行走状态控制行走驱动模块4和转向驱动模块5运行，及时修正走行的方向，保证行走装置沿轨道方向正常行走。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

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