用于矿下电缆巡检的机器人线缆行走机构及方法与流程

本发明涉及电力设施检测领域，尤其是一种用于矿下电缆巡检的用于矿下电缆巡检的机器人线缆行走机构。

背景技术：

目前我国大部分矿井事故是由电缆故障所引起的,因此对矿用电线电缆进行检测,及时发现维修更换电线电缆,是井下安全生产的重要内容。矿下隧道内电力电缆的安全运行直接影响着矿井供电的安全性和可靠性，但传统的矿下电缆检测维护方式也暴露出问题。目前矿下电缆检测方式大多数依然以人工巡检和定点电力监控系统相结合的方式，传统的巡检方式存在以下问题：

1）虽然相比于其他巡检方式传统的人工巡检方式的准确性很高，但需要工人每次走几公里的路程，工作量非常大，效率不高。此外考虑到矿下狭小复杂的工作环境以及可能存在的有害气体，对工人来说也相当危险。

2）定点电力检测系统是一种固定、离散的检测系统，虽然能够覆盖很大一部分，但也存在监控盲点。

传统的线缆行走机构仅适用于环境空旷的悬空线缆，而矿下电缆有大段线路贴地，且周围环境难以确定，需要采用一种新的轻便且可靠的线缆行走机构。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于矿下电缆巡检的机器人线缆行走机构，可以在复杂矿下环境中实现对电缆的自主巡检。

为实现上述目的，本发明采用的方案为：

一种用于矿下电缆巡检的机器人线缆行走机构，包括：

前、后对称布置的第一车体单元和第二车体单元，两个车体单元之间通过可弯曲的连接机构连接，每个车体单元均包括基体、以及对称布置在所述基体宽度方向左、右两侧的两个滑架，其中，

所述基体通过从动轮与线缆的上部连接，所述滑架通过行走轮与线缆的侧部连接；

基体与从动轮之间设有第一连接杆，所述第一连接杆在基体内部为弹性伸缩杆，弹性伸缩杆固定在基体内部；

所述基体上设有滑槽，滑槽内壁的上部设有沿基体宽度方向延伸设置的齿条；

所述滑架上设有伸入所述滑槽内部的滑块；

凸起，设置在所述滑块一侧的侧壁上；

弹性元件，设置在所述滑块底部和所述滑槽底部之间，在所述弹性元件的弹力下，滑块一侧的所述凸起能够与滑槽内壁上部的所述齿条相卡接，以实现滑架和基体之间的相对位置固定；

控制单元，设置在所述基体内部，与所述行走轮信号连接。

所述行走轮与滑架之间设有第二连接杆，所述第二连接杆和左、右行走轮之间为可拆卸连接结构。

所述从动轮和行走轮均采用与线缆表面相适的弧形内凹结构，并在内凹表面覆盖高摩擦系数材料涂层。

所述可弯曲的连接机构为多节柔性连接机构。

所述弹性元件为弹簧片或弹簧。

所述滑架的材料为轻质金属。

所述基体内部还设有压电式加速度传感器，压电式加速度传感器将检测到的压电数据发送给所述控制单元。

所述车体单元的前端设有带毛刷的推铲。

本发明进一步公开了一种基于所述用于矿下电缆巡检的机器人线缆行走机构的行走方法，

在未启动状态下，工作人员将车体放于线缆上方后，按压滑架，克服滑架和基体之间所述弹性单元的弹力，此时，滑块上的凸起与基体上滑槽内的所述齿条脱离，滑架可在基体上沿基体宽度方向滑动，左、右两行走轮的间距可调，当调节至合适位置时，释放按压力，在所述弹性单元的弹力下，滑架与基体之间相对固定，两侧行走轮夹紧线缆；

工作开始后，按照既定的行走方向，控制单元将启动位于前方的第一车体单元的驱动模块，暂停位于后方的第二车体单元的驱动模块，第一车体单元上的从动轮用于稳定第一车体单元，第二车体单元上的行走轮和行走轮同样作为稳定装置，不做驱动，使全车更加稳定，不会发生侧翻；

同理，当需要向后方移动时，控制模块启动位于后方的第二车体单元的驱动模块，暂停位于前方的第一车体单元的驱动模块，位于后方的第二车体单元上的行走轮做主动轮，第二车体单元上的从动轮稳定车体，位于前方的第一车体单元上的行走轮和从动轮不做驱动，仅稳定车体；

同时由于连接机构采用单自由度结构，保持了路段变化时前后两车体间的平稳连接，不会发生侧翻等事故。

当进入上、下坡时，车体固件内的压电式加速度传感器检测到路段发生变化，将压电数据传送给控制单元，控制单元对应调节行走轮转速使车体整体依旧维持匀速行驶。

本发明的有益效果：

第一．本发明提供了一种用于矿下电缆巡检的机器人线缆行走机构，该机器人能沿部分贴地的电缆自动运行；

第二．外壳由轻质金属构成，可以在电缆上运行并减小电缆起伏；

第三．行走轮与电缆贴合，运行时无滑动摩擦，可减小电缆表层损耗；

第四．该机器人灵活轻巧、安装方便。

第五．有底部设有毛刷的推铲固定在基体上，以便在不损伤线缆的情况下推开细小障碍。

第六．由于弹性伸缩杆和滑架结构，可适应不同直径的线缆。

第七．行走轮可拆卸，按照不同的规格的线缆可自由进行行走轮更换。

第八．整体结构封闭性良好，对环境要求低。

附图说明

图1是本发明机器人线缆行走机构的立体图；

图中：1-第一行走轮；2-第二行走轮；3-第三行走轮；4-第四行走轮；5-第一从动轮；6-第二从动轮；7-连接机构；8-第一滑架；9-第二滑架；10-第三滑架；11-第四滑架；12-基体；13-推铲；25-毛刷；

图2为本发明机器人线缆行走机构的正视图（去除推铲后）；

图3为本发明机器人线缆行走机构的仰视图（去除推铲后）；

其中，14-压电式加速度传感器；15-控制单元放置处；16-第一电机；17-第二电机；18-第三电机；19-第四电机；24-弹性伸缩杆；

图4为滑架的结构示意图；

其中，22为凸起；23为弹性元件；

图5为滑块与基体连接好的结构示意图；

图6为基体上滑槽的俯视图；

其中，21为滑槽；

图7为基体上滑槽的主视图；

图8为凸起的结构放大图；

图9为一节连接机构示意图；

图10为连接机构的透视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方案进行描述以便相关技术人员更好地理解本发明。此外，本发明的保护范围不受具体实施方案的限制。

如图1~图3所示，是本发明适用于矿下电缆用于矿下电缆巡检的机器人线缆行走机构的一种具体实施方案的结构示意图。

基体12是内部中空的结构，结构图中展示的是外观图示，其内部包含控制主板、压电式加速度传感器部分线路。

第一滑架8和第二滑架9内部在其内部也是中空的，放置有第一电机16和第二电机17。

基体12上在靠近滑架的两侧有孔洞，供线路连接滑架中的电机和基体内的控制单元。

未锁定时，第一滑架8和第二滑架9可在基体上左、右移动，锁定时基体和滑架相对位置固定，左、右行走轮间距固定。

基体12与从动轮的连接杆在基体内部为弹性伸缩杆，其固定在基体内部；

如图4~图8所示，所述基体12上设有滑槽21，滑槽21内壁上部设有沿基体左、右方向延伸设置的齿条；所述滑架包括第一滑架8和第二滑架9，滑架上设有伸入所述滑槽内部的滑块；凸起22，设置在所述滑块一侧的侧壁上；弹性元件23，设置在所述滑块底部和所述滑槽底部之间，在所述弹性元件的弹力下，滑块一侧的所述凸起能够与滑槽内壁上部的所述齿条相卡接，以实现滑架和基体之间的相对位置固定；

控制单元，设置在所述基体内部，与所述行走轮信号连接。

作为本发明技术方案的步优选实施例，所述行走轮与滑架之间设有第二连接杆，所述第二连接杆和左、右行走轮之间为可拆卸连接结构，根据不同直径的线缆，可以更换不同尺寸的行走轮。

作为本发明技术方案的步优选实施例，所述从动轮和行走轮均采用与线缆表面相适的弧形内凹结构，并在内凹表面覆盖高摩擦系数材料涂层，左、右行走轮轮胎可自由拆卸，用以贴合不同规格的线缆。

如图9~图10所示，所述可弯曲的连接机构为多节柔性连接机构，在同一时刻仅能进行左右或上下转动。

作为本发明技术方案的步优选实施例，所述弹性元件为弹簧片或弹簧。

作为本发明技术方案的进一步优选，所述滑架为轻质金属材料。

如图2所示，所述基体内部还设有压电式加速度传感器14，压电式加速度传感器将检测到的压电数据发送给所述控制单元。

作为本发明技术方案的进一步优选，所述车体单元的前端设有带毛刷25的推铲13，用以清除在线缆上表面的障碍。

本发明用于矿下电缆巡检的机器人线缆行走机构的行走方法：

在未启动状态下，工作人员将车体放于线缆上方后，按压滑架，克服滑架和基体之间所述弹性单元的弹力，此时，滑块上的凸起与基体上滑槽内的所述齿条脱离，滑架可在基体上沿基体宽度方向滑动，左、右两行走轮的间距可调，当调节至合适位置时，释放按压力，在所述弹性单元的弹力下，滑架与基体之间相对固定，两侧行走轮夹紧线缆；

工作开始后，按照既定的行走方向，控制单元将启动位于前方的第一车体单元的驱动模块，暂停位于后方的第二车体单元的驱动模块，第一车体单元上的从动轮用于稳定第一车体单元，第二车体单元上的行走轮和行走轮同样作为稳定装置，不做驱动，使全车更加稳定，不会发生侧翻；

同理，当需要向后方移动时，控制模块启动位于后方的第二车体单元的驱动模块，暂停位于前方的第一车体单元的驱动模块，位于后方的第二车体单元上的行走轮做主动轮，第二车体单元上的从动轮稳定车体，位于前方的第一车体单元上的行走轮和从动轮不做驱动，仅稳定车体；

同时由于连接机构采用单自由度结构，保持了路段变化时前后两车体间的平稳连接，不会发生侧翻等事故。

当进入上、下坡时，车体固件内的压电式加速度传感器检测到路段发生变化，将压电数据传送给控制单元，控制单元对应调节行走轮转速使车体整体依旧维持匀速行驶。

同理，当需要向后方移动时，控制模块启动位于后方的第二车体单元的驱动模块，暂停位于前方的第一车体单元的驱动模块，位于后方的第二车体单元上的行走轮做主动轮，第二车体单元上的从动轮稳定车体，位于前方的第一车体单元上的行走轮和从动轮不做驱动，仅稳定车体；

同时由于连接机构采用单自由度结构，保持了路段变化时前后两车体间的平稳连接，不会发生侧翻等事故。

具体而言，本发明利用线上固定，左右行走轮推进行走的方式解决了一般走线装置的悬挂式、飞行式在矿下的不适用性，使其可以适用于矿下这类地面环境复杂且线缆具有悬空、贴地类型的特殊工作环境。

尽管上面对本发明的具体实施方案进行描述以便相关技术人员更好地理解本发明，但本发明不局限于具体实施方案的范围，只要一些显而易见的变化在权利要求的限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。

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