罐道巡检小车

1.本发明属于罐道作业技术领域，涉及一种罐道巡检小车。


背景技术：

2.千米地下深埋的丰富煤炭资源，促使我国煤炭逐步转入深部开采。深立井地层岩性多样，地质构造复杂，井筒的垂深越大，岩、泥、水软弱夹层的相互作用越容易导致井壁出现裂缝。同时，罐笼在罐道上运行需要保证罐道的可靠度，由于罐道可能会出现裂缝变形等状况，若不及时检出，可能会造成重大安全事故。为了检测深立井内的各种环境状况和罐道的健康程度，需要能够搭载数种传感器的罐道检测小车，以保证深立井能够在可靠的状态下工作。
3.现有技术1（磁轮驱动的钢罐道巡检机器人研究，封华，2021.9.24）公开的巡检机器人的磁轮和罐道间的摩擦力较小，当该设备加装一块电池以后，无法大量增加其他传感器设备，且由于增加了转向机构，大大增加小车自重，且少了两个动力轮，可能会造成动力不足等问题。
4.现有技术2（一种可跨壁面磁吸附刚罐道巡检机器人结构，王兴皓，2020.08）仅仅分析了当前现有的方式；现有的罐道检测小车均通过转向结构控制小车在井内的转弯等动作，由于井内情况复杂，转向机构需要依靠程序判断转向，可靠性低，当发生不可控情况导致断电时，其小车可能会从罐道上溜下脱轨，造成意外，还增加了自重负担。
5.目前的罐道巡检机器人大部分采用强铷磁铁吸附在刚性罐道表面，轮子也在罐道表面，让磁铁的吸附力，把罐道巡检机器人压在罐道表面，这种方式需要大块的磁铁提供足够的磁吸附力，会增加罐道巡检机器人的自重，大大减少可携带的传感器数量和运行距离，从而影响工作效率；如果磁轮面积不够，会导致磁吸附力不强，且容易打滑，运行稳定性受到较大影响。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提供一种罐道巡检小车，降低了自重，提高了可携带的传感器数量和运行距离，运行动力强，安全、稳定性高，解决了现有技术中存在的问题。
7.本发明所采用的技术方案是，一种罐道巡检小车，包括自夹紧结构，所述自夹紧结构包括车轮，车轮的轴线为竖直方向，对称分布于罐道两侧且与罐道两侧紧密接触；上面板，用于安装自夹紧结构、搭载传感器或摄像头。
8.进一步的，所述自夹紧结构还包括框架，框架顶部设有多个框架螺孔，上面板上安装自夹紧结构的位置设有多个调节螺孔，框架螺孔与调节螺孔相互配合，螺栓穿过对应的框架螺孔、调节螺孔将框架和上面板固定，以适应不同宽度的罐道。
9.进一步的，所述车轮通过对应的回转驱动机构单独控制，回转驱动机构滑动安装于导轨上，导轨沿罐道宽度方向设置，回转驱动机构的安装座远离罐道的一侧安装有弹簧，
弹簧套设于导轨外部，使得罐道两侧的车轮间距随罐道宽度自适应调节。
10.进一步的，所述上面板的下方安装有下面板结构，下面板结构包括下面板，所述下面板设于上面板的下方，上面板和下面板之间设有多个铜管，起到支撑作用；移动电源，所述移动电源安装于下面板上，用于给罐道巡检小车提供电力；磁铁，所述磁铁安装于下面板靠近罐道的一侧，给巡检小车提供朝向铁磁性材质罐道的力。
11.进一步的，所述磁铁为强铷磁铁，面积与下面板底部可安装面积相适应，厚度为3mm~4mm。
12.进一步的，所述下面板底部安装有滚轮，滚轮的轴线水平设置，沿罐道长度方向在罐道表面滑动。
13.进一步的，将两个设有弹簧、导轨的所述自夹紧结构置于罐道一侧，罐道另一侧采用固定式的车轮。
14.进一步的，所述罐道巡检小车还包括掉电保护装置，所述掉电保护装置包括托板，托板安装在回转驱动机构的侧面，电磁铁和卡口衔铁安装在托板上，卡口衔铁在电磁铁的作用下能够离开或卡住轮盘，轮盘安装在回转驱动机构的输出轴上。
15.进一步的，所述卡口衔铁包括底座，所述底座的上端与托板固定连接；弹簧铰链，所述弹簧铰链用于将底座与安装有衔铁的基体铰接，并通过弹簧的扭转形变使得基体与底座之间的角度张开至一定角度；卡口，所述卡口安装于基体的端部，卡口在衔铁与电磁铁的作用下能够离开或卡住轮盘，轮盘靠近卡口的一侧设有多个卡槽，卡槽与卡口相互配合。
16.进一步的，所述电磁铁控制的方式是与门电路控制，与门电路控制器内部设有与门开关，与门开关连接电磁铁，与门开关的两路输入分别是稳压器直接输出的电流信号和单片机gpio口的输出，稳压器的输出用于整个罐道巡检小车电路；当两个输入均为有正信号时，与门电路控制器输出为正，电磁铁通电；其中有任意一个输入零，则与门电路控制器输出为零，电磁铁断电。
17.本发明的有益效果是：本发明通过自夹紧式的方式，不用担心罐道巡检小车会偏离轨道，所以不需要转向机构，减小了罐道巡检小车的自重，增加了动力轮的数量，极大增强了小车的运行动力；同时克服了转向机构带来的其它问题。
18.本发明只需一个磁铁，厚度小，既能保证罐道巡检小车紧贴刚性罐道表面，不会发生上翻的安全隐患，同时减小了自重，能够提高可携带的传感器数量和运行距离，从而提高了工作效率和工作质量；各结构相互配合，为各种传感器构建了可靠的移动搭载平台，实现深立井内部的各种数据采集，解决了深立井内部的状态检测问题。
19.本发明增设了掉电保护装置，在井下恶劣环境中，如果出现不可抗拒的原因，使小车突然断电，会自动激活车轮锁，将小车停在原位置不动，当小车自主恢复电力后，车轮锁又会自动打开，小车继续运行，提高了安全性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明实施例的结构示意图。
22.图2是本发明实施例中上面板的结构示意图。
23.图3是本发明实施例中下面板结构的结构示意图。
24.图4a是本发明实施例中自夹紧结构在整体结构中放大图。
25.图4b是本发明实施例中自夹紧结构的结构示意图。
26.图5a是本发明实施例中掉电保护装置在整体结构中的放大图。
27.图5b是本发明实施例中掉电保护装置的结构示意图。
28.图5c是本发明实施例中卡口衔铁离开轮盘的状态图。
29.图5d是本发明实施例中卡口衔铁的结构示意图。
30.图6是本发明实施例的正视图。
31.图7是本发明实施例的左视图。
32.图中，1.上面板，2.下面版结构，3.自夹紧结构，4.掉电保护装置，1-1.调节螺孔，1-2.连接螺孔，2-1.下面板，2-2.铜管，2-3.移动电源，2-4.磁铁，2-5.滚轮，3-1.框架，3-2.框架螺孔，3-3.电机，3-4.导轨，3-5.弹簧，3-6.车轮，4-1.托板，4-2.与门开关，4-3.电磁铁，4-4.卡口衔铁，4-5.轮盘，4-4-1.底座，4-4-2.弹簧铰链，4-4-3.衔铁，4-4-4.卡口。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
34.实施例1，一种罐道巡检小车，如图1所示，包括上面板1、下面板结构2、自夹紧结构3、掉电保护装置4。
35.如图1、2所示，上面板1的底部四角均安装有自夹紧结构3，上面板1上安装自夹紧结构3的位置设有多个调节螺孔1-1，用于连接对应的自夹紧结构3；上面板1的下方安装有下面板结构2，上面板1的中部设有多个连接螺孔1-2，用于连接下面板结构2。
36.如图1、3所示，下面板结构2包括下面板2-1，下面板2-1设于上面板1的下方，上面板1和下面板2-1之间设有多个铜管2-2，起到支撑作用；下面板2-1上安装有移动电源2-3，移动电源2-3为锂电池，用于给罐道巡检小车提供电力，下面板2-1靠罐道一侧安装有磁铁2-4，给罐道巡检小车提供朝向刚性罐道的力，保证罐道巡检小车不翻到脱轨。
37.在一些实施例中，磁铁2-4为强铷磁铁，面积与下面板2-1底部可安装面积相适应，厚度为3mm~4mm。面积和厚度过小会导致磁吸附力不足，面积过大会增加质量，设在该面积和厚度可以很好的控制其质量和吸附力。
38.在一些实施例中，如图6-7所示，为了不让强铷磁铁直接吸在罐道表面，在下面板2-1底部安装四个滚轮2-5，滚轮2-5的轴线水平设置，沿罐道长度方向在罐道表面滑动，不仅能维持强铷磁铁和刚性罐道表面的距离，让罐道巡检小车运行起来更加流畅，还能保证足够的磁力，保证罐道巡检小车不翻到脱轨。
39.滚轮2-5的直径在7mm-10mm之间，当直径小于7mm时，磁铁2-4过于靠近罐道表面，无法顺利通过罐道表面可能存在的凸起和罐道交接处，造成磁铁2-4直接吸住刚性罐道，从而造成罐道巡检小车无法继续运行；当直径大于10mm时，磁铁2-4与罐道之间的距离过远，无法提供足够的磁吸附力，造成安全隐患。
40.如图1、4a、4b所示，自夹紧结构3包括框架3-1，框架3-1顶部设有多个框架螺孔3-2，框架螺孔3-2与调节螺孔1-1相互配合，螺栓穿过对应的框架螺孔3-2、调节螺孔1-1将框架3-1和上面板1固定，框架3-1底部安装有车轮3-6，车轮3-6的轴线为竖直方向，分布于罐道两侧且与罐道接触，能够沿罐道长度方向行走。
41.传统的动力轮轴线水平设置且位于罐道上表面，本发明将提供动力的车轮3-6安装在罐道侧面，让车轮3-6夹紧罐道运行，这样就不需要转向机构，增加可靠性并减小了机器人的自重；也不需要大块强磁使罐道巡检小车吸附在罐道表面，进一步减小了自重。
42.车轮3-6的中心与电机3-3的输出轴固定连接，电机3-3的安装座滑动安装于框架3-1内的导轨3-4上，导轨3-4沿罐道宽度方向设置，电机3-3能够在导轨3-4上滑动，电机3-3的安装座远离罐道的一侧与框架3-1之间安装有弹簧3-5，弹簧3-5套设于导轨3-4外部，弹簧3-5弹性系数高，将电机3-3向罐道方向挤压，保证罐道两侧的车轮3-6间距随罐道宽度自适应调节，始终保持主动轮夹紧罐道，防止主动轮出现空转，提高了运行稳定性。
43.本发明实施例可设置四个电机3-3，单独控制对应的车轮3-6，给罐道巡检机器人提供强大的动力，使罐道巡检小车向上运行时能够较为轻松，且可以携带足够多数量的传感器和摄像头，对多种数据的监测，提高数据的采集效率；减少了传动轴，会减少一系列的传动轴零件，减少了故障率；传动轴接头处的齿轮存在摩檫力，会增加能量的消耗；本发明实施例减少了传动轴，会使动力传输效率更高。
44.在一些实施例中，可以将两个设有弹簧3-5、导轨3-4的自夹紧结构3置于罐道一侧，罐道另一侧采用固定式的，要求弹簧3-5的弹性系数更高，在一定程度上减少了自重。
45.上面板1上设有多个调节螺孔1-1，根据不同宽度的罐道，调节罐道两侧的自夹紧结构3之间的距离，保证夹紧力度足够大。
46.如图1、5a、5b所示，掉电保护装置4包括托板4-1，托板4-1安装在电机3-3侧面并固定，再将与门开关4-2、电磁铁4-3和卡口衔铁4-4安装在托板4-1上并固定，卡口衔铁4-4在电磁铁4-3的作用下能够离开或卡住轮盘4-5，轮盘4-5安装在电机3-3转轴上。
47.卡口衔铁4-4的结构如图5c-5d所示，卡口衔铁4-4包括底座4-4-1、弹簧铰链4-4-2、衔铁4-4-3和卡口4-4-4，底座4-4-1垂直于轮盘4-5的旋转面，底座4-4-1的上端与托板4-1固定连接，底座4-4-1的下端通过弹簧铰链4-4-2与安装有衔铁4-4-3的基体铰接，基体的端部设有卡口4-4-4，轮盘4-5靠近卡口4-4-4的一侧设有多个卡槽，卡槽与卡口4-4-4相互配合，卡口4-4-4在衔铁4-4-3与电磁铁4-3的作用下能够离开或卡住轮盘4-5。
48.电磁铁4-3控制的方式是与门电路控制，与门电路控制器内部有与门开关4-2，与门开关4-2连接电磁铁4-3，与门开关4-2的两路输入分别是稳压器直接输出的电流信号和
单片机gpio口的输出，稳压器的输出用于整个罐道巡检小车电路；当两个输入均为有正信号时，输出为正，正常输出，电磁铁4-3通电；其中有任意一个输入零，则输出为零，电磁铁4-3断电。
49.假如罐道巡检小车在井内突然断电，稳压器的输出为零，与门电路控制器没有输出；或者需要在某一处长时间停留，控制单片机gpio口的输出为零，与门电路控制器也没有输出；这两种情况均使得电磁铁4-3断电，弹簧铰链4-4-2将底座4-4-1和衔铁4-4-3之间的角度弹开，最大可到110
°
，这样卡口4-4-4就可以卡住轮盘4-5，阻碍小车运动。当恢复电力或需要继续运行时，控制与门开关4-2正常输出，电磁铁4-3将衔铁4-4-3吸住，底座4-4-1和衔铁4-4-3之间的角度可压缩至45
°
，卡口4-4-4离开轮盘4-5，小车就会无阻碍地继续运动，达到掉电保护的目的。
50.现有的罐道巡检小车没有掉电保护装置，一旦由于不可控原因造成罐道巡检小车断电，就可能会由于下落失速而引发脱轨，造成安全隐患，本发明掉电保护装置4提供了很好的安全性，杜绝了因为突然断电等原因造成地失速滑落脱轨，还可以通过程序控制达到主动停在某一处的目的，保护电机，减少电量损耗。
51.本发明实施例的工作过程，当需要检测时，先依据罐道的宽度，手动调节自夹紧结构3所安装在调节螺孔1-1的位置，安装完成后，将罐道巡检小车夹在刚性的罐道上，下面板结构2能够有效避免罐道巡检小车前翻或者后翻的问题；电机3-3启动后，带动罐道巡检小车运行，当所经过的罐道存在变形或者宽度发生一定改变，两侧的轮子3-6之间的距离会变大，同时带动电机3-3在导轨3-4上运动，同时压缩弹簧3-5，还可以保证罐道巡检小车依然处于夹紧罐道的状态。本发明通过自夹紧结构3能够根据不同规格罐道手动调节夹紧力度，还可以自适应调节侧面轮之间地距离，不会卡住罐道巡检小车。本技术还可以通过搭载振动传感器，检测罐道的振动信号，判断罐道内是否存在砂孔和裂缝。
52.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
3），与门开关（4-2）的两路输入分别是稳压器直接输出的电流信号和单片机gpio口的输出，稳压器的输出用于整个罐道巡检小车电路；当两个输入均为有正信号时，与门电路控制器输出为正，电磁铁（4-3）通电；其中有任意一个输入零，则与门电路控制器输出为零，电磁铁（4-3）断电。

技术总结
本发明公开了一种罐道巡检小车，包括自夹紧结构和上面板，所述自夹紧结构包括车轮，车轮的轴线为竖直方向，对称分布于罐道两侧且与罐道两侧紧密接触；上面板用于安装自夹紧结构、搭载传感器或摄像头。本发明降低了自重，提高了可携带的传感器数量和运行距离，运行动力强，安全、稳定性高，解决了现有技术中存在的问题。题。题。


技术研发人员：赵佰亭 庞猛 郭永存 贾晓芬 黄友锐 马天兵
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2022.02.18
技术公布日：2022/5/25