軌道智能巡檢機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

王昊鵬

摘要：本文主要對(duì)智能化軌道巡檢機(jī)器人進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析。文章主要分兩大部分，在第一部分，主要分析了該機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì);在第二部分，主要分析了該機(jī)械結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)，包括弧形外殼設(shè)計(jì)、軌道底座設(shè)計(jì)以及單軌底座設(shè)計(jì)。希望通過(guò)本次的分析，可以為智能化軌道巡檢機(jī)器人的合理設(shè)計(jì)及其應(yīng)用提供科學(xué)參考。

關(guān)鍵詞：智能化;軌道巡檢機(jī)器人;機(jī)械結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)策略

前言：在對(duì)智能化軌道巡檢機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要應(yīng)圍繞著四個(gè)方面進(jìn)行。第一是對(duì)巡檢機(jī)器人中的行走驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì);第二是使其探測(cè)設(shè)備具有足夠的伸縮性能;第三是對(duì)其外殼防護(hù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì);第四是對(duì)其總體模型進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。通過(guò)這樣的方式，才可以有效確保其智能化巡檢質(zhì)量，滿足智能化軌道巡檢的實(shí)際工作要求。

一、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

在本次所研究的智能化軌道巡檢機(jī)器人中，其主要的組成部分包括弧形外殼和底座，其中弧形外殼主要按照上外殼和底板進(jìn)行劃分;底座主要按照單軌底座和鐵軌底座進(jìn)行劃分。在該結(jié)構(gòu)的電子倉(cāng)設(shè)計(jì)中，上外殼和底板之間形成了一個(gè)良好的密閉空間，可供相應(yīng)期間的拆卸和安裝，兩種軌道底座和外殼底板之間通過(guò)插槽和卡扣進(jìn)行連接，將兩個(gè)輪設(shè)置在單軌底座上，可以讓裝置和軌道之間的摩擦得以有效降低[1]。

二、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

在本次所研究的智能化軌道巡檢機(jī)器人中，其主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括三個(gè)方面，第一是弧形外殼設(shè)計(jì)，第二是鐵軌底座設(shè)計(jì)，第三是單軌底座設(shè)計(jì)。以下是其具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析：

（一）弧形外殼設(shè)計(jì)

在該機(jī)器人中，其弧形外殼主要按照上外殼和底板進(jìn)行劃分，這兩者之間通過(guò)插銷以及卡扣進(jìn)行連接。具體設(shè)計(jì)中，為實(shí)現(xiàn)外殼質(zhì)量的最大化降低，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)電子倉(cāng)中探測(cè)設(shè)備伸縮性及其可容納性的良好保障，特將具有較輕密度的材料用作外殼材料，這樣便可實(shí)現(xiàn)整體質(zhì)量的有效降低，同時(shí)也可以讓機(jī)器人的行走輪壓力得以有效減輕。在電子倉(cāng)中，探測(cè)設(shè)備在弧形外殼底板上安裝，并通過(guò)科學(xué)合理的排布來(lái)達(dá)到重心降低效果，以此來(lái)降低事故發(fā)生幾率。對(duì)于上外殼，設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用的是復(fù)合型材料，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)外殼強(qiáng)度及其使用壽命的良好保障。

在對(duì)上外殼進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，之所以將其外形設(shè)計(jì)為弧形，其主要思路包括以下幾個(gè)方面：第一，弧形設(shè)計(jì)可讓上外殼和底板之間因空氣流速不同而形成壓強(qiáng)差，這樣便可讓該裝置對(duì)于地面的壓力得到一定程度的降低;第二，將側(cè)面設(shè)計(jì)為弧形，可使其碰撞體積減小，讓外殼得到更好的保護(hù);第三，將側(cè)邊設(shè)計(jì)為流線型，可以讓電子倉(cāng)中的裝置、主動(dòng)輪以及底部輪軸之間達(dá)到良好的聯(lián)動(dòng)效果;第四，通過(guò)小樣板3D加工的形式，可實(shí)現(xiàn)容納體積的進(jìn)一步增加;第五，這種設(shè)計(jì)在外觀上更具簡(jiǎn)潔、美觀效果[2]。

在對(duì)外殼和裝置設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要將兩個(gè)超聲波距離檢測(cè)設(shè)備設(shè)置到弧形外殼面的末端，將機(jī)器人、軌道和地面之間的高度距離作為依據(jù)，對(duì)超聲波距離檢測(cè)儀適當(dāng)進(jìn)行下旋處理，并使其目標(biāo)延長(zhǎng)線在一點(diǎn)匯聚。其次是在外殼外側(cè)進(jìn)行溫度傳感器設(shè)置，這樣既可以避免電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)熱對(duì)溫度測(cè)量的干擾，也可以直接進(jìn)行軌道溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取。

（二）鐵軌底座設(shè)計(jì)

在進(jìn)行該機(jī)械結(jié)構(gòu)的鐵軌底座設(shè)計(jì)中，出于對(duì)鐵軌自身形狀的考慮，主要通過(guò)軌道輪內(nèi)扣的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，也就是讓底座輪的內(nèi)側(cè)和軌道接觸，輪緣則起到導(dǎo)向以及防脫軌作用。相比較單軌形式的底座而言，在鐵軌底座設(shè)計(jì)中，特進(jìn)行了兩個(gè)行走輪的增設(shè)，以此來(lái)確保整體結(jié)構(gòu)承重的分散性。但是因?yàn)榛疖囋诠諒澾^(guò)程中的質(zhì)量非常大，為確?；疖嚬諒澾^(guò)程中的向心力，外軌通常都比內(nèi)軌高一些;同時(shí)，對(duì)于不同半徑的軌道，其外軌和內(nèi)軌之間的高度差也存在一定差異。而在智能化巡檢機(jī)器人的具體運(yùn)行中，因?yàn)樾枰獙?duì)軌道的具體狀態(tài)、隧道環(huán)境以及是否有異物入侵情況進(jìn)行三位一體的檢測(cè)，所以其行駛速度需要得到合理控制。如果行駛速度太快，拍攝以及錄像等各項(xiàng)巡檢工作的執(zhí)行便會(huì)受到不良影響，進(jìn)而難以確保巡檢精度。基于此，在具體設(shè)計(jì)中，機(jī)器人的行駛速度不應(yīng)超過(guò)火車行駛速度。同時(shí)，因?yàn)楣諒澪恢玫妮喚壴谛旭傊袝?huì)受到一定程度的摩擦，所以技術(shù)人員需要定期對(duì)輪子進(jìn)行檢查，對(duì)于磨損嚴(yán)重的輪子，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換處理。通過(guò)這樣的方式，才可以讓機(jī)器人的智能化巡檢效果得以良好保障。

（三）單軌底座設(shè)計(jì)

在對(duì)該機(jī)械結(jié)構(gòu)中的單軌底座進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要將單軌的軌道梁形狀作為依據(jù)來(lái)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。本次所設(shè)計(jì)的單軌底座輪子有兩種，其一是穩(wěn)定輪，其二是導(dǎo)向輪（也叫做行走輪），其功能類似于城市輕軌，但是相比較輕軌底座而言，這種單軌底座在同樣運(yùn)行速度的情況下更不容易被磨損。導(dǎo)向輪以及穩(wěn)定輪需要在單軌道梁側(cè)面進(jìn)行設(shè)置，以此來(lái)確保整體裝置的平衡效果。通過(guò)穩(wěn)定輪的合理應(yīng)用，也可以為電子倉(cāng)中的裝置提供一個(gè)更具穩(wěn)定性的運(yùn)行環(huán)境。借助于行走輪，不僅可以為裝置的行走提供驅(qū)動(dòng)，同時(shí)也可以通過(guò)防滑材料的包裹來(lái)增大摩擦，讓無(wú)效做功得以顯著降低，且能夠?qū)崿F(xiàn)輪胎厚度的適當(dāng)增加，讓行走輪和地面之間具有更大的接觸面積，以此來(lái)確保輪胎的承重效果[3]。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，在對(duì)智能化軌道巡檢機(jī)器人進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為使其與軌道之間達(dá)到良好的適應(yīng)效果，設(shè)計(jì)者一定要根據(jù)實(shí)際的軌道情況和火車速度等來(lái)進(jìn)行其機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)。在此過(guò)程中，首先需要對(duì)整體的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并明確各個(gè)部分的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，以此來(lái)為后續(xù)的細(xì)化設(shè)計(jì)奠定良好基礎(chǔ)。接下來(lái)需要根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，對(duì)該機(jī)械結(jié)構(gòu)的弧形外殼、鐵軌底座以及單軌底座進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。通過(guò)這樣的方式，才可以讓智能化鐵路機(jī)器人得以良好應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]于子良，黃志輝，楊玨，張文明.軌道隧道巡檢現(xiàn)狀及智能檢測(cè)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2020（06）：137-142.

[2]陳志穎.鐵路設(shè)備房屋機(jī)器人巡檢系統(tǒng)安全研究與應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2021（04）：139-143.

[3]王健.鐵路機(jī)輛車底智能巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究[J].工程技術(shù)研究，2018（08）：210-211.