山东英才学院 山东济南 250104
摘要：在我国，许多设备长期暴露在自然环境中，随时可能发生故障和意外，因此，巡检工作是保证各设备安全运行的一项基本工作。传统的巡检主要依靠人工进行，但人工巡检工作量大，当遇到特殊天气时，巡检工作难上加难且危及生命。因此，本文设计了一种履带式巡检机器，该巡检机器分为履带底盘的机械结构设计和云台检测设计两大部分。履带式行走采用“X”型减震悬挂，可起到减震缓冲作用，使机器在复杂的路面也能实现平稳的行走：云台检测转角迅速平稳、视角开阔。该巡检机器可取代人工进行全天候巡检作业，双双保护了工人和设备的安全，逐步实现自动化、无人值守。
关键词：巡检机；履带底盘；云台
1 概述
该巡检机器可分为机械行走机构和检测机构，机械行走机构主要通过履带式行走和机械传动相结合的形式进行设计。检测机构主要由云台来承担，其整体三维模型结构如图1所示。
2.履带式巡检机器的总体设计
2.1 履带式行走构型分析
履带式是一种自带道路的行走方式[1]，履带式的特点就是接触面积较大，接地比压小，适用于复杂道路的作业，通过性好等。但我国已经研发出多种履带式行走方式。为了让巡检机在复杂环境中可以达到平稳行走的目的，从基本设计参数出发，不同的履带行走方式影响着巡检机的稳定性。履带行走方式可分为单节履带式（如图2）、双节履带式（如图3）和多节履带式（如图4）。单节履带式的结构较为简单，并且驱动控制简单，体积相对较小；双节履带式和多节履带式主要就是在单节履带式的基础上增加了摆臂，可以使机器在接近垂直的路面上更好的行走，但其驱动控制方面难度较大。因为巡检机的工作环境人工也可进行巡检，地形不会太复杂，并且单节履带式的结构和驱动控制较其他两种方式要简单许多，更符合本文的设计要求。因此采用单节履带式。
2.2 承重减震装置的设计
为了在巡检过程中可以获得更准确的数据，那么平稳的工作环境是必不可少的。但由于复杂的环境，巡检机平稳的行走确是一大问题，及需要解决悬架。目前，我国已有的悬架有半刚性悬架和弹性悬架两种形式，如图6所示。这两种悬挂方式将机体的全部重量都传给支重轮，当机器通过竖直陡坡时产生的力得不到缓冲，因此整个机器出现抖动现象。
针对如何在凹凸不平的地形上行走本文设计了一款简单轻便的减震装置。其机械式悬挂系统由“X”组件、弹簧等构成。其减震主要由“X”摆臂上的弹簧来实现。依据杠杆原理，将水平安装的弹簧上的弹力放大数倍。此减震系统通过“X”组件将竖直方向上的震荡颠簸改变成到水平方向，由水平放置的弹簧进行吸收，其原理如图5所示[2]。
2.3 监测云台的设计
监测云台（如图7）即摄像机的支撑平台，用于安装、固定摄像机的支撑设备，可分为固定云台和电动云台两种[3]。固定云台通常适用于监控范围不大、固定区域。在使用过程中，通过调整摄像机的水平角度和俯仰角度，达到最好的工作姿态后锁定调整机构。电动云台通常适用于大范围进行扫描监视的情况，可以扩大监视范围。电动云台有两台执行电动机，电动机通过接受控制器的信号来精确地运行定位。通过控制信号，云台上的摄像机既可以自动监视，也可通过操作者的操纵跟踪监视对象。由于云台可达到360度旋转监测，因此只需一维的电动云台边可达到以下功能：
（1）能达到精准控制，以及快速响应；
（2）监视过程中平稳，不抖动；
（3）定位精度达到0.1度；
（4）可以和上位机进行通信，并且可通过外部辅助控制；
（5）防尘、封闭式结构。
3.履带式巡检机器的创新性
本文是从整体履带式巡检机器的特点和局部相关结构的选择进行研究，根据工作环境的要求、承载能力等，采用分析、对比各种传动方式的优缺点，由部分到整体进行巡检机器的设计。其创新点有：
采用橡胶履带式更为连续的行走方式，接触面积较大，接地比压小，适用于复杂道路的作业，通过性好，承载能力大；
通过“X”组件将竖直方向上的震荡颠簸改变成到水平方向，由水平放置的弹簧进行吸收，可有效的起到减震缓冲效果；
根据现有云台的不足来改进设计符合本方案的云台，达到360度无死角巡检、转向稳定、高精度、定位精度达到0.1度的目的。
结语
一种履带式巡检机器主要用于巡检的机器技术，巡检机可携带高清摄像机、红外热像仪、温湿度传感器等设备对工作环境进行检测。具有作业灵活、安全可靠、全天候工作等特点，可逐渐取代人工进行全天候巡检作业，逐步实现全自动化、无人值守等。该巡检机器具有一定的实用性，对我国巡检难题有着巨大的贡献和经济价值，有着广阔的市场前景。
参考文献：
[1]陈淑艳. 移动机器人履带行走装置的构型与机动性能研究[D].扬州大学,2008.
[2]司世才,罗庆生,葛卓. 履带式机器人承重减震装置的优化设计[J]. 计算机测量与控制,2014,(07):2196-2198+2202.
[3]李依睿,卓力. 基于ARM平台的智能视频监控节点的实现[J]. 测控技术,2012,(05):13-16.
论文作者:邓涛,王志文, 王发港, 张超, 于慧
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/16
标签：机器论文; 如图论文; 工作论文; 履带论文; 作业论文; 方式论文; 平稳论文; 《科学与技术》2019年第10期论文;