軌道智能巡檢機器人機械結構設計策略

王昊鵬

摘要：本文主要對智能化軌道巡檢機器人進行了機械結構設計分析。文章主要分兩大部分，在第一部分，主要分析了該機械結構的總體設計;在第二部分，主要分析了該機械結構的具體設計，包括弧形外殼設計、軌道底座設計以及單軌底座設計。希望通過本次的分析，可以為智能化軌道巡檢機器人的合理設計及其應用提供科學參考。

關鍵詞：智能化;軌道巡檢機器人;機械結構;設計策略

前言：在對智能化軌道巡檢機器人進行設計的過程中，主要應圍繞著四個方面進行。第一是對巡檢機器人中的行走驅動結構進行設計;第二是使其探測設備具有足夠的伸縮性能;第三是對其外殼防護進行合理設計;第四是對其總體模型進行合理設計。通過這樣的方式，才可以有效確保其智能化巡檢質量，滿足智能化軌道巡檢的實際工作要求。

一、總體結構設計分析

在本次所研究的智能化軌道巡檢機器人中，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行劃分;底座主要按照單軌底座和鐵軌底座進行劃分。在該結構的電子倉設計中，上外殼和底板之間形成了一個良好的密閉空間，可供相應期間的拆卸和安裝，兩種軌道底座和外殼底板之間通過插槽和卡扣進行連接，將兩個輪設置在單軌底座上，可以讓裝置和軌道之間的摩擦得以有效降低[1]。

二、機械結構設計分析

在本次所研究的智能化軌道巡檢機器人中，其主要的結構設計包括三個方面，第一是弧形外殼設計，第二是鐵軌底座設計，第三是單軌底座設計。以下是其具體的機械結構設計分析：

（一）弧形外殼設計

在該機器人中，其弧形外殼主要按照上外殼和底板進行劃分，這兩者之間通過插銷以及卡扣進行連接。具體設計中，為實現外殼質量的最大化降低，以此來實現電子倉中探測設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，這樣便可實現整體質量的有效降低，同時也可以讓機器人的行走輪壓力得以有效減輕。在電子倉中，探測設備在弧形外殼底板上安裝，并通過科學合理的排布來達到重心降低效果，以此來降低事故發生幾率。對于上外殼，設計中主要應用的是復合型材料，以此來實現外殼強度及其使用壽命的良好保障。

在對上外殼進行設計時，之所以將其外形設計為弧形，其主要思路包括以下幾個方面：第一，弧形設計可讓上外殼和底板之間因空氣流速不同而形成壓強差，這樣便可讓該裝置對于地面的壓力得到一定程度的降低;第二，將側面設計為弧形，可使其碰撞體積減小，讓外殼得到更好的保護;第三，將側邊設計為流線型，可以讓電子倉中的裝置、主動輪以及底部輪軸之間達到良好的聯動效果;第四，通過小樣板3D加工的形式，可實現容納體積的進一步增加;第五，這種設計在外觀上更具簡潔、美觀效果[2]。

在對外殼和裝置設備進行聯動設計時，首先需要將兩個超聲波距離檢測設備設置到弧形外殼面的末端，將機器人、軌道和地面之間的高度距離作為依據，對超聲波距離檢測儀適當進行下旋處理，并使其目標延長線在一點匯聚。其次是在外殼外側進行溫度傳感器設置，這樣既可以避免電池和驅動電機發熱對溫度測量的干擾，也可以直接進行軌道溫度數據的實時獲取。

（二）鐵軌底座設計

在進行該機械結構的鐵軌底座設計中，出于對鐵軌自身形狀的考慮，主要通過軌道輪內扣的方式進行設計，也就是讓底座輪的內側和軌道接觸，輪緣則起到導向以及防脫軌作用。相比較單軌形式的底座而言，在鐵軌底座設計中，特進行了兩個行走輪的增設，以此來確保整體結構承重的分散性。但是因為火車在拐彎過程中的質量非常大，為確保火車拐彎過程中的向心力，外軌通常都比內軌高一些;同時，對于不同半徑的軌道，其外軌和內軌之間的高度差也存在一定差異。而在智能化巡檢機器人的具體運行中，因為需要對軌道的具體狀態、隧道環境以及是否有異物入侵情況進行三位一體的檢測，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巡檢工作的執行便會受到不良影響，進而難以確保巡檢精度。基于此，在具體設計中，機器人的行駛速度不應超過火車行駛速度。同時，因為拐彎位置的輪緣在行駛中會受到一定程度的摩擦，所以技術人員需要定期對輪子進行檢查，對于磨損嚴重的輪子，應及時進行更換處理。通過這樣的方式，才可以讓機器人的智能化巡檢效果得以良好保障。

（三）單軌底座設計

在對該機械結構中的單軌底座進行設計時，需要將單軌的軌道梁形狀作為依據來進行合理設計。本次所設計的單軌底座輪子有兩種，其一是穩定輪，其二是導向輪（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行速度的情況下更不容易被磨損。導向輪以及穩定輪需要在單軌道梁側面進行設置，以此來確保整體裝置的平衡效果。通過穩定輪的合理應用，也可以為電子倉中的裝置提供一個更具穩定性的運行環境。借助于行走輪，不僅可以為裝置的行走提供驅動，同時也可以通過防滑材料的包裹來增大摩擦，讓無效做功得以顯著降低，且能夠實現輪胎厚度的適當增加，讓行走輪和地面之間具有更大的接觸面積，以此來確保輪胎的承重效果[3]。

結束語：

綜上所述，在對智能化軌道巡檢機器人進行機械結構的設計過程中，為使其與軌道之間達到良好的適應效果，設計者一定要根據實際的軌道情況和火車速度等來進行其機械結構的合理設計。在此過程中，首先需要對整體的機械結構進行設計，并明確各個部分的主要設計參數，以此來為后續的細化設計奠定良好基礎。接下來需要根據實際情況，結合實際應用需求，對該機械結構的弧形外殼、鐵軌底座以及單軌底座進行科學設計。通過這樣的方式，才可以讓智能化鐵路機器人得以良好應用。

參考文獻：

[1]于子良，黃志輝，楊玨，張文明.軌道隧道巡檢現狀及智能檢測機器人發展趨勢[J].機車電傳動，2020（06）：137-142.

[2]陳志穎.鐵路設備房屋機器人巡檢系統安全研究與應用[J].鐵道標準設計，2021（04）：139-143.

[3]王健.鐵路機輛車底智能巡檢機器人的設計研究[J].工程技術研究，2018（08）：210-211.