轨道智能巡检机器人机械结构设计策略

王昊鹏

摘要：本文主要对智能化轨道巡检机器人进行了机械结构设计分析。文章主要分两大部分，在第一部分，主要分析了该机械结构的总体设計;在第二部分，主要分析了该机械结构的具体设计，包括弧形外壳设计、轨道底座设计以及单轨底座设计。希望通过本次的分析，可以为智能化轨道巡检机器人的合理设计及其应用提供科学参考。

关键词：智能化;轨道巡检机器人;机械结构;设计策略

前言：在对智能化轨道巡检机器人进行设计的过程中，主要应围绕着四个方面进行。第一是对巡检机器人中的行走驱动结构进行设计;第二是使其探测设备具有足够的伸缩性能;第三是对其外壳防护进行合理设计;第四是对其总体模型进行合理设计。通过这样的方式，才可以有效确保其智能化巡检质量，满足智能化轨道巡检的实际工作要求。

一、总体结构设计分析

在本次所研究的智能化轨道巡检机器人中，其主要的组成部分包括弧形外壳和底座，其中弧形外壳主要按照上外壳和底板进行划分;底座主要按照单轨底座和铁轨底座进行划分。在该结构的电子仓设计中，上外壳和底板之间形成了一个良好的密闭空间，可供相应期间的拆卸和安装，两种轨道底座和外壳底板之间通过插槽和卡扣进行连接，将两个轮设置在单轨底座上，可以让装置和轨道之间的摩擦得以有效降低[1]。

二、机械结构设计分析

在本次所研究的智能化轨道巡检机器人中，其主要的结构设计包括三个方面，第一是弧形外壳设计，第二是铁轨底座设计，第三是单轨底座设计。以下是其具体的机械结构设计分析：

（一）弧形外壳设计

在该机器人中，其弧形外壳主要按照上外壳和底板进行划分，这两者之间通过插销以及卡扣进行连接。具体设计中，为实现外壳质量的最大化降低，以此来实现电子仓中探测设备伸缩性及其可容纳性的良好保障，特将具有较轻密度的材料用作外壳材料，这样便可实现整体质量的有效降低，同时也可以让机器人的行走轮压力得以有效减轻。在电子仓中，探测设备在弧形外壳底板上安装，并通过科学合理的排布来达到重心降低效果，以此来降低事故发生几率。对于上外壳，设计中主要应用的是复合型材料，以此来实现外壳强度及其使用寿命的良好保障。

在对上外壳进行设计时，之所以将其外形设计为弧形，其主要思路包括以下几个方面：第一，弧形设计可让上外壳和底板之间因空气流速不同而形成压强差，这样便可让该装置对于地面的压力得到一定程度的降低;第二，将侧面设计为弧形，可使其碰撞体积减小，让外壳得到更好的保护;第三，将侧边设计为流线型，可以让电子仓中的装置、主动轮以及底部轮轴之间达到良好的联动效果;第四，通过小样板3D加工的形式，可实现容纳体积的进一步增加;第五，这种设计在外观上更具简洁、美观效果[2]。

在对外壳和装置设备进行联动设计时，首先需要将两个超声波距离检测设备设置到弧形外壳面的末端，将机器人、轨道和地面之间的高度距离作为依据，对超声波距离检测仪适当进行下旋处理，并使其目标延长线在一点汇聚。其次是在外壳外侧进行温度传感器设置，这样既可以避免电池和驱动电机发热对温度测量的干扰，也可以直接进行轨道温度数据的实时获取。

（二）铁轨底座设计

在进行该机械结构的铁轨底座设计中，出于对铁轨自身形状的考虑，主要通过轨道轮内扣的方式进行设计，也就是让底座轮的内侧和轨道接触，轮缘则起到导向以及防脱轨作用。相比较单轨形式的底座而言，在铁轨底座设计中，特进行了两个行走轮的增设，以此来确保整体结构承重的分散性。但是因为火车在拐弯过程中的质量非常大，为确保火车拐弯过程中的向心力，外轨通常都比内轨高一些;同时，对于不同半径的轨道，其外轨和内轨之间的高度差也存在一定差异。而在智能化巡检机器人的具体运行中，因为需要对轨道的具体状态、隧道环境以及是否有异物入侵情况进行三位一体的检测，所以其行驶速度需要得到合理控制。如果行驶速度太快，拍摄以及录像等各项巡检工作的执行便会受到不良影响，进而难以确保巡检精度。基于此，在具体设计中，机器人的行驶速度不应超过火车行驶速度。同时，因为拐弯位置的轮缘在行驶中会受到一定程度的摩擦，所以技术人员需要定期对轮子进行检查，对于磨损严重的轮子，应及时进行更换处理。通过这样的方式，才可以让机器人的智能化巡检效果得以良好保障。

（三）单轨底座设计

在对该机械结构中的单轨底座进行设计时，需要将单轨的轨道梁形状作为依据来进行合理设计。本次所设计的单轨底座轮子有两种，其一是稳定轮，其二是导向轮（也叫做行走轮），其功能类似于城市轻轨，但是相比较轻轨底座而言，这种单轨底座在同样运行速度的情况下更不容易被磨损。导向轮以及稳定轮需要在单轨道梁侧面进行设置，以此来确保整体装置的平衡效果。通过稳定轮的合理应用，也可以为电子仓中的装置提供一个更具稳定性的运行环境。借助于行走轮，不仅可以为装置的行走提供驱动，同时也可以通过防滑材料的包裹来增大摩擦，让无效做功得以显著降低，且能够实现轮胎厚度的适当增加，让行走轮和地面之间具有更大的接触面积，以此来确保轮胎的承重效果[3]。

结束语：

综上所述，在对智能化轨道巡检机器人进行机械结构的设计过程中，为使其与轨道之间达到良好的适应效果，设计者一定要根据实际的轨道情况和火车速度等来进行其机械结构的合理设计。在此过程中，首先需要对整体的机械结构进行设计，并明确各个部分的主要设计参数，以此来为后续的细化设计奠定良好基础。接下来需要根据实际情况，结合实际应用需求，对该机械结构的弧形外壳、铁轨底座以及单轨底座进行科学设计。通过这样的方式，才可以让智能化铁路机器人得以良好应用。

参考文献：

[1]于子良，黄志辉，杨珏，张文明.轨道隧道巡检现状及智能检测机器人发展趋势[J].机车电传动，2020（06）：137-142.

[2]陈志颖.铁路设备房屋机器人巡检系统安全研究与应用[J].铁道标准设计，2021（04）：139-143.

[3]王健.铁路机辆车底智能巡检机器人的设计研究[J].工程技术研究，2018（08）：210-211.