CN103759095A

CN103759095A - 一种可在管道内自由行走的装置

Info

Publication number: CN103759095A
Application number: CN201410048659.4A
Authority: CN
Inventors: 李辉; 姜月明; 何洋
Original assignee: Binzhou University
Current assignee: Binzhou University
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-02-12
Also published as: CN103759095B

Abstract

本发明的可在管道内自由行走的装置，包括结构相同的前行走机构和后行走机构，其均由伺服电机、外套筒、内套筒、行走伸缩臂、固定伸缩臂组成，外套筒位于内套筒的***，行走伸缩臂、固定伸缩臂选择性地与内套筒、外套筒的端部相连接，伺服电机通过传动机构驱使内套筒与外套筒做间歇性相对运动；所述前行走机构与后行走机构通过电动推杆相连接，后行走机构中设置有驱使电动推杆伸缩的行走电机。本发明的装置，通过行走、固定伸缩臂与管道内壁的选择性接触，并在行走电机对电动推杆的驱动作用下，可驱使整个装置在管道内部自由行走，可代替人工进行管道和管网的维护、检修和清淤作业，减轻了工人的劳动，避免了危险事故的发生。

Description

一种可在管道内自由行走的装置

技术领域

本发明涉及一种可在管道内自由行走的装置，更具体的说，尤其涉及一种前、后行走机构的行走和固定伸缩臂与管道内壁交替性接触并通过电动推杆驱使的可在管道内自由行走的装置。

背景技术

城市地下管网、工厂生产管网的检修和维护作业，一般通过人工来实现。对于城市地下管网来说，由于长期处于密封、潮湿、昏暗的状态，容易生成对人体有害的H₂S，易燃易爆的CO、CH₄等，如果工人进入地下管网进行作业，极易发生中毒事故和***事故。对于生产企业的管网来说，由于管网一般都是流通腐蚀性、有毒、易燃的气体或液体，如果采用人工进入管道进行清理或维护，会对工作人员的身心健康造成伤害。

随着电子技术、自动化技术的发展，用来代替人工进行危险场合作业的机器人不断涌现，但由于管道、管网的特殊结构，目前还没有一种行之有效的机械装置，能在管道中自由行走，来代替人工进行管道和管网的维护、检修和清淤作业。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种可在管道内自由行走的装置。

本发明的可在管道内自由行走的装置，包括结构相同且对称设置的前行走机构和后行走机构，前行走机构的前端设置有抓取装置；其特别之处在于：所述前行走机构、后行走机构均由伺服电机、外套筒、内套筒、多个行走伸缩臂和多个固定伸缩臂组成，外套筒位于内套筒的***，外套筒的***设置有支承盘；所述行走伸缩臂、固定伸缩臂均设置于支承盘上，行走伸缩臂、固定伸缩臂选择性地与内套筒、外套筒的端部相连接，伺服电机通过传动机构驱使内套筒与外套筒做间歇性相对运动；所述前行走机构与后行走机构通过电动推杆相连接，后行走机构中设置有驱使电动推杆伸缩的行走电机。

前行走机构与后行走机构在管道内进行交替的固定和行走，以实现整个装置在管道内的行走；抓取装置可对管道中的物体进行抓取，实现相应作业。由于行走伸缩臂、固定伸缩臂与内套筒、外套筒选择性地连接，且私服电机通过驱动机构可驱使内套筒与外套筒做相对运动，那么就会使得行走伸缩臂或固定伸缩臂与管道内壁选择性接触；在行走电机对电动推杆的驱使下，固定伸缩臂与管道内壁相接触的行走机构静止不动，行走伸缩臂与管道内壁相接处的一端发生运动，从而驱使整个装置在管道中行走。

本发明的可在管道内自由行走的装置，所述伺服电机固定于圆筒状的固定座上，所述固定座、内套筒、外套筒同轴线设置；所述传动机构包括传动带、S形曲柄、长连杆和短连杆，伺服电机的输出轴上固定有与传动带相配合的主动轮，S形曲柄上固定有与传动带相配合的从动轮，S形曲柄转动地设置于固定座上；所述长连杆的一端设置于S形曲柄的外侧凹槽处，另一端与外套筒转动连接，短连杆的一端设置于S形曲柄的内侧凹槽处，另一端与内套筒转动连接。

伺服电机通过主动轮、传动带、从动轮驱使S形曲柄进行转动，在S形曲柄转动的过程中，又会驱使长连杆、短连杆做往复运动，长连杆和短连杆又会驱使外套筒与内套筒做相对运动。由于外套筒与内套筒的相对运动，会驱使行走伸缩臂与固定伸缩臂交替地伸出和缩回，实现了行走伸缩臂与固定伸缩臂与管道内壁的交替性接触。

本发明的可在管道内自由行走的装置，所述行走伸缩臂、固定伸缩臂均由驱动连杆、伸缩杆、固定端和限位块组成；驱动连杆的一端与伸缩杆相铰接，另一端与外套筒或内套筒相铰接，支撑板的外表面上固定有对伸缩杆导向的导向套；固定端位于伸缩杆的顶端，限位块固定于导向套与固定端之间的伸缩杆上，固定端与限位块之间设置有支撑弹簧；所述行走伸缩臂的固定端用于固定滑轮，固定伸缩臂的固定端用于固定橡胶摩擦块。

导向套实现对伸缩杆的导向作用，驱动连杆与伸缩杆和外套筒或内套筒均铰接在一起，在内套筒和外套筒相对运动的过程中，可驱使伸缩杆沿导向套进行伸出和缩回运动。如果橡胶摩擦块与管道的内壁相接处，由于摩擦力较大，则该行走机构将处于静止的状态；如果滑轮与管道的内壁相接触，由于摩擦力较小，则该行走机构将处于运动状态。

本发明的可在管道内自由行走的装置，所述抓取装置由抓手、固定盘、抓手驱动电机、驱动轴以及抓取连杆组成，驱动轴与抓手驱动电机的输出轴相连接，抓手的一端铰接于固定盘上；抓取连杆的一端与驱动轴的端部相铰接，另一端与抓手相铰接。

本发明的可在管道内自由行走的装置，所述电动推杆设置于后行走机构上，电动推杆通过球形万向连杆与前行走机构相连接。在前行走机构与后行走机构之间设置球形万向连接杆，可使得前行走机构与后行走机构进行一定角度的转动，可使整个装置在管道内进行转弯运动。

本发明的可在管道内自由行走的装置，所述前行走机构和后行走机构中行走伸缩臂和固定伸缩臂的数目均为3个，且行走伸缩臂与固定伸缩臂间隔设置；行走伸缩臂和固定伸缩臂均匀分布于支承盘上。

本发明的可在管道内自由行走的装置，所述后行走机构的支承盘上固定有导向架。

本发明的有益效果是：本发明的可在管道内自由行走的装置，通过设置由伺服电机、外套筒、内套筒、行走伸缩臂、固定伸缩臂组成的前行走机构和后行走机构，在伺服电机对过传动机构对内套筒和外套筒的驱使下，可使得行走机构上的行走伸缩臂和固定伸缩臂与管道内壁选择性接触；在行走电机对电动推杆的驱动作用下，可使固定伸缩臂与管道内壁接触的行走机构处于静止状态，而行走伸缩臂与管道接触的行走结构进行运动，最终实现了整个装置在管道内部的自由行走。通过本装置在管道内的自由行走，以及前端抓取装置对管道内物体的操作，可代替人工进行管道和管网的维护、检修和清淤作业，减轻了工人的劳动，避免了危险事故的发生。

伺服电机通过由传动带、S形曲柄、长连杆、短连杆组成的传动机构来驱使外套筒和内套筒做往复的相对运动，有效地实现了前、后行走机构上的行走伸缩臂和固定伸缩臂交替地与管道内壁相接处，使得前行走机构和后行走机构交替地固定和运动，有效地实现了整个装置在管道中的行走。

行走伸缩臂和固定伸缩臂均由驱动连杆、伸缩杆、固定端和限位块组成，在外套筒和内套筒间歇性的相对运动的过程中，可有效驱使行走伸缩臂和固定伸缩臂进行伸出和缩回运动，实现滑轮或摩擦块交替地与管道的内壁相接处。抓取装置由抓手、固定盘、抓手驱动电机、驱动轴和抓取连杆组成，在抓手驱动电机的驱使下，可使抓手做张开和闭合运动，以便对管道中的物体进行抓取。

附图说明

图1为本发明的可在管道内自由行走装置的立体图；

图2为本发明的可在管道内自由行走装置的主视图；

图3为本发明的可在管道内自由行走装置的后视图；

图4为本发明的可在管道内自由行走装置的俯视图；

图5为本发明的可在管道内自由行走装置的右视图；

图6为本发明的可在管道内自由行走装置中局部立体图；

图7为本发明的可在管道内自由行走装置中局部放大图；

图8为本发明的可在管道内自由行走装置中抓取装置的结构图。

图中：1前行走机构，2后行走机构，3球形万向连杆，4电动推杆，5抓取装置，6固定座，7伺服电机，8外套筒，9内套筒，10支承盘，11行走伸缩臂，12固定伸缩臂，13传动带，14 S形曲柄，15长连杆，16短连杆，17抓手，18固定盘，19抓手驱动电机，20导向架，21驱动连杆，22导向套，23伸缩杆，24固定端，25限位块，26支撑弹簧，27主动轮，28从动轮，29驱动轴，30抓取连杆。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1～图4所示，分别给出了本发明的可在管道内自由行走装置的立体图、主视图、后视图以及俯视图，其包括前行走机构1、后行走机构2、电动推杆4、抓取装置5、抓手驱动电机19、行走电机；前行走机构1与后行走机构2通过电动推杆4相连接，行走电机用于驱使电动推杆4做伸缩运动，在电动推杆4运动的过程中，前行走机构1和后行走机构2中一个处于静止，另一个进行运动，进而实现整个装置的运动。抓手驱动电机19用于驱使抓取装置5进行动作，以便对管道中的物体进行抓取。

前行走机构1与后行走机构2机构相同且对称设置，其均由伺服电机7、传动机构、外套筒8、内套筒9、支承盘10、多个行走伸缩臂11、多个固定伸缩臂12组成，外套筒8位于内套筒9的***，且外套筒8与内套筒9可做自由的相对运动，伺服电机7用于驱使外套筒8与内套筒9做间歇性往复的相对运动。行走伸缩臂11与固定伸缩臂12的数目相同，且间隔地设置于支承盘10上，如果支承盘10上的行走伸缩臂11与外套筒8的端部相连接，则固定伸缩臂12就与内套筒9的端部相连接，亦可采用相反的连接形式。在伺服电机7驱使外套筒8与内套筒9做相对的往复运动的过程中，就会驱使行走伸缩臂11和固定伸缩臂12伸出和缩回，使得其两者之一与管道的内相接处。

如图2和图7所示，图7给出了本发明的可在管道内自由行走装置中局部放大图，所示的传动机构由传动带13、主动轮27、从动轮28、S形曲柄14、长连杆15、短连杆16组成。伺服电机7固定于圆筒状的固定座6上，固定座6、外套筒8、内套筒9同轴线设置。主动轮27固定于伺服电机7的输出轴上，被动轮28固定于S形曲柄14上，S形曲柄14转动地设置于固定座6上，主动轮27通过传动带13驱使从动轮27进行转动，进而实现S形曲柄14的转动。所示的长连杆15的右端转动地设置于S形曲柄14外侧的凹槽处，长连杆15的左端转动固定于外套筒8的外壁上；所示的短连杆15的右端转动地设置于S形曲柄14内侧的凹槽处，短连杆16的右端转动地固定于内套筒9的外壁上，这样在伺服电机7驱使S形曲柄14转动的过程中，通过长连杆15和短连杆16的传动作用，即可驱使外套筒8与内套筒9沿其轴线做相对运动。

如图5和图6所示，分别给出了本发明的可在管道内自由行走装置的右视图和局部立体图，所示的行走伸缩臂11和固定伸缩臂12均由驱动连杆21、伸缩杆23、固定端24、限位块25和支撑弹簧26组成，所示的驱动连杆21的一端与伸缩杆23相铰接，另一端与外套筒8或内套筒9的端部相铰接。所示的支承盘10的外表面上设置有对伸缩杆23导向的导向套22，伸缩杆23贯穿于导向套22之中。固定端24设置于伸缩杆23的端部，行走伸缩臂11的固定端24用于固定滑轮，以保证行走伸缩臂11与管道内壁之间具有十分小的摩擦阻力；固定伸缩臂12的固定端24用于固定橡胶摩擦块，以保证固定伸缩臂12与管道内壁之间具有较大的摩擦力。限位块25设置于固定端24与导向套22之间的伸缩杆23上，支撑弹簧26位于限位块25与固定端24之间。这样，在外套筒8与内套筒9相对运动的过程中，会驱使行走伸缩臂11和固定伸缩臂12交替地伸出和缩回。

如图8所示，给出了本发明的可在管道中自由行走装置中抓取装置5的结构示意图，其由抓手17、固定盘18、抓手驱动电机19、驱动轴29以及抓取连杆30组成，所示的多个抓手17铰接于固定盘18上，以使抓手17可进行张开和收缩运动。驱动电机19的输出轴与驱动轴29相连接，以带动驱动轴29进行运动。所示的抓取连杆30的一端与驱动轴29相铰接，另一端与抓手17相铰接，这样在驱动轴29运动的过程中，通过抓取连杆30的传动作用会驱使抓手17张开和闭合，以实现对管道中物体的抓取。

所示的前行走机构1与后行走机构2的连接处还可设置球形万向连杆3，以使前行走机构1相对于后行走机构2可进行一定角度的转动，使得整个装置在管道中可进行转弯运动。为了使整个装置可在管道中自由的运动，所示的前行走机构1和后行走机构2上的行走伸缩臂11和固定伸缩臂12的数目均为3个，且行走伸缩臂11与固定伸缩臂12间隔设置。所示的后行走机构2的支承盘10上还设置有导向架20，在装置转弯的过程中实现导向作用。

本发明的可在管道内自由行走装置的工作过程为：在伺服电机7的驱动下，当前行走机构1中的行走伸缩臂11与管道的内壁相接处时，后行走机构2中的固定伸缩臂12与管道的内壁相接处，此时行走电机会驱使电动推杆4做伸出运动，使得前行走机构1向前运动而后行走机构2处于静止状态，实现整个装置的向前行走。通过伺服电机的驱使，当前行走机构1中的固定伸缩臂12与管道内壁相接处时，后行走机构2中的行走伸缩臂11会伸出与管道内壁相接处，此时行走电机会驱使电动推杆4做缩回运动，使得前行走机构1静止而后行走机构2向前运动，实现整个装置的向前行走。这样，在行走电机的驱使下，通过前行走机构1和后行走机构2的交替性静止和运动，即可实现整个装置在管道中的自由行走。

Claims

1.一种可在管道内自由行走的装置，包括结构相同且对称设置的前行走机构（1）和后行走机构（2），前行走机构的前端设置有抓取装置（5）；其特征在于：所述前行走机构、后行走机构均由伺服电机（7）、外套筒（8）、内套筒（9）、多个行走伸缩臂（11）和多个固定伸缩臂（12）组成，外套筒位于内套筒的***，外套筒的***设置有支承盘（10）；所述行走伸缩臂、固定伸缩臂均设置于支承盘上，行走伸缩臂、固定伸缩臂选择性地与内套筒、外套筒的端部相连接，伺服电机通过传动机构驱使内套筒与外套筒做间歇性相对运动；所述前行走机构与后行走机构通过电动推杆（4）相连接，后行走机构中设置有驱使电动推杆伸缩的行走电机。

2.根据权利要求1所述的可在管道内自由行走的装置，其特征在于：所述伺服电机（7）固定于圆筒状的固定座（6）上，所述固定座、内套筒（9）、外套筒（8）同轴线设置；所述传动机构包括传动带（13）、S形曲柄（14）、长连杆（15）和短连杆（16），伺服电机的输出轴上固定有与传动带相配合的主动轮（27），S形曲柄上固定有与传动带相配合的从动轮（28），S形曲柄转动地设置于固定座上；所述长连杆的一端设置于S形曲柄的外侧凹槽处，另一端与外套筒转动连接，短连杆的一端设置于S形曲柄的内侧凹槽处，另一端与内套筒转动连接。

3.根据权利要求1或2所述的可在管道内自由行走的装置，其特征在于：所述行走伸缩臂（11）、固定伸缩臂（12）均由驱动连杆（21）、伸缩杆（23）、固定端（24）和限位块（25）组成；驱动连杆的一端与伸缩杆相铰接，另一端与外套筒（8）或内套筒（9）相铰接，支撑板（10）的外表面上固定有对伸缩杆导向的导向套（22）；固定端位于伸缩杆的顶端，限位块固定于导向套与固定端之间的伸缩杆上，固定端与限位块之间设置有支撑弹簧（26）；所述行走伸缩臂的固定端用于固定滑轮，固定伸缩臂的固定端用于固定橡胶摩擦块。

4.根据权利要求1或2所述的可在管道内自由行走的装置，其特征在于：所述抓取装置（5）由抓手（17）、固定盘（18）、抓手驱动电机（19）、驱动轴（29）以及抓取连杆（30）组成，驱动轴与抓手驱动电机的输出轴相连接，抓手的一端铰接于固定盘上；抓取连杆（30）的一端与驱动轴的端部相铰接，另一端与抓手相铰接。

5.根据权利要求1或2所述的可在管道内自由行走的装置，其特征在于：所述电动推杆（4）设置于后行走机构（2）上，电动推杆通过球形万向连杆（3）与前行走机构（1）相连接。

6.根据权利要求1或2所述的可在管道内自由行走的装置，其特征在于：所述前行走机构（1）和后行走机构（2）中行走伸缩臂（11）和固定伸缩臂（12）的数目均为3个，且行走伸缩臂与固定伸缩臂间隔设置；行走伸缩臂和固定伸缩臂均匀分布于支承盘（10）上。

7.根据权利要求1或2所述的可在管道内自由行走的装置，其特征在于：所述后行走机构（2）的支承盘（10）上固定有导向架（20）。