CN105276334A - 一种管道检测机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管道检测机器人，包括第一机体，所述第一机体包括机架和安装于所述机架上的调节机构和传动***，所述传动***用于将动力传递给所述调节机构，所述调节机构包括至少三组以机架中心轴旋转对称的四杆机构，所述四杆机构为摇杆滑块机构，包括安装于所述机架上的摇杆和滑块，所述摇杆在所述机架上的固定点位于所述摇杆两端的中部，所述摇杆和滑块通过连杆连接，所述摇杆远离所述连杆的一端与所述管道的内壁贴合，所述摇杆随所述管道内径的变化而摇摆。本发明的一种管道检测机器人，能够适应大范围变化的管径，能克服现有技术中存在的驱动轮打滑是驱动动力不足的问题。

Description

一种管道检测机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种管道检测机器人。
背景技术
随着生活水平的提高煤气已渐渐成为城镇居民日常生活的主要燃料能源，但是在焦炉煤气的气体中含有的大量的杂质对煤气管道具有一定的腐蚀作用，日积月累下管壁会很容易受腐蚀变薄，严重时则会导致气体泄漏引发事故，所以为了保证居民的正常生活，对煤气管道的检测工作就显得尤为重要。然而由于煤气管道的口径较一般管道要小，所以常常使煤气管道的检修工作无法顺利进行，这样一来对煤气管道检测机器人的研究工作变得越来越有意义。
按被动适应管径的方式来说，主要包括具有伸缩式和滑块式机构两种机器人。伸缩式被动调节机构的主要特点是机体与驱动轮间为压缩弹簧，驱动轮的支撑杆即轮腿通过在机体垂直于轴向的方向上做伸缩运动来达到适应管径变化的目的，这类机器人结构简单，但是由于弹簧的力学特性曲线为线性变化，如果弹簧的行程过大则会使轮子与管壁间的摩擦力出现较大变化，在电机驱动力矩一定的情况下，容易发生驱动轮打滑或是驱动动力不足等问题，为了确保驱动力的稳定性，所以弹簧的调节范围有限，即不能够适应大范围变化的管径。
滑块式被动调节机构即滑块摇杆机构，该类机构的主要特点是通过滑块的移动转化为轮腿机构的转动，使之达到适应管径变化的目的，该类型设计，设计简便、易行，而且性能稳定能够满足大多数实验要求，但是仍然存在驱动轮打滑和驱动不足等缺点，不能适应大范围变化的管径。
因此以上机构均存在驱动轮打滑或是驱动动力不足的问题，即不能够适应大范围变化的管径。
发明内容
本发明的目的在于提出一种管道检测机器人，能够被动自适应管径变化，能够适应较大范围变化的管径，运行平稳。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种管道检测机器人，包括第一机体，所述第一机体包括机架和安装于所述机架上的调节机构和传动***，所述传动***用于将动力传递给所述调节机构，所述调节机构包括至少三组以机架中心轴旋转对称的四杆机构，所述四杆机构为摇杆滑块机构，包括安装于所述机架上的摇杆和滑块，所述摇杆在所述机架上的固定点位于所述摇杆两端的中部，所述摇杆和滑块通过连杆连接，所述摇杆远离所述连杆的一端与所述管道的内壁贴合，所述摇杆随所述管道内径的变化而摇摆。
进一步的技术方案，所述机架包括第一机架、第二机架以及连接所述第一机架和第二机架的支撑板，所述摇杆固定于所述支撑板上。
进一步的技术方案，所述调节机构还包括安装于所述第一机架上的调节螺杆，所述调节螺杆的中心轴与所述机架的中心轴重合，所述滑块套设在所述调节螺杆上，所述调节螺杆上还套设有套管和弹簧，所述套管套在所述滑块和所述调节螺杆之间，所述弹簧位于所述滑块与所述第一机架之间，用于调节所述滑块和第一机架之间的距离。
进一步的技术方案，所述传动***包括电机、交错轴斜齿轮传动***、第一级同步带轮传动***和第二级同步带轮传动***，所述电机通过与所述电机连接的输入轴带动所述交错轴斜齿轮传动***，所述交错轴斜齿轮传动***与第一级同步带轮传动***之间通过中间轴传动，所述第一级同步带轮传动***和所述第二级同步带轮传动***之间通过传动轴传动，所述第二级同步带轮传动***设在所述摇杆上。
进一步的技术方案，所述摇杆包括轮腿组，所述轮腿组包括两个安装于所述支撑板两侧的相互对称的轮腿，所述两个轮腿通过所述传动轴与所述支撑板铰接，所述轮腿远离所述支撑板的一端安装有输出轴，所述输出轴上安装有驱动轮，所述驱动轮与所述管道的内壁贴合。
进一步的技术方案，所述传动轴上安装有第一带轮，所述输出轴上安装第二带轮，所述第二级同步带轮传动***包括所述第一带轮、第二带轮以及与所述第一带轮和第二带轮共同配合的第一同步带，所述第二带轮直径大于第一带轮直径。
进一步的技术方案，所述交错轴斜齿轮传动***，包括主动斜齿轮，所述主动斜齿轮设在所述输入轴上，所述主动斜齿轮与从动斜齿轮啮合，所述从动斜齿轮固定于所述中间轴上，所述中间轴为所述第一级同步带轮传动***提供动力，所述从动斜齿轮的个数与所述四杆机构的个数相对应。
进一步的技术方案，所述第一级同步带轮传动***包括第三带轮和第四带轮，所述第三带轮和第四带轮共同与第二同步带配合，所述第三带轮和第四带轮分别固定于所述中间轴和传动轴上。
进一步的技术方案，管道检测机器人还包括第二机体，所述第二机体的结构与所述第一机体的结构相同，所述第一机体和第二机体之间通过联轴器连接。
进一步的技术方案，所述输出轴上设有棘轮机构，所述棘轮机构包括棘轮和棘爪，所述棘轮与所述第二带轮并列固定，与所述棘轮配合的棘爪固定在所述输出轴上，所述第二带轮与输出轴之间设有轴承。
本发明的有益效果：
本发明提出的管道检测机器人，包括四杆机构，四杆机构上，摇杆在机架上的固定点位于摇杆两端的中部，摇杆的自由端与管道的内壁接触，该四杆机构滑块滑动较短的距离时，摇杆和管道接触的一端能够实现较大幅度的移动，因此使得该四杆机构能够适应较大范围的管径变化，且不会出现以往机构中驱动轮打滑或动力不足的问题。
附图说明
图1是本发明提供的管道检测机器人中第一机体的结构示意图；
图2是本发明提供的第一级同步带轮传动***与中间轴及传动轴的装配图；
图3是本发明提供的第一机体和第二机体的装配关系示意图；
图4是本发明提供的管道检测机器人转弯过程的结构示意图；
图5是本发明提供的的结构示意图；
图6是本发明提供的双向棘轮机构的正视图。
其中，1、第一机体；11、机架；111、第一机架；112、第二机架；113、支撑板；12、调节机构；121、四杆机构；1211、摇杆；12111、轮腿；1212、滑块；1213、连杆；1214、弹簧；122、调节螺杆；1221、套管；123、锁紧螺母；13、传动***；131、电机；132、输入轴；133、交错轴斜齿轮传动***；1331、主动斜齿轮；1332、从动斜齿轮；134、中间轴；135、第一级同步带轮传动***；1351、第三带轮；1352、第四带轮；1353、第二同步带；136、传动轴；137、第二级同步带轮传动***；1371、第一带轮；1372、第二带轮；1373、第一同步带；1374、张紧装置；138、双向棘轮机构；1381、第一单向棘轮机构；13811、棘轮；13812、第一棘爪；13813、第二棘爪；1382、第二单向棘轮机构；139、输出轴；1391、支架；1392、驱动轮；2、第二机体；3、联轴器。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
如图1所示，一种管道检测机器人，包括第一机体1，第一机体1包括机架11和安装于机架11上的调节机构12和传动***，传动***13用于将动力传递给调节机构12，调节机构12包括至少三组以机架11中心轴旋转对称的四杆机构121，四杆机构121为摇杆1211滑块1212机构，包括安装于机架11上的摇杆1211和滑块1212，摇杆1211在机架11上的固定点位于摇杆1211两端的中部，摇杆1211和滑块1212通过连杆1213连接，摇杆1211远离连杆1213的一端与管道的内壁贴合，摇杆1211随管道内径的变化而摇摆，该四杆机构121克服了以往结构不能实现适应大范围管径变化的问题，解决了驱动不足或打滑等问题。
机架11包括第一机架111、第二机架112以及连接第一机架111和第二机架112的支撑板113，摇杆1211固定于支撑板113上。
如图1所示，调节机构12还包括安装于第一机架111上的调节螺杆122，调节螺杆122的中心轴与机架11的中心轴重合，滑块1212套设在调节螺杆122上，调节螺杆122上还套设有套管1221和弹簧1214，套管1221套在滑块1212和调节螺杆122之间，便于滑块1212沿调节螺杆122来回滑动，弹簧1214位于滑块1212与第一机架111之间，用于调节滑块1212和第一机架111之间的距离，调节螺杆122上远离滑块1212的一端设有锁紧螺母123，通过转动调节螺杆122可以改变滑块1212的初始位置与第一机架111之间的距离，可以对弹簧1214施加预压力，调节完后利用锁紧螺母123进行锁紧。
传动***13包括电机131、交错轴斜齿轮传动***133、第一级同步带轮传动***135和第二级同步带轮传动***137，电机131通过与电机131连接的输入轴132带动所述交错轴斜齿轮传动***133，交错轴斜齿轮传动***133与第一级同步带轮传动***135之间通过中间轴134传动，第一级同步带轮传动***135和第二级同步带轮传动***137之间通过传动轴136传动。
其中，第二级同步带轮传动***137设在摇杆1211上，摇杆1211包括轮腿组，轮腿组包括两个安装于支撑板113两侧的相互对称的轮腿12111，两个轮腿12111通过传动轴136与支撑板113铰接，轮腿12111远离支撑板113的一端安装有输出轴139，输出轴139上安装有驱动轮1392，驱动轮1392与管道的内壁贴合；传动轴136上安装有第一带轮1371，输出轴139上安装第二带轮1372，第二级同步带轮传动***137包括第一带轮1371、第二带轮1372以及与第一带轮1371和第二带轮1372共同配合的第一同步带1373，第二带轮1372直径大于第一带轮1371直径，优选地，第一带轮1371和第二带轮1372之间设有张紧装置1374，张紧装置1374固定在两个轮腿12111之间，对第一同步带1373起到张紧的作用，保证了传动的可靠性。
交错轴斜齿轮传动***133，包括主动斜齿轮1331，主动斜齿轮1331设在输入轴132上，主动斜齿轮1331与从动斜齿轮1332啮合，从动斜齿轮1332固定于中间轴134上，中间轴134为第一级同步带轮传动***135提供动力，从动斜齿轮1332的个数与四杆机构121的个数相对应，由于从动斜齿轮1332与同一个主动斜齿轮1331啮合，使得不同从动斜齿轮1332的转动速度相同。
如图2所示，第一级同步带轮传动***135包括第三带轮1351和第四带轮1352，第三带轮1351和第四带轮1352共同与第二同步带1353配合，第三带轮1351和第四带轮1352分别固定于中间轴134和传动轴136上。
以上传动***13的配合，使得第一级同步带轮传动***135和第二级同步带轮传动***137在交错轴斜齿轮传动***133中主动斜齿轮1331的带动下，实现驱动轮1392的转动相同。
如图3所示，该机器人还包括第二机体2，第二机体2的结构与第一机体1的结构相同，第一机体1和第二机体2之间通过联轴器3连接。第一机体1上的输出轴139上设有棘轮机构，棘轮机构包括棘轮13811和棘爪，棘轮13811与第二带轮1372并列固定，棘轮13811与第二带轮1372同步转动，与棘轮13811配合的棘爪固定在输出轴139上，第二带轮1372与输出轴139之间设有轴承，使得第二带轮1372和输出轴139之间实现相对转动，当机器人转弯时，相应的机体的电机131停止转动，如果第二带轮1372卡死，能够保证输出轴139依然能够转动，并且可以实现不同输出轴139具有不同的转速，进而完成转弯。
进一步地，棘轮机构为双向棘轮机构138，能够实现机器人在管道内进行前进或后退，实现双向运动；双向棘轮机构138包括结构相同的单向棘轮机构，如图5和6所示，分别为反向同轴设置的第一单向棘轮机构1381和第二单向棘轮机构1382，所述第一单向棘轮机构1381包括棘轮13811和棘爪，其中棘爪包括第一棘爪13812和第二棘爪13813，第二棘爪13813套设并固定于输出轴139上，第一棘爪13812固定于输出轴139上安装的支架1391上，棘轮13811推动第一棘爪13812的运动，第一棘爪13812推动第二棘爪13813运动；当第一单向棘轮机构1381的棘轮13811推动棘爪时，第二单向棘轮机构1382的棘轮不会影响相对应的棘爪的转动，当机器人运动反向时，第二单向棘轮机构1382的棘轮推动棘爪转动，而第一单向棘轮机构1381的棘轮13811不会影响其上棘爪的转动。
当上述管道检测机器人在直管道内运行时，启动电机131，通过电机131带动输入轴132，输入轴132依次带动交错轴斜齿轮传动***133、第一级同步带轮传动***135和第二级同步带轮传动***137，第二级同步带轮传动***137带动第一单向棘轮机构1381动作，从而带动输出轴139转动，输出轴139带动输出轴139上的驱动轮1392转动，推动机器人在直管道内运行。
当在直管道由大管径管道进入小管径管道时，驱动轮1392受到来自管壁的压力，使得轮腿12111绕在机架11上的传动轴136转动，轮腿12111带动连杆1213运动，进而推动滑块1212沿调节螺杆122压缩弹簧1214并向第一机架111靠近；当在直管道由小管径管道进入大管径管道时，为上述过程的逆过程。
当机器人经过弯道时，两个机体分为前后到达弯道，如图4所示，先到达弯道的机体为第一机体1，当第一机体1到达弯道时，第一机体1上的电机131停止转动，第二机体2上的电机131保持转动，第二机体2推动第一机体1前进，随着进入弯道，连接第一机体1和第二机体2的联轴器3转动，第一机体1上不同的轮腿组上的驱动轮1392通过棘轮机构自适应地调整转速，使得转速不同，当第一机体1通过弯道后，第一机体1上的电机131启动，其上不同轮腿组上的驱动轮1392的转速相同，当第二机体2到达弯道时，第二机体2上的电机131停止转动，第二机体2在第一机体1的牵引下通过弯道，第二机体2上的不同轮腿组上的驱动轮1392通过棘轮机构自适应地调整转速，转速不同，当通过弯道后，第二机体2上的电机131重新启动。
由于机体的输出轴139上设置双向棘轮机构138，当机器人沿前进方向移动时，通过第一单向棘轮机构1381驱动输出轴139，进而带动驱动轮1392转动，当机器人向反方向移动时，通过第二单向棘轮机构1382驱动输出轴139，此时驱动轮1392进行反向转动。
实施例2
本实施例中的管道检测机器与实施例1中的结构基本相同，包括第一机体1，第一机体1包括机架11和安装于机架11上的调节机构12和传动***13，传动***13用于将动力传递给调节机构12，调节机构12包括至少三组以机架11中心轴旋转对称的四杆机构121，四杆机构121为摇杆1211滑块1212机构，包括安装于机架11上的摇杆1211和滑块1212，摇杆1211在机架11上的固定点位于摇杆1211两端的中部，摇杆1211和滑块1212通过连杆1213连接，摇杆1211远离连杆1213的一端与管道的内壁贴合，摇杆1211随管道内径的变化而摇摆。
不同之处在于，传动***13的具体结构不限，摇杆1211、连杆1213的大小不限，滑块1212的结构不限，能够使得该机器人通过该四杆机构121使得被动自适应管径变化，能够适应较现有技术更大变化范围的管径即可。
显然，本发明的上述实施例仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管道检测机器人，包括第一机体(1)，所述第一机体(1)包括机架(11)和安装于所述机架(11)上的调节机构(12)和传动***(13)，所述传动***(13)用于将动力传递给所述调节机构(12)，其特征在于，所述调节机构(12)包括至少三组以机架(11)中心轴旋转对称的四杆机构(121)，所述四杆机构(121)为摇杆(1211)滑块(1212)机构，包括安装于所述机架(11)上的摇杆(1211)和滑块(1212)，所述摇杆(1211)在所述机架(11)上的固定点位于所述摇杆(1211)两端的中部，所述摇杆(1211)和滑块(1212)通过连杆(1213)连接，所述摇杆(1211)远离所述连杆(1213)的一端与所述管道的内壁贴合，所述摇杆(1211)随所述管道内径的变化而摇摆。
2.根据权利要求1所述的管道检测机器人，其特征在于，所述机架(11)包括第一机架(111)、第二机架(112)以及连接所述第一机架(111)和第二机架(112)的支撑板(113)，所述摇杆(1211)固定于所述支撑板(113)上。
3.根据权利要求2所述的管道检测机器人，其特征在于，所述调节机构(12)还包括安装于所述第一机架(111)上的调节螺杆(122)，所述调节螺杆(122)的中心轴与所述机架(11)的中心轴重合，所述滑块(1212)套设在所述调节螺杆(122)上，所述调节螺杆(122)上还套设有套管(1221)和弹簧(1214)，所述套管(1221)套在所述滑块(1212)和所述调节螺杆(122)之间，所述弹簧(1214)位于所述滑块(1212)与所述第一机架(111)之间，用于调节所述滑块(1212)和第一机架(111)之间的距离。
4.根据权利要求3所述的管道检测机器人，其特征在于，所述传动***(13)包括电机(131)、交错轴斜齿轮传动***(133)、第一级同步带轮传动***(135)和第二级同步带轮传动***(137)，所述电机(131)通过与所述电机(131)连接的输入轴(132)带动所述交错轴斜齿轮传动***(133)，所述交错轴斜齿轮传动***(133)与第一级同步带轮传动***(135)之间通过中间轴(134)传动，所述第一级同步带轮传动***(135)和所述第二级同步带轮传动***(137)之间通过传动轴(136)传动，所述第二级同步带轮传动***(137)设在所述摇杆(1211)上。
5.根据权利要求4所述的管道检测机器人，其特征在于，所述摇杆(1211)包括轮腿组，所述轮腿组包括两个安装于所述支撑板(113)两侧的相互对称的轮腿(12111)，所述两个轮腿(12111)通过所述传动轴(136)与所述支撑板(113)铰接，所述轮腿(12111)远离所述支撑板(113)的一端安装有输出轴(139)，所述输出轴(139)上安装有驱动轮(1392)，所述驱动轮(1392)与所述管道的内壁贴合。
6.根据权利要求5所述的管道检测机器人，其特征在于，所述传动轴(136)上安装有第一带轮(1371)，所述输出轴(139)上安装第二带轮(1372)，所述第二级同步带轮传动***(137)包括所述第一带轮(1371)、第二带轮(1372)以及与所述第一带轮(1371)和第二带轮(1372)共同配合的第一同步带(1373)，所述第二带轮(1372)直径大于第一带轮(1371)直径。
7.根据权利要求6所述的管道检测机器人，其特征在于，所述交错轴斜齿轮传动***(133)，包括主动斜齿轮(1331)，所述主动斜齿轮(1331)设在所述输入轴(132)上，所述主动斜齿轮(1331)与从动斜齿轮(1332)啮合，所述从动斜齿轮(1332)固定于所述中间轴(134)上，所述中间轴(134)为所述第一级同步带轮传动***(135)提供动力，所述从动斜齿轮(1332)的个数与所述四杆机构(121)的个数相对应。
8.根据权利要求7所述的管道检测机器人，其特征在于，所述第一级同步带轮传动***(135)包括第三带轮(1351)和第四带轮(1352)，所述第三带轮(1351)和第四带轮(1352)共同与第二同步带(1353)配合，所述第三带轮(1351)和第四带轮(1352)分别固定于所述中间轴(134)和传动轴(136)上。
9.根据权利要求8所述的管道检测机器人，其特征在于，管道检测机器人还包括第二机体(2)，所述第二机体(2)的结构与所述第一机体(1)的结构相同，所述第一机体(1)和第二机体(2)之间通过联轴器(3)连接。
10.根据权利要求9所述的管道检测机器人，其特征在于，所述输出轴(139)上设有棘轮机构，所述棘轮机构包括棘轮(13811)和棘爪，所述棘轮(13811)与所述第二带轮(1372)并列固定，与所述棘轮(13811)配合的棘爪固定在所述输出轴(139)上，所述第二带轮(1372)与输出轴(139)之间设有轴承。
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