CN106979433A - 一种螺旋推进式管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋推进式管道机器人。包括行程开关导向头，张紧轮系，驱动轮系，前驱动体，后驱动体，锂电池仓，还有球铰链关节构成。行程开关导向头由类圆锥体导向头和行程开关组成，张紧轮系位于前驱动体和行程开关导向头之间，用来提供张紧力使机器人依附于管道内表面，驱动体内装有伺服电机，用来驱动驱动轮系进而驱动机器人运动，机器人中间部分为锂电池仓，为机器人的运动提供动力。锂电池仓与前后部分由球铰链关节连接，使机器人可以灵活运动。该装置结构精巧，运动灵活，具有传动效率高，结构紧凑，定位精确等特点。

Description

一种螺旋推进式管道机器人

技术领域

本发明涉及探测管道的机器人领域，尤其是一种具有特殊行程开关导向头和多组轮系的管道机器人。

背景技术

管道机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化***。在一般工业、核设施、石油天然气、军事装备等领域中，管道作为一种有效的物料输送手段而得到广泛的应用。为提高管道的寿命、防止泄漏等事故的发生，就必须对管道进行有效的检测维护，管道机器人为满足该需要而产生。而机器人学、计算机、传感器等理论和技术的发展，也为管内和管外自主移动机器人的研究和应用提供了技术保证。

目前国内情况来看，投入市场的管道机器人多应用于清洗行业，功能过于单一，且多为轮式或履带式驱动，不仅难以适应管道内的复杂环境，而且稳定性也欠佳。总体来讲，国内外管道机器人的研究成果已经很多，可是在微小管道、特殊管道(如变径管道、带有U型管的管道)进行检测、维修还刚起步，但是由于该类管道在各个领域的广泛应用，因此研发该类机器人极具吸引力。

为了克服现有管道机器人中存在的机器人定位精度不足、反应速度不够迅速、转弯动作稳定性差、结构不够紧凑等问题，本发明提供了一种基于张紧轮系与类圆锥体行程开关导向头的螺旋推进式管道机器人，可通过导向头准确定位至目标位置，通过驱动轮系的运动和张紧轮系的张紧，共同完成对管道的维修与检查。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种结构精巧，运动灵活的螺旋推进式管道机器人。本发明具有传动效率高、传动平稳、机构紧凑、制造简单、定位精确等优势。

本发明的技术方案是：本发明的螺旋推进式管道机器人，包括行程开关导向头，张紧轮系，驱动轮系，前驱动体，后驱动体，锂电池仓，还有球铰链关节构成；行程开关导向头的圆锥体设计和球铰链关节可以进行自适应调整，当行程开关导向头遇到障碍时，圆锥体的设计可以使其顺着管道的方向偏移角度，球铰链关节也会随之偏移角度，从而实现沿着管道内表面转弯的功能。当管道的内径改变时，张紧轮系可以在中间弹簧的作用下实现轮系直径的改变来适应管道内径的变化，使管道机器人始终依附于管道内表面运动。张紧轮系位于其运动方向的前部，然后通过驱动体又连接驱动轮系，驱动体带动驱动轮系使机器人运动，张紧轮系中的弹簧在螺旋推进式管道机器人工作时受到管壁的挤压始终处于拉伸状态，从而产生向管壁的张力，使螺旋推进式管道机器人依附在道内表面；前驱动体与后驱动体通过电机的正反转使驱动轮系带动机器人运动，驱动轮系的角度设计可以将电机的扭矩转换为让螺旋推进式管道机器人向前运动的力，驱动轮系的倾斜轮系将电机扭矩转换成了沿管道方向和垂直于管道方向的两个分力，使螺旋推进式管道机器人更好的依附于管道内表面并沿管道方向运动；球铰链关节使管道机器人在转弯时运动灵活，能结合管道的具体特征来运动；锂电池仓使用锂电池提供动力，使机器人工作更持久，更稳定。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图。

图2为本发明张紧轮系及其附近特征。

图3为本发明驱动轮系及其附近特征。

【附图符号说明】1.行程开关导向头；2.前张紧轮系；3.前驱动体；4.前驱动轮系；5.前球铰链关节；6.锂电池仓；7.后球铰链关节；8.后张紧轮系；9.后驱动体；10.后驱动轮系；11.尾部导向头；12.支座；13.弹簧；14.滚轮；15.滚轮；16.弹簧；17.支座。

具体实施方式

如图1所示，本发明的螺旋推进式管道机器人，其特征在于行程开关导向头1，前张紧轮系2，前驱动体3，前驱动轮系4，前球铰链关节5，锂电池仓6，后球铰链关节7，后张紧轮系8，后驱动体9，后驱动轮系10，尾部导向头11，锂电池仓6位于机器人中部，机器人整体呈近似对称结构，锂电池仓的前部由行程开关导向头1，前张紧轮系2，前驱动体3，前驱动轮系4和前球铰链关节5构成，球铰链关节5、7分别布置在锂电池仓6两端，后端球铰链关节7又连接了后张紧轮系8中的支座，进而通过铰接滚轮连接于后驱动体9，连接方式与前部相同，后驱动体9又通过电机带动后驱动轮系10，后驱动轮系10通过专用支座与尾部导向头11相连。

如图2所示，是本发明的前张紧部分，行程开关导向头1通过支座12与前张紧轮系2相接，前张紧轮系2包括四个铰接的滚轮，中间部分为弹簧13连接，用来实现张紧功能。前驱动体3通过弹簧13连接行程开关导向头1的支座12部分，同时以阵列形式留有四个槽连接前张紧轮系2的四个滚轮14，前驱动体3装有步进电机，是通过支承和轴套来固定，可以按照指令控制电机转速。

如图3所示，是本发明的前驱动部分，前驱动体3通过电机连接前驱动轮系4，使前驱动轮系4中的滚轮15随之运动，前驱动轮系4包括四个滚轮15，专用支座17，四个弹簧16构成，支座17为根据具体要求加工的专用支座，角度和间隔都由精密计算得到，使前驱动轮系4可以带动机器人进行纵向移动，前驱动轮系4又通过专用支座17连接球铰链关节5，弹簧16起到减震作用，弹簧16连接在滚轮15和专用支座17之间，四个滚轮弹簧部分均为单独***，不会相互干涉。

本发明选用了球铰链关节，有效地消除了目前管道机器人的转动不灵活，易卡顿等缺陷；将行程开关导向头设计成圆锥体，有效的实现了导向功能，让机器人运动更灵活；张紧轮系的使用使管道机器人更好的依附于管道内壁，解决了一些机器人易发生滑动，定位不精准的问题，同时适用于内径变化的管道，增加了机器人的实用性；驱动轮系的角度设计，使机器人受力更集中，前进方向更明确，这充分发挥了管道机器人的灵活性，稳定性，使机构紧凑，从而使螺旋推进式管道机器人具备了传动效率高、传动平稳、机构紧凑、制造简单、定位精确等优势。

Claims (7)

1.一种螺旋推进式管道机器人，其特征在于包括行程开关导向头、两个驱动轮系、两个张紧轮系、两个球铰链关节，其中球铰链关节安装在锂电池仓与轮系之间，两组轮系依次通过轴连接，构成管道机器人的大致形态。

2.根据权利要求1所述的螺旋推进式管道机器人，其特征在于其行程开关导向头的圆锥体设计和球铰链关节可以进行自适应调整，当行程开关导向头遇到障碍时，圆锥体的设计可以使其顺着管道的方向偏移角度，球铰链关节也会随之偏移角度，从而实现沿着管道内表面转弯的功能。当管道的内径改变时，张紧轮系可以在中间弹簧的作用下实现轮系直径的改变来适应管道内径的变化，使管道机器人始终依附于管道内表面运动。

3.根据权利要求1所述的螺旋推进式管道机器人，其特征在于其驱动轮系的角度设计可以将电机的扭矩转换为让螺旋推进式管道机器人向前运动的力。

4.根据权利要求1所述的螺旋推进式管道机器人，其特征在于张紧轮系位于其运动方向的前部，然后通过驱动体又连接驱动轮系，驱动体带动驱动轮系使机器人运动。

5.根据权利要求2所述的螺旋推进式管道机器人，其特征在于其张紧轮系中的弹簧在螺旋推进式管道机器人工作时受到管壁的挤压始终处于拉伸状态，从而产生向管壁的张力，使螺旋推进式管道机器人依附在道内表面，使得螺旋推进式管道机器人可以在管道里顺利的工作而不产生驱动轮系空转的失误。

6.根据权利要求3所述的螺旋推进式管道机器人，其特征在于驱动轮系的倾斜轮系将电机扭矩转换成了沿管道方向和垂直于管道方向的两个分力，使螺旋推进式管道机器人更好的依附于管道内表面并沿管道方向运动。

7.根据权利要求5所述的螺旋推进式管道机器人，其特征在于当弹簧被拉伸时，其产生的拉力使行程开关导向头和驱动体做靠近的运动，带动张紧轮系中的滚轮挤压管道内表面。