CN108194763B - 大变径轮式t型管道机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大变径轮式T型管道机器人,包括螺旋行走机构、前驱动机构和作业机构;螺旋行走机构包括旋转立板,在旋转立板的前端面上安装有两个变径气缸Ⅰ,在每个变径气缸Ⅰ的输出轴上均安装有一个舵机Ⅰ,在每个舵机Ⅰ的输出轴上均安装有一个牵引轮,两个牵引轮沿同一竖向直线设置;旋转立板的后端面与前摆杆固接,前摆杆采用双联式万向节与后摆杆连接,后摆杆采用电机Ⅰ驱动,在前摆杆上套装有摆动套,摆动套采用拨叉传动,拨叉位于双联式万向节的前端处,拨叉由锥齿轮传动机构Ⅰ传动,由电机Ⅱ驱动。本发明可以通过直管、弯管和T型管,并且具有体积小、变径大、成本低的特点,而且变径范围较现有管道机器人大。
Description
技术领域
本发明属于管道机器人领域,尤其涉及一种可以实现大变径,而且可以通过T型管道的机器人。
背景技术
目前,管道输送作为一种材料运输的有效手段,在工业、核设施、石油、天然气和军事装备等领域被广泛使用。但由于管道的空间要求,人很难进入管道内工作,并且类似于核管道这种比较恶劣的环境时,机器人的优势更加的明显。但是现在市场上的管道机器人,大多不可变径或者变径范围较小。并且市场上大多管道机器人在作业时多为走直管,部分走弯管。能够走T型管甚至直管、弯管、T型管都可以工作的机器人有待开发,同时一款机器人的大变径问题也是个难题,目前大多将机器人做成一个系列,但是成本大大的提高。
综上所述,现有技术存在的问题是:现有的管道机器人大多为不可变径或者变径范围较小,能够拐T型管的机器人少之又少,当要求变径范围大的时候,成本较高,因此迫切需要一款体积小、变径范围大并能够拐T型管的机器人。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种大变径轮式T型管道机器人,该机器人可以通过直管、弯管和T型管,并且具有体积小、变径范围大和成本低的特点。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种大变径轮式T型管道机器人,包括螺旋行走机构、前驱动机构和作业机构;所述螺旋行走机构包括旋转立板,在所述旋转立板的前端面上安装有两个变径气缸Ⅰ,其中一个变径气缸Ⅰ的输出轴朝上,另一个变径气缸Ⅰ的输出轴朝下,在每个变径气缸Ⅰ的输出轴上均安装有一个舵机Ⅰ,在每个所述舵机Ⅰ的输出轴上均安装有一个牵引轮,两个所述牵引轮沿同一竖向直线设置;所述旋转立板的后端面与前摆杆的前端固接,所述前摆杆的后端采用双联式万向节与后摆杆的前端连接,所述后摆杆的后端与直齿轮传动机构的输出端连接,所述直齿轮传动机构采用电机Ⅰ驱动,所述前摆杆与所述旋转立板垂直,在所述前摆杆上套装有摆动套,所述摆动套的前端部通过轴承与所述前摆杆的前端部连接,在所述摆动套的后端部设有沿竖向延伸的拨叉,所述拨叉卡设在所述摆动套的两侧,所述拨叉位于所述双联式万向节的前端处,所述拨叉固定在锥齿轮传动机构Ⅰ的输出端上,所述锥齿轮传动机构Ⅰ采用电机Ⅱ驱动,所述电机Ⅰ、所述电机Ⅱ、所述直齿轮传动机构和所述锥齿轮传动机构Ⅰ均安装在一个壳体内;所述前驱动机构包括上下两个车盘Ⅰ,在每个车盘Ⅰ的前端均安装有一支撑轮,后端安装有驱动轮Ⅰ,所述驱动轮Ⅰ由锥齿轮传动机构Ⅱ带动,所述锥齿轮传动机构Ⅱ由电机Ⅲ驱动,所述电机Ⅲ安装在相应的所述车盘Ⅰ上;在每个所述车盘Ⅰ远离管道内壁的盘面上均设有与其垂直的变径气缸Ⅱ,所述变径气缸Ⅱ安装在所述壳体上,在所述壳体的后端设有与其固接的连接架;所述作业机构包括设有滚轮Ⅰ的车身,在所述车身上搭载有作业设备,所述车身与所述连接架通过波纹管Ⅰ连接。
该机器人还包括后驱动机构,所述后驱动机构包括上下两个车盘Ⅱ,在每个车盘Ⅱ的前端安装有滚轮Ⅱ,后端安装有驱动轮Ⅱ,所述驱动轮Ⅱ由锥齿轮传动机构Ⅲ带动,所述锥齿轮传动机构Ⅲ由电机Ⅳ驱动,所述电机Ⅳ安装在相应的所述车盘Ⅱ上;在每个所述车盘Ⅱ远离管道内壁的盘面上均设有与其垂直的变径气缸Ⅲ,所述变径气缸Ⅲ安装在后驱架体上,所述后驱架体与所述车身通过波纹管Ⅱ连接。
所述作业设备为吸尘器,所述吸尘器安装在直线电机的输出轴上,所述直线电机安装在舵机Ⅱ的输出轴上,所述舵机Ⅱ安装在所述车身上。
本发明具有的优点和积极效果是:可以通过直管、弯管和T型管,并且具有体积小、变径大、成本低的特点,而且变径范围较现有管道机器人大。
附图说明
图1是本发明提供的机器人整体外观结构示意图;
图2是本发明提供的螺旋行走机构的结构示意图;
图3是本发明提供的螺旋行走机构内部结构图;
图4是本发明提供的螺旋行走机构摆动原理图;
图5是本发明提供的作业机构外观图;
图6是本发明提供的前驱动结构外观图;
图7是本发明提供的前驱动结构原理图;
图8是本发明提供的后驱动结构外观图;
图9是本发明提供的后驱动结构原理图;
图10是本发明提供的机器人在过T型管时的结构图。
图中:1-螺旋行走机构;2-前驱动机构;3-作业机构;4-后驱动结构;501-波纹管Ⅰ;502-波纹管Ⅱ;
101-变径气缸Ⅰ;102-舵机Ⅰ;103-牵引轮;104-摆动套;105-旋转立板;106-拨叉;107-壳体;108-电机Ⅰ;109-电机Ⅱ;110-锥齿轮传动机构Ⅰ;111-直齿轮传动机构;112-后摆杆;113-双联式万向节;114-前摆杆;
201-车盘Ⅰ;202-变径气缸Ⅱ;203-驱动轮Ⅰ;204-电机Ⅲ;205-锥齿轮传动机构Ⅱ;206-连接架;207-支撑轮;
301-滚轮Ⅰ;302-吸尘器;303-直线电机;304-舵机Ⅱ;305-车身;
401-车盘Ⅱ;402-驱动轮Ⅱ;403-变径气缸Ⅲ;404-后驱架体;405-电机Ⅳ;406-锥齿轮传动机构Ⅲ;407-滚轮Ⅱ。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下:
请参阅图1~图10,一种大变径轮式T型管道机器人,包括螺旋行走机构1、前驱动机构2和作业机构3。
所述螺旋行走机构1包括旋转立板105,在所述旋转立板105的前端面上安装有两个变径气缸Ⅰ101,其中一个变径气缸Ⅰ101的输出轴朝上,另一个变径气缸Ⅰ101的输出轴朝下,在每个变径气缸Ⅰ101的输出轴上均安装有一个舵机Ⅰ102,在每个所述舵机Ⅰ102的输出轴上均安装有一个牵引轮103,两个所述牵引轮103沿同一竖向直线设置;所述旋转立板105的后端面与前摆杆114的前端固接,所述前摆杆114的后端采用双联式万向节113与后摆杆112的前端连接,所述后摆杆112的后端与直齿轮传动机构111的输出端连接,所述直齿轮传动机构111采用电机Ⅰ108驱动,所述前摆杆114与所述旋转立板105垂直,在所述前摆杆114上套装有摆动套104,所述摆动套104的前端部通过轴承与所述前摆杆114的前端部连接,在所述摆动套104的后端部设有沿竖向延伸的拨叉106,所述拨叉106卡设在所述摆动套104的两侧,所述拨叉106位于所述双联式万向节113的前端处,所述拨叉106固定在锥齿轮传动机构Ⅰ110的输出端上,所述锥齿轮传动机构Ⅰ110采用电机Ⅱ109驱动,所述电机Ⅰ108、所述电机Ⅱ109、所述直齿轮传动机构111和所述锥齿轮传动机构Ⅰ110均安装在一个壳体107内。
所述前驱动机构包括上下两个车盘Ⅰ201,在每个车盘Ⅰ201的前端均安装有一支撑轮207,后端安装有驱动轮Ⅰ203,所述驱动轮Ⅰ203由锥齿轮传动机构Ⅱ205带动,所述锥齿轮传动机构Ⅱ205由电机Ⅲ204驱动,所述电机Ⅲ204安装在相应的所述车盘Ⅰ201上;在每个所述车盘Ⅰ201远离管道内壁的盘面上均设有与其垂直的变径气缸Ⅱ202,所述变径气缸Ⅱ202安装在所述壳体107上,在所述壳体107的后端设有与其固接的连接架206。
所述作业机构3包括设有滚轮Ⅰ301的车身305,在所述车身305上搭载有作业设备,所述车身305与所述连接架206通过波纹管Ⅰ501连接。
上述作业设备可以为吸尘器302,请参见图5,所述吸尘器302安装在直线电机303的输出轴上,所述直线电机303安装在舵机Ⅱ304的输出轴上,所述舵机Ⅱ304安装在所述车身305上。上述作业设备也可以为打磨机、滚扫式机械手、温湿度传感器和摄像头等。
在本实施例中,为了增大驱动力,满足竖向T型管的需要,该机器人还包括后驱动机构4,所述后驱动机构4包括上下两个车盘Ⅱ401,在每个车盘Ⅱ401的前端安装有滚轮Ⅱ407,后端安装有驱动轮Ⅱ402,所述驱动轮Ⅱ402由锥齿轮传动机构Ⅲ406带动,所述锥齿轮传动机构Ⅲ406由电机Ⅳ405驱动,所述电机Ⅳ405安装在相应的所述车盘Ⅱ401上;在每个所述车盘Ⅱ401远离管道内壁的盘面上均设有与其垂直的变径气缸Ⅲ403,所述变径气缸Ⅲ403安装在后驱架体404上,所述后驱架体404与所述车身305通过波纹管Ⅱ502连接。
本发明的工作原理:
当上述机器人在直管和弯管中运动时,使变径气缸Ⅰ101处于收缩状态,此时牵引轮103与管道内壁脱离,变径气缸Ⅱ202和变径气缸Ⅲ403伸出,使驱动轮Ⅰ203和驱动轮Ⅱ402与管道内壁接触,依靠电机Ⅲ204和电机Ⅳ405驱动机器人在管道中前进。
请参见图10,当通过T型管道时,机器人将螺旋行走机构1的头部先探出T型管,然后控制电机Ⅱ109工作,通过锥齿轮传动机构Ⅰ110带动拨叉106旋转,拨叉106带动摆动套104实现90゜摆动,摆动套104带动整个螺旋行走机构1的头部摆动90゜;然后舵机Ⅰ102摆动,改变牵引轮103轴线与管道中心线的角度,使其与设定螺旋角相等;再然后使变径气缸Ⅰ101伸出,带动舵机Ⅰ102和牵引轮103顶在管道内壁上。电机Ⅰ108经过双联式万向节113带动旋转立板105转动,当旋转立板105旋转时带动整个螺旋行走机构1的头部旋转,牵引轮103与管道内壁摩擦,实现螺旋运动,在前驱动机构2和/或后驱动机构4的协同作用下,使整个机器人实现通过T型管的功能。
本发明采用气缸实现变径,变径范围较大,体积较小。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,并不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下,还可以做出很多形式,这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种大变径轮式T型管道机器人,其特征在于,包括螺旋行走机构、前驱动机构和作业机构;
所述螺旋行走机构包括旋转立板,在所述旋转立板的前端面上安装有两个变径气缸Ⅰ,其中一个变径气缸Ⅰ的输出轴朝上,另一个变径气缸Ⅰ的输出轴朝下,在每个变径气缸Ⅰ的输出轴上均安装有一个舵机Ⅰ,在每个所述舵机Ⅰ的输出轴上均安装有一个牵引轮,两个所述牵引轮沿同一竖向直线设置;所述旋转立板的后端面与前摆杆的前端固接,所述前摆杆的后端采用双联式万向节与后摆杆的前端连接,所述后摆杆的后端与直齿轮传动机构的输出端连接,所述直齿轮传动机构采用电机Ⅰ驱动,所述前摆杆与所述旋转立板垂直,在所述前摆杆上套装有摆动套,所述摆动套的前端部通过轴承与所述前摆杆的前端部连接,在所述摆动套的后端部设有沿竖向延伸的拨叉,所述拨叉卡设在所述摆动套的两侧,所述拨叉位于所述双联式万向节的前端处,所述拨叉固定在锥齿轮传动机构Ⅰ的输出端上,所述锥齿轮传动机构Ⅰ采用电机Ⅱ驱动,所述电机Ⅰ、所述电机Ⅱ、所述直齿轮传动机构和所述锥齿轮传动机构Ⅰ均安装在一个壳体内;
所述前驱动机构包括上下两个车盘Ⅰ,在每个车盘Ⅰ的前端均安装有一支撑轮,后端安装有驱动轮Ⅰ,所述驱动轮Ⅰ由锥齿轮传动机构Ⅱ带动,所述锥齿轮传动机构Ⅱ由电机Ⅲ驱动,所述电机Ⅲ安装在相应的所述车盘Ⅰ上;在每个所述车盘Ⅰ远离管道内壁的盘面上均设有与其垂直的变径气缸Ⅱ,所述变径气缸Ⅱ安装在所述壳体上,在所述壳体的后端设有与其固接的连接架;
所述作业机构包括设有滚轮Ⅰ的车身,在所述车身上搭载有作业设备,所述车身与所述连接架通过波纹管Ⅰ连接。
2.根据权利要求1所述的大变径轮式T型管道机器人,其特征在于,该机器人还包括后驱动机构,所述后驱动机构包括上下两个车盘Ⅱ,在每个车盘Ⅱ的前端安装有滚轮Ⅱ,后端安装有驱动轮Ⅱ,所述驱动轮Ⅱ由锥齿轮传动机构Ⅲ带动,所述锥齿轮传动机构Ⅲ由电机Ⅳ驱动,所述电机Ⅳ安装在相应的所述车盘Ⅱ上;在每个所述车盘Ⅱ远离管道内壁的盘面上均设有与其垂直的变径气缸Ⅲ,所述变径气缸Ⅲ安装在后驱架体上,所述后驱架体与所述车身通过波纹管Ⅱ连接。
3.根据权利要求1所述的大变径轮式T型管道机器人,其特征在于,所述作业设备为吸尘器,所述吸尘器安装在直线电机的输出轴上,所述直线电机安装在舵机Ⅱ的输出轴上,所述舵机Ⅱ安装在所述车身上。
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