CN108758166A - 单驱动蠕动式管道机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单驱动蠕动式管道机器人，包括：能够依次接触管道内壁起到固定位置作用的前支撑机构和后支撑机构；单驱动蠕动式管道机器人还包括：推动前支撑机构相对于后支撑机构运动的推进机构；后支撑机构包括：多个后伸缩足、后固定支架和后滑槽旋转盘；后伸缩足滑动连接至后固定支架；后滑槽旋转盘可转动连接至后固定支架；后滑槽旋转盘形成有后导向槽；后伸缩足的一端设有后定位柱；后定位柱伸入至后导向槽并能在后导向槽内滑动以调节后伸缩足相对于后固定支架的位置。单驱动蠕动式管道机器人仅通过一个电机实现前支撑机构和后支撑机构的交替伸缩和相对运动，结构简单，可靠性高，自适应转向能力良好。

Description

单驱动蠕动式管道机器人
技术领域
本发明涉及一种管道机器人，具体涉及一种单驱动蠕动式管道机器人。
背景技术
管道作为一种高效的物料运输设施得到了广泛应用。在管道的使用过程中需要定期对管道进行检测和维护。
传统的管道机器人结构过于复杂，无法进行自适应转向，成本过高，可靠性低，采用的多个电机难以协同工作。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种具有良好的自适应转向能力，结构简单，可靠性高的单驱动蠕动式管道机器人。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种单驱动蠕动式管道机器人，包括：能够依次接触管道内壁起到固定位置作用的前支撑机构和后支撑机构；单驱动蠕动式管道机器人还包括：推动前支撑机构相对于后支撑机构运动的推进机构；后支撑机构包括：多个后伸缩足、后固定支架和后滑槽旋转盘；后伸缩足滑动连接至后固定支架；后滑槽旋转盘可转动连接至后固定支架；后滑槽旋转盘形成有后导向槽；后伸缩足的一端设有后定位柱；后定位柱伸入至后导向槽并能在后导向槽内滑动以调节后伸缩足相对于后固定支架的位置；后滑槽旋转盘相对于后固定支架转动调节后定位柱在后导向槽内的位置；前支撑机构包括：多个前伸缩足、前固定支架和前滑槽旋转盘；前伸缩足滑动连接至前固定支架；前滑槽旋转盘可转动连接至前固定支架；前滑槽旋转盘形成有前导向槽；前伸缩足的一端设有前定位柱；前定位柱伸入至前导向槽并能在前导向槽内滑动以调节前伸缩足相对于前固定支架的位置；前滑槽旋转盘相对于前固定支架转动调节前定位柱在前导向槽内的位置；推进机构包括：电机、前传动轴、套筒、万向节联轴器和后传动轴；套筒套接在前传动轴的外周并与前传动轴同步转动；电机驱动前传动轴转动并驱动套筒相对于前传动轴滑动；万向节联轴器连接套筒和后传动轴；前传动轴连接至前滑槽旋转盘驱动前滑槽旋转盘转动；后传动轴连接至后滑槽旋转盘以驱动后滑槽旋转盘转动。
进一步地，后支撑机构形成有导向杆；推进机构还包括：偏心轮连杆机构、滑块、主动连杆和推力环；导向杆导向滑块运动；电机驱动偏心轮连杆机构带动滑块沿导向杆滑动；主动连杆的一端连接至滑块；主动连杆的另一端连接至推力环；推力环推动套筒相对于前传动轴滑动；推力环套接在套筒的外周；套筒能相对于推力环转动。
进一步地，偏心轮连杆机构包括偏心轮和从动连杆；从动连杆连接至偏心轮和滑块；电机驱动偏心轮转动。
进一步地，推进机构还包括：主动皮带轮，从动皮带轮和皮带；皮带连接主动皮带轮和从动皮带轮；电机驱动主动皮带轮转动；从动皮带轮带动偏心轮转动；主动皮带轮安装至前传动轴与前传动轴同步转动。
进一步地，推进机构还包括：减速齿轮箱；电机通过减速齿轮箱驱动主动皮带轮转动。
进一步地，推进机构还包括：齿轮箱架；减速齿轮箱固定至齿轮箱架；齿轮箱架固定至后固定支架。
进一步地，套筒设有两个限制推力环位置的定位环；推力环位于两个定位环之间；推力环推动定位环运动从而带动套筒相对于前传动轴滑动。
进一步地，后伸缩足包括后支撑杆、后内支撑板、后弹簧和后外支撑板；后固定支架形成有导向后支撑杆滑动的滑槽；后定位柱设置于后支撑杆的一端；后内支撑板固定至后支撑杆的另一端；后弹簧连接后内支撑板和后外支撑板。
进一步地，后支撑机构还包括导向轮和导向轮架；导向轮架固定至后支撑杆；导向轮转动连接至导向轮架；导向轮的转动轴线垂直于套筒相对于前传动轴滑动的方向。
进一步地，后导向槽的首尾相连成封闭环状；后导向槽包括向后滑槽旋转盘的转动轴线凸出的凸出段；前导向槽与后导向槽相同。
本发明的有益之处在于提供的单驱动蠕动式管道机器人的推进机构带动前支撑机构和后支撑机构前后交替移动，且推进机构设有万向节联轴器，使单驱动蠕动式管道机器人具有良好的自适应转向能力。
仅设有一个电机，结构简单，可靠性高。避免了多个电机难以协同工作的问题。
前伸缩足和后伸缩足的弹簧保证了前伸缩足和后伸缩足能够稳定地接触管壁。
附图说明
图1是本发明的一种单驱动蠕动式管道机器人的示意图；
图2是图1中的单驱动蠕动式管道机器人的前支撑机构的示意图；
图3是图1中的单驱动蠕动式管道机器人的后支撑机构的示意图；
图4是图3中的单驱动蠕动式管道机器人的后伸缩足的示意图；
图5是图3中的单驱动蠕动式管道机器人的后滑槽旋转盘的示意图；
图6是图1中的单驱动蠕动式管道机器人的推进机构的示意图；
图7是图6中的单驱动蠕动式管道机器人的偏心轮连杆机构的示意图。
单驱动蠕动式管道机器人100，前支撑机构10，前伸缩足11，前定位柱111，前固定支架12，前滑槽旋转盘13，前导向槽131，后支撑机构20，后伸缩足21，后支撑杆211，后内支撑板212，后弹簧213，后外支撑板214，后定位柱215，后固定支架22，滑槽221，后滑槽旋转盘23，后导向槽231，导向杆24，导向轮25，导向轮架26，推进机构30，电机31，后传动轴32，套筒33，定位环331，万向节联轴器34，前传动轴35，偏心轮连杆机构36，偏心轮361，从动连杆362，滑块363，主动连杆37，推力环38，主动皮带轮39，从动皮带轮40，皮带41，减速齿轮箱42，齿轮箱架43。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
如图1至图7所示，一种单驱动蠕动式管道机器人100，包括：前支撑机构10和后支撑机构20。前支撑机构10和后支撑机构20能够依次接触管道内壁起到固定位置作用，使单驱动蠕动式管道机器人100在管道内行进更加稳定。单驱动蠕动式管道机器人100还包括推进机构30。推进机构30能够推动前支撑机构10相对于后支撑机构20运动，也可以带动后支撑机构20相对于前支撑机构10运动。推进机构30还能够带动前支撑机构10和后支撑机构20依次接触管道内壁。
后支撑机构20包括：多个后伸缩足21、后固定支架22和后滑槽旋转盘23。后伸缩足21滑动连接至后固定支架22。后滑槽旋转盘23可转动连接至后固定支架22。后滑槽旋转盘23形成有后导向槽231。后伸缩足21的一端设有后定位柱215。后定位柱215伸入至后导向槽231并能在后导向槽231内滑动以调节后伸缩足21相对于后固定支架22的位置。后滑槽旋转盘23相对于后固定支架22转动调节后定位柱215在后导向槽231内的位置。作为一种具体的实施方式，后导向槽231的首尾相连成封闭环状。后导向槽231包括向后滑槽旋转盘23的转动轴线凸出的凸出段和连接相邻两个凸出段的连接段。
具体而言，后滑槽旋转盘23围绕转动轴线相对于后固定支架22转动，后导向槽231同时绕转动轴线转动。当后导向槽231的凸出段转动至后定位柱215时，凸出段驱使后定位柱215向靠近转动轴线的方向运动。后定位柱215带动后支撑杆211向靠近转动轴线方向滑动，从而回缩后伸缩足21，缩短了后支撑机构20的支撑距离，使得后伸缩足21脱离管道壁。后滑槽旋转盘23继续转动时，当后定位柱215到达凸出段的最高点时，凸出段继续转动驱使后伸缩足21向外运动，延长了后支撑机构20的支撑距离，使得后伸缩足21接触管道壁完成后伸缩足21周期性的收放。
作为一种优选的实施方式，后伸缩足21包括后支撑杆211、后内支撑板212、后弹簧213和后外支撑板214。后固定支架22形成有导向后支撑杆211滑动的滑槽221。后定位柱215设置于后支撑杆211的一端。后内支撑板212固定至后支撑杆211的另一端。后弹簧213连接后内支撑板212和后外支撑板214。
作为一种优选的实施方式，后支撑机构20还包括导向轮25和导向轮架26。导向轮架26固定至后支撑杆211。导向轮25转动连接至导向轮架26。导向轮25的转动轴线垂直于套筒33相对于前传动轴35滑动的方向。
具体而言，单驱动蠕动式管道机器人100通过导向轮25沿管道壁滚动有助于实现沿管道壁的转弯运动。采用导向轮25滚动行进，摩擦力较小。
作为一种具体的实施方式，后伸缩足21的数目为3。3个后伸缩足21能够更好的起到支撑作用，且结构稳定可靠。
前支撑机构10包括：多个前伸缩足11、前固定支架12和前滑槽旋转盘13。前伸缩足11滑动连接至前固定支架12。前滑槽旋转盘13可转动连接至前固定支架12。前滑槽旋转盘13形成有前导向槽131。前伸缩足11的一端设有前定位柱111。前定位柱111伸入至前导向槽131并能在前导向槽131内滑动以调节前伸缩足11相对于前固定支架12的位置。前滑槽旋转盘13相对于前固定支架12转动调节前定位柱111在前导向槽131内的位置。
具体而言，前导向槽131与后导向槽231相同。前支撑机构10与后支撑机构20的工作原理相同，即通过前定位柱111分别与凸出段配合，实现回缩和延伸前伸缩足11，从而使前伸缩足11能够接触管道壁或脱离管道壁。
推进机构30包括：电机31、前传动轴35、套筒33、万向节联轴器34和后传动轴32。套筒33套接在前传动轴35的外周并与前传动轴35同步转动。电机31驱动前传动轴35转动并驱动套筒33相对于前传动轴35滑动。万向节联轴器34连接套筒33和后传动轴32。前传动轴35连接至前滑槽旋转盘13并驱动前滑槽旋转盘13转动。后传动轴32连接至后滑槽旋转盘23并驱动后滑槽旋转盘23转动。
具体而言，电机31驱动前传动轴35和后传动轴32转动。前传动轴35和后传动轴32分别带动前滑槽旋转盘13和后滑槽旋转盘23转动，从而使前伸缩足11和后伸缩足21能够实现伸缩动作。
作为一种优选的实施方式，后支撑机构20形成有导向杆24。推进机构30还包括：偏心轮连杆机构36、滑块363、主动连杆37、推力环38。导向杆24导向滑块363运动。电机31驱动偏心轮连杆机构36带动滑块363沿导向杆24滑动。主动连杆37的一端连接至滑块363。主动连杆37的另一端连接至推力环38。推力环38推动套筒33相对于前传动轴35滑动。推力环38套接在套筒33的外周。套筒33能相对于推力环38转动。
具体而言，具体而言，电机31驱动后传动轴32转动，通过偏心轮连杆机构36带动滑块363沿导向杆24滑动。主动连杆37的一端连接滑块363，另一端连接推力环38。滑块363沿导向杆24上下滑动时带动主动连杆37运动，主动连杆37通过推力环38带动套筒33沿后传动轴32滑动。当主动连杆37带动套筒33沿后传动轴32向前支撑机构10所在方向滑动时，套筒33通过万向节联轴器34驱动前支撑机构10向前运动。此时后伸缩足21处于延伸状态，接触管道壁，实现支撑固定位置。前伸缩足11处于收缩状态，脱离管道壁，此时前支撑机构10向前运动。
套筒33能相对于推力环38转动；套筒33在后传动轴32带动下转动时。
前传动轴35、套筒33、万向节联轴器34和后传动轴32同步转动并共同定义有一个传动轴线。前导向槽131的凸出段与后导向槽231的凸出段在传动轴线的周向上的角度位置不同从而在电机31的带动下实现前支撑机构10和后支撑机构20的交替伸缩。仅需一个电机31即可带动前滑槽旋转盘13和后滑槽旋转盘23差位同步转动。万向节联轴器34连接前传动轴35和后传动轴32，使单驱动蠕动式管道机器人100在能够满足传递扭矩的前提下实现转弯的功能。
作为一种具体的实施方式，套筒33设有两个限制推力环38位置的定位环331。推力环38位于两个定位环331之间。推力环38推动定位环331运动从而带动套筒33相对于前传动轴35滑动。
作为一种具体的实施方式，推进机构30还包括：主动皮带轮39，从动皮带轮40和皮带41。皮带41连接主动皮带轮39和从动皮带轮40。电机31驱动主动皮带轮39转动。从动皮带轮40带动偏心轮361转动。主动皮带轮39安装至前传动轴35与前传动轴35同步转动。偏心轮连杆机构36包括偏心轮361和从动连杆362。从动连杆362连接至偏心轮361和滑块363。电机31驱动偏心轮361转动。
具体而言，电机31驱动前传动轴35从而带动主动皮带轮39转动。主动皮带轮39通过皮带41带动从动皮带轮40转动。从动皮带轮40与偏心轮361通过轴连接，从动皮带轮40带动偏心轮361转动。偏心轮361通过从动连杆362带动滑块363沿导向杆24滑动。
作为一种具体的实施方式，后固定支架22包括支架座和支架盖。支架座形成有安装槽。主动皮带轮39安装于安装槽内。
作为一种优选的实施方式，推进机构30还包括：减速齿轮箱42。电机31通过减速齿轮箱42驱动主动皮带轮39转动。
作为一种优选的实施方式，推进机构30还包括：齿轮箱架43。减速齿轮箱42固定至齿轮箱架43。齿轮箱架43固定至后固定支架22。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种单驱动蠕动式管道机器人，其特征在于，包括：能够依次接触管道内壁起到固定位置作用的前支撑机构和后支撑机构；所述单驱动蠕动式管道机器人还包括：推动所述前支撑机构相对于所述后支撑机构运动的推进机构；所述后支撑机构包括：多个后伸缩足、后固定支架和后滑槽旋转盘；所述后伸缩足滑动连接至所述后固定支架；所述后滑槽旋转盘可转动连接至所述后固定支架；所述后滑槽旋转盘形成有后导向槽；所述后伸缩足的一端设有后定位柱；所述后定位柱伸入至所述后导向槽并能在所述后导向槽内滑动以调节所述后伸缩足相对于所述后固定支架的位置；所述后滑槽旋转盘相对于所述后固定支架转动调节所述后定位柱在所述后导向槽内的位置；所述前支撑机构包括：多个前伸缩足、前固定支架和前滑槽旋转盘；所述前伸缩足滑动连接至所述前固定支架；所述前滑槽旋转盘可转动连接至所述前固定支架；所述前滑槽旋转盘形成有前导向槽；所述前伸缩足的一端设有前定位柱；所述前定位柱伸入至所述前导向槽并能在所述前导向槽内滑动以调节所述前伸缩足相对于所述前固定支架的位置；所述前滑槽旋转盘相对于所述前固定支架转动调节所述前定位柱在所述前导向槽内的位置；所述推进机构包括：电机、前传动轴、套筒、万向节联轴器和后传动轴；所述套筒套接在所述前传动轴的外周并与所述前传动轴同步转动；所述电机驱动所述前传动轴转动并驱动所述套筒相对于所述前传动轴滑动；所述万向节联轴器连接所述套筒和所述后传动轴；所述前传动轴连接至所述前滑槽旋转盘以驱动所述前滑槽旋转盘转动；所述后传动轴连接至所述后滑槽旋转盘以驱动所述后滑槽旋转盘转动。
2.根据权利要求1所述的单驱动蠕动式管道机器人，其特征在于，
所述后支撑机构形成有导向杆；所述推进机构还包括：偏心轮连杆机构、滑块、主动连杆和推力环；所述导向杆导向所述滑块运动；所述电机驱动所述偏心轮连杆机构带动所述滑块沿所述导向杆滑动；所述主动连杆的一端连接至所述滑块；所述主动连杆的另一端连接至所述推力环；所述推力环推动所述套筒相对于所述前传动轴滑动；所述推力环套接在所述套筒的外周；所述套筒能相对于所述推力环转动。
3.根据权利要求2所述的单驱动蠕动式管道机器人，其特征在于，
所述偏心轮连杆机构包括偏心轮和从动连杆；所述从动连杆连接至所述偏心轮和所述滑块；所述电机驱动所述偏心轮转动。
4.根据权利要求3所述的单驱动蠕动式管道机器人，其特征在于，
所述推进机构还包括：主动皮带轮，从动皮带轮和皮带；所述皮带连接所述主动皮带轮和所述从动皮带轮；所述电机驱动所述主动皮带轮转动；所述从动皮带轮带动所述偏心轮转动；所述主动皮带轮安装至所述前传动轴与所述前传动轴同步转动。
5.根据权利要求4所述的单驱动蠕动式管道机器人，其特征在于，
所述推进机构还包括：减速齿轮箱；所述电机通过所述减速齿轮箱驱动所述主动皮带轮转动。
6.根据权利要求5所述的单驱动蠕动式管道机器人，其特征在于，
所述推进机构还包括：齿轮箱架；所述减速齿轮箱固定至所述齿轮箱架；所述齿轮箱架固定至所述后固定支架。
7.根据权利要求2所述的单驱动蠕动式管道机器人，其特征在于，
所述套筒设有两个限制所述推力环位置的定位环；所述推力环位于两个所述定位环之间；所述推力环推动所述定位环运动从而带动所述套筒相对于所述前传动轴滑动。
8.根据权利要求1所述的单驱动蠕动式管道机器人，其特征在于，
所述后伸缩足包括：后支撑杆、后内支撑板、后弹簧和后外支撑板；所述后固定支架形成有导向所述后支撑杆滑动的滑槽；所述后定位柱设置于所述后支撑杆的一端；所述后内支撑板固定至所述后支撑杆的另一端；所述后弹簧连接所述后内支撑板和所述后外支撑板。
9.根据权利要求8所述的单驱动蠕动式管道机器人，其特征在于，
所述后支撑机构还包括导向轮和导向轮架；所述导向轮架固定至所述后支撑杆；所述导向轮转动连接至所述导向轮架；所述导向轮的转动轴线垂直于所述套筒相对于所述前传动轴滑动的方向。
10.根据权利要求1所述的单驱动蠕动式管道机器人，其特征在于，
所述后导向槽的首尾相连成封闭环状；所述后导向槽包括向所述后滑槽旋转盘的转动轴线凸出的凸出段；所述前导向槽与所述后导向槽相同。
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