CN108895244A - 一种变径海底隧道清刷机器人 - Google Patents

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李立全
付彬
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吴志强
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Abstract

本发明提供一种变径海底隧道清刷机器人，目的是为清刷大管径、长距离、工作状况复杂的海底隧道。其结构包括：刀头组件、前机体组件、蠕动组件、后机体组件等，通过液压***、连杆机构、齿轮机构、电机驱动完成了机器人在非工作时间段车轮驱动的运输、在工作时间段刀头的径向伸缩以及机体蠕动动作，进而实现了对不同管径海底隧道清刷、双向蠕动行走、陆地搬运的功能。本发明的变径海底隧道清刷机器人具有稳定性可靠、越障能力强、对变径管道自适应好、行走速度快、工作效率高、大功率、高强度清刷刀具的特点，对海底隧道清刷具有实际工程意义。

Description

一种变径海底隧道清刷机器人
技术领域
本发明涉及一种变径海底隧道清刷机器人，属于变径海底隧道清刷机器人技术领域。
背景技术
近年来，国内外对海底隧道清刷的自动化和智能化作业需求不断增长。目前，国内的海底隧道的清刷主要还是依靠人工来完成，清刷工作环境及其复杂恶劣，清刷过程中无法预测隧道的情况，进而使得清刷的危险程度大大提高。当今国内市场上已经有了一些管道清理机器人，但是现有的这些管道清理机器人所清理的管径较小、所清理的管径范围有限、清理刀具强度不足、行走速度较慢，而海底隧道管径非常大、距离非常长、工作状况复杂，因此市场上现有的这些清理机器人无法满足对大管径、长距离、工作状况复杂的海底隧道清刷工作。针对清刷大管径、长距离、工作状况复杂海底隧道的情况，研制一种适应大管径、变径、大功率、高强度清刷刀具的变径海底隧道清刷机器人。
发明内容
本发明的目的是为了解决清刷大管径、长距离、工作状况复杂海底隧道，研制一种适应大管径、变径、大功率、高强度清刷刀具的变径海底隧道清刷机器人，是一种在非工作时间段内的搬运过程由自带单驱的车轮进行行走，在海底隧道中工作时间段内由液压***实现隧道内壁支撑以及双向蠕动行走的变径清刷机器人。
本发明的目的是这样实现的：包括刀头组件、前机体组件、蠕动组件和后机体组件，所述刀头组件包括刀盘基座、对称铰接在刀盘基座上的三个刀盘支撑杆、分别与刀盘支撑杆铰接的刀盘、均匀设置在刀盘上的刀片，在每个刀盘支撑杆和刀盘之间、每个刀盘支撑杆与刀盘基座之间分别设置有刀盘液压缸，所述前机体组件和后机体组件均包括机壳、设置在机壳内的管壁支撑基座一和管壁支撑基座二、设置在机壳内的车轮箱体、设置在车轮箱体内的车轮升降液压缸、设置在车轮升降液压缸上的车轮轴夹持器、设置在车轮轴夹持器中的车轮轴、设置在车轮轴两端的车轮、设置在管壁支撑基座一和管壁支撑基座二之间的管壁支撑导向光轴、设置在管壁支撑导向光轴上的管壁支撑导向直线轴承、与管壁支撑导向直线轴承固连的管壁支撑导向块、设置在管壁支撑导向块与管壁支撑基座一之间的管壁支撑液压缸、对称铰接在管壁支撑导向块上的管壁支撑杆二、设置在每个管壁支撑杆二端部的管壁支撑脚、分别铰接在三个管壁支撑杆二与管壁支撑基座一之间的三个管壁支撑杆一；所述后机体组件的车轮轴夹持器上还设置有后机体车轮驱动电机，后车轮驱动电机的输出端上设置有后机体车轮驱动齿轮一，后机体组件的车轮轴上还安装有后机体车轮驱动齿轮二，后机体车轮驱动齿轮一与后机体车轮驱动齿轮二啮合；所述前机体组件的机壳内的前端还设置有驱动刀头电机座，驱动刀头电机座上对称安装有三个驱动刀头电机，每个驱动刀头电机的输出轴上安装有一行星轮，所述驱动刀头电机座的中间位置设置有刀头轴，刀头轴上设置有中心轮，三个行星轮同时与中心轮啮合，所述刀头轴的端部与刀盘基座固连；所述蠕动组件包括与前机体组件的壳体连接的前机体端盖、与后机体组件的壳体连接的后机体端盖、设置在前机体端盖和后机体端盖之间的蠕动液压缸。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述管壁支撑导向光轴和管壁支撑导向直线轴承分别有三个且对称设置。
2.所述前机体端盖和后机体端盖之间还对称设置有三组蠕动导向光轴和蠕动导向直线轴承。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的变径海底隧道清刷机器人一种在非工作时间段内的搬运过程由自带单驱车轮进行行走，在海底隧道中工作时间段内由液压***实现隧道内壁支撑以及双向蠕动行走的变径清刷机器人。所研制的变径海底隧道清刷机器人具有稳定性可靠、越障能力强、对变径管道自适应好、行走速度快、工作效率高的特点。
本发明提供一种清刷大管径、长距离、工作状况复杂海底隧道的变径海底隧道清刷机器人，其在非工作时间段内的搬运过程由自带单驱车轮进行行走、在海底隧道中工作时间段内由液压***实现隧道内壁支撑以及双向蠕动行走的变径清刷机器人。相对于现有技术，具有稳定性可靠、越障能力强、对变径管道自适应好、行走速度快、工作效率高的特点。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的刀头组件结构示意图；
图3是本发明实施例的刀头组件主视图；
图4是本发明实施例的刀头组件剖视图A-A；
图5是本发明实施例的前机体组件从左视角看的内部结构示意图；
图6是本发明实施例的前机体组件从右视角看的内部结构示意图；
图7是本发明实施例的前机体组件主视图；
图8是本发明实施例的后机体组件内部结构示意图；
图9a和图9b分别是本发明的后机体组件主视图和左视图；
图10是本发明实施例的后机体组件主视图的局部放大视图；
图11是本发明实施例的蠕动组件结构示意图；
图12是本发明实施例机器人只有刀头进入海底隧道的示意图；
图13是本发明实施例机器人前机体车轮即将进入海底隧道的示意图；
图14是本发明实施例机器人后机体车轮即将进入海底隧道的示意图；
图15是本发明实施例机器人前机体支撑组件支撑管壁由蠕动组件牵动后机体行走示意图；
图16是本发明实施例机器人后机体支撑组件支撑管壁由蠕动组件推动前机体行走示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明是一种变径海底隧道清刷机器人，其特征在于：刀头组件1、前机体组件2、蠕动组件3、后机体组件4；
其中，所述刀头组件1由前机体组件2中的轴与前机体组件2实现联接与传递动力并完成清理动作，前机体组件2通过蠕动组件3与后机体4实现联接与完成蠕动行走的动作；
如图2、3、4所示，刀头组件1包括刀片1-1、刀盘1-2、刀盘支撑杆1-3、刀盘基座1-4、刀盘液压推杆一1-5.1、刀盘液压缸一1-5.2、刀盘液压推杆二1-6.1、刀盘液压缸二1-6.2；
其中，所述刀片1-1沿刀盘1-2周向均匀安装在刀盘1-2，刀盘1-2由刀盘支撑杆1-3装在刀盘基座1-4上，刀盘液压推杆一1-6.1和刀盘液压缸一1-6.2支撑刀盘支撑杆1-3使刀盘支撑杆1-3作相对于刀盘基座1-4的圆周运动，刀盘液压推杆二1-5.1和刀盘液压缸二1-5.2支撑刀盘1-2使刀盘1-2作相对于刀盘支撑杆1-3的圆周运动，上述两个圆周运动使刀盘实现变径；
如图5、6、7所示，前机体组件2包括刀头轴2-1、行星轮2-2.1、中心轮2-2.2、驱动刀头电机2-3、驱动刀头电机座2-4、前机体管壁支撑基座一2-5、前机体管壁支撑杆一2-6、前机体管壁支撑杆二2-7、前机体管壁支撑脚2-8、前机体机壳2-9、前机体管壁支撑导向块2-10、前机体管壁支撑基座二2-11、前机体管壁支撑导向光轴2-12、前机体管壁支撑导向直线轴承2-13、前机体管壁支撑液压缸2-14、前机体管壁支撑液压推杆2-15、前机体车轮箱体2-16、前机体车轮升降液压推杆2-17、前机体车轮升降液压缸2-18、前机体车轮轴夹持器2-19、前机体车轮轴2-20、前机体车轮2-21；
其中，所述刀头轴2-1安装于驱动刀头电机座2-4、驱动刀头电机座2-4固定于前机体机壳2-9、驱动刀头电机座2-4上装有驱动刀头电机2-3、驱动刀头电机2-3上装有行星轮2-2.1、中心轮2-2.2装于刀头轴2-1、中心轮2-2.2与行星轮2-2.1相互啮合，驱动刀头电机2-3驱动行星轮2-2.1、行星轮2-2.1驱动中心轮2-2.2、中心轮2-2.2驱动刀头轴2-1转动从而实现刀头在工作过程中的旋转清理动作；
其中，所述前机体管壁支撑液压缸2-14和前机体管壁支撑杆一2-6装在前机体管壁支撑基座一2-5上、前机体管壁支撑液压推杆2-15和前机体管壁支撑杆二2-7装在前机体管壁支撑导向块2-10、前机体管壁支撑液压缸2-14与前机体管壁支撑液压推杆2-15配合安装，前机体管壁支撑基座一2-5与前机体管壁支撑基座二2-11由前机体管壁支撑导向光轴2-12联接并固定于前机体机壳2-9，前机体管壁支撑导向块2-10装有前机体管壁支撑导向直线轴承2-13并把前机体管壁支撑导向直线轴承2-13与前机体管壁支撑导向光轴2-12配合安装，前机体管壁支撑脚2-8安装在前机体管壁支撑杆二2-7，由于前机体管壁支撑液压缸2-14和前机体管壁支撑液压推杆2-15的拉伸带动前机体管壁支撑导向块2-10在前机体管壁支撑导向光轴2-12上实现直线运动，进而使得前机体管壁支撑杆二2-7和前机体管壁支撑杆一2-6支撑的前机体管壁支撑脚2-8实现径向位置的变化，从而实现在不同管径隧道内壁的支撑；
其中，所述前机体车轮箱体2-16固定于前机体机壳2-9，前机体车轮箱体2-16内部装有前机体车轮升降液压推杆2-17和前机体车轮升降液压缸2-18，前机体车轮升降液压缸2-18端部安装有前机体车轮轴夹持器2-19，前机体车轮轴夹持器2-19夹持前机体车轮轴2-20、前机体车轮2-21和安装在前机体车轮轴2-20两端，前机体车轮2-21由前机体车轮升降液压推杆2-17和前机体车轮升降液压缸2-18的伸缩实现车轮组件的升降；
如图8、9a、9b、10所示，后机体组件4包括后机体机壳4-1、后机体车轮箱体4-2、后机体管壁支撑基座二4-3、后机体管壁支撑导向块4-4、后机体管壁支撑基座14-5、后机体车轮升降液压推杆4-6.1、后机体车轮升降液压缸4-6.2、后机体管壁支撑脚4-7、后机体管壁支撑杆14-8、后机体管壁支撑杆24-9、后机体管壁支撑导向光轴4-10、后机体管壁支撑导向直线轴承4-11、后机体管壁支撑液压缸4-12、后机体管壁支撑液压推杆4-13、后机体车轮轴夹持器4-14、后机体车轮驱动电机4-15、后机体车轮驱动齿轮二4-16、后机体车轮驱动齿轮一4-17、后机体车轮轴4-18、后机体车轮4-19；
其中，所述后机体管壁支撑液压缸4-12和后机体管壁支撑杆二4-9装在后机体管壁支撑基座一4-5上、后机体管壁支撑液压推杆4-13和后机体管壁支撑杆一4-8装在后机体管壁支撑导向块4-4、后机体管壁支撑液压缸4-12与后机体管壁支撑液压推杆4-13配合安装，后机体管壁支撑基座一4-5与后机体管壁支撑基座二4-3由后机体管壁支撑导向光轴4-10联接并固定于后机体机壳4-1，后机体管壁支撑导向块4-4装有后机体管壁支撑导向直线轴承4-11并把后机体管壁支撑导向直线轴承4-11与后机体管壁支撑导向光轴4-10配合安装，后机体管壁支撑脚4-7安装在后机体管壁支撑杆一4-8，由于后机体管壁支撑液压缸4-12和后机体管壁支撑液压推杆4-13的拉伸带动后机体管壁支撑导向块4-4在后机体管壁支撑导向光轴4-10上实现直线运动，进而使得后机体管壁支撑杆一4-8和后机体管壁支撑杆二4-9支撑的后机体管壁支撑脚4-7实现径向位置的变化，从而实现在不同管径隧道内壁的支撑；
其中，所述后机体车轮箱体4-2固定于后机体机壳4-1，后机体车轮箱体4-2内部装有后机体车轮升降液压推杆4-6.1和后机体车轮升降液压缸4-6.2，后机体车轮升降液压缸4-6.2端部安装有后机体车轮轴夹持器4-14，后机体车轮轴夹持器4-14上端装有后机体车轮驱动电机4-15，后机体车轮驱动电机4-15驱动后机体车轮驱动齿轮一4-17，后机体车轮驱动齿轮二4-16与后机体车轮驱动齿轮一4-17相互啮合并安装后机体车轮轴4-18把后机体车轮驱动电机4-15的动力传递到后机体车轮4-19使得后机体车轮4-19成为整个机器的运输驱动轮，在后机体车轮轴夹持器4-14夹持后机体车轮轴4-18使得后机体车轮轴4-18和安装在后机体车轮轴4-18两端的后机体车轮4-19由后机体车轮升降液压推杆4-6.1和后机体车轮升降液压缸4-6.2的伸缩实现车轮组件的升降；
如图11所示，蠕动组件3包括前机体端盖3-1、蠕动导向光轴3-2、蠕动导向直线轴承3-3、后机体端盖3-4、蠕动液压缸3-5、蠕动液压推杆3-6；
其中，所述前机体端盖3-1固定安装在前机体机壳2-9、后机体端盖3-4固定安装在后机体机壳4-1，蠕动导向光轴3-2和蠕动导向直线轴承3-3配合安装，蠕动导向光轴3-2一端固定安装在前机体端盖3-1，蠕动导向直线轴承3-3固定安装在后机体端盖3-4，在前机体端盖3-1和后机体端盖3-4之间安装有蠕动液压缸3-5和蠕动液压推杆3-6，使得由蠕动液压缸3-5和蠕动液压推杆3-6拉伸牵动整个机器的前后部分实现蠕动行走。
如图11、12、13、14、15、16所示，当本发明机器人在未进入海底隧道以及在陆地搬运过程中用车轮来驱动机器人走，以及在机器人未清刷隧道内壁时刀头以及管壁支撑组件处于收缩状态；当机器人刀头进入隧道时刀头径向展开并旋转开始清刷；当前机体车轮即将进入隧道时，前机体支撑组件径向展开支撑隧道内壁，然后前机体车轮沿基体径向收缩；当后机体车轮即将进入隧道时，后机体支撑组件径向展开支撑隧道内壁，然后后机体车轮沿基体径向收缩。此时，机器人完全可由蠕动组件驱动来行走，每个向前行走的蠕动动作为：前机体支撑组件支撑隧道内壁，后机体支撑组件处于径向收缩状态，蠕动组件牵动后机体移动到极限位置；然后前机体支撑组件处于径向收缩状态，后机体支撑组件支撑隧道内壁，蠕动组件推动前机体移动。当然机器人也可以向后蠕动行走。
本发明通过液压***、连杆机构、齿轮机构、电机驱动实现了机器人对不同管径海底隧道清刷、双向蠕动行走、陆地搬运的功能，具有稳定性可靠、越障能力强、对变径管道自适应好、行走速度快、工作效率高的特点。
综上，本发明设计一种变径海底隧道清刷机器人，目的是为清刷大管径、长距离、工作状况复杂的海底隧道。其结构包括：刀头组件、前机体组件、蠕动组件、后机体组件等，通过液压***、连杆机构、齿轮机构、电机驱动完成了机器人在非工作时间段车轮驱动的运输、在工作时间段刀头的径向伸缩以及机体蠕动动作，进而实现了对不同管径海底隧道清刷、双向蠕动行走、陆地搬运的功能。本发明的变径海底隧道清刷机器人具有稳定性可靠、越障能力强、对变径管道自适应好、行走速度快、工作效率高、大功率、高强度清刷刀具的特点，对海底隧道清刷具有实际工程意义。

Claims (3)

1.一种变径海底隧道清刷机器人，其特征在于：包括刀头组件、前机体组件、蠕动组件和后机体组件，所述刀头组件包括刀盘基座、对称铰接在刀盘基座上的三个刀盘支撑杆、分别与刀盘支撑杆铰接的刀盘、均匀设置在刀盘上的刀片，在每个刀盘支撑杆和刀盘之间、每个刀盘支撑杆与刀盘基座之间分别设置有刀盘液压缸，所述前机体组件和后机体组件均包括机壳、设置在机壳内的管壁支撑基座一和管壁支撑基座二、设置在机壳内的车轮箱体、设置在车轮箱体内的车轮升降液压缸、设置在车轮升降液压缸上的车轮轴夹持器、设置在车轮轴夹持器中的车轮轴、设置在车轮轴两端的车轮、设置在管壁支撑基座一和管壁支撑基座二之间的管壁支撑导向光轴、设置在管壁支撑导向光轴上的管壁支撑导向直线轴承、与管壁支撑导向直线轴承固连的管壁支撑导向块、设置在管壁支撑导向块与管壁支撑基座一之间的管壁支撑液压缸、对称铰接在管壁支撑导向块上的管壁支撑杆二、设置在每个管壁支撑杆二端部的管壁支撑脚、分别铰接在三个管壁支撑杆二与管壁支撑基座一之间的三个管壁支撑杆一；所述后机体组件的车轮轴夹持器上还设置有后机体车轮驱动电机，后车轮驱动电机的输出端上设置有后机体车轮驱动齿轮一，后机体组件的车轮轴上还安装有后机体车轮驱动齿轮二，后机体车轮驱动齿轮一与后机体车轮驱动齿轮二啮合；所述前机体组件的机壳内的前端还设置有驱动刀头电机座，驱动刀头电机座上对称安装有三个驱动刀头电机，每个驱动刀头电机的输出轴上安装有一行星轮，所述驱动刀头电机座的中间位置设置有刀头轴，刀头轴上设置有中心轮，三个行星轮同时与中心轮啮合，所述刀头轴的端部与刀盘基座固连；所述蠕动组件包括与前机体组件的壳体连接的前机体端盖、与后机体组件的壳体连接的后机体端盖、设置在前机体端盖和后机体端盖之间的蠕动液压缸。
2.根据权利要求1所述的一种变径海底隧道清刷机器人，其特征在于：所述管壁支撑导向光轴和管壁支撑导向直线轴承分别有三个且对称设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种变径海底隧道清刷机器人，其特征在于：所述前机体端盖和后机体端盖之间还对称设置有三组蠕动导向光轴和蠕动导向直线轴承。
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