CN109945014A - 一种管道机器人用行走驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道机器人用行走驱动机构，包括承载底座、承载立柱、承载台、工作台、第一水平线轨、第二水平线轨、第三水平线轨、竖直线轨、工作机头、转台机构、辅助驱动柱及控制电路，底座上端面通过第一水平线轨与承载台相互滑动连接，承载台上端面通过第二水平线轨与转台机构相互连接，转台机构上端面与工作台下端面相互连接，辅助驱动柱环绕转台机构轴线均布在工作台与承载底座之间位置，控制电路位于承载底座外表面。本发明一方面可有效实现对不同重量、不同结构及不同作业面工件进行加工作业的需要，另一方面可有效提高立式加工中心整体的结构强度，有效的满足立式加工中心对大体积、大自重及不规则工件进行有效承载定位作业的需要。

Description

一种管道机器人用行走驱动机构

技术领域

本发明涉及一种行走机构，属智能机器人技术领域。

背景技术

目前管道检测机器人所使用的行走机构往往均为传统的驱动电机直接与行走轮及管道机器人机身连接， 或驱动电机通过诸如齿轮箱、传动轴等结构与行走轮及管道机器人机身连接方式实现满足驱动管道机器人运行的需要，虽然这种结构可以一定程度满足使用的需要，但在运行中当前的这类行走机构一方面缺乏导流和分流成立，从而极易使行走轮运行时受到管道内的液体、气体等介质阻碍，运行阻力大且运行方向控制稳定性差，从而导致行走轮普遍存在运行能耗和运行磨损量大且控制精度差等缺陷，环境适应能力相对较差，此外，当前的管道检测机器人的行走结构均缺乏独立的环境检测及避障能力，均需要依靠位于管道机器人机身的避障装置进行导向操控，从而导致行走过程中对行走路径检测存在大量死角，极易因检测识别不足而导致行走机构受到撞击、卡绊等造成行走机构故障或损毁，从而严重影响了管道机器人设备运行稳定性和可靠性，因此针对这一现状，迫切需要开发一种全新的管道机器人行走机构，以满足实际使用的需要。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种管道机器人用行走驱动机构，该发明结构简单，使用灵活方便，通用性好，一方面具有良好的行走能力和环境适应能力， 从而有效满足各类不同环境管道内行走运行的需要，另一方面智能化、集成化程度高，可有效的对运行环境进行全面检测，智能避障，在满足运行需要的同时，避免因碰撞等造成导致行走机构损毁情况发生，从而极大的提高行走机构运行的安全性和可靠性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种管道机器人用行走驱动机构，包括承载基座、行走轮、驱动导轨、滑块、驱动电机、分流板、承载柱、避障传感器、转台机构及控制***，承载基座为横断面为矩形的密闭腔体结构，控制***嵌于承载基座内并与驱动导轨、驱动电机、避障传感器、转台机构电气连接，驱动导轨至少两条，以承载基座轴线对称分布在承载基座两侧，通过转台机构与承载基座侧表面铰接，并环绕转台机构铰接轴进行360°回转运行，且驱动导轨轴线与承载基座轴线呈0°—90°夹角，滑块若干，各滑块后端面均分别与驱动导轨相互滑动连接，且每个驱动导轨上均设至少一个滑块，滑块前端面通过转台机构与一个驱动电机铰接，其中滑块前端面的转台机构旋转轴与承载基座轴线垂直分布并进行0°—120°夹角范围内摆动，驱动电机轴线与水平面平行分布并随其所连接的转台机构在水平面内进行0°—120°夹角范围内摆动，驱动电机通过传动轴与一个行走轮相互连接，且行走轮与驱动电机同轴分布，分流板为横断面呈等腰三角形的板状结构，分流板数量与滑块数量一致，每个滑块前端面和后端面均通过承载柱与一个分流板相互连接，且分流板中线与行走轮中线分布在同一与驱动电机轴线面垂直分布的平面内，承载柱两端分别滑块和分流板间通过转台机构相互铰接，承载柱轴线与滑块轴线呈0°—90°夹角，避障传感器至少四个，嵌于承载基座侧表面并环绕承载基座轴线均布，避障传感器轴线与水平面呈0°—45°夹角。

进一步的，所述的承载基座上端面设至少一个转台机构，且承载基座上端面的转台机构轴线与承载基座上端面垂直分布且交点位于承载基座中心点位置。

进一步的，所述的转台机构为基于伺服电动机驱动的二维转台及三维转台中的任意一种，且所述转台机构上设至少一个转速传感器和至少一个角度传感器，所述的转速传感器和角度传感器均与控制***电气连接。

进一步的，所述的驱动导轨的驱动部分为直线电动机、传动链、丝杠机构、液压伸缩杆、气压伸缩杆及电动伸缩杆中任意一种。

进一步的，所述的承载柱为液压伸缩杆、气压伸缩杆及电动伸缩杆中任意一种。

进一步的，所述的驱动导轨和承载柱上均设至少一个行程传感器。

进一步的，所述的行走轮轮面为矩形结构、等腰体形结构、圆弧结构中的任意一种。

进一步的，所述的分流板包括左半板、右半板、伸缩调节柱、承载机架，所述左半板、右半板相邻的侧棱间相互铰接，且左半板、右半板后端面间通过至少两条伸缩调节柱相互连接，所述伸缩调节柱两端分别与左半板、右半板后端面，与承载机架前端面相互连接，且伸缩调节柱轴线与水平面平行分布并与控制***间相互电气连接，所述左半板、右半板轴线与水平面呈30°—60°夹角，且左半板、右半板之间最大间距为行走轮宽度的1.1—2.5倍，所述承载机架位于左半板、右半板之间位置，后端面与承载柱铰接。

进一步的，所述的控制***包括基于工业单片机的数据处理模块、驱动模块、数据通讯总线模块、晶振时间电路模块、电源适配模块及串口通讯模块，所述数据通讯总线模块分别与基于工业单片机的数据处理模块、驱动模块、晶振时间电路模块、电源适配模块及串口通讯模块电气连接，所述驱动模块分别与驱动导轨、驱动电机、避障传感器、转台机构电气连接，所述电源适配模块和串口通讯模块均设至少一个接线端子。

进一步的，所述的接线端子至少一个，嵌于承载基座外表面。

本发明结构简单，使用灵活方便，通用性好，一方面具有良好的行走能力和环境适应能力， 从而有效满足各类不同环境管道内行走运行的需要，另一方面智能化、集成化程度高，可有效的对运行环境进行全面检测，智能避障，在满足运行需要的同时，避免因碰撞等造成导致行走机构损毁情况发生，从而极大的提高行走机构运行的安全性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明。

图1为本发明结构示意图；

图2为控制***电气原理结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1和2所述的一种管道机器人用行走驱动机构，包括承载基座1、行走轮2、驱动导轨3、滑块4、驱动电机6、分流板7、承载柱8、避障传感器9、转台机构10及控制***11，承载基座1为横断面为矩形的密闭腔体结构，控制***11嵌于承载基座1内并与驱动导轨3、驱动电机6、避障传感器9、转台机构10电气连接，驱动导轨3至少两条，以承载基座1轴线对称分布在承载基座1两侧，通过转台机构10与承载基座1侧表面铰接，并环绕转台机构10铰接轴进行360°回转运行，且驱动导轨3轴线与承载基座1轴线呈0°—90°夹角，滑块4若干，各滑块4后端面均分别与驱动导轨3相互滑动连接，且每个驱动导轨3上均设至少一个滑块4，滑块4前端面通过转台机构10与一个驱动电机6铰接，其中滑块4前端面的转台机构10旋转轴与承载基座1轴线垂直分布并进行0°—120°夹角范围内摆动，驱动电机6轴线与水平面平行分布并随其所连接的转台机构10在水平面内进行0°—120°夹角范围内摆动，驱动电机6通过传动轴与一个行走轮2相互连接，且行走轮2与驱动电机6同轴分布，分流板7为横断面呈等腰三角形的板状结构，分流板7数量与滑块4数量一致，每个滑块4前端面和后端面均通过承载柱8与一个分流板7相互连接，且分流板7中线与行走轮2中线分布在同一与驱动电机6轴线面垂直分布的平面内，承载柱8两端分别滑块4和分流板7间通过转台机构10相互铰接，承载柱8轴线与滑块4轴线呈0°—90°夹角，避障传感器9至少四个，嵌于承载基座1侧表面并环绕承载基座1轴线均布，避障传感器9轴线与水平面呈0°—45°夹角。

其中，所述的承载基座1上端面设至少一个转台机构10，且承载基座1上端面的转台机构10轴线与承载基座1上端面垂直分布且交点位于承载基座1中心点位置，所述的转台机构10为基于伺服电动机驱动的二维转台及三维转台中的任意一种，且所述转台机构10上设至少一个转速传感器12和至少一个角度传感器13，所述的转速传感器12和角度传感器13均与控制***11电气连接。

进一步优化的，所述的驱动导轨3的驱动部分为直线电动机、传动链、丝杠机构、液压伸缩杆、气压伸缩杆及电动伸缩杆中任意一种，所述的承载柱8为液压伸缩杆、气压伸缩杆及电动伸缩杆中任意一种。

同时，所述的驱动导轨3和承载柱8上均设至少一个行程传感器14。

进一步优化的，所述的行走轮2轮面为矩形结构、等腰体形结构、圆弧结构中的任意一种。

需要特别说明的，所述的分流板7包括左半板71、右半板72、伸缩调节柱73、承载机架74，所述左半板71、右半板72相邻的侧棱间相互铰接，且左半板71、右半板72后端面间通过至少两条伸缩调节柱73相互连接，所述伸缩调节柱73两端分别与左半板71、右半板72后端面，与承载机架74前端面相互连接，且伸缩调节柱73轴线与水平面平行分布并与控制***11间相互电气连接，所述左半板71、右半板72轴线与水平面呈30°—60°夹角，且左半板71、右半板72之间最大间距为行走轮75宽度的1.1—2.5倍，所述承载机架74位于左半板71、右半板72之间位置，后端面与承载柱8铰接。

本实施例中，所述的控制***11包括基于工业单片机的数据处理模块、驱动模块、数据通讯总线模块、晶振时间电路模块、电源适配模块及串口通讯模块，所述数据通讯总线模块分别与基于工业单片机的数据处理模块、驱动模块、晶振时间电路模块、电源适配模块及串口通讯模块电气连接，所述驱动模块分别与驱动导轨3、驱动电机6、避障传感器9、转台机构10电气连接，所述电源适配模块和串口通讯模块均设至少一个接线端子5，此外，所述的接线端子5至少一个，嵌于承载基座1外表面。

本发明在具体实施中，首先对承载基座、行走轮、驱动导轨、滑块、行走轮、驱动电机、分流板、承载柱、避障传感器、转台机构及控制***进行组装，然后将组装后的本发明通过承载基座上端面的转台机构与管道机器人机身连接，且每个管道机器人均设至少两个本发明行走结构，最后间本发明的控制***与管道机器人的电路***电气连接，从而完成本发明的装配。

在实际运行中，本发明首先通过承载基座上端面的转台机构对行走机构整体运行方向调整，满足转向等基本调整的需要，然后通过驱动导轨与承载基座侧表面连接的转台机构对驱动导轨轴线与承载基座轴线夹角调整，以及通过驱动导轨调整与其连接的各滑块在驱动导轨上的分布位置，从而达到对承载基座下端面与管道内表面间间距调整，在满足不同管径变化运行需要的同时，另有效的提高了行走机构对障碍物的通过性；最后通过滑块与驱动电机连接用的转台机构对驱动电机和与驱动电机连接的行走轮在0°—120°夹角范围调整，从而协助承载基座上端面的转台机构共同满足转向等基本调整的需要。

此外，在运行时，可通过对分流板分布位置和分流板自身结构调整，有效的对行走轮前方和后方管道内的液体等介质进行分流导向，降低管道内介质对行走轮运行时造成的影响，降低运行能耗和摩擦损耗，同时也有助于提高运行控制精度。

同时，本发明在运行过程中，可通过位于承载基座侧表面的多个避障传感器对本发明周边360°无死角障碍物检测，从而便于获取及时准确的路况信息，防止因检测识别不足而导致行走机构受到撞击、卡绊等造成行走机构故障或损毁。

本发明结构简单，使用灵活方便，通用性好，一方面具有良好的行走能力和环境适应能力， 从而有效满足各类不同环境管道内行走运行的需要，另一方面智能化、集成化程度高，可有效的对运行环境进行全面检测，智能避障，在满足运行需要的同时，避免因碰撞等造成导致行走机构损毁情况发生，从而极大的提高行走机构运行的安全性和可靠性。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种管道机器人用行走驱动机构，其特征在于：所述的管道机器人用行走驱动机构包括承载基座、行走轮、驱动导轨、滑块、驱动电机、分流板、承载柱、避障传感器、转台机构及控制***，所述承载基座为横断面为矩形的密闭腔体结构，所述控制***嵌于承载基座内并与驱动导轨、驱动电机、避障传感器、转台机构电气连接，所述驱动导轨至少两条，以承载基座轴线对称分布在承载基座两侧，通过转台机构与承载基座侧表面铰接，并环绕转台机构铰接轴进行360°回转运行，且所述驱动导轨轴线与承载基座轴线呈0°—90°夹角，所述滑块若干，各滑块后端面均分别与驱动导轨相互滑动连接，且每个驱动导轨上均设至少一个滑块，所述滑块前端面通过转台机构与一个驱动电机铰接，其中所述块前端面的转台机构旋转轴与承载基座轴线垂直分布并进行0°—120°夹角范围内摆动，驱动电机轴线与水平面平行分布并随其所连接的转台机构在水平面内进行0°—120°夹角范围内摆动，所述驱动电机通过传动轴与一个行走轮相互连接，且所述行走轮与驱动电机同轴分布，所述分流板为横断面呈等腰三角形的板状结构，所述分流板数量与滑块数量一致，每个滑块前端面和后端面均通过承载柱与一个分流板相互连接，且分流板中线与行走轮中线分布在同一与驱动电机轴线面垂直分布的平面内，所述承载柱两端分别滑块和分流板间通过转台机构相互铰接，所述承载柱轴线与滑块轴线呈0°—90°夹角，所述避障传感器至少四个，嵌于承载基座侧表面并环绕承载基座轴线均布，所述避障传感器轴线与水平面呈0°—45°夹角。

2.根据权利要求1所述的一种管道机器人用行走驱动机构 ，其特征在于：所述的承载基座上端面设至少一个转台机构，且承载基座上端面的转台机构轴线与承载基座上端面垂直分布且交点位于承载基座中心点位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种管道机器人用行走驱动机构 ，其特征在于：所述的转台机构为基于伺服电动机驱动的二维转台及三维转台中的任意一种，且所述转台机构上设至少一个转速传感器和至少一个角度传感器，所述的转速传感器和角度传感器均与控制***电气连接。

4.根据权利要求1所述的一种管道机器人用行走驱动机构 ，其特征在于：所述的驱动导轨的驱动部分为直线电动机、传动链、丝杠机构、液压伸缩杆、气压伸缩杆及电动伸缩杆中任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种管道机器人用行走驱动机构 ，其特征在于：所述的承载柱为液压伸缩杆、气压伸缩杆及电动伸缩杆中任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种管道机器人用行走驱动机构 ，其特征在于：所述的驱动导轨和承载柱上均设至少一个行程传感器。

7.根据权利要求1所述的一种管道机器人用行走驱动机构 ，其特征在于：所述的行走轮轮面为矩形结构、等腰体形结构、圆弧结构中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的一种管道机器人用行走驱动机构 ，其特征在于：所述的分流板包括左半板、右半板、伸缩调节柱、承载机架，所述左半板、右半板相邻的侧棱间相互铰接，且左半板、右半板后端面间通过至少两条伸缩调节柱相互连接，所述伸缩调节柱两端分别与左半板、右半板后端面，与承载机架前端面相互连接，且伸缩调节柱轴线与水平面平行分布并与控制***间相互电气连接，所述左半板、右半板轴线与水平面呈30°—60°夹角，且左半板、右半板之间最大间距为行走轮宽度的1.1—2.5倍，所述承载机架位于左半板、右半板之间位置，后端面与承载柱铰接。

9.根据权利要求1所述的一种管道机器人用行走驱动机构 ，其特征在于：所述的控制***包括基于工业单片机的数据处理模块、驱动模块、数据通讯总线模块、晶振时间电路模块、电源适配模块及串口通讯模块，所述数据通讯总线模块分别与基于工业单片机的数据处理模块、驱动模块、晶振时间电路模块、电源适配模块及串口通讯模块电气连接，所述驱动模块分别与驱动导轨、驱动电机、避障传感器、转台机构电气连接，所述电源适配模块和串口通讯模块均设至少一个接线端子。

10.根据权利要求9所述的一种管道机器人用行走驱动机构 ，其特征在于：所述的接线端子至少一个，嵌于承载基座外表面。