CN116398744B - 一种全角度转向调节的管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全角度转向调节的管道机器人，包括行走机构、用于向行走机构提供动力的行走动力轴，还包括转换箱、位于转换箱内的第一驱动装置、与转换箱转动连接的第一转动架、与第一转动架转动连接的第二转动架，行走动力轴活动穿过第二转动架；还包括用于驱动第一转动架绕管道轴向相对于转换箱转动的第一转动件，以及用于驱动第二转动架绕管道径向相对于第一转动架转动的第二转动件；第一驱动装置择一向行走动力轴、第一转动件、第二转动件输出动力。本发明提供一种全角度转向调节的管道机器人，以解决现有技术中管道机器人的角度调节能力有限、导致过弯性能不足的问题，实现提高管道机器人的方向调节性能、改善过弯能力的目的。

Description

一种全角度转向调节的管道机器人

技术领域

本发明涉及管道机器人领域，具体涉及一种全角度转向调节的管道机器人。

背景技术

随着油气输送管道的大量铺设，定期对这些油气输送管道进行检测和维护变得尤为重要，管道机器人是进行这类工作的重要手段之一，其可携带各类工作设备进入管道内部进行探伤、检修、维护等作业。油气管道不可能始终保持平直，其可能具有各种类型的弯管段，如弧形弯道、S形弯道、直角弯道、T形弯道等，并且，油气管道还可能具有各种各样的竖向倾斜角度，因此机器人在管道内行走时的过弯能力是判断其工作能力的重要指标之一。特别是对于油气管道而言，普通的弧形和S形弯道采用较少，工程现场大量采用直角弯道和T形弯道，这无疑为管道机器人在油气管道领域的应用增添了难度。

现有技术中，本案发明人团队曾提出了“一种行走转向结构及基于该结构的管道机器人”(CN114593309B)，该现有技术能够实现机器人沿管道侧壁在周向方向上的转动、即使得管道机器人自身能够绕管道轴线旋转，以期提高其过弯能力，但是，发明人团队在更加深入的研发过程中发现，这类现有技术在使用过程中依然存在如下不足：(1)该管道机器人在工作时，所有滚轮和导轮沿周向分布在管道内壁，因此沿前后方向的稳定性较差、具有歪斜甚至倾倒风险；并且在通过三通(T型)或四通(十字)弯角时的侧向稳定性同样较差；(2)该技术在过弯时，需要不断调整滚轮朝向，使滚轮时而沿管道轴向滚动、时而沿管道周向滚动，调整过程复杂，不确定性较大；(3)其虽然能够单个调节滚轮朝向，但可调节角度单一，对于有坡度的、向上竖直或倾斜布置的三通或四通管道接头而言适应性较弱、容易因缺少侧向的管壁支撑而导致无法通过这类管道接头向上爬行。

因此，现有的管道机器人在可调节性方面还具有较大改进空间。

发明内容

本发明提供一种全角度转向调节的管道机器人，以解决现有技术中管道机器人的角度调节能力有限、导致过弯性能不足的问题，实现提高管道机器人的方向调节性能、改善过弯能力的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种全角度转向调节的管道机器人，包括行走机构、用于向所述行走机构提供动力的行走动力轴，还包括转换箱、位于转换箱内的第一驱动装置、与所述转换箱转动连接的第一转动架、与所述第一转动架转动连接的第二转动架，所述行走动力轴活动穿过第二转动架；

还包括用于驱动第一转动架绕管道轴向相对于转换箱转动的第一转动件，以及用于驱动第二转动架绕管道径向相对于第一转动架转动的第二转动件；

所述第一驱动装置择一向行走动力轴、第一转动件、第二转动件输出动力。

针对现有技术中管道机器人的角度调节能力有限、导致过弯性能不足的问题，本申请首先提出一种全角度转向调节的管道机器人，其中行走机构为与管道内壁接触、使机器人在管道内前进或后退的机构，行走动力轴为向行走机构传递动力的主轴；行走机构与行走动力轴的具体结构在此不做限定，本领域技术人员可根据现有技术适应性设置。本申请设置一转换箱，在第一转动件的带动下，可使第一转动架相对于转换箱发生转动、且转动方向绕管道轴线，行走机构与第一转动架间接连接、随第一转动架同步转动，以此为行走机构提供绕管道轴向调节其方向的一个自由度；此外，在第二转动件的带动下，可使第二转动架相对于第一转动件发生转动、且转动方向绕管道径向(即是沿管道周向发生转动)，行走机构与第二转动架间接连接、随第二转动架同步转动，以此为行走机构提供绕管道径向调节其方向的另一个自由度。可以看出，相较于现有技术中滚轮只能够沿一个方向转动的调节方式而言，本申请为管道机器人的行走机构赋予了沿两个相互垂直的方向做转动的功能，因此显著提高了管道机器人的方向调节性能，实现了对管道机器人真正意义上的全角度转向调节。并且，本申请无需使机器人自身沿管道内壁的周向滚动来调节其朝向，因此所有行走机构中的所有滚轮的布置方式不再受到限制，即摒弃了现有技术中所有滚轮需要沿周向分布在管壁的问题，进而克服了在行走过程中的前后方向稳定性较差、在通过三通或四通弯角时侧向稳定性较差的问题。本申请在通过各种形式的管道拐角或弯道时，只需经第一转动件和第二转动件配合工作，即可使得行走机构朝向任意的所需方位，无需使滚轮朝向在管道轴向和周向之间反复切换，因此显著简化了在通过直角弯道或多通接头时的控制步骤，有利于降低管道机器人主动转向过程中的不确定性；而且，由于本申请的转向完全完全由机器人自身主动实现、无需借助管壁来行走调整，且行走机构的数量未做限定，因此相较于现有技术而言还可提高进入有坡度的、向上竖直或倾斜布置的三通或四通管道接头的能力。

本申请中，第一驱动装置择一向行走动力轴、第一转动件、第二转动件输出动力，是指第一驱动装置能够根据需要，向行走动力轴、第一转动件或第二转动件中的任意一个提供动力，其具体的切换或传动方式在此不做限定，本领域技术任意可实现的现有切换与传动技术均可适用。

进一步的，还包括位于所述转换箱内的换挡机构，所述换挡机构用于驱动第一驱动装置在行走档位、轴向调节档位、径向调节档位之间切换；当所述第一驱动装置位于行走档位时，第一驱动装置向行走动力轴输出动力、使行走动力轴绕自身轴线转动；当所述第一驱动装置位于轴向调节档位时，第一驱动装置向第一转动件输出动力、使第一转动件绕管道轴线转动；当所述第一驱动装置位于径向调节档位时，第一驱动装置向第二转动件输出动力、使第二转动件绕管道径向转动。

本方案通过换挡机构为第一驱动装置提供至少三个档位，且三个档位分别对应的向行走动力轴、第一转动件、第二转动件传动。本方案中，当第一驱动装置位于某一具体档位时，其与对应被驱动的部件(如行走动力轴、第一转动件或第二转动件)之间可采用任意现有传动方式输出动力以实现所需联动。

进一步的，所述换挡机构包括移动平台、用于驱动所述移动平台在行走档位、轴向调节档位、径向调节档位之间切换的第二驱动装置，所述第一驱动装置与移动平台固定连接，第一驱动装置的输出端连接主动齿轮；还包括与所述主动齿轮啮合的动力输出齿轮，所述动力输出齿轮与移动平台固定连接。

本方案中由第二驱动装置驱动移动平台运动，带动第一驱动装置和主动齿轮、动力输出齿轮共同运动，从而实现第一驱动装置在不同档位之间的切换。

本方案中，以主动齿轮作为第一驱动装置的输出，动力输出齿轮始终与主动齿轮啮合，当第一驱动装置位于不同档位时，通过动力输出齿轮与对应的传动部件啮合，实现所指定的动力输出效果。

其中，第二驱动装置驱动移动平台运动换挡的方式在此不做限定，本领域技术人员能够实现的任意现有驱动或换挡方式均可适用。

进一步的，还包括第一传动轴、套设在第一传动轴外的第二传动轴，所述第一传动轴与第二传动轴之间通过可分离的键槽配合；还包括固定套设在第一传动轴上的第一传动齿轮，所述第一转动件活动套设在第二传动轴上，且第一转动件为齿轮；第一传动齿轮、第一转动件均与动力输出齿轮相匹配。

本方案中当换挡机构使第一驱动装置位于行走档位时，第一传动轴与第二传动轴之间的键槽脱离、两者未连接，此时动力输出齿轮与第一传动齿轮啮合，第一传动轴转动，进而驱动行走动力轴转动；

当换挡机构使第一驱动装置位于轴向调节档位时，第一传动轴与第二传动轴之间的键槽脱离、两者未连接，此时动力输出齿轮与第一转动件啮合，可直接驱动第一转动架绕管道轴向相对于转换箱转动；

当换挡机构使第一驱动装置位于径向调节档位时，第一传动轴与第二传动轴之间的键槽相互配合、两者同步转动，进而共同驱动第二转动件转动。

进一步的，所述第二转动件为活动穿过第二转动架的锥齿轮，第二转动件的相对两端分别啮合第一传动锥齿轮、第二传动锥齿轮；

还包括固定套设在第一传动轴外的第二传动齿轮、固定套设在第二传动轴外的第三传动齿轮；所述第二传动齿轮与第一传动锥齿轮联动，所述第三传动齿轮与第二传动锥齿轮联动。

本方案通过巧妙的锥齿轮配合关系，可使得位于行走档位和径向调节档位时共用局部的传动机构，显著降低本申请的传动结构复杂性，具体的：

当第一驱动装置位于行走档位时：所述动力输出齿轮与第一传动齿轮啮合、第一传动轴与第二传动轴分离、第一传动轴与第二传动轴反向转动、第一传动锥齿轮与第二传动锥齿轮反向转动；

当第一驱动装置位于轴向调节档位时：所述动力输出齿轮与第一转动件啮合、第一传动轴与第二传动轴分离；

当第一驱动装置位于径向调节档位时：所述动力输出齿轮与第一传动齿轮啮合、第一传动轴与第二传动轴键槽配合、第一传动轴与第二传动轴同向转动、第一传动锥齿轮与第二传动锥齿轮同向转动。

从上述过程中可以看出，本方案当第一驱动装置位于行走档位时，只需满足使第一传动锥齿轮与第二传动锥齿轮同步且反向转动、进而驱动第二转动件绕自身轴线正常转动即可，此状态下从第一传动齿轮至第一传动锥齿轮和第二传动锥齿轮之间的传动方式在此不做限定；同理，当第一驱动装置位于径向调节档位时，只需满足使第一传动锥齿轮与第二传动锥齿轮同步且同向转动、进而使得第二转动件绕第一传动锥齿轮/第二传动锥齿轮的轴线转动，此状态下从第一传动齿轮至第一传动锥齿轮和第二传动锥齿轮之间的传动方式在此同样不做限定。

本方案通过在档位切换过程中对第一传动轴、第二传动轴的键槽配合关系的同步调节，使得第一传动轴与第二传动轴能够根据需要实现同向转动或反向转动，再通过两条路径的传动，分别由第一传动轴、第二传动轴来控制第一传动锥齿轮、第二传动锥齿轮实现所需方向的转动，最终实现对第二转动件的不同运动方式的控制，达到使管道机器人正常行走或使第二转动架绕管道径向转动的目的。

当然，第一传动轴与第二传动轴之间的键槽配合在此不做限定，键可以在第一传动轴和/或第二传动轴上，对应的槽也可以在第一传动轴和/或第二传动轴上。只需保证随着换挡机构的驱动，只有在第一驱动装置处于径向调节档位时，第一传动轴与第二传动轴之间才完成键槽配合、实现同步转动，在其余档位下第一传动轴与第二传动轴均是处于可独立转动的状态即可。

进一步的，还包括固定套设在第一传动轴外的第三传动锥齿轮、固定套设在第二传动轴外的第四传动锥齿轮、啮合在第三传动锥齿轮与第四传动锥齿轮之间的第五传动锥齿轮，所述第三传动锥齿轮与第四传动锥齿轮相互正对，所述第五传动锥齿轮转动连接在转换箱内。

本方案中，当第一驱动装置位于行走档位时，通过第三传动锥齿轮、第四传动锥齿轮、第五传动锥齿轮的依次配合传动，可实现使第一传动轴与第二传动轴反向转动的传动效果；

由于第三传动锥齿轮与第一传动轴固定连接，因此随着第一传动轴运动至径向调节档位，第三传动锥齿轮与第四传动锥齿轮脱离，所以在径向调节档位下，由第三、第四和第五传动锥齿轮所组成的传动机构不会工作，因此不会对第一传动轴和第二传动轴的同步同向旋转造成干涉，第一传动轴与第二传动轴可自行实现所需的同向转动状态。

进一步的，还包括连接在动力输出齿轮上的挡片，所述挡片与第一传动齿轮的端面沿轴向方向局部重叠；还包括连接在第一传动齿轮与转换箱之间的弹性件，所述弹性件与所述挡片分别位于第一传动齿轮的两侧。

本方案中，使挡片与第一传动齿轮的端面沿管道轴向方向局部重叠，从而使得在切换档位的过程中，挡片随动力输出齿轮同步移动，在向径向调节档位切换的过程中推动第一传动齿轮、第一传动轴同步移动，进而带动第三传动锥齿轮与第四传动锥齿轮脱离。

此外，弹性件用于在从径向调节档位切换至其余档位的过程中，第三传动锥齿轮以及与之固定相连的第一传动轴、第一传动齿轮同步复位，使第三传动锥齿轮再次与第四传动锥齿轮相配合。其中弹性件的具体类型以及其连接位置在此不做限定。

进一步的，还包括固定套设在所述行走动力轴外的第六传动锥齿轮、沿周向环形均布且与第六传动锥齿轮啮合的N个第七传动锥齿轮；所述行走机构共N个，第七传动锥齿轮与行走机构一一对应；其中N≥3。

本方案使得N个行走机构环形均布，便于与管壁均匀接触，在需要过弯或通过多通接头时，有利于调节各行走机构的方位而使尽可能多的行走机构与管壁接触、降低缺少侧向支撑的可能性。每个行走机构均由一第七传动锥齿轮提供动力，而所有的第七传动锥齿轮又同时与第六传动锥齿轮啮合，以实现各行走机构同步且匀速的行走。其中，由第七传动锥齿轮至各行走机构之间的传动方式在此不做限定，本领域技术人员可根据实际情况进行常规设置。

进一步的，所述行走机构包括两组沿管道轴向分布的滚轮；还包括与所述第七传动锥齿轮同轴转动的第八传动锥齿轮、与第八传动锥齿轮相啮合的第九传动锥齿轮、与第九传动锥齿轮同轴的第三传动轴、固定套设在第三传动轴上的第十传动锥齿轮；还包括固定连接在第九传动锥齿轮上的两个连接臂，两个连接臂上均转动连接第十一传动锥齿轮，且所述第十一传动锥齿轮与第十传动锥齿轮啮合；还包括啮合在两个第十一传动锥齿轮之间的第十二传动锥齿轮、与第十二传动锥齿轮同轴且固定连接的第四传动轴；所述第三传动轴、第四传动轴分别与行走机构中的两个滚轮之间通过蜗轮蜗杆配合。

本方案对管道机器人的行走机构及其对应的传动结构做进一步的优化改进，每个行走机构包括两个一前一后沿管道轴向分布的滚轮，两个滚轮分别与第三传动轴、第四传动轴由涡轮蜗杆实现配合，即是当第三传动轴转动时，可带动其中一个滚轮滚动；当第四传动轴转动时，可带动其中另一个滚轮滚动。

若按照常规的行走驱动方式，仅需由第七传动锥齿轮带动第三传动轴、第四传动轴同时转动即可，然而这种传动方式会导致行走机构中的两个滚轮必须同步滚动，一旦其中一个滚轮受阻、另一个滚轮必然也丧失了动力来源而原地停滞，导致管道机器人的行走机构不具有脱困能力。为了克服这一问题，本方案对第七传动锥齿轮与第三传动轴、第四传动轴之间的传动方式进行改进，以第八传动锥齿轮、第九传动锥齿轮、第十传动锥齿轮以及连接臂、第十一传动锥齿轮、第十二传动锥齿轮的特殊配合关系以实现传动，在本方案的连接方式下，行走机构的两个滚轮中，当其中一个滚轮受阻无法前进时、另一个滚轮依然可以在第七传动锥齿轮的驱动下独立滚动，从而使得每一个行走机构均具有自行脱困的能力，显著提高了管道机器人在长输油气管道内的工作可靠性、明显降低管道机器人的卡阻风险。

进一步的，所述第七传动锥齿轮上固定连接伸缩杆，所述伸缩杆的伸缩端固定连接支架，所述支架上设置滑动柱；还包括变径盘、用于驱动所述变径盘转动的第三驱动装置，所述变径盘表面设置螺旋滑槽，所述滑动柱滑动配合在螺旋滑槽内。

本方案可使得管道机器人能够适应不同尺寸的油气管道、在不同管径的管道内行走工作，并且管道机器人的变径性能主动可控，相较于现有的利用弹簧被动变径的管道机器人而言，更有利于通过变径管道(特别是从大直径向小直径变径的管段)的特殊工作环境。

具体的，由第三驱动装置驱动变径盘转动，使得滑动柱在螺旋滑槽内相对运动、改变滑动柱相对于变径盘的径向位置、进而调整支架相对于变径盘的径向位置、实现对伸缩杆的长度控制、最终完成对行走机构的径向位置的调节。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种全角度转向调节的管道机器人，为管道机器人的行走机构赋予了沿两个相互垂直的方向转动的功能，因此显著提高了管道机器人的方向调节性能，实现了对管道机器人真正意义上的全角度转向调节。

2、本发明一种全角度转向调节的管道机器人，无需使机器人自身沿管道内壁的周向滚动来调节其朝向，因此所有行走机构中的所有滚轮的布置方式不再受到限制，即摒弃了现有技术中所有滚轮需要沿周向分布在管壁的问题，进而克服了在行走过程中的前后方向稳定性较差、在通过三通或四通弯角时侧向稳定性较差的问题；并且本申请可使得行走机构朝向任意的所需方位，转向过程中无需使滚轮朝向在管道轴向和周向之间反复切换，因此显著简化了在通过直角弯道或多通接头时的控制步骤，有利于降低管道机器人主动转向过程中的不确定性

3、本发明一种全角度转向调节的管道机器人，转向过程完全完全由机器人自身主动实现、无需借助管壁来行走调整，且行走机构的数量未做限定，因此相较于现有技术而言还可提高进入有坡度的、向上竖直或倾斜布置的三通或四通管道接头的能力。

4、本发明一种全角度转向调节的管道机器人，过在档位切换过程中对第一传动轴、第二传动轴的键槽配合关系的同步调节，使得第一传动轴与第二传动轴能够根据需要实现同向转动或反向转动，再通过两条路径的传动，分别由第一传动轴、第二传动轴来控制第一传动锥齿轮、第二传动锥齿轮实现所需方向的转动，最终实现对第二转动件的不同运动方式的控制，达到使管道机器人正常行走或使第二转动架绕管道径向转动的目的；核心传动***十分精巧，可利用一套传动结构实现两个完全不同档位下各自所需的动力输出效果。

5、本发明一种全角度转向调节的管道机器人，行走机构的两个滚轮中，当其中一个滚轮受阻无法前进时、另一个滚轮依然可以在第七传动锥齿轮的驱动下独立滚动，从而使得每一个行走机构均具有自行脱困的能力，显著提高了管道机器人在长输油气管道内的工作可靠性、明显降低管道机器人的卡阻风险。

6、本发明一种全角度转向调节的管道机器人，其变径性能主动可控，相较于现有的利用弹簧被动变径的管道机器人而言，更有利于通过变径管道的特殊工作环境。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的结构示意图；

图2为本发明具体实施例的内部结构示意图；

图3为本发明具体实施例的局部传动结构示意图；

图4为本发明具体实施例中第一传动轴的结构示意图；

图5为本发明具体实施例中第二传动轴的结构示意图；

图6为本发明具体实施例中第五传动轴的结构示意图；

图7为本发明具体实施例中行走机构的传动结构示意图；

图8为本发明具体实施例中单个行走机构的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-转换箱，2-第一驱动装置，3-第一转动架，4-第二转动架，5-行走动力轴，6-移动平台，7-第二驱动装置，8-主动齿轮，9-第一转动件，10-第二转动件，11-动力输出齿轮，12-第一传动轴，13-第二传动轴，14-第一传动齿轮，15-第一传动锥齿轮，16-第二传动锥齿轮，17-第二传动齿轮，18-第三传动齿轮，19-第三传动锥齿轮，20-第四传动锥齿轮，21-第五传动锥齿轮，22-挡片，23-弹性件，24-第六传动锥齿轮，25-第七传动锥齿轮，26-滚轮，27-第八传动锥齿轮，28-第九传动锥齿轮，29-第三传动轴，30-第十传动锥齿轮，31-连接臂，32-第十一传动锥齿轮，33-第十二传动锥齿轮，34-第四传动轴，35-伸缩杆，36-支架，37-滑动柱，38-变径盘，39-第三驱动装置，40-螺旋滑槽，41-第五传动轴，42-丝杠。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

实施例1：

一种全角度转向调节的管道机器人，如图1、图2与图3所示，包括行走机构、用于向所述行走机构提供动力的行走动力轴5，还包括转换箱1、位于转换箱1内的第一驱动装置2、与所述转换箱1转动连接的第一转动架3、与所述第一转动架3转动连接的第二转动架4，所述行走动力轴5活动穿过第二转动架4；

还包括用于驱动第一转动架3绕管道轴向相对于转换箱1转动的第一转动件9，以及用于驱动第二转动架4绕管道径向相对于第一转动架3转动的第二转动件10；

所述第一驱动装置2择一向行走动力轴5、第一转动件9、第二转动件10输出动力。

还包括位于所述转换箱1内的换挡机构，所述换挡机构用于驱动第一驱动装置2在行走档位、轴向调节档位、径向调节档位之间切换；

当所述第一驱动装置2位于行走档位时，第一驱动装置2向行走动力轴5输出动力、使行走动力轴5转动；

当所述第一驱动装置2位于轴向调节档位时，第一驱动装置2向第一转动件9输出动力、使第一转动件9转动；

当所述第一驱动装置2位于径向调节档位时，第一驱动装置2向第二转动件10输出动力、使第二转动件10转动。

所述换挡机构包括移动平台6、用于驱动所述移动平台6在行走档位、轴向调节档位、径向调节档位之间切换的第二驱动装置7，所述第一驱动装置2与移动平台6固定连接，第一驱动装置2的输出端连接主动齿轮8；还包括与所述主动齿轮8啮合的动力输出齿轮11，所述动力输出齿轮11与移动平台6固定连接。

本实施例中，行走档位、轴向调节档位、径向调节档位呈直线分布。第二驱动装置7为电机，其输出端连接与丝杠42配合的齿轮组，通过丝杠42转动来带动移动平台6做直线运动，从而实现换挡功能。

此外，还包括第一传动轴12、套设在第一传动轴12外的第二传动轴13，第一传动轴12与第二传动轴13之间通过可分离的键槽配合；还包括固定套设在第一传动轴12上的第一传动齿轮14，所述第一转动件9活动套设在第二传动轴13上，且第一转动件9为齿轮；第一传动齿轮14、第一转动件9均与动力输出齿轮11相匹配。本实施例中，第一传动轴12的具体结构如图4所示，第二传动轴13的具体结构如图5所示。

如图1与图3所示，所述第二转动件10为活动穿过第二转动架4的锥齿轮，第二转动件10的相对两端分别啮合第一传动锥齿轮15、第二传动锥齿轮16；还包括固定套设在第一传动轴12外的第二传动齿轮17、固定套设在第二传动轴13外的第三传动齿轮18；所述第二传动齿轮17与第一传动锥齿轮15联动，所述第三传动齿轮18与第二传动锥齿轮16联动。

还包括固定套设在第一传动轴12外的第三传动锥齿轮19、固定套设在第二传动轴13外的第四传动锥齿轮20、啮合在第三传动锥齿轮19与第四传动锥齿轮20之间的第五传动锥齿轮21，所述第三传动锥齿轮19与第四传动锥齿轮20相互正对，所述第五传动锥齿轮21转动连接在转换箱1内。

还包括连接在动力输出齿轮11上的挡片22，所述挡片22与第一传动齿轮14的端面沿轴向方向局部重叠；还包括连接在第一传动齿轮14与转换箱1之间的弹性件23，所述弹性件23与所述挡片22分别位于第一传动齿轮14的两侧。

本实施例中，第二传动齿轮17与第一传动锥齿轮15之间、第三传动齿轮18与第二传动锥齿轮16之间，均通过如图3所示的齿轮组实现联动，并且该齿轮组局部内置于第一转动架3内部。

本实施例中，动力输出齿轮11共两个、分别位于移动平台6的相对两侧；其中一个用于与第一转动件9配合、另一个用于与第一传动齿轮14配合，以减小换挡所需的行程距离，有利于使设备更加紧凑。同时，挡片22位于与第一传动齿轮14相配合的一个动力输出齿轮11上。

本实施例中，第一传动轴12穿过在第二传动轴13与第二传动齿轮17相连。

本实施例工作过程中：

当第一驱动装置2位于行走档位时：第二驱动装置7驱动移动平台6向图3中的左侧移动，直至位于左侧的动力输出齿轮11恰与第一传动齿轮14啮合，此时第一传动轴12与第二传动轴13之间未形成键配合、因此第一传动轴12与第二传动轴13可各自独立转动；此状态下，第一驱动装置2的输出动力会使得第一传动轴12与第二传动轴13反向转动，进而使得第一传动锥齿轮15与第二传动锥齿轮16反向转动，第二转动件10绕自身轴线原地转动、带动行走动力轴5转动，向下游的行走机构输出动力。

当第一驱动装置2位于轴向调节档位时：第二驱动装置7驱动移动平台6向图3中的右侧移动，直至位于右侧的动力输出齿轮11与第一转动件啮合，此时第一传动轴12与第二传动轴13之间未形成键配合，直接由第一转动件带动第一转动架3相对于转换箱1转动。

当第一驱动装置2位于径向调节档位时：第二驱动装置7驱动移动平台6向图3中的左侧移动，并且在位于左侧的动力输出齿轮11与第一传动齿轮14啮合后、继续驱动移动平台6向左移动，由挡片22推动第一传动齿轮14与第一传动轴12同步向左移动，直至第一传动轴12与第二传动轴13之间达到键配合的位置，此时动力输出齿轮11与第一传动齿轮14依旧保持啮合、第一传动轴12与第二传动轴13键槽配合，所以第一传动轴12与第二传动轴13同步且同向转动，进而使得第一传动锥齿轮15与第二传动锥齿轮16同向转动，第二转动件10只能够绕第一传动锥齿轮15和第二传动锥齿轮16的轴线整体滚动，由于第一传动锥齿轮15和第二传动锥齿轮16的轴线沿管道径向方向，所以即可带动第二转动架4绕管道径向做转动。

本实施例在常态时以行走档位进行工作，可由管道机器人携带所需工作部件进入油气管道。在需要调整方向时，首先切换到轴向调节档位，使第一转动架3、第二转动架4以及行走机构共同沿管道轴线转动，直至将第一传动锥齿轮15和第二传动锥齿轮16的轴线转动至平行于需要进入的下游管道端面；之后切换到径向调节档位，使第二转动架4以及行走机构共同转动，直至行走机构的前进方向调整至所需方向；再重新切换回行走档位，即可完成在各种弯角、以及各种朝向的管道内的灵活行走。

实施例2：

一种全角度转向调节的管道机器人，如图3与图7所示，还包括固定套设在所述行走动力轴5外的第六传动锥齿轮24、沿周向环形均布且与第六传动锥齿轮24啮合的若干个第七传动锥齿轮25；第七传动锥齿轮25与行走机构一一对应。所述行走机构至少三组。

如图7与图8所示，所述行走机构包括两组沿管道轴向分布的滚轮26；还包括与所述第七传动锥齿轮25同轴转动的第八传动锥齿轮27、与第八传动锥齿轮27相啮合的第九传动锥齿轮28、与第九传动锥齿轮28同轴的第三传动轴29、固定套设在第三传动轴29上的第十传动锥齿轮30；还包括固定连接在第九传动锥齿轮28上的两个连接臂31，两个连接臂31上均转动连接第十一传动锥齿轮32，且所述第十一传动锥齿轮32与第十传动锥齿轮30啮合；还包括啮合在两个第十一传动锥齿轮32之间的第十二传动锥齿轮33、与第十二传动锥齿轮33同轴且固定连接的第四传动轴34；所述第三传动轴29、第四传动轴34分别与行走机构中的两个滚轮26之间通过蜗轮蜗杆配合。

所述第七传动锥齿轮25上固定连接伸缩杆35，所述伸缩杆35的伸缩端固定连接支架36，所述支架36上设置滑动柱37；还包括变径盘38、用于驱动所述变径盘38转动的第三驱动装置39，所述变径盘38表面设置螺旋滑槽40，所述滑动柱37滑动配合在螺旋滑槽40内。

在更为优选的实施方式中，所述伸缩杆35包括大径杆、滑动插设在大径杆内的小径杆，且小径杆与大径杆之间键配合，以保证大径杆和小径杆的同步同向转动。

实施例3：

一种全角度转向调节的管道机器人，在实施例1或2的基础上，本实施例中共两个第六传动锥齿轮24，且两个第六传动锥齿轮24沿管道机器人行走的前后方向分布，两个第六传动锥齿轮24下游所连接的行走机构的结构完全相同。

本实施例中，其中一个第六传动锥齿轮24通过实施例1或2所记载的连接方式与行走动力轴5相连，另一个第六传动锥齿轮24固定套设在第五传动轴41外。

其中，第五传动轴41如图6所示，其套设在第一传动轴12上远离第二传动轴13所在方向的一端，且第五传动轴41与第一传动轴12之间同样通过可分离的键槽配合。

当第一驱动装置2位于行走档位时：第五传动轴41与第一传动轴12之间处于键配合状态，第五传动轴41随第一传动轴12同步转动，进而驱动两侧的第六传动锥齿轮24转动；

当第一驱动装置2位于轴向调节档位和径向调节档位时：第五传动轴41与第一传动轴12之间均未形成键配合、即两者处于脱离状态，第五传动轴41不随第一传动轴12运动，以保证本申请的管道机器人在转向调整时的稳定性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体，意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以是经由其他部件间接相连。

Claims (9)

1.一种全角度转向调节的管道机器人，包括行走机构、用于向所述行走机构提供动力的行走动力轴（5），其特征在于，还包括转换箱（1）、位于转换箱（1）内的第一驱动装置（2）、与所述转换箱（1）转动连接的第一转动架（3）、与所述第一转动架（3）转动连接的第二转动架（4），所述行走动力轴（5）活动穿过第二转动架（4）；

还包括用于驱动第一转动架（3）绕管道轴向相对于转换箱（1）转动的第一转动件（9），以及用于驱动第二转动架（4）绕管道径向相对于第一转动架（3）转动的第二转动件（10）；

所述第一驱动装置（2）择一向行走动力轴（5）、第一转动件（9）、第二转动件（10）输出动力；

还包括位于所述转换箱（1）内的换挡机构，所述换挡机构用于驱动第一驱动装置（2）在行走档位、轴向调节档位、径向调节档位之间切换；

当所述第一驱动装置（2）位于行走档位时，第一驱动装置（2）向行走动力轴（5）输出动力、使行走动力轴（5）转动；

当所述第一驱动装置（2）位于轴向调节档位时，第一驱动装置（2）向第一转动件（9）输出动力、使第一转动件（9）转动；

当所述第一驱动装置（2）位于径向调节档位时，第一驱动装置（2）向第二转动件（10）输出动力、使第二转动件（10）转动。

2.根据权利要求1所述的一种全角度转向调节的管道机器人，其特征在于，所述换挡机构包括移动平台（6）、用于驱动所述移动平台（6）在行走档位、轴向调节档位、径向调节档位之间切换的第二驱动装置（7），所述第一驱动装置（2）与移动平台（6）固定连接，第一驱动装置（2）的输出端连接主动齿轮（8）；还包括与所述主动齿轮（8）啮合的动力输出齿轮（11），所述动力输出齿轮（11）与移动平台（6）固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种全角度转向调节的管道机器人，其特征在于，还包括第一传动轴（12）、套设在第一传动轴（12）外的第二传动轴（13），所述第一传动轴（12）与第二传动轴（13）之间通过可分离的键槽配合；还包括固定套设在第一传动轴（12）上的第一传动齿轮（14），所述第一转动件（9）活动套设在第二传动轴（13）上，且第一转动件（9）为齿轮；第一传动齿轮（14）、第一转动件（9）均与动力输出齿轮（11）相匹配。

4.根据权利要求3所述的一种全角度转向调节的管道机器人，其特征在于，

所述第二转动件（10）为活动穿过第二转动架（4）的锥齿轮，第二转动件（10）的相对两端分别啮合第一传动锥齿轮（15）、第二传动锥齿轮（16）；

还包括固定套设在第一传动轴（12）外的第二传动齿轮（17）、固定套设在第二传动轴（13）外的第三传动齿轮（18）；所述第二传动齿轮（17）与第一传动锥齿轮（15）联动，所述第三传动齿轮（18）与第二传动锥齿轮（16）联动。

5.根据权利要求4所述的一种全角度转向调节的管道机器人，其特征在于，还包括固定套设在第一传动轴（12）外的第三传动锥齿轮（19）、固定套设在第二传动轴（13）外的第四传动锥齿轮（20）、啮合在第三传动锥齿轮（19）与第四传动锥齿轮（20）之间的第五传动锥齿轮（21），所述第三传动锥齿轮（19）与第四传动锥齿轮（20）相互正对，所述第五传动锥齿轮（21）转动连接在转换箱（1）内。

6.根据权利要求4所述的一种全角度转向调节的管道机器人，其特征在于，还包括连接在动力输出齿轮（11）上的挡片（22），所述挡片（22）与第一传动齿轮（14）的端面沿轴向方向局部重叠；还包括连接在第一传动齿轮（14）与转换箱（1）之间的弹性件（23），所述弹性件（23）与所述挡片（22）分别位于第一传动齿轮（14）的两侧。

7.根据权利要求1所述的一种全角度转向调节的管道机器人，其特征在于，还包括固定套设在所述行走动力轴（5）外的第六传动锥齿轮（24）、沿周向环形均布且与第六传动锥齿轮（24）啮合的N个第七传动锥齿轮（25）；所述行走机构共N个，第七传动锥齿轮（25）与行走机构一一对应；其中N≥3。

8.根据权利要求7所述的一种全角度转向调节的管道机器人，其特征在于，所述行走机构包括两组沿管道轴向分布的滚轮（26）；还包括与所述第七传动锥齿轮（25）同轴转动的第八传动锥齿轮（27）、与第八传动锥齿轮（27）相啮合的第九传动锥齿轮（28）、与第九传动锥齿轮（28）同轴的第三传动轴（29）、固定套设在第三传动轴（29）上的第十传动锥齿轮（30）；还包括固定连接在第九传动锥齿轮（28）上的两个连接臂（31），两个连接臂（31）上均转动连接第十一传动锥齿轮（32），且所述第十一传动锥齿轮（32）与第十传动锥齿轮（30）啮合；还包括啮合在两个第十一传动锥齿轮（32）之间的第十二传动锥齿轮（33）、与第十二传动锥齿轮（33）同轴且固定连接的第四传动轴（34）；所述第三传动轴（29）、第四传动轴（34）分别与行走机构中的两个滚轮（26）之间通过蜗轮蜗杆配合。

9.根据权利要求7所述的一种全角度转向调节的管道机器人，其特征在于，所述第七传动锥齿轮（25）上固定连接伸缩杆（35），所述伸缩杆（35）的伸缩端固定连接支架（36），所述支架（36）上设置滑动柱（37）；还包括变径盘（38）、用于驱动所述变径盘（38）转动的第三驱动装置（39），所述变径盘（38）表面设置螺旋滑槽（40），所述滑动柱（37）滑动配合在螺旋滑槽（40）内。