CN1817578A - 可变径管内移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可变径管内移动机器人。它包括电机、机架和行走机构，所述的行走机构是由一根电机输出轴联接的蜗杆，径周向均布安装在机架上的三组行量齿轮传动机构，连接行走轮所构成。在直径不同的管道中，其行星齿轮传动机构中的行星轮会发生摆动，从而机器人能自适应地改变自身径向尺寸，以适应管道直径变化。

Description

可变径管内移动机器人

技术领域

本发明涉及一种管内移动机器人，特别是一种径向尺寸可变，能自动适应不同管径管道或管径在一定范围内连续变化管道的管内移动机器人。

背景技术

日常生活中存在各种各样不同功能、不同尺寸的管道，如自来水管道、煤气管道、地下通讯线缆管道、核工业管道等等。这些管道在投入使用前需要进行检测，以确保内部没有缺陷。在使用中也需要经常对管道内壁进行检查，从而能及时发现管道内壁发生的破坏，便于对管道进行维护。

现有的管道检查方法通常是随机截取管道的一段进行抽样检查，比如对楼房自来水管道的检查即采用这种方法。对于重要管道，如核工业管道，则是由管道机器人进入管道内部，进行全程检查。前一种方法显然是破坏性的，而后一种方法则需针对所检测的管道专门设计管道机器人。

目前的管道机器人比如利用轮实现机器人本体向前后运动的Heli-Pipe管道机器人(A simple architecture for in-pipe inspection robots，Int.Colloquium on Mobile andAutonomous Systems，10 Years of the Fraunhofer IFF，Magdeburd，June 25-26，2002)和利用压电陶瓷驱动的细小管道机器人(压电陶瓷驱动微小机器人移动机构性能实验研究，《机械与电子》，1998年04期)等，都是为特定直径的管道专门设计的。管道直径发生变化了，就必须重新设计制造，因而增加了成本。此外这种管道机器人也不能在管径在一定范围内连续变化的管道内实施作业。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种径向尺寸可变的管内移动机器人，当管径发生变化时，管道机器人的径向尺寸也作出相应改变，以适应管径变化的要求。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种可变径管内移动机器人，包括电机、机架和行走机构，其特征在于所述的行走机构是由一根电机输出轴联接的蜗杆，径周向均布安装在机架上的三组行星齿轮传动机构，连接行走轮所构成。

上述的三组行星齿轮传动机构的结构是：每组行星齿轮传动机构的太阳轮与所述的蜗杆啮合，太阳轮转轴安装在机架上，每两个行星轮与太阳轮啮合，两根行星轮转轴安装在两根L型连杆上，两根L型连杆位于太阳轮和行星轮的两侧，而其转折处与太阳轮轴转动配合。

上述的行走轮共有12只，分别安装在所述的三组行星齿轮传动机构中的每组两根行星轮转轴的两端。

上述的机架上有周向均布的三个窗口，每个窗口安装一个所述的行星齿轮传动机构，而使两个行星轮轴心连线在与机架中心线平行时出机架的外径。

上述的太阳轮为斜齿轮与所述的蜗杆啮合，所述的行星轮亦为斜齿轮。

上述的三组行星齿轮传动机构尺寸大小相同，所述的12只行走轮尺寸大小相同。

上述的电机为直流电机，通过端面螺钉固定在一个电机座上，电机座与机架套接并通过紧定螺钉固定连接，电机的输出轴与所述的蜗杆套接，并由紧定螺钉固定连接，所述的蜗杆的两端通过轴承支承于机架的内腔中。

上述的电机的后端套接并由紧定螺钉固定连接一个尾架，尾架下面安装一根辅助行走转轴，在此辅助行走转轴的两端各安装一个辅助行走轮。

上述的可变径管内移动机器人处在运动零位时，每组行星齿轮传动机构连接的四个行走轮位于同一平面内，该平面与整个结构的中轴线平行。此时移动机器人的径向尺寸最小，该尺寸对应着本管内移动机器人所能通过的最小管道直径。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点的显著优点：在本发明中，采用三组行星齿轮传动机构连接行走轮，使行走轮摆动，从而实现管内移动机器人可变径，以适应被测管径的变化。本发明还将传统的蜗轮蜗杆传动转变为蜗杆与斜齿轮传动，从而实现由一根蜗杆传动三组行星齿轮传动机构的太阳轮。本发明的结构紧凑、合理，运行操作方便，工作可靠。适用于各种管道尤其是变径管道使用管内移动机器人的检测。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1中A-0-A处剖面图。

图3是图1中一组行星齿轮传动机构及行走轮的立体示意图。

图4是图1示例前进状态立体示意图。

图5是图1示例后退状态立体示意图。

具体实施方式

本发明的一个优选实施例是：参见图1、图2和图3，本可变径管内移动机器人包含有电机1、机架2和行走机构，所述的行走机构是由一根电机1输出轴联接的蜗杆4，径周向均布安装在机架3上的三组行星齿轮传动机构，连接行走轮17所构成。所述的三组行星齿轮传动机构的结构是：每组行星齿轮传动机构的太阳轮6与所述的蜗杆4啮合，太阳轮转轴14安装在机架3上，每两个行星轮7与太阳轮6啮合，两根行星轮转轴15安装在两根L型连杆16上，两根L型连杆16位于太阳轮6和行星轮7的两侧，而其转折处与太阳轮轴(14)转动配合。所述的行走轮17共有12只，分别安装在所述的三组行星齿轮传动机构中的每组两根行星轮转轴15的两端。所述的机架3上有周向均布的三个窗口，每个窗口安装一个所述的行星齿轮传动机构，而使两个行星轮7轴心连线在与机架3中心线平行时出机架3的外径。所述的太阳轮6为斜齿轮与所述的蜗杆4啮合，所述的行星轮亦为斜齿轮。所述的三组行星齿轮传动机构尺寸大小相同，所述的12只行走轮17尺寸大小相同。所述的电机1为直流电机，通过端面螺钉10固定在一个电机座2上，电机座2与机架3套接并通过紧定螺钉9固定连接，电机1的输出轴与所述的蜗杆4套接，并由紧定螺钉8固定连接，所述的蜗杆4的两端通过轴承5支承于机架3的内腔中。所述的电机1的后端套接并由紧定螺钉固定连接一个尾架13，尾架13下面安装一根辅助行走转轴11，在此辅助行走转轴11的两端各安装一个辅助行走轮12。整个尾架部件主要起到辅助支撑作用。

本可变径管内移动机器人的工作原理如下：

(a)前进状态：参见图4，电机1带动蜗杆4正转，驱动太阳轮6绕太阳轮转轴14逆时针转动，同时带动行星轮7绕行星轮转轴15顺时针转动。由于啮合力分力的作用，L型连杆16绕太阳轮转轴14发生逆时针摆动，使得前端的行走轮17稍稍抬起，后端的行走轮下降，直至后端的行走轮17与管壁相接触。

(b)后退状态：参见图5，后退状态与前进状态的工作过程相反。电机1带动蜗杆4反转，驱动太阳轮6绕太阳轮转轴14顺中针转动，行星轮7则逆时针转动。L型连杆16随之绕太阳轮转轴14产生顺时针摆动，后端的行走轮17因此抬起，而前端的行走轮17则下降，直至与管壁相接触。

除非本机器人在其对应的最小管道中工作，所有行走轮都与管壁接触，其它情况下，只有六个行走轮17与管壁接触。前进是是后端的行走轮17，而后退时则是前端的行走轮17与管臂接触并处于行走状态中。无论是前进还是后退，若管道直径发生变化，只要不超过机器人变径的最大或最小径向尺寸，行走机构就能按照上述的工作机理，自动调节L型连杆16摆动的角度，直至适应新的管道直径。在工作过程中，由于三维行星齿轮传动机构所处的状态始终相同，形成力封闭与几何封闭，因此保证了机器人的中线始终与管道中线重合，使得机器人不至被卡死或打滑。

Claims (8)

1.一种可变径管内移动机器人，包括电机(1)、机架(3)和行走机构，其特征在于所述的行走机构是由一根电机(1)输出轴联接的蜗杆(4)，径周向均布安装在机架(3)上的三组行星齿轮传动机构，连接行走轮(17)所构成。

2.根据权利要求1所述的可变径管内移动机器人，其特征在于所述的三组行星齿轮传动机构的结构是：每组行星齿轮传动机构的太阳轮(6)与所述的蜗杆(4)啮合，太阳轮转轴(14)安装在机架(3)上，每两个行星轮(7)与太阳轮(6)啮合，两根行星轮转轴(15)安装在两根L型连杆(16)上，两根L型连杆(16)位于太阳轮(6)和行星轮(7)的两侧，而其转折处与太阳轮轴(14)转动配合。

3.根据权利要求1或2所述的可变径管内移动机器人，其特征在于所述的行走轮(17)共有12只，分别安装在所述的三组行星齿轮传动机构中的每组两根行星轮转轴(15)的两端。

4.根据权利要求1或2所述的可变径管内移动机器人，其特征在于所述的机架(3)上有周向均布的三个窗口，每个窗口安装一个所述的行星齿轮传动机构，而使两个行星轮(7)轴心连线在与机架(3)中心线平行时出机架(3)的外径。

5.根据权利要求2所述的可变径管内移动机器人，其特征在于所述的太阳轮(6)为斜齿轮与所述的蜗杆(4)啮合，所述的行星轮亦为斜齿轮。

6.根据权利要求1或2所述的可变径管内移动机器人，其特征在于所述的三组行星齿轮传动机构尺寸大小相同，所述的12只行走轮(17)尺寸大小相同。

7.根据权利要求1或2所述的可变径管内移动机器人，其特征在于所述的电机(1)为直流电机，通过端面螺钉(10)固定在一个电机座(2)上，电机座(2)与机架(3)套接并通过紧定螺钉(9)固定连接，电机(1)的输出轴与所述的蜗杆(4)套接，并由紧定螺钉(8)固定连接，所述的蜗杆(4)的两端通过轴承(5)支承于机架(3)的内腔中。

8.根据权利要求1所述的可变径管内移动机器人，其特征在于所述的电机(1)的后端套接并由紧定螺钉固定连接一个尾架(13)，尾架(13)下面安装一根辅助行走转轴(11)，在此辅助行走转轴(11)的两端各安装一个辅助行走轮(12)。

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