CN201566717U

CN201566717U - 步行式管道机器人

Info

Publication number: CN201566717U
Application number: CN2009203517207U
Authority: CN
Inventors: 王挺; 姚辰; 李小凡; 王�忠; 罗宇; 智迪; 徐梁; 刘敏杰
Original assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Current assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2019-12-30

Abstract

本实用新型属于特种机器人领域，具体地说是一种用于管道探测检修的步行式管道机器人，由两组结构相同、对称设置的组件组成，两组件之间通过转向机构相连接；每组组件均由结构相同的三个剪叉机构组成，三个剪叉机构的一端分别连接在第二支撑架上、通过齿轮与电机输出轴上的齿轮啮合传动、实现剪叉机构的伸缩，其中作为支撑臂的两个剪叉机构的另一端分别设有支撑垫，第三个剪叉机构的另一端与转向机构相连接；在管道机器人的前端安装有摄像机。本实用新型通过控制各剪叉机构的伸缩、转向，同时对多种管道环境具有适应能力，适应能力强；适合于管道直径发生变化的管道环境中应用，应用范围广；还具有越障能力，能够克服管道内不同形式的障碍。

Description

步行式管道机器人

技术领域

本实用新型属于特种机器人领域，具体地说是一种用于管道探测检修的步行式管道机器人。

背景技术

管道机器人是特种机器人领域中的一种重要设备。随着经济和社会建设的发展，城市中出现了越来越多的各种管道，如煤气管道、污水管道、空调管道等，这些管道的正常运转对维持广大人民群众的日常生活及城市的正常运转具有重要意义。由于管道结构的特殊性，出现管道老化或损坏现象后很难检测或维修；一些重要的管道，如煤气管道，一旦出现裂缝将造成极大的安全隐患。

目前，管道机器人是唯一能够解决上述问题的可行手段。已经出现的管道机器人主要的结构形式多是履带式或轮式的，这些管道机器人虽然能够较好地适应水平直管的环境，但对于立管和弯管等管道则往往无能为力；同时也无法适应管道直径出现较大变化的环境。因此，现有管道机器人的使用范围受到了较大限制。研制对各种管道都具有较强适应能力的管道机器人对于提高管道机器人的作业能力、作业范围及管道机器人的市场价值具有重要意义。

实用新型内容

为了解决上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种步行式管道机器人。该步行式管道机器人适应能力强，应用范围广，具有越障能力。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型由两组结构相同、对称设置的组件组成，两组件之间通过转向机构相连接；每组组件均由结构相同的三个剪叉机构组成，三个剪叉机构的一端分别连接在第二支撑架上、通过齿轮与电机输出轴上的齿轮啮合传动、实现剪叉机构的伸缩，其中作为支撑臂的两个剪叉机构的另一端分别设有支撑垫，第三个剪叉机构的另一端与转向机构相连接；在管道机器人的前端安装有摄像机。

其中：所述第二支撑架上安装有三个电机，每个电机的输出轴上分别连接有第一齿轮；所述三个剪叉机构的一端分别设有第二、三齿轮，并通过齿轮轴安装在第二支撑架上，第一齿轮与第二齿轮相啮合，第二齿轮与第三齿轮相啮合；三个剪叉机构呈“T”形设置，作为支撑臂的两个剪叉机构共线、与管道接触的端部设有支撑垫，与转向机构相连的第三个剪叉机构与所述两个剪叉机构相垂直；每个剪叉机构均为两个上下设置、结构相同的部分组成的双排式剪叉机构，该双排式剪叉机构的上下部分通过连接轴相连；所述转向机构包括转向电机、第一支撑架及第一～三转向齿轮，其中转向电机安装在第一支撑架上，转向电机的输出轴上连接有第一转向齿轮，所述第二、三转向齿轮分别通过齿轮轴安装在第一支撑架上，第一转向齿轮与第二转向齿轮相啮合，第二转向齿轮与第三转向齿轮相啮合；所述两个组件中的第三个剪叉机构的另一端通过连接轴与第二转向齿轮或第三转向齿轮相连。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型通过控制各剪叉机构的伸缩、转向，同时对多种管道环境具有适应能力，如直管、弯管、立管等，适应能力强。

2.本实用新型适合于管道直径发生变化的管道环境中应用，应用范围广。

3.本实用新型通过各剪叉机构的伸缩、转向还具有越障能力，能够克服管道内不同形式的障碍。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为本实用新型在平管中的移动步态示意图；

图4为本实用新型在弯管中的移动步态示意图；

其中：1为转向电机，2为第一支撑架，3为第一转向齿轮，4为第二转向齿轮，5为第三转向齿轮，6为齿轮轴，7为连接轴，8为第二支撑架，9为第一齿轮，10为第二齿轮，11为第三齿轮，12为电机，13为支撑垫，14为摄像机，A为第一剪叉机构，B为第二剪叉机构，C为第三剪叉机构，D为第四剪叉机构，E为第五剪叉机构，F为第六剪叉机构。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1、图2所示，本实用新型由两组结构相同、对称设置的组件组成，两组件之间通过转向机构相连接；每组组件均由结构相同的三个剪叉机构组成，即第一～六剪叉机构A～F，其中第一、二、三剪叉机构A、B、C为一组，第四、五、六剪叉机构D、E、F为一组。第一剪叉机构A的一端分别设有第二、三齿轮10、11，第二、三齿轮10、11通过各自的齿轮轴6安装在第二支撑架8上，齿轮轴6的两端通过轴承安装在第二支撑架上；第二支撑架8上设有电机12，电机12的输出轴上键连接有第一齿轮9，第一齿轮9与第二齿轮10相啮合，第二齿轮10与第三齿轮11相啮合；第一剪叉机构A的另一端设有支撑垫13。第二剪叉机构B的一端分别设有第二、三齿轮10、11，第二、三齿轮10、11通过各自的齿轮轴6安装在第二支撑架8上，齿轮轴6的两端通过轴承安装在第二支撑架上；第二支撑架8上设有电机12，电机12的输出轴上键连接有第一齿轮9，第一齿轮9与第二齿轮10相啮合，第二齿轮10与第三齿轮11相啮合；第二剪叉机构B的另一端设有支撑垫13。第三剪叉机构C的一端分别设有第二、三齿轮10、11，第二、三齿轮10、11通过各自的齿轮轴6安装在第二支撑架8上，齿轮轴6的两端通过轴承安装在第二支撑架上；第二支撑架8上设有电机12，电机12的输出轴上键连接有第一齿轮9，第一齿轮9与第二齿轮10相啮合，第二齿轮10与第三齿轮11相啮合。转向机构包括转向电机1、第一支撑架2及第一～三转向齿轮3～5，其中转向电机1安装在第一支撑架2上，转向电机1的输出轴上键连接有第一转向齿轮3，所述第二、三转向齿轮4、5分别通过各自的齿轮轴6安装在第一支撑架2上，齿轮轴6的两端通过轴承安装在第一支撑架上；第一转向齿轮3与第二转向齿轮4相啮合，第二转向齿轮4与第三转向齿轮5相啮合；第三剪叉机构C的另一端通过连接轴7与第二转向齿轮4相连。

第五剪叉机构E的结构及连接方式与第一剪叉机构A相同，第六剪叉机构F的结构及连接方式与第二剪叉机构B相同，第四剪叉机构D的结构及连接方式与第三剪叉机构C相似，区别在于第四剪叉机构D的另一端是通过连接轴7与第三转向齿轮5相连的。在管道机器人的前端安装有摄像机14，用于观察管道内的环境和管道自身状况。

本实用新型的第一～三剪叉机构A～C呈“T”形设置，第一、二剪叉机构A、B共线、作为支撑臂在电机的驱动下可伸缩；与转向机构相连的第三剪叉机构C与第一、二剪叉机构A、B相垂直。第四～六剪叉机构D～F呈“T”形设置，第五、六剪叉机构E、F共线、作为支撑臂在电机的驱动下可伸缩；与转向机构相连的第四剪叉机构D与第五、六剪叉机构E、F相垂直。第一～六剪叉机构A～F均为两个上下设置、结构相同的部分组成的双排式剪叉机构，该双排式剪叉机构的上下部分通过连接轴7相连。

本实用新型的工作原理为：

如图3所示，管道机器人在平管中的移动步态为：

(1)与第一、二剪叉机构A、B对应的电机12工作，驱动第一齿轮9转动，通过第一、二、三齿轮9、10、11的依次啮合传动，分别驱动第一、二剪叉机构A、B收缩；

(2)与第三、四剪叉机构C、D对应的电机12工作，驱动第一齿轮9转动，通过第一、二、三齿轮9、10、11的依次啮合传动，分别驱动第三、四剪叉机构C、D伸展；

(3)与第一、二剪叉机构A、B对应的电机12反向工作，驱动第一齿轮9反向转动，通过第一、二、三齿轮9、10、11的依次啮合传动，分别驱动第一、二剪叉机构A、B伸展，直至第一、二剪叉机构A、B上的支撑垫13抵接在管道内壁；

(4)与第五、六剪叉机构E、F对应的电机12工作，驱动第一齿轮9转动，通过第一、二、三齿轮9、10、11的依次啮合传动，分别驱动第五、六剪叉机构E、F收缩；

(5)与第三、四剪叉机构C、D对应的电机12反向工作，驱动第一齿轮9反向转动，通过第一、二、三齿轮9、10、11的依次啮合传动，分别驱动第三、四剪叉机构C、D收缩；

(6)与第五、六剪叉机构E、F对应的电机12反向工作，驱动第一齿轮9反向转动，通过第一、二、三齿轮9、10、11的依次啮合传动，分别驱动第五、六剪叉机构E、F伸展，直至第五、六剪叉机构E、F上的支撑垫13抵接在管道内壁，管道机器人即完成一个行程周期的运动过程；管道机器人按上述操作，即可在平管中实现行走。

如图4所示，管道机器人在弯管中的移动步态为：

管道机器人在弯管中需要转向时，在上述步骤(1)后，转向电机1工作，驱动第一转向齿轮3转动，通过第一、二、三转向齿轮3、4、5的依次啮合传动，分别驱动第三、四剪叉机构C、D呈弯曲状态，进而使第一、二剪叉机构A、B收缩、转向，转向后按上述步骤使第一、二剪叉机构A、B上的支撑垫13抵接在管道内壁；然后，转向电机1反向工作，驱动第一转向齿轮3反向转动，通过第一、二、三转向齿轮3、4、5的依次啮合传动，使第五、六剪叉机构E、F收缩、转向；再按照上述步骤操作，使管道机器人经过管道内的转弯处。管道机器人的旋转角度可根据管道内的弯曲角度的变化情况进行调整。

Claims

1.一种步行式管道机器人，其特征在于：由两组结构相同、对称设置的组件组成，两组件之间通过转向机构相连接；每组组件均由结构相同的三个剪叉机构组成，三个剪叉机构的一端分别连接在第二支撑架(8)上、通过齿轮与电机输出轴上的齿轮啮合传动、实现剪叉机构的伸缩，其中作为支撑臂的两个剪叉机构的另一端分别设有支撑垫(13)，第三个剪叉机构的另一端与转向机构相连接；在管道机器人的前端安装有摄像机(14)。

2.按权利要求1所述的步行式管道机器人，其特征在于：所述第二支撑架(8)上安装有三个电机(12)，每个电机(12)的输出轴上分别连接有第一齿轮(9)；所述三个剪叉机构的一端分别设有第二、三齿轮(10、11)，并通过齿轮轴安装在第二支撑架(8)上，第一齿轮(9)与第二齿轮(10)相啮合，第二齿轮(10)与第三齿轮(11)相啮合。

3.按权利要求2所述的步行式管道机器人，其特征在于：所述三个剪叉机构呈“T”形设置，作为支撑臂的两个剪叉机构共线、与管道接触的端部设有支撑垫(13)，与转向机构相连的第三个剪叉机构与所述两个剪叉机构相垂直。

4.按权利要求2所述的步行式管道机器人，其特征在于：每个剪叉机构均为两个上下设置、结构相同的部分组成的双排式剪叉机构，该双排式剪叉机构的上下部分通过连接轴(7)相连。

5.按权利要求1所述的步行式管道机器人，其特征在于：所述转向机构包括转向电机(1)、第一支撑架(2)及第一～三转向齿轮(3～5)，其中转向电机(1)安装在第一支撑架(2)上，转向电机(1)的输出轴上连接有第一转向齿轮(3)，所述第二、三转向齿轮(4、5)分别通过齿轮轴(6)安装在第一支撑架(2)上，第一转向齿轮(3)与第二转向齿轮(4)相啮合，第二转向齿轮(4)与第三转向齿轮(5)相啮合；所述两个组件中的第三个剪叉机构的另一端通过连接轴(7)与第二转向齿轮(4)或第三转向齿轮(5)相连。