CN101117138A - 螺旋驱动的圆管道机器人 - Google Patents

Abstract

一种螺旋驱动的圆管道机器人，其直流电机轴上安装有驱动轮架，驱动轮架的三条支臂端部分别与沿机体长度方向的驱动轮杆中部铰接，驱动轮杆后端安装有驱动轮，驱动轮的回转轴线与机体轴线的夹角为3～30度。机体中部或前部安装有导向轮架，导向轮架的三条支臂的端部分别与沿机体长度方向的导向轮杆中部铰接，导向轮杆两端安装有导向轮，导向轮的回转轴线与机体轴线垂直。驱动轮架的三条驱动轮杆后部及导向轮架的三条导向轮杆前部或后部由弹性元件相互连接在一起，或者均由弹性元件与机体相连。该种机器人结构可靠，使用寿命长，机器人运行平稳，不易发生偏移或侧翻；可在不同半径的圆管道中运行；结构简单，加工制作方便，成本低。

Description

螺旋驱动的圆管道机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种在圆管道中行走的机器人。

背景技术

工业领域、民用领域等都有大量的管道工程，在管道的安装及使用过程中需要对管道内部进行清洁，某些管道只能采用管道机器人进行清洁和排障。但目前大多数的管道机器人都是针对于方型管道而设计的，比如中央空调系统的专用管道机器人。也有少数的针对圆管道的圆管道机器人，但其存在结构复杂，工作效率低等缺点。如申请号为01128568.0的弹簧蠕行管道机器人，它是利用两个驱动体的配合而工作。当一个驱动体1停止并紧贴管壁，另一个驱动体2前行，两个驱动体交替动作，使机器人向前蠕动。该种机器人难于加工制造，主动力明显不足，材料受到限制，适应性、可靠性差等方面。另外一种是哈尔滨工业大学研制的申请号为94215952.7的螺旋驱动式管内机器人行走机构，其工作原理是：平行四边形结构的弹力架相对的两端安装驱动轮，驱动轮与管道母线成接近垂直的夹角，平行四边形弹力架的另外两端连有弹簧，通过该弹簧的回复拉力，将弹力架上的两驱动轮封压在管道内壁上。电机带动弹力架及驱动轮沿管壁作螺旋线运动，产生轴向推动力，使机器人向前直行。其存在的问题是：机器人的重力主要由下方的驱动轮及导向轮承受，而承力的驱动轮在作螺旋运动，且导向轮通常不会准确地位于机器人的正下方，从而使平行四边形弹力架及其驱动轮的受力的大小及相对方向均随时变化，弹力架及整个机器人的稳定性差，行走不平稳，弹力架容易损坏。弹簧的结构设计适用性差：弹力小则无法将驱动轮封压在管道壁上，也无法承受机器人的重力，因此需要较大的弹力；但如弹力大又容易使驱动轮与管壁间的摩擦力过大，以至难以前进。并且由于驱动轮的位置及管壁直径的变化，管道弹簧所需承受的力也发生变化，因此弹簧的弹力范围极难设计，使该机器人在单个个体条件下适用范围小，功能较弱，稳定性差。

发明内容

本发明的目的就是提供一种螺旋驱动的圆管道机器人，该种机器人结构可靠，使用寿命长，运行平稳，不易发生偏移或侧翻；变径范围大，适用于在多种规格的圆管道中运行；结构简单，加工制作方便，成本低。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：一种螺旋驱动的圆管道机器人，包括安装在机体后部的直流电机，其结构特点是：

直流电机轴上安装有驱动轮架，驱动轮架设有三条支臂，三条支臂的端部分别与机体长度方向的驱动轮杆的中部铰接，驱动轮杆的后端安装有驱动轮，驱动轮的回转轴线与机体轴线的夹角为3～30度；

机体的中部或前部还固定安装有导向轮架，导向轮架设有三条支臂，三条支臂的端部分别与机体长度方向的导向轮杆的中部铰接，导向轮杆的两端安装有导向轮，导向轮的回转轴线与机体轴线垂直；

驱动轮架上的三条驱动轮杆的后部由弹性元件相互连接在一起，或者均由弹性元件与机体相连；导向轮架上的三条导向轮杆前部或后部由弹性元件相互连接在一起，或者均由弹性元件与机体相连。

本发明的具体工作过程和工作原理是：

导向驱动轮杆前部及导向轮杆的前部或后部通过弹性元件相互连接在一起，或者均由弹性元件与机体相连。这样，在弹性元件的弹力作用下，驱动轮和导向轮杆上纵向的导向轮向外扩伸，而封压在圆管道的管壁上。工作时，直流电机轴带动驱动轮架旋转，由于驱动轮的回转轴线与机体轴线即管道母线呈3～30度角，从而驱动轮将在管道壁上形成螺旋前进的螺旋轨迹，产生向前的驱动力，由于导向轮的回转轴线与管道母线垂直，也即导向轮的转动前进方向与管道母线方向一致，导向轮将在驱动力的作用下，沿管道母线向前转动，最终使得机器人在管道内沿母线方向前进。由于导向轮的滚动方向与管道母线方向一致，不能产生横向的滚动，也即导向轮与管道壁的摩擦力将阻止整个机器人沿管道轴向旋转。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

一、驱动轮架和导向轮架的三条支臂上分别与驱动轮杆及导向轮杆铰接，驱动轮杆和导向轮杆上再安装驱动轮和导向轮，在弹性元件的作用下，三个驱动轮和导向轮均与管道壁接触，这样能保证整个机器人的重量主要由两个驱动轮或导向轮承担，而驱动的动力由均匀分配的三个驱动轮产生，这种三维对称设计，确保整个机器人受力均衡，结构可靠，使用寿命长，机器人运行平稳，不易发生偏移或侧翻。

二、驱动轮杆和导向轮杆的后部由弹性元件相互连接在一起，或者均由弹性元件)与机体相连。在弹性元件的作用下，驱动轮杆和导向轮杆形成了以铰接点为支点的杠杆式变径，既能适应较大范围内的管径变化，也能够在弯道中自动转弯前行。实验验证本发明的机器人可在管径变化范围达到二倍。

上述的导向轮架为二个或二个以上。多个导向轮架可以提高机器人的稳定性，使机器人的运行更加平稳。

上述的机体由两节以上构成，各节之间通过弹性元件连接，驱动轮架安装有机体后部的节上，而导向轮架安装在机体的其它节上。这样，便于机器人顺利通过小曲率半径的急弯道。

下面结合附图和具体的实例方式对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的实施例的整体结构示意图。

具体实施方式

实施例

图1示出，本发明的一种具体实施方式为：一种螺旋驱动的圆管道机器人，包括安装在机体15后部的直流电机1。直流电机1轴上安装有驱动轮架2，驱动轮架2设有三条支臂，三条支臂的端部分别与机体长度方向的驱动轮杆3的中部铰接，驱动轮杆3的后端安装有驱动轮4，驱动轮4的回转轴线与机体15轴线的夹角θ为3～30度。

机体15的中部或前部还固定安装有导向轮架12，导向轮架12设有三条支臂，三条支臂的端部分别与机体长度方向的导向轮杆10的中部铰接，导向轮杆10的两端安装有导向轮6，导向轮6的回转轴线与机体15轴线垂直。

驱动轮架2上的三条驱动轮杆3的后部由弹性元件13相互连接在一起，或者均由弹性元件13与机体15相连；导向轮架12上的三条导向轮杆10前部或后部由弹性元件13相互连接在一起，或者均由弹性元件13与机体15相连。图1中，导向轮架12为二个。

机体15由两节以上构成，各节之间通过弹性元件连接，驱动轮架2安装有机体15后部的节上，而导向轮架12安装在机体15的其它节上。

Claims (3)

1.一种螺旋驱动的圆管道机器人，包括安装在机体(15)后部的直流电机(1)，其特征在于：

所述的直流电机(1)轴上安装有驱动轮架(2)，驱动轮架(2)设有三条支臂，三条支臂的端部分别与机体长度方向的驱动轮杆(3)的中部铰接，驱动轮杆(3)的后端安装有驱动轮(4)，驱动轮(4)的回转轴线与机体(15)轴线的夹角(θ)为3～30度；

机体(15)的中部或前部还固定安装有导向轮架(12)，导向轮架(12)设有三条支臂，三条支臂的端部分别与机体长度方向的导向轮杆(10)的中部铰接，导向轮杆(10)的两端安装有导向轮(6)，导向轮(6)的回转轴线与机体(15)轴线垂直；

驱动轮架(2)上的三条驱动轮杆(3)的后部由弹性元件(13)相互连接在一起，或者均由弹性元件(13)与机体(15)相连；导向轮架(12)上的三条导向轮杆(10)前部或后部由弹性元件(13)相互连接在一起，或者均由弹性元件(13)与机体(15)相连。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋驱动的圆管道机器人，其特征在于：所述的导向轮架(12)为二个或二个以上。

3.根据权利要求1所述的一种螺旋驱动的圆管道机器人，其特征在于：所述的机体(15)由两节以上构成，各节之间通过弹性元件连接，驱动轮架(2)安装有机体(15)后部的节上，而导向轮架(12)安装在机体(15)的其它节上。

Images