CN101691128B - 一种管道外行走机器人 - Google Patents

Abstract

一种管道外行走机器人，由动力驱动装置、行走导向装置及其连接弹性元件组合体(11)组成，动力驱动装置由筒形体(1)和筒形驱动主体(4)通过滚动轴承(3)构成一个回转体，而筒形体(1)的内壁上固定安装有一个以上的电机(2)，电机轴与筒形体(1)的轴线平行并安装有齿轮(6)；而筒形驱动主体(4)内壁的一端固定安装有一个内齿圈(5)并与齿轮(6)相啮合，在其内壁上安装一组驱动轮(8)，且其转动轴线与筒形驱动主体(4)的转动轴线呈一锐角；而行走导向装置的筒形导向主体(12)的内壁上安装有至少二组以上的导向轮(14)，其转动轴线与筒形导向主体(12)的轴线相互垂直。安装架(7)和导向轮架(13)均为浮动体，且用弹性元件(15)来产生一定的径向涨缩量，使驱动轮(8)和导向轮(14)始终贴紧于管道(10)的外壁。电机驱动后能使机器人沿管道轴线方向前进或后退，可用于各种管道、大桥斜拉索的管外质量检测、维护修复等作业。

Description

一种管道外行走机器人

技术领域

本发明涉及一种沿管道在管道外行走的机器人，也就是说为各种工业输送管道/民用管道/大桥斜拉索等圆柱形体的管外质量检测、维护修复等作业提供一种新型的沿管道管外行走机器人。

背景技术

现代工农业生产以及日常生活中使用大量管道，如核电厂的蒸汽发生器传热管、石油、化工、制冷行业的工业管道和煤气管道等，出于管道安装、维护及检测等工作稳定性、安全性以及工作效率的考虑，管道作业越来越多地要求采用管道机器人作为移动载体来代替人工操作。另外，随着各种跨海、跨江斜拉索大桥的兴建，斜拉索钢管或钢丝外部的质量检测、油漆与防锈，也成了一个急待解决的重要问题。与管内机器人相比，在管道外面进行管道作业的机器人由于没有了管道内封闭圆柱面的导向或支撑作用，因而使得其移动和控制都更加困难。目前，沿管道在管道外表面上作业的机器人大多采用蠕动式的移动方式，即通过电机、液压缸或气缸驱动，由几个模块交替、协调工作进行夹持、伸缩等动作，从而实现机器人的移动功能，也有机器人采用连续的移动方式，即通过压紧轮或形成封闭链包绕在管子外表面连续移动，例：发明专利申请2008100250001公布了一种管外自动喷涂机器人，但结构较复杂。通过对比研究发现，现有沿管道管外机器人存在诸如：结构复杂、控制困难、效率低下、加工成本高等不同程度的不足之处，以至于它们很难被广泛地推广应用。

综上所述，管道及圆柱形体外部的检测、维护、修复等技术的发展和实用化迫切需要创造出高效实用的管外行走机器人。

发明内容

本发明目的是要克服现有技术的缺点和不足，其技术实现方案是：一种管道外行走机器人，由动力驱动装置、行走导向装置以及连接这两部分的弹性可弯曲可伸缩元件组合体组成，动力驱动装置由筒形体和筒形驱动主体通过内外圈不分离的滚动轴承构成一个可作相对转动的回转体，而筒形体的内壁上安装有一个或一个以上的电机，电机轴与筒形体的轴线平行并安装有齿轮；而筒形驱动主体的内壁的一端固定安装有一个内齿圈并与齿轮相啮合，在其内壁的其它圆周位置上至少安装二个以上可转动的安装架，驱动轮活套在安装架的横轴上，且驱动轮的转动轴线与筒形驱动主体的转动轴线呈一锐角且可通过安装架的转动可调节大小；而行走导向装置由筒形导向主体及其内壁上安装有至少二组以上沿圆周均布的导向轮架组成，每组导向轮架上再安装1～2个导向轮，其转动轴线与筒形导向主体的轴线相互垂直。

动力驱动装置的筒形体一端，用固定连接环通过一组弹性可弯曲可伸缩元件，与行走导向装置的筒形导向主体一端的固定连接环固定连接。

动力驱动装置上的筒形驱动主体的安装架和行走导向装置的筒形导向主体的导向轮架均为浮动体，且用弹性元件来产生一定的径向涨缩量，使驱动轮和导向轮始终贴紧于管道的外壁。

动力驱动装置中的筒形体、筒形驱动主体和行走导向装置的导向主体，各自既可以是整体式空心体，也可以是由二个或二个以上圆弧形体通过铰链连接而成的可开合的组合式空心体，通过开合处的锁扣可快速扎紧联结成一个空心体。

本发明与现有管外机器人相比，具有如下特点和优势：1).采用连续的螺旋移动方式，结构简单，安装方便，控制方便，加工制造成本低，同时行走效率高；2).由于动力驱动装置与行走导向装置之间使用弹性可弯曲元件连接，机器人可以在曲率较大的弯管(如T型或L型管)外灵活自如地行进；3).采用弹簧等弹性元件使所有轮子紧贴于管道外壁，使该机器人可以在半径有变化的管道外行进，同时起到避震作用，使得运行更加平稳，且在竖直的或者截面并非严格圆形的管道外也可顺利行进。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图一是本发明的整体结构示意图。

图二是其动力驱动装置的主视图和右视图。

图三是其行走导向装置的主视图和右视图。

图四是组合式空心体结构示意图。

具体实施方式

作为本发明的一个实施例，如图一所示，由动力驱动装置、行走导向装置以及连接这两部分的六只连接转向弹簧11组成。动力驱动装置由筒形体1和筒形驱动主体4通过内外圈不分离的滚动轴承3构成一个可作相对转动的回转体，而筒形体1的内壁上安装有二个电机2，电机轴与筒形体1的轴线平行并安装有齿轮6；而筒形驱动主体4的内壁的一端固定安装有一个内齿圈5并与齿轮6相啮合，在其内壁的其它圆周位置上至少安装三个可转动的安装架7，驱动轮8活套在安装架7的横轴9上，且驱动轮8的转动轴线与筒形驱动主体4的转动轴线呈一锐角θ，且可通过安装架7的转动可调节大小；而行走导向装置由筒形导向主体12的内壁上安装有至少三组沿圆周均布的导向轮架13组成，每组导向轮架上再安装2个导向轮14，其转动轴线与筒形导向主体12的轴线相互垂直。

动力驱动装置的筒形体1一端，用固定连接环16通过一组六只连接转向弹簧11，与行走导向装置的筒形导向主体12一端的固定连接环17固定连接。

动力驱动装置上的筒形驱动主体4的安装架7和行走导向装置的筒形导向主体12的导向轮架13均为浮动体，且用弹簧15来产生一定径向涨缩量，使驱动轮8和导向轮14始终贴紧于管道10的外壁。

动力驱动装置中的筒形体1、筒形驱动主体4和行走导向装置的导向主体12，各自既可以是整体式空心体，也可以由二个圆弧形体通过铰链18连接而成为可开合的组合式空心体，且可通过开合处的锁扣19快速扎紧成一个空心体。

该管道管外行走机器人的工作原理是：如是组合式空心体结构的管外机器人，工作前先解开锁扣19，开启筒形体1、筒形驱动主体4和筒形导向主体12，把它们套在管壁外，然后扣上锁扣19。机器人工作时，电机2驱动齿轮6转动，通过内齿圈5，使筒形驱动主体4转动，因驱动轮8贴紧于管道外壁而产生摩擦力，又因其转动轴线与筒形驱动主体4的轴线呈一锐角倾斜角，因此，驱动轮8与管道10的外壁接触点的运动轨迹为沿着管道轴线的空间螺旋线，因筒形驱动主体4一端安装有轴承3，从而使得筒形驱动主体4可在管道外壁上沿管道轴线行走；而行走导向装置的筒形导向主体12的三组导向轮14，因其转动轴线与筒形导向主体12的轴线相互垂直，故行走导向装置通过六只连接转向弹簧11只能沿管道轴线方向随动力驱动装置一起前进或后退，不能转动，起到导向作用，以保证机器人整体在管道中能够平稳地行进。本案所述的电机2既可以采用自带电池驱动，也可采用外接交流电或直流电驱动。

若在筒形驱动主体4的圆周外表面上加装摄像头、清洗工具或者探伤装置20，并配置无线电控制技术、无线视频传输成像技术等手段，就可使该管外行走机器人完成智能化的管道外部质量检测、故障诊断、维护修复等工作。

Claims (5)

1.一种管道外行走机器人，由动力驱动装置、行走导向装置以及连接这两部分的弹性可弯曲可伸缩元件组合体组成，其特征在于动力驱动装置由筒形体(1)和筒形驱动主体(4)通过内外圈不分离的滚动轴承(3)构成一个可作相对转动的回转体，而筒形体(1)的内壁上安装有一个或一个以上的电机(2)，电机轴与筒形体(1)的轴线平行并安装有齿轮(6)；而筒形驱动主体(4)的内壁的一端固定安装有一个内齿圈(5)并与齿轮(6)相啮合，在其内壁的其它圆周位置上至少安装二个以上可转动的安装架(7)，驱动轮(8)活套在安装架(7)的横轴(9)上，且驱动轮(8)的转动轴线与筒形驱动主体(4)的转动轴线呈一锐角(θ)且可通过安装架(7)的转动可调节大小；而行走导向装置由筒形导向主体(12)及其内壁上安装有至少二组以上沿圆周均布的导向轮架(13)组成，每组导向轮架上再安装1～2个导向轮(14)，其转动轴线与筒形导向主体(12)的轴线相互垂直。

2.按权利要求1所述的管道外行走机器人，其特征在于动力驱动装置的筒形体(1)一端，用固定连接环(16)通过一组弹性可弯曲可伸缩元件(11)，与行走导向装置的筒形导向主体(12)一端的固定连接环(17)固定连接。

3.按权利要求1或2所述的管道外行走机器人，其特征在于动力驱动装置上的筒形驱动主体(4)的安装架(7)和行走导向装置的筒形导向主体(12)的导向轮架(13)均为浮动体，且用弹性元件(15)来产生一定的径向涨缩量，使驱动轮(8)和导向轮(14)始终贴紧于管道(10)的外壁。

4.按权利要求1或2所述的管道外行走机器人，其特征在于所述动力驱动装置中的筒形体(1)、筒形驱动主体(4)和行走导向装置的导向主体(12)，各自既可以是整体式空心体，也可以是由二个或二个以上圆弧形体通过铰链(18)连接而成的可开合的组合式空心体，通过开合处的锁扣(19)可快速扎紧联结成一个空心体。

5.按权利要求3所述的管道外行走机器人，其特征在于所述动力驱动装置中的筒形体(1)、筒形驱动主体(4)和行走导向装置的导向主体(12)，各自既可以是整体式空心体，也可以是由二个或二个以上圆弧形体通过铰链(18)连接而成的可开合的组合式空心体，通过开合处的锁扣(19)可快速扎紧联结成一个空心体。

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