CN102011915A - 一种多功能管道机器人驱动机构 - Google Patents

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刘成琪
于复生
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Abstract

本发明涉及一种多功能管道机器人驱动机构，包两个机架，每个机架的前部外圆周上以120度布置了三组只能单向运动的滚轮结构，其中一个机架装有电机和铰链四杆机构，两个机架间设有万向轴连接，万向轴一端焊接在一机架前部中心上而另一端与另一机架四杆机构的连杆铰接。本发明不仅可实现了机器人在直管道中的作业，也能使它在弯管和变直径管道中正常工作。

Description

一种多功能管道机器人驱动机构
技术领域
本发明涉及一种管道机器人驱动机构，是一种对人不能直接进入其作业的管道，使用机器人在其上安装传感器及操作机械(如机械手、喷枪、焊枪、刷子)。
背景技术
管道检测机器人属于特种作业机器人的一种，其视像检测系统为当今的管道检测方式提供了较为先进和有应用价值的补充。随着现代工业水平的提高，地下管道，地上管道，工业管道，民用管道都日益增多，但是由于大多数管道都不能由人直接作业，因此管道机器人成为把要的作业工具。但是现有管道机器人尚有许多不足，例如现有刷式机器人只能在固定直径管道内作业，并且对其刷子的材料要求比较高，故增加了成本。
发明内容
针对以上不足，本发明提供了一种能够自动适应管道直径变化，并且能在弯管中运行的机器人驱动机构。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种多功能管道机器人驱动机构，包两个机架，每个机架的前部外圆周上以120度布置了三组只能单向运动的滚轮结构，其中一个机架装有电机和铰链四杆机构，两个机架间设有万向轴连接，万向轴一端焊接在一机架前部中心上而另一端与另一机架四杆机构的连杆铰接。
所述的滚轮结构包括与机架相铰接的两根支架，两根支架通过转动滑块与两根滚轮连接杆相连，两根滚轮连接杆为一短杆和一长杆，长杆直接与滚轮连接，短杆与滚轮连接时在其滚轮轴上安装一单向式棘轮，使滚轮只能单方向方滚动，机架与滑块之间装上复位弹簧。
滚轮能径向变化适应不同直径的管道；前后两部分由万向轴连接，实现曲线运动；棘轮控制滚轮单向转动，电机带动四杆机构实现间歇式前移；万向轴一端焊接在机架前部中心上而另一端与四杆机构的连杆铰接，要保证其在后部机架中心位置，以免偏离轴心的力试机架运动发生偏转；万向轴的联接能够实现机器人在弯管内的转向。
当电机带动四杆机构前后摆动时，根据作用力与反作用力，前后部将受两个相反方向的力，由于滚轮单向转动，使两部周期性靠近和远离，从而实现了机器人在管道内通过间歇式向前移动。
附图说明
图1是机器人在直管内行走示意图。
图2是机器人在弯管内行走示意图。
图3为各伸缩轮在机架上的布置位置。
图4为滚轮支架、滚轮和棘轮布置示意图(即图3中I处的放大图)。
图5为四杆机构和机架在运动是配合示意图。
图中：1机架、2滚轮、3复位弹簧、4连杆、5和6为杆、7万向轴、8转动滑块、9外壳、10长杆、11短杆、12单向式棘轮。
具体实施方式
如图一，机架1的前部外圆周上以120度布置了三组只能单向运动的滚轮结构，该结构由两根弹簧3，两根滚轮支架(一长一短)，一个转动滑块8，一个单向式棘轮12和一组滚轮2组成，两根支架分别与机架铰接，将短杆11的放在后面；如图一力分析所示，这样可减小a角而使正压力Fy增大从而增大摩擦力，以防止滚轮与管道间的滑动，增加运动的可靠性；然后分别穿过转动滑块，再与滚轮连接；如图四所示，在短杆11与滚轮连接时在其滚轮轴上安装一单向式棘轮，使滚轮只能单方向方滚动；而长杆10直接与滚轮连接；在机架与滑块之间装上复位弹簧，弹簧必须固定在机架和滑块上，后半部分外部滚轮布置与前部相同。在其内部安装了电机和铰链四杆机构如图所示，当电机带动杆3转动时，可实现杆4的前后摆动；最后将前后两部分用万向轴7连接，万向轴一端焊接在机架1前部中心上而另一端与四杆机构中的连杆4铰接，并且要保证其在后部机架中心位置，以免偏离轴心的力使机架运动发生偏转；万向轴的联接能够实现机器人在弯管内的转向行走。
当电机带动杆6转动时，根据四杆机构运动原理，杆5带动杆4前后摆动；如图一，若杆4从左往右摆动，前部受到向后的拉力，根据作用力与反作用力，后部将有两个点受到向前驱动力；由于滚轮只能向前滚动，机器人前半部滚轮与管道间为滑动摩擦，因此将固定不动，而后半部由于拉力向前运动，运动距离为摆杆4端点摆动距离；杆4运动到最右端后，将反向向左摆动，这时，机器人前半部受到向前的推力，而后半部受到向后的作用力；同理，由于滚轮只能向前滚动，这是后半部由于摩擦力固定不动，而前半部由于推力向前运动，这样就实现了机器人在管道内通过间歇式运动而向前移动。
注：1、滚轮支架两根杆一长一短布置，由于前端的杆10较长，因此与管道轴线的夹角较小，因此当遇到管道直径的减小时，很容易将长杆向内压缩，从而通过滑块压缩弹簧，增大了两杆的夹角；直径增大时，由复位弹簧将滑块推；这样就实现了适应变化直径管道的作业。
2、如图四所示，通过双滑块的杆10和11不在同一平面内，因此两滚轮不在同一平面内，这样就相当于滚轮在六个点支撑机架，从而增加了机构的稳定性。
3、如图五，为避免发生杆的碰撞，四杆机构中的杆4和杆5与机架上中心定位杆布置如图所示，应使两杆分别错开中心定位杆。

Claims (2)

1.一种多功能管道机器人驱动机构，包两个机架，其特征是，每个机架的前部外圆周上以120度布置了三组只能单向运动的滚轮结构，其中一个机架装有电机和铰链四杆机构，两个机架间设有万向轴连接，万向轴一端焊接在一机架前部中心上而另一端与另一机架四杆机构的连杆铰接。
2.根据权利要求1所述的多功能管道机器人驱动机构，其特征是，所述的滚轮结构包括与机架相铰接的两根支架，两根支架通过转动滑块与两根滚轮连接杆相连，两根滚轮连接杆为一短杆和一长杆，长杆直接与滚轮连接，短杆与滚轮连接时在其滚轮轴上安装一单向式棘轮，使滚轮只能单方向方滚动，机架与滑块之间装上复位弹簧。
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