CN102032417A - 一种管道机器人驱动机构 - Google Patents

Abstract

一种管道机器人驱动机构，它由均位于管道内的前部机架和后部机架组成，前部机架和后部机架通过万向节连接；所述的前部机架和后部机架均设有位于管道中心的机架筒和铰接在机架筒外圆周上以120度布置的三组只能单向运动的行走结构，在后部机架内固定有气缸，所述的气缸通过曲柄连杆机构连接固定在后部机架筒内的电机，所述的气缸活塞杆外端与万向节连接；所述的第一铰接点和第二铰接点不在同一平面内，所述的第三铰接点和第四铰接点也不在同一平面内。管道机器人驱动机构能够适应不同直径的直管道和弯管道中的工作，这是最为突出的特点，同时还具有结构简单，设计新颖，运动平稳性好，且成本较低的特点。

Description

一种管道机器人驱动机构

技术领域：

本发明涉及机器人领域，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、刷子等，在管道内作业，实现管道的检测与维修。

背景技术：

管道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重要的作业工具。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，在管道直径变化时，由于摩擦力的增大或减小，有可能是机器人在管道内卡死，不能正常工作；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管道机器人驱动机构。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种管道机器人驱动机构，其特征在于：它由均位于管道内的前部机架和后部机架组成，前部机架和后部机架通过万向节连接；

所述的前部机架包括位于管道中心的前部机架筒和铰接在机架筒外圆周上以120度布置的三组只能单向运动的前部行走结构，所述的前部行走结构包括自由滚动的第一滚轮和带有单向棘轮的第二滚轮；第一滚轮连接第一滚轮支杆，第二滚轮连接第二滚轮支杆，第一滚轮支杆比第二滚轮支杆长；第一滚轮支杆通过第一弹簧筒内腔和第二弹簧后连接在第二铰接点上，第二滚轮支杆通过第二弹簧筒内腔和第一弹簧后连接在第一铰接点上；第一弹簧筒和第二弹簧筒外壁设有前部铰接点；前部机架筒固定连接推杆，所述推杆与万向节连接；

所述的后部机架包括位于管道中心的后部机架筒和铰接在机架筒外圆周上以120度布置的三组只能单向运动的后部行走结构，所述的后部行走结构包括自由滚动的第四滚轮和带有单向棘轮的第三滚轮；第三滚轮连接第三滚轮支杆，第四滚轮连接第四滚轮支杆，第四滚轮支杆比第三滚轮支杆长；第三滚轮支杆通过第三弹簧筒内腔和第三弹簧后连接在第四铰接点上，第四滚轮支杆通过第四弹簧筒内腔和第四弹簧后连接在第三铰接点上；第三弹簧筒和第四弹簧筒外壁设有后部铰接点；后部机架筒内固定有气缸，所述的气缸通过曲柄连杆机构连接固定在后部机架筒内的电机，所述的气缸活塞杆外端与万向节连接；

所述的第一铰接点和第二铰接点不在同一平面内，所述的第三铰接点和第四铰接点也不在同一平面内。

本发明的有益效果是：管道机器人驱动机构能够适应不同直径的直管道和弯管道中的工作，这是最为突出的特点，同时还具有结构简单，设计新颖，运动平稳性好，且成本较低的特点。

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；

图中：1前部机架，2后部机架，3万向节，4气缸，5活塞杆，6推杆，7管道，8电机，9曲柄连杆机构，101第一滚轮，102第二滚轮，103第一滚轮支杆，104第二滚轮支杆，105第一弹簧，106第二弹簧，107第一弹簧筒，108第二弹簧筒，109前部铰接点，110第一铰接点，111第二铰接点，201第三滚轮，202第四滚轮，203第三滚轮支杆，204第四滚轮支杆，205第三弹簧，206第四弹簧，207第三弹簧筒，208第四弹簧筒，209后部铰接点，210第三铰接点，211第四铰接点。

具体实施方式

如图1，该种管道机器人驱动机构，它由均位于管道7内的前部机架1和后部机架2组成，前部机架和后部机架通过万向节3连接。

前部机架1包括位于管道中心的前部机架筒和铰接在机架筒外圆周上以120度布置的三组只能单向运动的前部行走结构，所述的前部行走结构包括自由滚动的第一滚轮101和带有单向棘轮的第二滚轮102；第一滚轮101连接第一滚轮支杆103，第二滚轮102连接第二滚轮支杆104，第一滚轮支杆103比第二滚轮支杆104长；第一滚轮支杆103通过第一弹簧筒107内腔和第二弹簧106后连接在第二铰接点111上，第二滚轮支杆104通过第二弹簧筒108内腔和第一弹簧105后连接在第一铰接点110上；第一弹簧筒107和第二弹簧筒108外壁设有前部铰接点109；前部机架筒固定连接推杆6，所述推杆6与万向节3连接。

后部机架2包括位于管道中心的后部机架筒和铰接在机架筒外圆周上以120度布置的三组只能单向运动的后部行走结构，所述的后部行走结构包括自由滚动的第四滚轮202和带有单向棘轮的第三滚轮201；第三滚轮201连接第三滚轮支杆203，第四滚轮202连接第四滚轮支杆204，第四滚轮支杆204比第三滚轮支杆203长；第三滚轮支杆203通过第三弹簧筒207内腔和第三弹簧205后连接在第四铰接点211上，第四滚轮支杆204通过第四弹簧筒208内腔和第四弹簧206后连接在第三铰接点210上；第三弹簧筒207和第四弹簧筒208外壁设有后部铰接点209；后部机架筒内固定有气缸4，所述的气缸4通过曲柄连杆机构9连接固定在后部机架筒内的电机8，所述的气缸活塞杆5外端与万向节3连接.

第一铰接点110和第二铰接点111不在同一平面内，所述的第三铰接点210和第四铰接点211也不在同一平面内。

第二滚轮102和第三滚轮201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.各弹簧固定在相应的机架筒和弹簧筒上，均为复位弹簧。

当电机8带动活塞杆5转动时，由曲柄连杆机构9将电机的旋转运动转变为活塞的往复直线运动；若活塞从左往右运动，前部机架1受到向后的拉力，根据作用力与反作用力，后部机架2将受到受到向前的拉力；由于第二滚轮102由于棘轮的作用只能向前滚动，在摩擦力作用下固定不动，机器人前半部滚轮均不能滚动，而后后部机架的滚轮能够滚动，在拉力作用下只能向前运动，运动距离为活塞的一个行程距离。当活塞运动到最右端后，将反向向左运动，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，这时后半部的滚轮由于摩擦力固定不动，而前半部在推力作用下只能向前运动，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。

在运行中若管道直径变化，则管道壁对滚轮的正压力也发生变化；因此当遇到管道直径的减小时，各滚轮向内压缩，使各滚轮支杆与管道中心线之间的夹角变小，在铰接在一起的两个弹簧筒夹角也发生变化并同时压缩相应的弹簧，以适应管道直径的突变减小。同理，当遇到管道直径的变大时，与上述过程相反。

如图2当在弯曲管道中运行时，由于万向节的前后轴之间允许一定夹角的原理，实现机器人在弯管中的运动。万向节的位置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。

如图1的受力分析，滚轮支杆一长一短的设计目的在于减小a角而使正压力Fy增大从而增大摩擦力，以防止滚轮与管道中打滑，增加运动的可靠性。

由于第一铰接点110和第二铰接点111不在同一平面内，所述的第三铰接点210和第四铰接点211也不在同一平面内。因此，无论对于前部机架还是后部机架，其三组六个滚轮在机架筒上的支撑点也不在同一平面内，这样就相当于滚轮在六个点支撑机架筒，从而增加了机构的稳定性。

Claims (1)

1.一种管道机器人驱动机构，其特征在于：它由均位于管道内的前部机架和后部机架组成，前部机架和后部机架通过万向节连接；

所述的前部机架包括位于管道中心的前部机架筒和铰接在机架筒外圆周上以120度布置的三组只能单向运动的前部行走结构，所述的前部行走结构包括自由滚动的第一滚轮和带有单向棘轮的第二滚轮；第一滚轮连接第一滚轮支杆，第二滚轮连接第二滚轮支杆，第一滚轮支杆比第二滚轮支杆长；第一滚轮支杆通过第一弹簧筒内腔和第二弹簧后连接在第二铰接点上，第二滚轮支杆通过第二弹簧筒内腔和第一弹簧后连接在第一铰接点上；第一弹簧筒和第二弹簧筒外壁设有前部铰接点；前部机架筒固定连接推杆，所述推杆与万向节连接；

所述的后部机架包括位于管道中心的后部机架筒和铰接在机架筒外圆周上以120度布置的三组只能单向运动的后部行走结构，所述的后部行走结构包括自由滚动的第四滚轮和带有单向棘轮的第三滚轮；第三滚轮连接第三滚轮支杆，第四滚轮连接第四滚轮支杆，第四滚轮支杆比第三滚轮支杆长；第三滚轮支杆通过第三弹簧筒内腔和第三弹簧后连接在第四铰接点上，第四滚轮支杆通过第四弹簧筒内腔和第四弹簧后连接在第三铰接点上；第三弹簧筒和第四弹簧筒外壁设有后部铰接点；后部机架筒内固定有气缸，所述的气缸通过曲柄连杆机构连接固定在后部机架筒内的电机，所述的气缸活塞杆外端与万向节连接；

所述的第一铰接点和第二铰接点不在同一平面内，所述的第三铰接点和第四铰接点也不在同一平面内。

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