CN103008304A - 平行管道可翻转机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平行管道可翻转机器人，包括行走机构、翻转机构和清扫机构。本发明针对水平平行管道的结构，通过采用在行走机构中设置伸缩机构和爬行机构，在翻转机构中设置伸缩机构、旋转机构和翻转机构，本发明实现了在等间距的管道间的行进和翻转，从而完成水平管道的全面清扫。

Description

平行管道可翻转机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种平行管道可翻转机器人。

背景技术

为解决高凝点、高含蜡原油输送的困难，加热炉被普遍应用于原油输送过程中。在加热过程中，由于不完全燃烧造成的炉膛内的结焦使加热炉内导热管外表面形成一层尘垢，这种尘垢有时厚达1～3mm，严重影响了加热过程的换热效率。目前主要靠工人进入炉膛内部手工清垢和吹灰除尘来完成加热炉的尘垢清扫，清扫时，炉膛内粉尘飞扬，工作条件非常恶劣，使定期清灰成为了一项艰巨的工作。

平行直导热管式加热炉是仍在实践中使用的一种加热炉，其特点是管道是一系列轴心距相等的平行管道，且平行管道在加热炉炉膛内不存在连接部分，需要清扫的管道可视为分立的，这种不连续的管道为清扫带来较大困难，也对清扫机器人提出了更高的、更复杂的要求。

中国发明专利公开号CN101138994A公开了一种轮式永磁吸附管道爬行机器人，该机器人能在铁磁性管道外表面沿管道轴线方向按任意路线爬行，并且该管道可以是任意倾斜角度。该机器人靠永磁机构吸附，靠车轮行进及转向，永磁吸附机构位置可微调，以完成吸附力调整，适应不同作业要求。中国发明专利公开号CN101440958A公开了一种热媒炉用清灰除垢机器人，该机器人为吸附履带式机器人，履带外表面的形状与热媒炉炉管的外表面的形状相适应。机器人还包括机器人本体底部的防跑偏机构、抗倾覆带轮压杆，以保证机器人能在一根螺旋的管道上正常工作。

但上述机器人只能沿着同一根连续管道运行，没有“换道”能力，不能连续完成多根平行直导热管的管道清扫任务。

中国发明专利公开号CN101476733A公开了一种热媒炉用机械式清灰装置，该装置包括机座、由机座支撑的可前后伸缩的伸缩臂、安装于伸缩臂前端的减速电机以及清灰除垢刷。伸缩臂由多级宽度不同的导轨自下而上叠放而成，各级导轨在驱动系统的驱动下在前后方向同时伸出或缩回。所述的减速电机安装在电机架上，电机架的一端与伸缩臂的前端通过电机架轴连接，电机架能够在旋转机构的作用下围绕电机架轴从水平位置旋转至垂直位置，实现清灰装置水平进入炉膛和垂直清扫。

上述清灰装置过于笨重，功耗大，不便于运输和储存，只能清扫靠近炉膛加热区的那半周管道，清扫不彻底。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种平行管道可翻转机器人，该机器人能在等间距的管道间行进，到达指定位置后，又能实现整个机器人沿着管道轴线的翻转动作，转换到相邻的两根管道间，完成“换道”，进行下一轮的清扫，如此反复动作，直到遍历整片管道，完成所有管道的清扫任务。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种平行管道可翻转机器人，包括行走机构、翻转机构和清扫机构；

所述行走机构包括机架和第一双向丝杠，所述第一双向丝杠转动连接在所述机架上，所述第一双向丝杠上连接有左右对称布置螺纹旋向相反的两个螺母，所述螺母上固接有轮架，所述轮架前后各装一根爬行带轮轴，每根所述爬行带轮轴两端各装一个爬行带轮，位于同一所述轮架同侧的所述两个爬行带轮上缠绕有一根爬行传动带，所述第一双向丝杠上固装有第一蜗轮，所述第一蜗轮与第一蜗杆啮合，所述第一蜗杆连接在轮伸缩电机的输出轴上；所述同一轮架的任意一根所述爬行带轮轴上连接有第二蜗轮，所述第二蜗轮与第二蜗杆啮合，所述第二蜗杆与爬行电机的输出轴连接，所述爬行电机固装在相应的所述轮架上；所述机架上形成有所述螺母的滑槽，所述爬行传动带嵌装在所述爬行带轮的凹槽内；

所述翻转机构包括与所述机架固接的支架，所述支架上设有与其转动连接的第二双向丝杠，所述第二双向丝杠与所述第一双向丝杠交叉垂直，所述第二双向丝杠上连接有上下对称布置螺纹旋向相反的两个丝母，所述丝母上设有导套，所述导套固接在臂伸缩电机架上，所述导套上设有与其中心线平行的滑槽，所述滑槽内设有固接在所述丝母上的销钉，所述丝母的外端部设有与其垂直的翻转臂；所述第二双向丝杠上安装有第三蜗轮，所述第三蜗轮与第三蜗杆啮合，所述第三蜗杆与臂伸缩电机的输出轴连接，所述臂伸缩电机固定在所述臂伸缩电机架上；翻转臂上设有与其垂直的前后两根翻转轮轴，每根所述翻转轮轴两端各装一个翻转带轮，位于同一所述翻转臂同侧的两个所述翻转带轮上缠绕有一根翻转传动带，所述翻转传动带嵌装在所述翻转带轮的凹槽内；同一所述翻转臂的两根所述翻转轮轴上均连接有第四蜗轮，两个所述第四蜗轮均与第四蜗杆啮合，所述第四蜗杆与翻转电机的输出轴连接，所述翻转电机固装在所述翻转臂上；在任意一个所述导套上连接有第五蜗轮，所述第五蜗轮与第五蜗杆啮合，所述第五蜗杆与臂旋转电机的输出轴连接，所述臂旋转电机固装在所述支架上。

所述清扫机构包括与所述支架固接的两个相互平行的刷柄，所述刷柄与所述第一双向丝杠和所述第二双向丝杠均垂直，在两根所述刷柄之间，设有与它们转动连接的刷体，所述刷体由清扫电机驱动，所述清扫电机通过固定筒与任意一所述刷柄连接，所述固定筒位于所述刷体内。

本发明具有的优点和积极效果是：针对水平平行管道的结构，通过采用在行走机构中设置伸缩机构和爬行机构，在翻转机构中设置伸缩机构、旋转机构和翻转机构，本发明实现了在等间距的管道间的行进和翻转，从而完成水平管道的全面清扫。

本发明采用力封闭方式，支持力可调，对复杂的环境有较好的适应性，且能保证各工作状态转换的灵活性和可靠性，工作效率高。

附图说明

图1为本发明在正常清扫某一时刻的工作状态图；

图2为本发明在一轮清扫结束翻转前的状态图；

图3为加热炉工作环境及本发明的工作路线图；

图4为本发明行走机构的结构图；

图5为本发明翻转机构的结构图；

图6为本发明臂伸缩电机架的局部示意图；

图7为本发明清扫机构的结构图。

图中：1、翻转机构1，2、行走机构2，3、清扫机构3，4、加热炉内壁，5、管道，6、炉膛，7、爬行传动带，8、爬行带轮，9、爬行带轮轴，10、第二蜗杆，11、机架，12、第一双向丝杠，13、轮伸缩电机，14、爬行电机，15、轮架，16、螺母，17、第一蜗轮，18、第一蜗杆，19、第二蜗轮，20、翻转传动带，21、翻转带轮，22、第四蜗轮，23、第四蜗杆，25、翻转臂，26、丝母，27、导套，28、第五蜗轮，29、臂伸缩电机，30、第三蜗杆，31、臂旋转电机，32、臂伸缩电机架，33、支架，34、翻转电机，35、第五蜗杆，36、第二双向丝杠，37、第三蜗轮，38、刷柄，39、刷体，40、清扫电机，41、固定筒，42、销钉。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图7，一种平行管道可翻转机器人包括行走机构2、翻转机构1和清扫机构3。

行走机构2包括机架11和第一双向丝杠12，第一双向丝杠12转动连接在机架11上，第一双向丝杠12上连接有左右对称布置螺纹旋向相反的两个螺母16，螺母16上固接有轮架15，轮架15前后各装一根爬行带轮轴9，每根爬行带轮轴9两端各装一个爬行带轮8，位于同一轮架同侧的两个爬行带轮8上缠绕有一根爬行传动带7，第一双向丝杠12上固装有第一蜗轮17，第一蜗轮17与第一蜗杆18啮合，第一蜗杆18连接在轮伸缩电机13的输出轴上；同一轮架的任意一根爬行带轮轴上连接有第二蜗轮19，第二蜗轮19与第二蜗杆10啮合，第二蜗杆10与爬行电机14的输出轴连接，爬行电机固装在轮架15上；机架11上形成有螺母16的滑槽，使螺母16仅发生沿着第一丝杠12轴线方向的接近或远离丝杠垂直平分面的直线运动，而不会发生螺母绕丝杠轴线旋转的运动。爬行传动带7嵌装在爬行带轮8的凹槽内。

翻转机构1包括与机架11固接的支架33，支架33上设有与其转动连接的第二双向丝杠36，第二双向丝杠36与第一双向丝杠12交叉垂直，第二双向丝杠36上连接有上下对称布置螺纹旋向相反的两个丝母26，丝母26上设有导套27，导套27固接在臂伸缩电机架32上，导套27上设有与其中心线平行的滑槽，滑槽内设有固接在丝母26上的销钉42，丝母26的外端部设有与之垂直的翻转臂25。第二双向丝杠36上安装有第三蜗轮37，第三蜗轮37与第三蜗杆30啮合，第三蜗杆30与臂伸缩电机29的输出轴连接，臂伸缩电机29固定在臂伸缩电机架32上；翻转臂25上设有与其垂直的前后两根翻转轮轴24，每根翻转轮轴24两端各装一个翻转带轮21，位于同一翻转臂同侧的两个翻转带轮21上缠绕有一根翻转传动带20，翻转传动带嵌装在翻转带轮21的凹槽内；同一翻转臂的两根翻转轮轴24上均连接有第四蜗轮22，两个第四蜗轮22均与第四蜗杆23啮合，第四蜗杆23与翻转电机34的输出轴连接，翻转电机34固装在翻转臂25上；在任意一个导套上连接有第五蜗轮28，第五蜗轮28与第五蜗杆35啮合，第五蜗杆35与臂旋转电机31的输出轴连接，臂旋转电机31固装在支架33上。

清扫机构3包括与支架33固接的两个相互平行的刷柄38，刷柄38与第一双向丝杠12和第二双向丝杠36均垂直，在两根刷柄38之间，设有与它们转动连接的刷体39，刷体39由清扫电机40驱动，清扫电机40通过固定筒41与任意一刷柄38连接，固定筒41位于刷体39内。

本发明的工作原理：

机器人清扫作业开始时，启动轮伸缩电机13，轮伸缩电机13驱动第一蜗杆18正转，带动第一蜗轮17和与之固连的第一双向丝杠12，进而带动螺母16和轮架15远离第一双向丝杠12的垂直平分面，使连接在轮架15上的爬行带轮8压紧在管道5上，此时行走机构完成了轮架15的伸出和爬行带轮8在管道5上的撑紧。然后启动爬行电机14，爬行电机14驱动第二蜗杆10正转，带动第二蜗轮19和与之固连的爬行带轮轴9，进而带动同样固定在爬行带轮轴9上的两个主动带轮转动，主动带轮通过爬行传动皮带7带动轮架15同侧的从动带轮转动，实现全驱动，驱动机器人整体沿管道轴线方向前进爬行；回程清扫时，爬行电机14反转，即能实现机器人整体沿管道轴线方向返回爬行。一个清扫回合结束。翻转机构1抱紧管道完成机器人的整体支撑，轮伸缩电机13反转，带动轮架15接近第一双向丝杠12的垂直平分面，使连接在轮架15上的爬行带轮8脱离管道5，此时行走机构完成了轮架15的收缩和爬行带轮8对管道的有效避障。

一个清扫回合结束时，臂旋转电机31驱动第五蜗杆35正转，带动第五蜗轮28和与之固连的导套27，进而带动翻转臂25以第二双向丝杠36的轴线为旋转中心线从管道间转到待清扫的管道上。启动臂伸缩电机29，臂伸缩电机29驱动第三蜗杆30正转，带动第三蜗轮37和与之固连的第二双向丝杠36，进而带动丝母26接近第二双向丝杠36的垂直平分面，使连接在丝母26上的翻转臂25抱紧在管道5上，此时翻转机构完成了翻转臂25的收缩和对管道5的抱紧，实现了翻转机构1对机器人的整体支撑。待行走机构爬行带轮脱离管道后，启动翻转电机34，翻转电机34驱动第四蜗杆23转动，带动两个第四蜗轮22和与之固连的翻转带轮轴24，进而带动同样固定在轮轴24上的翻转带轮21转动，实现并联全驱动，带动翻转传动带20转动。两个翻转臂25上的翻转电机34同时启动，但转向始终相反，借助翻转臂25对管道5的抱紧力和翻转传动带20与管道5的摩擦力提供机器人整体环管道翻转运动的力矩。机器人整体翻转一定角度到相邻的未清扫管道间时，行走机构轮架外伸，爬行带轮撑紧在两相邻管道之间。臂伸缩电机29反转，带动翻转臂25离开管道。当翻转臂25完全脱离管道时，臂旋转电机3 1驱动第五蜗杆35反转，带动翻转臂25旋转到管道间。此后，行走机构带动清扫机构开始下一轮的清扫作业。清扫时，启动清扫电机40，带动刷体39转动，清扫管道。

本发明不仅可以完成清扫作业，将清扫机构替换成为各种检查装置，喷涂装置或切割装置等可进行相应的检测、涂装、切割等作业。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种平行管道可翻转机器人，其特征在于，包括行走机构、翻转机构和清扫机构；

所述行走机构包括机架和第一双向丝杠，所述第一双向丝杠转动连接在所述机架上，所述第一双向丝杠上连接有左右对称布置螺纹旋向相反的两个螺母，所述螺母上固接有轮架，所述轮架前后各装一根爬行带轮轴，每根所述爬行带轮轴两端各装一个爬行带轮，位于同一所述轮架同侧的所述两个爬行带轮上缠绕有一根爬行传动带，所述第一双向丝杠上固装有第一蜗轮，所述第一蜗轮与第一蜗杆啮合，所述第一蜗杆连接在轮伸缩电机的输出轴上；所述同一轮架的任意一根所述爬行带轮轴上连接有第二蜗轮，所述第二蜗轮与第二蜗杆啮合，所述第二蜗杆与爬行电机的输出轴连接，所述爬行电机固装在相应的所述轮架上；所述机架上形成有所述螺母的滑槽，所述爬行传动带嵌装在所述爬行带轮的凹槽内；

所述翻转机构包括与所述机架固接的支架，所述支架上设有与其转动连接的第二双向丝杠，所述第二双向丝杠与所述第一双向丝杠交叉垂直，所述第二双向丝杠上连接有上下对称布置螺纹旋向相反的两个丝母，所述丝母上设有导套，所述导套固接在臂伸缩电机架上，所述导套上设有与其中心线平行的滑槽，所述滑槽内设有固接在所述丝母上的销钉，所述丝母的外端部设有与之垂直的翻转臂；所述第二双向丝杠上安装有第三蜗轮，所述第三蜗轮与第三蜗杆啮合，所述第三蜗杆与臂伸缩电机的输出轴连接，所述臂伸缩电机固定在所述臂伸缩电机架上；所述翻转臂上设有与其垂直的前后两根翻转轮轴，每根所述翻转轮轴两端各装一个翻转带轮，位于同一所述翻转臂同侧的两个所述翻转带轮上缠绕有一根翻转传动带，所述翻转传动带嵌装在所述翻转带轮的凹槽内；同一所述翻转臂的两根所述翻转轮轴上均连接有第四蜗轮，两个所述第四蜗轮均与第四蜗杆啮合，所述第四蜗杆与翻转电机的输出轴连接，所述翻转电机固装在所述翻转臂上；在任意一个所述导套上连接有第五蜗轮，所述第五蜗轮与第五蜗杆啮合，所述第五蜗杆与臂旋转电机的输出轴连接，所述臂旋转电机固装在所述支架上。

2.根据权利要求1所述的平行管道可翻转机器人，其特征在于，所述清扫机构包括与所述支架固接的两个相互平行的刷柄，所述刷柄与所述第一双向丝杠和所述第二双向丝杠均垂直，在两根所述刷柄之间，设有与它们转动连接的刷体，所述刷体由清扫电机驱动，所述清扫电机通过固定筒与任意一所述刷柄连接，所述固定筒位于所述刷体内。

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