CN103644427A - 自适应直径管道机器人行走装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应直径管道机器人行走装置，其变径机构中，由变径电机驱动的丝杆于桶体轴线上安装，十字形移动架的螺母与丝杆旋合，十字形移动架的端头伸出桶体，平行四边形连杆组件于桶体外对应于十字形移动架的各端头设置，其一端与桶体铰连，变径弹性支撑杆分别与平行四边形连杆组件和十字形移动架的端头铰连；其行走机构中，轮子保持架对应于各平行四边形连杆组件设置并与其另一端铰连，若干行走轮组件于从轮子保持架径向弹性伸出的行走轮架上安装，行走轮组件的两头分别设置导向轮组件。本发明可在方形和圆形管道中行走，并可顺利通过管道的转弯处，配备相关辅具后，可对管道进行焊接、安装、检测和维修等作业。

Description

自适应直径管道机器人行走装置
(-)技术领域:
[0001 ] 本发明涉及管道内的行走机构，具体为一种自适应直径管道机器人行走装置。
(二)背景技术:
[0002] 随着社会的发展，在人们的日常生活中存在着大大小小，各种各样的管道，比如:石油管道，天然气管道，中央空调的管道，生活中所用的自来水管道，核电站中所用的管道等等。这些管道有大有小，形状有方有圆，可以说现在人们的生活已经离不开管道了，而这些管道有的高架空中有的深埋地下，所以一旦出现泄漏很难准确判断泄漏的位置，而且很难维修和检测。
[0003] 而现有的大部分管道机器人都对应固定直径的管道，这样每换一种规格的管道就需要重新制造一台合适的机器人，造成很大浪费。
[0004] 本发明可以在一定范围内自动适应管径的大小，达到一机多用的目的。
(三)发明内容:
[0005] 本发明的目的是提供一种自适应直径管道机器人行走装置，以解决对人工操作受到限制的管道的焊接、安装、检测和维修等问题。
[0006] 本发明自适应直径管道机器人行走装置的技术方案，包括基体、基于基体设置的变径机构和基于变径机构设置的行走机构，所述基体为与管道轴向一致的桶体；所述变径机构包括由变径电机驱动的丝杆、十字形移动架、变径弹性支撑杆(由一个套筒和一段带有台阶的轴组成，套筒中安装有弹簧对带有台阶的轴进行支撑)和平行四边形连杆组件，所述丝杆通过保持架于桶体轴线上定位安装，所述十字形移动架于桶体内通过固定在中心的螺母与丝杆旋合，十字形移动架的端头通过桶体上对应开设的轴向槽伸出桶体，所述平行四边形连杆组件于桶体外对应于十字形移动架的各端头设置，平行四边形连杆组件的一端与桶体铰连，所述变径弹性支撑杆于平行四边形连杆组件与十字形移动架的端头之间设置并分别与两者铰连；所述行走机构包括轮子保持架、行走轮架和行走轮组件，所述轮子保持架对应于各平行四边形连杆组件设置并与平行四边形连杆组件另一端铰连，若干前、后轴向设置的行走轮组件对应于从轮子保持架径向弹性伸出的行走轮架上安装，所述行走轮组件为行走轮与行走轮驱动电机的组合体，所述行走轮上安装有感应管道压力变化并控制变径电机工作进而使变径机构适应管道直径变化的行走压力传感器。
[0007] 在进入管道前，首先根据管道的直径以及在管道中行进所需要的最大摩擦力来调节变径电机，变径电机带动丝杠正转或者是反转，从而使十字形移动架前、后移动，十字形移动架通过变径弹性支撑杆带动平行四边形连杆组件的张合运动从而实现行走轮组件远离或者是接近桶体中心线，从而到达变径的目的。
[0008] 行走轮和管道内壁的预压力通过变径弹性支撑杆以及弹性径向伸出的行走轮架来实现，同时还需要调节行走压力传感器所承受的能够使变径电机工作的压力值，这样便可以为其在管道中行进提供可靠的摩擦力而顺利行走，在遇到障碍时弹性径向伸出的行走轮架能够保证各行走轮均与管道内壁或者是障碍物接触，从而提供更加可靠的摩擦力。
[0009] 而在变径管道中，行走轮上的行走压力传感器可以在管道直径发生变化时给变径电机一个信号，使变径电机正转或是反转从而实现行走轮以预定的压力和管道内壁接触。比如当管道直径变大时，行走轮和管道内壁的接触压力就会减小，从而行走轮上的行走压力传感器所承受的压力也就随之减小，这时行走压力传感器就会给变径电机一个信号使变径电机转动而十字形移动架带动变径弹性支撑杆使平行四边形连杆组件向外张开，从而使轮子保持架对行走轮有一个向外的推力，使行走轮和管道的内壁的接触压力变大，当重新达到预定的压力值时，行走压力传感器给变径电机一个信号使其停止转动，从而达到变径的要求；当管道直径变小时，行走轮和管道内壁的接触压力增大，从而行走轮上的行走压力传感器所承受的压力也就随之增大，这时行走压力传感器就会给变径电机一个信号使变径电机反向转动从而将平行四边形连杆组件向内收拢，从而使行走轮与管道内壁的压力减小，当达到预定压力时变径电机停止转动。
[0010] 为适应管道转弯，所述行走轮组件的前、后两头分别设置导向轮组件，所述导向轮组件分别于从轮子保持架斜向前方和斜向后方弹性伸出的导向轮架上安装；所述导向轮组件为导向轮与导向轮驱动电机的组合体，所述导向轮上安装有感应转弯管道并控制导向轮驱动电机和行走轮驱动电机同步增加转速的导向压力传感器。
[0011] 当遇到转弯时，导向轮首先接触管道内壁，这时导向轮上的导向压力传感器将给此轮上的导向轮驱动电机一个信号使其开始并以快于直线行进时的行走轮的转速开始转动，同时同一轮子保持架上的各行走轮也开始以同样的转速开始转动，这样位于弯道外侧的行走轮的转速将比位于弯道内侧的行走轮的转速快，这样就能够实现顺利通过弯道。
[0012] 所述导向轮上安装的导向压力传感器按360°均布设置，而导向轮每次所停的周向位置是固定的，当弯道的角度不同时导向轮和管道内壁的接触点是不一样的，因而所产生的信号不同，而每一个信号都提前设置一个合理的导向轮的转速，这个转速和弯道内侧的行走轮所形成的转速差刚好能够使其顺利通过弯道，这样在不同角度的弯道时其外侧的行走轮的转速也就不同，外侧行走轮和内侧行走轮的转速差也就不同，而转速差是提前计算好的，这样就可以使行走装置在任何一个角度都能够顺利通过弯道。
[0013] 所述导向轮架的斜向伸出角度为60°〜80°。
[0014] 所述导向轮架的斜向伸出角度优选70°。
[0015] 常规上，所述桶体选择为圆筒。
[0016] 本发明具有的有益效果:
[0017] 1、本发明自适应直径管道机器人行走装置可根据行走轮和管道内壁的压力变化来自动调节行走轮的径向伸缩，行走轮架在轮子保持架上由弹簧支撑，三个行走轮可以单独进行伸出或者回缩，从而无论是在变径的管道还是在有障碍物的管道中行走轮都可以很好的和管道内壁进行接触，从而提供有效的摩擦力于方形管道或者圆形管道中行走，甚至还可以于垂直或呈一定角度放置的管道中行走。
[0018] 2、本发明采用导向轮和管壁的压力及接触点来调节行走轮的转速，使弯道内侧和外侧的行走轮有不同的转速，从而能够顺利拐弯。
[0019] 3、本发明配备相关辅具后，可对管道进行焊接、安装、检测和维修等作业。(四)附图说明:
[0020] 图1为本发明一种实施方式的结构示意图。
[0021] 图2为图1实施方式的剖视图。
[0022] 图3为行走机构的结构示意图。
[0023] 图4为变径机构的结构示意图。
[0024] 图号标识:1、桶体，2、导向轮组件，3、行走轮组件，4、导向轮架，5、行走轮架，6、轮子保持架，7、平行四边形连杆组件，8、变径弹性支撑杆，9、保持架，10、变径电机，11、丝杠；12、十字形移动架。
(五)具体实施方式:
[0025] 下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
[0026] 本发明自适应直径管道机器人行走装置主要由桶体1、变径机构和行走机构组成。
[0027] 所述桶体I采用圆筒形状(和其它形状相比，圆筒内的容积最大，方便安装其他的附件，如蓄电池等)，于圆筒内沿轴向的前、后位置安装有保持架9，如图1、图2、图4所示。
[0028] 所述变径机构包括变径电机10、丝杠11、十字形移动架12、变径弹性支撑杆8和平行四边形连杆组件7，所述丝杠11同轴设于圆筒内，丝杠11的两端由所述保持架9定位安装，所述变径电机10的输出轴于丝杠11的一轴端上安装，所述十字形移动架12通过固定在中心的螺母与丝杠11旋合连接，十字形移动架12的各端头通过圆筒上开设的四条轴向槽伸出圆筒外；对应于十字形移动架12的各端头，四组平行四边形连杆组件7于圆筒外设置，平行四边形连杆组件7的一端与圆筒铰连，四根变径弹性支撑杆8分别于十字形移动架12的各端头与对应的平行四边形连杆组件7之间设置，所述变径弹性支撑杆8的一端与十字形移动架12的端头铰连，另一端与平行四边形连杆组件7铰连，如图1、图2、图4所示。
[0029] 所述行走机构设于圆筒与管道之间，分为四组分别对应于四个平行四边形连杆组件7，包括导向轮组件2、行走轮组件3、导向轮架4、行走轮架5和轮子保持架6，所述轮子保持架6铰连于平行四边形连杆组件7的另一端；每个轮子保持架6上安装有三个行走轮架5，所述行走轮架5通过垂直于轴向的滑槽安装在轮子保持架6上，滑槽中装有弹簧对行走轮架5起到支撑作用，行走轮架5上安装行走轮组件3，所述行走轮组件3为行走轮与行走轮驱动电机的组合体，所述行走轮上安装有行走压力传感器，所述行走压力传感器感应管道的压力变化并控制变径电机10工作，进而使变径机构适应管道直径变化；所述导向轮架4安装于轮子保持架6的前、后两端斜向前方和斜向后方的位置上，所述的导向轮架4通过滑槽和轮子保持架6相连，滑槽中装有弹簧对导向轮架4起到支撑的作用，所述导向轮组件2分别于前、后导向轮架4上安装，所述斜伸角度为70° ;所述导向轮组件2为导向轮与导向轮驱动电机的组合体，所述导向轮上安装有导向压力传感器，所述导向压力传感器感应转弯管道并控制导向轮驱动电机和行走轮驱动电机同步增加转速，如图1、图2、图3、图4所示。
[0030] 本发明在圆形管道或方形管道内行走时，前、后导向轮组件2不与管道接触即不工作，而所有的行走轮此时同速转动并与管壁接触，因此可以保证直线行驶。
[0031] 而在转弯时，处在弯道外侧上的导向轮首先接触管壁，这时此导向轮上的导向压力传感器就会给此导向轮中的导向轮驱动电机一个信号，这时导向轮便开始工作，而且转速会比其接触管壁之前行走轮的转速稍快一点，同时这一组的行走轮也会以比原来稍快一点的速度即和导向轮同样的速度转动，这样处在弯道外侧管壁上的轮子和处在弯道内侧上的轮子就会产生一个转速差，这样转弯就会变的很容易，导向轮同时也起到一个支撑的作用。
[0032] 导向轮上装有的导向压力传感器的分布为360°，而导向轮每次所停的周向的位置是固定的，当弯道的角度不同时导向轮和管道内壁的接触点是不同的，所以产生的信号也不一样，每一个角度上的导向压力传感器都经过计算设置出合理的转速差，使导向轮和车轮增加的转速刚好使其顺利通过弯道。

Claims (5)

1.自适应直径管道机器人行走装置，包括基体、基于基体设置的变径机构和基于变径机构设置的行走机构，其特征在于:所述基体为与管道轴向一致的桶体(I);所述变径机构包括由变径电机(10)驱动的丝杆(11)、十字形移动架(12)、变径弹性支撑杆(8)和平行四边形连杆组件(7 )，所述丝杆(11)通过保持架(9 )于桶体(I)轴线上定位安装，所述十字形移动架(12)于桶体(I)内通过固定于中心的螺母与丝杆(11)旋合，十字形移动架(12)的端头通过桶体(I)上对应开设的轴向槽伸出桶体(I)外，所述平行四边形连杆组件(7 )于桶体(I)外对应于十字形移动架(12)的各端头设置，平行四边形连杆组件(7)的一端与桶体(I)铰连，所述变径弹性支撑杆(8)于平行四边形连杆组件(7)与十字形移动架(12)的端头之间设置并分别与两者铰连；所述行走机构包括轮子保持架(6)、行走轮架(5)和行走轮组件(3 )，所述轮子保持架(6 )对应于各平行四边形连杆组件(7 )设置并与平行四边形连杆组件(7)另一端铰连，若干前、后轴向排列的行走轮组件(3)对应于从轮子保持架(6)径向弹性伸出的行走轮架(5)上安装，所述行走轮组件(3)为行走轮与行走轮驱动电机的组合体，所述行走轮上安装有感应管道压力变化并控制变径电机(10)工作进而使变径机构适应管道直径变化的行走压力传感器。
2.根据权利要求1所述自适应直径管道机器人行走装置，其特征在于:所述行走轮组件(3)的前、后两头分别设置导向轮组件(2)，所述导向轮组件(2)分别于从轮子保持架(6)斜向前方和斜向后方弹性伸出的导向轮架(4)上安装；所述导向轮组件(2)为导向轮与导向轮驱动电机的组合体，所述导向轮上安装有感应转弯管道并控制导向轮驱动电机和行走轮驱动电机同步增加转速的导向压力传感器。
3.根据权利要求2所述自适应直径管道机器人行走装置，其特征在于:所述导向轮架(4)的斜向伸出角度为60°〜80°。
4.根据权利要求3所述自适应直径管道机器人行走装置，其特征在于:所述导向轮架(4)的斜向伸出角度为70°。
5.根据权利要求1〜4中任意一项所述自适应直径管道机器人行走装置，其特征在于:所述桶体(I)为圆筒。
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