CN104259158A - 一种多功能管道机器人 - Google Patents

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陈思鑫
王海泉
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福建省泉州市第七中学
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Abstract

本发明涉及一种多功能管道机器人,其包括行进装置、清扫装置以及控制电路板,行进装置上设有驱动装置,还包括设置在行进装置上的A行星轮组和设置在清扫装置上的B行星轮组,行进装置与清扫装置通过弹簧连接,通过行走装置推动清扫装置在管道内前进,当遇到弯道时,弹簧可以弯曲,实现整个机器人的转弯功能,由于将行走装置与清扫装置分开设置,相当减小了整个管道机器人的长度,不易出现管道机器人卡在弯道的现象。驱动装置采用蜗轮蜗杆结构,在竖直管道内,当管道机器人停止在某个位置进行清扫或者探测时,利用蜗轮蜗杆自身的自锁性能,蜗轮不会带动蜗杆转动,可以保证驱动轮不会反转而出现管道机器人下滑的现象。

Description

一种多功能管道机器人
技术领域
[0001] 本发明属机器人领域,具体涉及一种多功能管道机器人。
背景技术
[0002] 室内空气质量不佳而引起的城市“大楼病”正危害着大众的健康,医学专家因此提出了 “病态建筑”和“病态建筑综合症”等新概念,而这些病的元凶主要藏于楼宇之“肺” 一集中/半集中式空调管道(即我们日常所称的中央空调管道)和通风除尘管道中,这些管道在长期使用中会积累许多灰尘、病菌、病毒、尘螨及放射物,这些有害物质在送风过程中便污染了空气,长期被人体吸入,就会导致上述疾病。“非典”和禽流感的出现更引起了人们对空气质量的高度重视。对管道进行定期清洗势在必行。
[0003] 现代工农业生产及日常生活中使用着大量管道,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,多数管道安装环境人不能直接到达或不允许人直接介入,为进行质量检测和故障诊断,采用传统的全面挖掘法、随机抽样法或SCADA系统法,工程量大,准确率低,因此需要开发管道机器人来解决这些实际问题。管道机器人是一种可沿管道内部或外部移动,携带一种或多种传感器及操作器,在操作人员的遥控操作或计算机的自动控制下,能够进行一系列管道作业的机电仪一体化系统。管道机器人可完成的作业有生产、安装过程中的管内外质量检测;使用过程中焊缝情况、表面腐蚀、裂缝破损等故障诊断;恶劣环境下管道清扫、喷涂、焊接、内部抛光等维护;对埋地旧管道的修复;管内外器材运送、抢救等其他用途。
[0004] 现有的一种管道机器人,如授权公告号CN102921683B,名称为“行星式管道清扫机器人”,中国发明专利申请所公开,其包括:包括行进装置和清扫装置,行进装置包括底盘、行进电机、驱动轮、电机支架、万向轮和行星安装架,中部向外凸出弯折的两个电机支架的下端对称固定在水平布置的“T”形底盘的短边两端,两电机支架的上端对称向内倾斜,电机支架的中部内侧与底盘上表面之间通过加强筋加强,两电机支架上部中间均加工有圆孔,两圆孔轴线位于同一与底盘上表面垂直、与底盘短边平行的平面内,两圆孔轴线均内端低、外端高,且与底盘上表面的夹角相等,两个行进电机均通过连接法兰固定在电机支架的上部内侧,行进电机的电机轴向外、且倾斜向上穿过电机支架上部中间的圆孔后,端部均安装有驱动轮,底盘长边的一端与底盘短边中部固定连接,长边的另一端上表面处固定有中心加工有圆孔的行星安装架,行星安装架的圆孔轴线与底盘上表面平行、与两电机支架圆孔轴线所在平面垂直、且位于通过底盘短边中点的平面内,底盘长边靠近行星安装架处的下表面,通过螺母I和垫圈I安装有与行星安装架的圆孔轴线位于同一铅垂面内的万向轮,清扫装置包括行星传动装置、减速电机和毛刷,行星传动装置包括太阳轮、行星轮、主动轴、行星架和行星轴,中心处加工有圆孔的太阳轮通过螺栓II和垫圈II固定在行星安装架远离行进电机、且与行星安装架的圆孔轴线相垂直的平面上,太阳轮中心处圆孔的轴线与行星安装架的圆孔轴线同轴,中部空套支承在太阳轮中心处孔内的主动轴,朝着行进电机方向的伸出端通过联轴器与采用螺栓II1、螺母III和垫圈III固定在底盘长边上表面中部的减速电机固定连接,两个行星架中心分别固定在主动轴远离行进电机方向伸出端的靠近太阳轮处和远离太阳轮的主动轴端部,轴线与主动轴轴线平行的多条行星轴两端空套穿过固定在主动轴上的行星架外边缘处的孔后,靠近减速电机的端部各装有与太阳轮啮合的行星轮,远离减速电机的端部各固定I个圆柱形毛刷。
[0005] 这种行星式管道清扫机器人虽然能在一定范围内适应不同管径的管道,然而其转弯的灵活性较差,其整个结构也相对复杂。
[0006] 管道机器人在设计时要能够在一定范围内适应管径的变化,而且要能够适应管道的弯道变化,进行一定角度的转弯,在有坡度或者垂直管道内,当机器人停止进行监测或者清扫时,还要求管道机器人具有一定的止滑能力,实现机器人的定位,以进行准确检测。在这些综合性能的要求下,一般的管道机器人结构较为复杂。
[0007] 鉴于此,本案发明人对上述问题进行深入研究,遂有本案产生。
发明内容
[0008] 本发明的目的在于提供一种能够适应管径变化、转弯灵活、止滑效果较佳且操作更加方便的多功能管道机器人。
[0009] 为了达到上述目的,本发明采用这样的技术方案:
[0010] 一种多功能管道机器人,包括行进装置、清扫装置以及控制电路板,还包括设置在行进装置上的A行星轮组和设置在清扫装置上的B行星轮组,所述行进装置与所述清扫装置通过弹簧连接,所述A行星轮组包括第一行星轮组和第二行星轮组,第一行星轮组包括第一调整轮和两个驱动轮,每个驱动轮的轴心上设有转轴,转轴上固定有蜗轮,还包括分别对应于所述两个蜗轮设置的两个第一驱动电机,每个第一驱动电机的输出轴上设有与对应蜗轮配合的蜗杆,在所述行进装置上设有支撑板,所述第一调整轮通过连接板铰接在支撑板上,连接板上形成伸出支撑板的延伸部,延伸部上开设有开口朝上第一卡口,支撑板上设有开口朝下的第二卡口,第一卡口与第二卡口之间套设有第一弹性绳;所述清扫装置上设有底盘,底盘上连接有可转动的大齿轮盘,大齿轮盘上连接有清洁毛刷,还包括第二驱动电机,第二驱动电机的输出轴上固定有与大齿轮盘配合的小齿轮。
[0011] 较佳地,所述第二行星组包括固定在所述行走装置上的柱形基座,柱形基座的侧壁上等间距分布有三个凸耳,每个凸耳通过调整板连接有第二调整轮,调整板铰接在凸耳上并伸出凸耳形成凸出部,凸出部上设有开口朝柱形基座侧壁延伸的调整槽,三个调整槽之间套设有第二弹性绳。
[0012] 较佳地,所述底盘靠近所述行走装置的一面设有第一连接盘,第一连接盘上设有朝向所述行走装置延伸的三根连接柱,三根连接柱的末端设有第二连接盘,所述B行星组包括设置在第一连接盘上的第三行星轮组和设置在第二连接盘上的第四行星轮组,第三行星轮组包括三个导轮,每个导轮上连接有摆动件,摆动件上开设有轴孔,导轮通过摆动件铰接在至对应的连接柱上,还包括设置在连接柱与轴孔之间的扭簧,扭簧的一支臂固定在摆动件上,另一支臂固定在第一连接盘上。
[0013] 进一步地,还包括设置在所述底盘上的CXD摄像机,在所述底盘上还设有照明光源,CXD摄像机与照明光源均电连接至所述控制电路板。
[0014] 进一步地,还包括在设置在所述底盘上的触动传感器,触动传感器的触碰杆延伸至所述清洁毛刷的前方。
[0015] 在上述方案中,所述清洁毛刷固定在卡套上,所述底盘上设有与卡套配合的卡座,卡套通过螺丝锁定在所述卡座上。
[0016] 采用本发明的技术方案后,行走装置与清扫装置通过弹簧连接,通过行走装置推动清扫装置在管道内前进,当遇到弯道时,弹簧可以弯曲,实现整个机器人的转弯功能,由于将行走装置与清扫装置分开设置,整个机器人适应弯道的能力更强,不易出现管道机器人卡在弯道的现象。由于第一行星轮组包括第一调整轮和两个驱动轮,利用第一卡口、第二卡口以及第一弹性绳作用可以实现连接板在一定范围内转动使第一调整轮遇到不同管径的管道时可以抵顶管道的内壁;利用蜗轮蜗杆带动驱动轮转动实现行走装置的运动,由于采用蜗轮蜗杆结构,在竖直管道内,当管道机器人停止在某个位置进行清扫或者探测时,利用蜗轮蜗杆自身的自锁性能,蜗轮不会带动蜗杆转动,可以保证驱动轮不会反转而出现管道机器人下滑的现象;因此采用本发明的技术方案后,管道机器人在管道内的行走更加顺畅,操作起来更加方便。
附图说明
[0017] 图1为本发明的结构示意图;
[0018] 图2为图1中C处的放大图;
[0019] 图3为本发明另外一个角度的结构示意图;
[0020] 图4为图3中D处的放大图;
[0021] 图5为本发明从另一个角度观看的结构示意图。
[0022] 图中:
[0023] 1-行走装置 101-驱动轮
[0024] 102-第一调整轮 103-转轴
[0025] 104-蜗轮 105-第一驱动电机
[0026] 106-蜗杆 107-连接板
[0027] 108-支撑板 109-延伸部
[0028] 1010-第一^^口 1011-第二卡口
[0029] 1012-第一弹性绳111-柱形基座
[0030] 112-凸耳 113-调整板
[0031] 114-凸出部 115-调整槽
[0032] 116-第二弹性绳 117-第二调整轮
[0033] 2-清扫装置 21-底盘
[0034] 22-大齿轮盘 23-第二驱动电机
[0035] 24-小齿轮 25-第一连接盘
[0036] 26-第二连接盘 27-连接柱
[0037] 281-导轮 282-摆动杆
[0038] 283-轴孔 29-清洁毛刷
[0039] 291-卡套 211-卡座
[0040] 3-弹簧 4-控制电路板[0041 ] 5-照明光源 6-CCD摄像机
[0042] 7-触动传感器
具体实施方式
[0043] 为了进一步解释本发明的技术方案,下面结合附图进行详细阐述。
[0044] 一种多功能管道机器人,包括行进装置1、清扫装置2以及控制电路板4,所述行进装置与I所述清扫装置2通过弹簧3连接,具体在行进装置I与清扫装置2相对应的一面各设有伸出轴,弹簧3的两端分别固定在伸出轴上,在行进装置I上设有驱动装置,驱动装置带动行进装置I在管道内移动,行进装置I通过弹簧3推动清扫装置2移动,驱动装置采用下面将要描述的驱动轮101和第一驱动电机105。在行进装置I上的设有A行星轮组,在清扫装置2上的B行星轮组,通过A行星轮组与B行星轮组共同带动整个管道机器人的移动。以管道机器人前进的方向为前,所述A行星轮组包括第一行星轮组和第二行星轮组,第一行星组设置在行走装置I的前端,第二行星组设置在行走装置I的后端,第一行星轮组包括第一调整轮102和两个驱动轮101,第一调整轮102的中心点与两个驱动轮101的中心点围成正三角形。每个驱动轮101的轴心上设有转轴103,转轴103架设在行走装置I机架相应的部位上,转轴103上固定有蜗轮104,还包括两个第一驱动电机105,每个第一驱动电机105的输出轴上设有与对应蜗轮104配合的蜗杆106,通过第一驱动电机105带动蜗杆106转动,蜗杆106带动蜗轮104转动进而带动驱动轮101向前滚动。
[0045] 在行进装置I上设有支撑板108,支撑板108竖直向下延伸,所述第一调整轮102通过连接板107铰接在支撑板108上,连接板107上形成伸出支撑板108的延伸部109,延伸部109上开设有开口朝上的第一卡口 1010,支撑板108上设有开口朝下的第二卡口 1011,第一^^口 1010与第二卡口 1011上下错开设置,在第一^^口 1010与第二卡口 1011之间套设有第一弹性绳1012,在第一弹性绳1012的束缚下,连接板107定位某一位置,当管道机器人行走的管道的内径发生较小变化时,受到管道的压力或者第一弹性绳1012本身的弹力,连接板107相应地转动一定的角度以适应管道内径的变化。
[0046] 在清扫装置2上设有底盘21,底盘21上连接有可转动的大齿轮盘22,大齿轮盘22上连接有清洁毛刷29。在底盘21上还固定有第二驱动电机23,第二驱动电机23的输出轴上固定有与大齿轮盘22配合的小齿轮24。第二驱动电机23驱动小齿轮24转动,进而带动大齿轮盘22转动,大齿轮盘22带动清洁毛刷29转动,实现对管道的清扫。
[0047] 为了使第二行星组更好地适应管道的变化,所述第二行星组包括固定在所述行走装置I上的柱形基座111,柱形基座111的侧壁上等间距分布有三个凸耳112,每个凸耳112通过调整板113连接有第二调整轮117,三个第二调整轮117的中心点围成正三角形。调整板113铰接在凸耳112上并伸出凸耳112形成凸出部114,凸出部114上设有开口朝柱形基座111侧壁延伸的调整槽115,三个调整槽115之间套设有第二弹性绳118。通过第二弹性绳118同时将三个第二调整轮117定位在一定位置,当管道机器人行走的管道的内径发生较小变化时,受到管道的压力或者第二弹性绳118本身的弹力,调整板113相应地转动一定的角度以适应管道内径的变化,使第二调整轮117贴紧在管道内壁。
[0048] 为了使清扫装置2能较好地抵靠在管道内壁,方便管道机器人行走,所述底盘21靠近所述行走装置I的一面设有第一连接盘25,第一连接盘25上设有朝向所述行走装置I延伸的三根连接柱27,三根连接柱27的末端设有第二连接盘26。上述的B行星组包括设置在第一连接盘25上的第三行星轮组和设置在第二连接盘26上的第四行星轮组,第三行星轮组包括三个导轮281,三个导轮281的中心围成正三角形。每个导轮281上连接有摆动件282,摆动件282上开设有轴孔283。导轮281铰接在摆动件282的一端,摆动件282的另一端铰接在至对应的连接柱27上,还包括设置在连接柱27与轴孔283之间的扭簧(图中未示出),扭簧的一支臂固定在摆动件282上,另一支臂固定在第一连接盘25上。管道机器人在管道内行走时,遇到管径较小的管道时,三个摆动件282则在扭簧的作用下向内侧收缩以适应管径的变化,当遇到管径变大时,三个摆动件282则在扭簧的作用下向外侧张开以适应管径的变化。
[0049] 进一步地,本发明还包括设置在所述底盘21上的CXD摄像机6,在所述底盘21上还设有照明光源5,CXD摄像机6与照明光源5均电连接至所述控制电路板4,通过照明光源5与CXD摄像机6监测管道内的情况,以方便对管道机器人进行控制。
[0050] 进一步地,本发明还包括设置在所述底盘21上的触动传感器7,触动传感器7的触碰杆延伸至所述清洁毛刷29的前方。当前方出现障碍时,触动传感器7发生感应并将信号传递给控制板电路4,电路控制板4将信号传递管道机器人的操控者,以方便操作者进行操作。
[0051] 在上述方案中,所述清洁毛刷29固定在卡套291上,所述底盘21上设有与卡套291配合的卡座211,卡套291通过螺丝锁定在所述卡座211上。采用这种设置方式能方便清洁毛刷29进行更换。
[0052] 本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例,任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰,皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (6)

1.一种多功能管道机器人,包括行进装置、清扫装置以及控制电路板,还包括设置在行进装置上的A行星轮组和设置在清扫装置上的B行星轮组,其特征在于:所述行进装置与所述清扫装置通过弹簧连接,所述A行星轮组包括第一行星轮组和第二行星轮组,第一行星轮组包括第一调整轮和两个驱动轮,每个驱动轮的轴心上设有转轴,转轴上固定有蜗轮,还包括分别对应于所述两个蜗轮设置的两个第一驱动电机,每个第一驱动电机的输出轴上设有与对应蜗轮配合的蜗杆,在所述行进装置上设有支撑板,所述第一调整轮通过连接板铰接在支撑板上,连接板上形成伸出支撑板的延伸部,延伸部上开设有开口朝上第一卡口,支撑板上设有开口朝下的第二卡口,第一卡口与第二卡口之间套设有第一弹性绳;所述清扫装置上设有底盘,底盘上连接有可转动的大齿轮盘,大齿轮盘上连接有清洁毛刷,还包括第二驱动电机,第二驱动电机的输出轴上固定有与大齿轮盘配合的小齿轮。
2.如权利要求1所述的多功能管道机器人,其特征在于:所述第二行星组包括固定在所述行走装置上的柱形基座,柱形基座的侧壁上等间距分布有三个凸耳,每个凸耳通过调整板连接有第二调整轮,调整板铰接在凸耳上并伸出凸耳形成凸出部,凸出部上设有开口朝柱形基座侧壁延伸的调整槽,三个调整槽之间套设有第二弹性绳。
3.如权利要求1所述的多功能管道机器人,其特征在于:所述底盘靠近所述行走装置的一面设有第一连接盘,第一连接盘上设有朝向所述行走装置延伸的三根连接柱,三根连接柱的末端设有第二连接盘,所述B行星组包括设置在第一连接盘上的第三行星轮组和设置在第二连接盘上的第四行星轮组,第三行星轮组包括三个导轮,每个导轮上连接有摆动件,摆动件上开设有轴孔,导轮通过摆动件铰接在至对应的连接柱上,还包括设置在连接柱与轴孔之间的扭簧,扭簧的一支臂固定在摆动件上,另一支臂固定在第一连接盘上。
4.如权利要求1所述的多功能管道机器人,其特征在于:还包括设置在所述底盘上的CXD摄像机,在所述底盘上还设有照明光源,CXD摄像机与照明光源均电连接至所述控制电路板。
5.如权利要求1所述的多功能管道机器人,其特征在于:还包括设置在所述底盘上的触动传感器,触动传感器的触碰杆延伸至所述清洁毛刷的前方。
6.如权利要求1所述的多功能管道机器人,其特征在于:所述清洁毛刷固定在卡套上,所述底盘上设有与卡套配合的卡座,卡套通过螺丝锁定在所述卡座上。
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