CN104477264B - 一种可变平行四边形履带式管内移动作业机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变平行四边形履带式管内移动作业机器人。现有管道机器人只通过缓冲机构来适应管道的变径和角度变化，适应能力存在缺陷。本发明包括车体组件、双滑块悬架组件和可变平行四边形履带组件；三个可变平行四边形履带组件压紧管道内壁，每个可变平行四边形履带组件通过一个双滑块悬架组件与车体组件连接，可变平行四边形履带组件带动可变平行四边形履带组件相对车体组件展开或收缩；双滑块悬架组件包括相对设置的两个双滑块机构，双滑块机构包括第一曲柄、第一连杆、第二曲柄、第二连杆和滑套。本发明可自动调整履带形状，从而有效增加在管内越过未知障碍的能力和在各种弯管和变径管中的通过性。

Description

一种可变平行四边形履带式管内移动作业机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及管道检测机器人，具体涉及一种可变平行四边形履带式管内移动作业机器人。
背景技术
工业管道系统工况十分复杂，为保证各管道系统安全高效地运作，需应用管道机器人进行管道内部检测。现有管道机器人可以在直管和U型管等复杂的管内移动与作业，但面对变径管和各角度弯管时，只通过缓冲机构来适应管道的变径和角度变化，其适应能力存在严重缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种可变平行四边形履带式管内移动作业机器人，该机器人可根据管道内壁实际工况，自动调整可变平行四边形履带组件的履带形状，从而有效增加在管内越过未知障碍的能力和在各种弯管和变径管中的通过性；双滑块悬架组件始终保该证机器人的履带与管道内壁有压紧力，从而保证机器人在管道内移动的相对稳定性。
本发明采用的技术方案如下：
本发明包括车体组件、双滑块悬架组件和可变平行四边形履带组件。
所述的车体组件包括主支撑轴、副支撑轴固定块、副支撑轴、套筒定位块、副支撑轴套筒和压簧。所述的主支撑轴和三根副支撑轴的两端分别与一块副支撑轴固定块固接；两块套筒定位块对中套置在主支撑轴及三根副支撑轴上，并与主支撑轴固接；每根副支撑轴的两端均套置有副支撑轴套筒和压簧，副支撑轴套筒的一端与对应的套筒定位块接触，压簧的一端与对应的副支撑轴固定块接触。
所述的双滑块悬架组件包括相对设置的两个双滑块机构，所述的双滑块机构包括第一曲柄、第一连杆、第二曲柄、第二连杆和滑套。三个双滑块悬架组件同一端的双滑块机构沿圆周均布；同一端的三个双滑块机构的第一曲柄和第二曲柄的一端均与车体组件对应的一个套筒定位块铰接；车体组件的每根副支撑轴的两端分别与一个双滑块机构的滑套通过滑动副连接；滑套的两端分别与副支撑轴上对应的副支撑轴套筒和压簧的另一端接触；同一个双滑块机构中，滑套与第一连杆和第二连杆的一端均铰接；第一曲柄和第二曲柄的另一端分别与第一连杆和第二连杆的中部铰接。
所述的可变平行四边形履带组件包括电机、第一支架、第一锥齿轮、第一摆臂、第二锥齿轮、第一直齿轮、第二直齿轮、轮轴、传动带轮、履带、第二支架、主动带轮、同步带、第一限位销、从动带轮、传动轴、第二摆臂和第二限位销。三个可变平行四边形履带组件沿圆周均布，每个可变平行四边形履带组件的第一支架与对应双滑块悬架组件的两根第一连杆的另一端均铰接，每个可变平行四边形履带组件的第二支架与对应双滑块悬架组件的两根第二连杆的另一端均铰接。所述第一支架和第二支架的两端均通过轴承支承在两根传动轴上，其中一根传动轴铰接有主动带轮和第一摆臂，另一根传动轴铰接有从动带轮和第二摆臂，第二锥齿轮和第一直齿轮固定在同一根传动轴上；所述的主动带轮与从动带轮通过同步带连接；所述的第一锥齿轮固接于电机的输出轴上，并与第二锥齿轮构成齿轮副；两个第一限位销的一端分别固接于主动带轮和从动带轮上，另一端分别穿过第二支架两端的一个限位槽，并分别与第一摆臂和第二摆臂固接；两个第二限位销的一端分别固接于第一摆臂和第二摆臂上，另一端分别嵌入第一支架两端的一个限位槽内；所述第一摆臂和第二摆臂的两端均通过轴承支承有轮轴，四根轮轴均固接有传动带轮；所述的第二直齿轮固接于靠近第一直齿轮的一根轮轴上，并与第一直齿轮构成齿轮副；所述的履带套置在四个传动带轮上。
所述的第二支架铰接有张紧轮，所述的张紧轮张紧同步带。
所述电机的底座固接于第一支架的电机座上。
所述第一支架两端的限位槽与第二支架两端的限位槽相对设置。
本发明的有益效果：
1、本发明通过自适应方式，采用可变平行四边形履带组件和双滑块悬架组件，确保其顺利通过弯管、变径管等复杂管道或越过管道中未知的障碍，具有较强越障能力；
2、本发明的每个可变平行四边形履带组件分别用一个电机驱动，只要任一电机正常工作，管道机器人即可实现移动与作业，降低了机器人在管道中卡滞的风险；
3、本发明的压簧保证该机器人具有自动适应变径管、障碍或弯管的能力，且具有缓冲吸振的作用。
附图说明
图1为本发明的整体结构立体图；
图2为本发明中车体组件、双滑块悬架组件与可变平行四边形履带组件的装配关系立体图；
图3为本发明中车体组件的结构立体图；
图4为本发明中的双滑块机构的结构立体图；
图5为本发明中可变平行四边形履带组件的结构立体图；
图6为本发明中可变平行四边形履带组件的各个零件结构立体图；
图7为本发明在直管内行驶状态的纵截面示意图；
图8为本发明在直管内行驶状态的横截面示意图；
图9为本发明在变径管内或越障时行驶状态的示意图；
图10为本发明在弯管内行驶状态的示意图。
图中：1、车体组件，2、双滑块悬架组件，3、可变平行四边形履带组件； 1-1、主支撑轴，1-2、副支撑轴固定块，1-3、副支撑轴，1-4、套筒定位块，1-5、副支撑轴套筒，1-6、压簧；2-1、第一曲柄，2-2、第一连杆，2-3、第二曲柄，2-4、第二连杆，2-5、滑套；3-1、电机，3-2、第一支架，3-3、第一锥齿轮，3-4、第一摆臂，3-5、第二锥齿轮，3-6、第一直齿轮，3-7、第二直齿轮，3-8、轮轴，3-9、传动带轮，3-10、履带，3-11、第二支架，3-12、主动带轮，3-13、同步带，3-14、张紧轮，3-15、第一限位销，3-16、从动带轮，3-17、第一轴承，3-18、第二轴承，3-19、传动轴，3-20、第二摆臂，3-21、第二限位销。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1和2所示，一种可变平行四边形履带式管内移动作业机器人，包括车体组件1、双滑块悬架组件2和可变平行四边形履带组件3。三个可变平行四边形履带组件3压紧管道内壁，每个可变平行四边形履带组件3通过一个双滑块悬架组件2与车体组件1连接，可变平行四边形履带组件3带动可变平行四边形履带组件3相对车体组件1展开或收缩。
如图3所示，车体组件1包括主支撑轴1-1、副支撑轴固定块1-2、副支撑轴1-3、套筒定位块1-4、副支撑轴套筒1-5和压簧1-6。主支撑轴1-1和三根副支撑轴1-3的两端分别与一块副支撑轴固定块1-2固接；两块套筒定位块1-4对中套置在主支撑轴1-1及三根副支撑轴1-3上，并与主支撑轴1-1固接；每根副支撑轴1-3的两端均套置有副支撑轴套筒1-5和压簧1-6，副支撑轴套筒1-5的一端与对应的套筒定位块1-4接触，压簧1-6的一端与对应的副支撑轴固定块1-2接触。
如图2、3和4所示，双滑块悬架组件2包括相对设置的两个双滑块机构，双滑块机构包括第一曲柄2-1、第一连杆2-2、第二曲柄2-3、第二连杆2-4和滑套2-5。三个双滑块悬架组件2同一端的双滑块机构沿圆周均布；同一端的三个双滑块机构的第一曲柄2-1和第二曲柄2-3的一端均与车体组件对应的一个套筒定位块1-4铰接；车体组件的每根副支撑轴1-3的两端分别与一个双滑块机构的滑套2-5通过滑动副连接；滑套2-5的两端分别与副支撑轴1-3上对应的副支撑轴套筒1-5和压簧1-6的另一端接触；同一个双滑块机构中，滑套2-5与第一连杆2-2和第二连杆2-4的一端均铰接；第一曲柄2-1和第二曲柄2-3的另一端分别与第一连杆2-2和第二连杆2-4的中部铰接。
如图5和6所示，可变平行四边形履带组件3包括电机3-1、第一支架3-2、第一锥齿轮3-3、第一摆臂3-4、第二锥齿轮3-5、第一直齿轮3-6、第二直齿轮3-7、轮轴3-8、传动带轮3-9、履带3-10、第二支架3-11、主动带轮3-12、同步带3-13、张紧轮3-14、第一限位销3-15、从动带轮3-16、传动轴3-19、第二摆臂3-20和第二限位销3-21。三个可变平行四边形履带组件3沿圆周均布，每个可变平行四边形履带组件3的第一支架3-2与对应双滑块悬架组件2的两根第一连杆2-2的另一端均铰接，每个可变平行四边形履带组件3的第二支架3-11与对应双滑块悬架组件2的两根第二连杆2-4的另一端均铰接。第一支架3-2和第二支架3-11的两端均通过第一轴承3-17支承在两根传动轴3-19上，其中一根传动轴3-19铰接有主动带轮3-12和第一摆臂3-4，另一根传动轴3-19铰接有从动带轮3-16和第二摆臂3-20，第二锥齿轮3-5和第一直齿轮3-6固定在同一根传动轴3-19上；主动带轮3-12与从动带轮3-16通过同步带3-13连接；张紧轮3-14与第二支架3-11铰接，并张紧同步带3-13；电机3-1的底座固接于第一支架3-2的电机座上；第一锥齿轮3-3固接于电机3-1的输出轴上，并与第二锥齿轮3-5构成齿轮副；两个第一限位销3-15的一端分别固接于主动带轮3-12和从动带轮3-16上，另一端分别穿过第二支架3-11两端的一个限位槽，并分别与第一摆臂3-4和第二摆臂3-20固接；两个第二限位销3-21的一端分别固接于第一摆臂3-4和第二摆臂3-20上，另一端分别嵌入第一支架3-2两端的一个限位槽内；第一支架3-2两端的限位槽与第二支架3-11两端的限位槽相对设置；第一摆臂3-4和第二摆臂3-20的两端均通过第二轴承3-18支承有轮轴3-8，四根轮轴3-8均固接有传动带轮3-9；第二直齿轮3-7固接于靠近第一直齿轮3-6的一根轮轴3-8上，并与第一直齿轮3-6构成齿轮副；履带3-10套置在四个传动带轮3-9上。
该可变平行四边形履带式管内移动作业机器人的工作原理：
如图2、5、6、7和8所示，在直管内，该机器人的可变平行四边形履带组件3的第一摆臂3-4和第二摆臂3-20与管道的中心轴保持平行状态，每个可变平行四边形履带组件的电机3-1驱动第一锥齿轮3-3转动，第一锥齿轮3-3通过齿轮副带动第二锥齿轮3-5、传动轴3-19和第一直齿轮3-6转动，第一直齿轮3-6通过齿轮副带动第二直齿轮3-7转动，第二直齿轮3-7带动与其固接的轮轴3-8转动，从而通过传动带轮3-9带动履带3-10转动，驱动该机器人在管道中行驶。
如图2、5、6、9和10所示，当遇到变径管、障碍或弯管时，该机器人的可变平行四边形履带组件的第一摆臂3-4在外力作用下摆动至与管道的中心轴成一倾角，第二摆臂3-20在同步带3-13的作用下与第一摆臂3-4保持同一倾角；同时，双滑块悬架组件2在外力作用下调节该机器人的直径。当该机器人走过变径管、障碍或弯管后，双滑块悬架组件2在压簧1-6的压力作用下，使第一摆臂3-4和第二摆臂3-20重新与管道的中心轴保持平行状态，该机器人在管道中继续行驶。压簧1-6保证该机器人具有自动适应变径管、障碍或弯管的能力，且具有缓冲吸振的作用。

Claims (4)

1. 一种可变平行四边形履带式管内移动作业机器人，包括车体组件、双滑块悬架组件和可变平行四边形履带组件，其特征在于：
所述的车体组件包括主支撑轴、副支撑轴固定块、副支撑轴、套筒定位块、副支撑轴套筒和压簧；所述的主支撑轴和三根副支撑轴的两端分别与一块副支撑轴固定块固接；两块套筒定位块对中套置在主支撑轴及三根副支撑轴上，并与主支撑轴固接；每根副支撑轴的两端均套置有副支撑轴套筒和压簧，副支撑轴套筒的一端与对应的套筒定位块接触，压簧的一端与对应的副支撑轴固定块接触；
所述的双滑块悬架组件包括相对设置的两个双滑块机构，所述的双滑块机构包括第一曲柄、第一连杆、第二曲柄、第二连杆和滑套；三个双滑块悬架组件同一端的双滑块机构沿圆周均布；同一端的三个双滑块机构的第一曲柄和第二曲柄的一端均与车体组件对应的一个套筒定位块铰接；车体组件的每根副支撑轴的两端分别与一个双滑块机构的滑套通过滑动副连接；滑套的两端分别与副支撑轴上对应的副支撑轴套筒和压簧的另一端接触；同一个双滑块机构中，滑套与第一连杆和第二连杆的一端均铰接；第一曲柄和第二曲柄的另一端分别与第一连杆和第二连杆的中部铰接；
所述的可变平行四边形履带组件包括电机、第一支架、第一锥齿轮、第一摆臂、第二锥齿轮、第一直齿轮、第二直齿轮、轮轴、传动带轮、履带、第二支架、主动带轮、同步带、第一限位销、从动带轮、传动轴、第二摆臂和第二限位销；三个可变平行四边形履带组件沿圆周均布，每个可变平行四边形履带组件的第一支架与对应双滑块悬架组件的两根第一连杆的另一端均铰接，每个可变平行四边形履带组件的第二支架与对应双滑块悬架组件的两根第二连杆的另一端均铰接；所述第一支架和第二支架的两端均通过轴承支承在两根传动轴上，其中一根传动轴铰接有主动带轮和第一摆臂，另一根传动轴铰接有从动带轮和第二摆臂，第二锥齿轮和第一直齿轮固定在同一根传动轴上；所述的主动带轮与从动带轮通过同步带连接；所述的第一锥齿轮固接于电机的输出轴上，并与第二锥齿轮构成齿轮副；两个第一限位销的一端分别固接于主动带轮和从动带轮上，另一端分别穿过第二支架两端的一个限位槽，并分别与第一摆臂和第二摆臂固接；两个第二限位销的一端分别固接于第一摆臂和第二摆臂上，另一端分别嵌入第一支架两端的一个限位槽内；所述第一摆臂和第二摆臂的两端均通过轴承支承有轮轴，四根轮轴均固接有传动带轮；所述的第二直齿轮固接于靠近第一直齿轮的一根轮轴上，并与第一直齿轮构成齿轮副；所述的履带套置在四个传动带轮上。
2.根据权利要求1所述的一种可变平行四边形履带式管内移动作业机器人，其特征在于：所述的第二支架铰接有张紧轮，所述的张紧轮张紧同步带。
3.根据权利要求1所述的一种可变平行四边形履带式管内移动作业机器人，其特征在于：所述电机的底座固接于第一支架的电机座上。
4.根据权利要求1所述的一种可变平行四边形履带式管内移动作业机器人，其特征在于：所述第一支架两端的限位槽与第二支架两端的限位槽相对设置。
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