CN105318141A - 一种微型螺旋管道机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微型螺旋管道机器人，它包括驱动短节和运动短节。所述驱动短节包括驱动电机，电源，控制器及扶正机构；驱动电机与导向轮架固连，导向轮架上的导向轮臂连接导向轮，通过扭转弹簧提供弹力使导向轮与管道紧密接触；所述运动短节包括机体，驱动轮，驱动轮架，变径杆，弹簧，角度调节套，角度调节电机，传动机构，电池，单节控制器及由导向轮架，导向轮臂，导向轮，扭转弹簧，轴承组成的定心机构。角度调节电机通过传动机构与角度调节套连接；驱动轮安装于驱动轮架上，驱动轮架与变径杆固连，通过弹簧来调节驱动轮与管道之间的预紧力。本发明使机器人能够方便通过弯道，运动灵活、牵引力大，能很好地适应微型管道内作业。

Description

一种微型螺旋管道机器人
技术领域
本发明涉及一种微型螺旋管道机器人，属于机器人技术领域。
背景技术
管道作为一种输送流体的重要装置，在人类生产、生活中发挥着巨大的作用。管道内输送介质特殊、外界环境恶劣，因此在管道运行一段时间后，常常需要对其进行检测与维护作业，以保证生产的顺利进行、保障人民生命安全。
管道机器人是一种管道运载工具，用于实现管道状态监测、故障维修以及作业工具输送等管道作业。目前管道机器人主要有：管道猪式，通过前后的流体压力差驱动机器人；轮式或履带式，通过轮子或履带与管壁之间的接触驱动机器人；蛇形式，通过机器人本身的侧滑推动机器人；蠕动式，模拟动物的蠕动推动机器人；螺旋式，通过机器人螺旋形的运动推动机器人。
微小型管道在管网中占有很高的比例，但是由于技术限制目前对于微型管道的检测十分有限，主要由于存在以下的困难：现有管道机器人结构尺寸较大，占据管道空间比例较高，很难实现管道机器人的微型化；部分管道机器人微型化后驱动力不佳，结构不稳定，难以实现复杂管道情况的检测；管道机器人需要携带庞大的测量单元，在管道中运行较为困难；在微型管道中，由于空间的限制，管道机器人不易实现转弯等功能。
发明内容
本发明的目的是为解决现有微型管道检测过程中的问题，提供一种微型螺旋管道机器人，该管道机器人具有体积小、过弯能力强、牵引力大、能适应复杂微型管道检测等特点。
本发明通过以下技术方案来实现：
本发明一种微型螺旋管道机器人，包括驱动短节和运动短节。
所述驱动短节包括驱动电机，电源，控制器及扶正机构；驱动电机与导向轮架固连，导向轮架上的导向轮臂连接导向轮，通过扭转弹簧提供弹力使导向轮与管道紧密接触；扶正机构由导向轮架，导向轮臂，导向轮，扭转弹簧组成；扶正机构能使电机保持在管道中央并平衡反向扭矩。
所述运动短节包括机体，驱动轮，驱动轮架，变径杆，弹簧，角度调节套，角度调节电机，传动机构，电池，单节控制器及由导向轮架，导向轮臂，导向轮，扭转弹簧，轴承组成的定心机构。所述角度调节套，角度调节电机，传动机构，电池，单节控制器均安装于机体内，角度调节电机通过传动机构与角度调节套连接。驱动轮安装于驱动轮架上，驱动轮架与变径杆固连，变径杆套接于角度调节套中，并通过卡环来防止滑脱。同时在变距机构上套有弹簧，通过弹簧来调节驱动轮与管道之间的预紧力。所述定心机构通过轴承安装于机体两端。
运动短节与运动短节之间均通过万向节9连接，可采用多个运动短节相连；有一个驱动短节，通过周向空间均布驱动短节的驱动轮1可以进一步增强管道机器人的稳定性。
所述角度调节套与变径杆组成位移传感器，通过测量变径杆相对角度调节套的伸缩量，得到管道内径的变化值。
所述驱动电机也可以采用液压马达；所述角度调节套与变径杆可以是一组位移传感器，也可通过增设位移传感器测量其伸缩量；所述弹簧、扭转弹簧也可以采用气动或液动的蓄能装置。
与现有技术相比，本发明的优点在于：1、通过驱动轮的空间周向分布与模块化设计，为螺旋管道机器人微型化提供了一种新的方法。2、通过角度调节电机控制角度调节套，可实现螺旋管道机器人螺旋角的任意调节，这样可以根据管道的实际情况合理选择螺旋角，充分发挥驱动电机的驱动能力。3、通过万向节连接各模块，在保证机器人驱动能力的情况下使机器人能够方便地通过弯道，而不受机器人总长度的影响。4、运动灵活、牵引力大，能很好地适应微型管道内作业。
附图说明
图1为本发明一种微型螺旋管道机器人的结构示意图；
图2为本发明的机体部分结构示意图；
图3为本发明在弯管中通过情况的示意图；
图4为本发明三个运动短节时的驱动轮空间均布示意图。
图中：1.驱动轮，2.驱动轮架，3.轴承，4.导向轮，5.导向轮臂，6.导向轮架，7.机体，8.卡环，9.万向节，10.驱动电机，11.控制器，12.扭转弹簧，13.变径杆，14.弹簧，15.单节控制器，16.角度调节套，17.角度调节电机，18.单节控制器，19.传动机构，20.电源，21.电池。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述：
本发明一种微型螺旋管道机器人，包括驱动短节和运动短节。
所述驱动短节包括驱动电机10，电源20，控制器11及扶正机构；驱动电机10与导向轮架6固连，导向轮架6上的导向轮臂5连接导向轮4，通过扭转弹簧12提供弹力使导向轮4与管道紧密接触；扶正机构由导向轮架6，导向轮臂5，导向轮4，扭转弹簧12组成；扶正机构能使电机保持在管道中央并平衡反向扭矩。
所述运动短节包括机体7，驱动轮1，驱动轮架2，变径杆13，弹簧14，角度调节套16，角度调节电机17，传动机构19，电池21，单节控制器18及由导向轮架6，导向轮臂5，导向轮4，扭转弹簧12，轴承3组成的定心机构。所述角度调节套16，角度调节电机17，传动机构19，电池21，单节控制器18均安装于机体7内，角度调节电机17通过传动机构19与角度调节套16连接。驱动轮1安装于驱动轮架2上，驱动轮架2与变径杆13固连，变径杆13套接于角度调节套16中，并通过卡环8来防止滑脱。同时在变距机构上套有弹簧14，通过弹簧14来调节驱动轮1与管道之间的预紧力。所述定心机构通过轴承3安装于机体7两端。
运动短节与运动短节之间均通过万向节9连接，可采用多个运动短节相连；有一个驱动短节，通过周向空间均布驱动短节的驱动轮1可以进一步增强管道机器人的稳定性。
所述角度调节套16与变径杆组成位移传感器，通过测量变径杆相对角度调节套16的伸缩量，得到管道内径的变化值。
所述驱动电机10也可以采用液压马达；所述角度调节套16与变径杆可以是一组位移传感器，也可通过增设位移传感器测量其伸缩量；所述弹簧14、扭转弹簧12也可以采用气动或液动的蓄能装置。
本实施例的工作过程如下：控制器11接收信号并使驱动电机10运动，驱动电机10带动万向节9转动，使得前方运动短节绕管道轴线旋转。运动短节旋转带动驱动轮1旋转，由于驱动轮1与管道之间有一定的夹角，因此会产生沿管道轴向的牵引力。由多个万向节9将多个运动短节串接在一起共同旋转，因此每个运动短节均能提供前进的动力。
在弯道中通过时，由万向节9连接的运动短节和电机模块沿弯曲的管道轴线分布，驱动电机10产生旋转能经由万向节9传递到每一个运动短节，从而牵引机器人运动。
角度调节电机17通过传动机构19可以改变角度调节套16的角度，由于变径杆13套接于角度调节套16中。角度调节套16只限制变径杆13的周向旋转，不限制轴向位移。变径杆13旋转，从而改变驱动轮1的螺旋角。单节控制器18接收控制信号，控制角度调节电机17转动，同时反馈角度调节电机17的转动情况及变径杆13相对角度调节套16的位移。

Claims (4)

1.一种微型螺旋管道机器人，包括驱动短节和运动短节，其特征在于，所述驱动短节包括驱动电机(10)，电源(20)，控制器(11)及扶正机构；驱动电机(10)与导向轮架(6)固连，导向轮架(6)上的导向轮臂(5)连接导向轮(4)，通过扭转弹簧(12)提供弹力使导向轮(4)与管道紧密接触；扶正机构由导向轮架(6)，导向轮臂(5)，导向轮(4)，扭转弹簧(12)组成；扶正机构能使电机保持在管道中央并平衡反向扭矩；所述运动短节包括机体(7)，驱动轮(1)，驱动轮架(2)，变径杆(13)，弹簧(14)，角度调节套(16)，角度调节电机(17)，传动机构(19)，电池(21)，单节控制器(18)及由导向轮架(6)，导向轮臂(5)，导向轮(4)，扭转弹簧(12)，轴承(3)组成的定心机构，所述角度调节套(16)，角度调节电机(17)，传动机构(19)，电池(21)，单节控制器(18)均安装于机体(7)内，角度调节电机(17)通过传动机构(19)与角度调节套(16)连接；驱动轮(1)安装于驱动轮架(2)上，驱动轮架(2)与变径杆(13)固连，变径杆(13)套接于角度调节套(16)中，并通过卡环(8)来防止滑脱；同时在变距机构上套有弹簧(14)，通过弹簧(14)来调节驱动轮(1)与管道之间的预紧力；所述定心机构通过轴承(3)安装于机体(7)两端。
2.根据权利要求(1)所述的一种微型螺旋管道机器人，其特征在于：运动短节与运动短节之间均通过万向节(9)连接，可采用多个运动短节相连；有一个驱动短节，通过周向空间均布驱动短节的驱动轮(1)可以进一步增强管道机器人的稳定性。
3.根据权利要求(1)所述的一种微型螺旋管道机器人，其特征在于：所述角度调节套(16)与变径杆组成位移传感器，通过测量变径杆相对角度调节套(16)的伸缩量，得到管道内径的变化值。
4.根据权利要求(1)所述的一种微型螺旋管道机器人，其特征在于：所述驱动电机(10)也可以采用液压马达；所述角度调节套(16)与变径杆可以是一组位移传感器，也可通过增设位移传感器测量其伸缩量；所述弹簧(14)、扭转弹簧(12)也可以采用气动或液动的蓄能装置。
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