CN105318141B - 一种微型螺旋管道机器人 - Google Patents

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涂庆
任涛
朱海燕
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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
[0001]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
[〇〇〇2]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。
[〇〇〇3]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。
[〇〇〇4]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t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
[0005] 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。
[0006] 本发明通过以下技术方案来实现:
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。同时在变径杆上套有弹簧,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。
[0010] 运动短节与运动短节之间均通过万向节连接,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可以进一步增强管道机器人的稳性。[〇〇11]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。
[〇〇12]所述驱动电机采用液压马达;所述角度调节套与变径杆是一组位移传感器或者通过增设位移传感器以测量变径杆相对角度调节套的伸缩量;所述弹簧、扭转弹簧可替换为气动或液动的蓄能装置。
[〇〇13]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
[〇〇14] 图1为本发明一种微型螺旋管道机器人的结构示意图;
[0015]图2为本发明的机体部分结构示意图;
[〇〇16]图3为本发明在弯管中通过情况的示意图;
[〇〇17] 图4为本发明三个运动短节时的驱动轮空间均布示意图。
[〇〇18] 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
[〇〇19]下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述:
[0020] 如图1、图2、图3、图4所示,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。
[0021] 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。
[〇〇22] 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I6,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I6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。同时在变径杆13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。
[0023] 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。
[0024] 所述角度调节套16与变径杆13组成位移传感器,通过测量变径杆13相对角度调节套16的伸缩量,得到管道内径的变化值。
[0025] 所述驱动电机10采用液压马达;所述角度调节套16与变径杆13是一组位移传感器或者通过增设位移传感器以测量变径杆13相对角度调节套16的伸缩量;所述弹簧14、扭转弹簧12可替换为气动或液动的蓄能装置。
[0026] 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。
[0027] 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。
[〇〇28]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ie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⑷,通过扭转弹簧(12)提供弹力使导向轮⑷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⑵,变径杆(13),弹簧(14),角度调节套(ie),角度调节电机(I7),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⑴安装于驱动轮架(2)上,驱动轮架⑵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;同时在变径杆(13)上套有弹簧(14),通过弹簧(14)来调节驱动轮⑴与管道之间的预紧力;所述定心机构通过轴承⑶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(13)组成位移传感器,通过测量变径杆(13)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(1〇)可替换为液压马达;所述角度调节套(16)与变径杆(13)是一组位移传感器或者通过增设位移传感器以测量变径杆(13)相对角度调节套(16)的伸缩量;所述弹簧(14)、扭转弹簧(12)可替换为气动或液动的蓄能装置。
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