CN105697928B - 管道行走机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种管道行走机器人，具有安装在第一支架底部的下行走轮和安装在第二支架顶部的上行走轮，在管道中行走时，上行走轮和下行走轮分别撑在管道内侧壁的不同部位，管道内壁对上行走轮、下行走轮产生支反力和摩擦力使管道机器人在管道中保持稳定和平衡；第一支架和第二支架之间设有第一支撑臂和第二支撑臂，第一支撑臂和第二支撑臂分别通过第一连接块和第二连接块安装在丝杠和导向杆上，丝杠转动能使第一连接块与第二连接块相互靠近或者远离，从而带动第二支架上升或者下降；这样就能使上行走轮和下行走轮之间的距离增大或者减小，从而适应管道内径的变化，以在变管径的管道中行走。

Description

管道行走机器人
技术领域
本发明涉及一种管道行走机器人。
背景技术
在对管道进行检测、维护等作业时，有时候，由于管道的尺寸限制，工作人员无法进入管道中进行作业；有时候，工作人员进入管道中会有窒息中毒等危险；在这些情况下，就需要使用管道行走机器人进入管道中作业。管道行走机器人是一种可沿管道内部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。
目前的管道机器人大多只能在管道内径一致的管道中行走，对于复杂的弯曲管道或者内径不一的管道，管道机器人不能自动调整位姿以适应管道的内径尺寸，所以无法在这样的管道中进行作业。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种管道行走机器人，能够在管道内径变化的管道中行走。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种管道行走机器人，采用如下技术方案：一种管道行走机器人，包括第一支架，第一支架的底部安装有下行走轮，第一支架的顶部设置有相互平行的丝杠和导向杆；在丝杠和导向杆上安装有第一连接块和第二连接块，第一连接块上设有第一传动螺纹孔和第一导向孔，第一传动螺纹孔与丝杠螺纹配合，第一导向孔与导向杆滑动配合；第一连接块和第二连接块上分别连接有第一支撑臂和第二支撑臂，第一支撑臂和第二支撑臂的下端分别铰接在第一连接块和第二连接块上；第一支撑臂和第二支撑臂的上端铰接在一起；第一支撑臂和第二支撑臂的上端支承有第二支架，第二支架的顶部安装有上行走轮；转动丝杠能使第一连接块与第二连接块相互靠近或者远离，从而带动第二支架上升或者下降。
优选地，第二连接块相对于第一支架固定设置。
优选地，所述丝杠上设有第一螺纹段和第二螺纹段，第一螺纹段与第二螺纹段螺旋方向相反；第二连接块上设有第二传动螺纹孔和第二导向孔；所述第一传动螺纹孔与第一螺纹段相配合，所述第二传动螺纹孔与第二螺纹段相配合；所述第二导向孔与导向杆滑动配合。
优选地，所述第一支撑臂与第二支撑臂长度相等。
优选地，所述第一支架上安装有调距电机，丝杠与调距电机传动连接。
优选地，所述丝杠的两端由轴承支承在第一支架顶部。
进一步地，第一支架的前后两端各设有一个下行走轮；第二支架的前后两端各设有一个上行走轮。
进一步地，所述第二支架上设有一铰接孔，第一支撑臂和第二支撑臂的上端均与铰接孔铰接。
进一步地，第一支架底部安装有下转向架，下行走轮安装在下转向架上，下转向架与下转向电机相连接；第二支架顶部安装有上转向架，上行走轮安装在上转向架上，上转向架与上转向电机相连接。
进一步地，所述下转向架上安装有驱动下行走轮的下行走电机；所述上转向架上安装有驱动上行走轮的上行走电机。
进一步地，所述上转向架与第二支架之间设有压力传感器。
如上所述，本发明的一种管道行走机器人，具有以下有益效果：本发明的管道行走机器人具有安装在第一支架底部的下行走轮和安装在第二支架顶部的上行走轮，在管道中行走时，上行走轮和下行走轮分别撑在管道内侧壁的不同部位，管道内壁对上行走轮、下行走轮产生支反力和摩擦力使管道机器人在管道中保持稳定和平衡；第一支架和第二支架之间设有第一支撑臂和第二支撑臂，第一支撑臂和第二支撑臂分别通过第一连接块和第二连接块安装在丝杠和导向杆上，丝杠转动能使第一连接块与第二连接块相互靠近或者远离，从而带动第二支架上升或者下降；这样就能使上行走轮和下行走轮之间的距离增大或者减小，从而适应管道内径的变化，以在变管径的管道中行走。
附图说明
图1显示为本发明的管道行走机器人的正视图。
图2显示为本发明的管道行走机器人的立体视图。
零件标号说明
1 第一支架 15 第二支架
2 下行走轮 16 上行走轮
3 丝杠 17 传感器
4 导向杆 18 轴承
5 第一连接块 19 调距电机
6 第一传动螺纹孔 20a 下行走电机
7 第一导向孔 21a 下转向电机
8 第二连接块 22a 下转向架
9 第二传动螺纹孔 20b 上行走电机
10 第二导向孔 21b 上转向电机
11 第一支撑臂 22b 上转向架
12 第二支撑臂 23 弯板
13 上叉架 24 联轴器
14 下叉架
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
图1显示为本发明的管道行走机器人的正视图，图2显示为本发明的管道行走机器人的立体视图；如图1和图2所示，本发明提供一种管道行走机器人，包括第一支架1，第一支架1的底部安装有下行走轮2，第一支架1的顶部设置有相互平行的丝杠3和导向杆4；在丝杠3和导向杆4上安装有第一连接块5和第二连接块8，第一连接块5上设有第一传动螺纹孔6和第一导向孔7，第一传动螺纹孔6与丝杠3螺纹配合，第一导向孔7与导向杆4滑动配合；第一连接块5和第二连接块8上分别连接有第一支撑臂11和第二支撑臂12，第一支撑臂11和第二支撑臂12的下端分别铰接在第一连接块5和第二连接块8上；第一支撑臂11和第二支撑臂12的上端铰接在一起；第一支撑臂11和第二支撑臂12的上端支承有第二支架15，第二支架15的顶部安装有上行走轮16；转动丝杠3能使第一连接块5与第二连接块8相互靠近或者远离，从而带动第二支架15上升或者下降。本发明的管道行走机器人在管道中行走时，上行走轮16和下行走轮2分别撑在管道内侧壁的不同部位，管道内壁对上行走轮16、下行走轮2产生支反力和摩擦力使管道机器人在管道中保持稳定和平衡；当管道的直径变大时，转动丝杠3使第一连接块5与第二连接块8相互靠近而带动第二支架15上升，从而使上行走轮16和下行走轮2之间的距离增大以适应管道内径的变化；当管道的直径变小时，转动丝杠3使第一连接块5与第二连接块8相互远离而带动第二支架15下降，从而使上行走轮16和下行走轮2之间的距离减小以适应管道内径的变化。由此，本发明的管道行走机器人能够适应管道内径变化的工况，具有优良的适应性能。
如图1和图2所示，在本发明的管道行走机器人的技术方案中，第一支撑臂11和第二支撑臂12的上端均设置有一个上叉架13；在第二支架15上设置有一个铰接孔(图中未标出)，第一支撑臂11和第二支撑臂12上端的上叉架13均与第二支架15的铰接孔铰接，铰接孔内设有一根销轴将第一支撑臂11和第二支撑臂12的上叉架13铰接在一起。第一支撑臂11和第二支撑臂12下端均设有一个下叉架14，在第一连接块5和第二连接块8上分别设有一个铰接孔(图中未标出)，第一支撑臂11下端的下叉架14通过一根销轴铰接在第一连接块5的铰接孔内，第二支撑臂12下端的下叉架14通过一根销轴铰接在第二连接块8的铰接孔内。这样，通过改变第一连接块5与第二连接块8之间的距离，可以使第一支撑臂11和第二支撑臂12将第二支架15向上撑起或者下降，从而改变上行走轮16和下行走轮2之间的距离。可以将第二连接块8与第一支架1相对固定地设置，在转动丝杠3时，丝杠3带动第一导向块朝第二连接块8靠近或者远离，从而使第二支架15上升或者下降。也可以在丝杠3上设置第一螺纹段和第二螺纹段，第一螺纹段与第二螺纹段螺旋方向相反；将第一连接块5的第一传动螺纹孔6与第一螺纹段相配合，在第二连接块8上设置第二传动螺纹孔9和第二导向孔10，并将第二传动螺纹孔9与第二螺纹段相配合，第二导向孔10与导向杆4滑动配合；这样，当丝杠3旋转时，第一连接块5和第二连接块8均被第一螺纹段和第二螺纹段驱动，而第一螺纹段和第二螺纹段螺旋方向相反，所以第一连接块5和第二连接块8的运动方向相反，第一连接块5和第二连接块8相互靠近或者远离，从而使第二支架15上升或者下降。为了使整体的结构较为协调，可以使第一支撑臂11和第二支撑臂12的长度相等，所谓第一支撑臂11和第二支撑臂12长度相等，指的是第一支撑臂11上下两端的铰接孔之间的距离与第二支撑臂12上下两端的铰接孔之间的距离相等。
第一支架和第二支架为上行走轮、下行走轮、丝杠和导向杆等零部件提供安装基础，第一支架和第二支架的具体形状不限，为了便于制造和安装，如图1和图2所示，第一支架1为一窄长的平板，丝杠3和导向杆4沿第一支架1的长度方向延伸并且平行于第一支架1的上表面；第二支架15也可以设置成窄长的板状结构，可以将第二支架15与第一支架1平行设置，在第一支架1的底部设置两个下行走轮2，两个下行走轮2分别安装在第一支架1的前后两端，在第二支架15的顶部安装两个上行走轮16，两个上行走轮16安装在第二支架15的前后两端。这样，在管道中作业时，上行走轮16和下行走轮2分别支撑在管道内侧壁相对的两侧而保持平衡。
在本发明的管道行走机器人的技术方案中，丝杠驱动第一连接块或者同时驱动第一连接块与第二连接块，如图2所示，为了便于驱动丝杠3转动，可以在第一支架1上安装一个调距电机19，丝杠3与调距电机19传动连接，在丝杠3的一段安装一个联轴器24，调距电机19与联轴器24连接，在第一支架1顶部可以安装两个轴承18座，在轴承18座中安装有轴承18，丝杠3的两端由轴承18支承在第一支架1顶部。导向杆4为第一连接块5和第二连接块8提供支承和导向，在第一支架1的顶部设有两个弯板23，弯板23上设有支承孔，导向杆4的两端分别支承在弯板23的支承孔内。
机器人在管道中行走时，有时需要转向以调整姿态，有时会遇到管道弯曲的情况，在这些情况下，需要管道机器人具有转向功能。为了能够实现转向功能，如图1和图2所示，在本发明的管道行走机器人的技术方案中，第一支架1底部安装有下转向架22a，下行走轮2安装在下转向架22a上，下转向架22a包括一U形槽架(图中未标出)，下行走轮2安装在下转向架22a的U形槽架的两侧壁之间，在下转向架22a的U形槽架的顶部可以设置一根向上穿过第一支架1的转向轴(图中未显示)，在第一支架1上安装有下转向电机21a，下转向架22a的转向轴与下转向电机21a相连接，这样，下转向电机21a可以驱动下转向架22a转动而使下行走轮2转向；为了驱动下行走轮2转动，可以在每个下转向架22a上安装一个下行走电机20a，下行走电机20a可以安装在下转向架22a的侧面，并与下行走轮2传动连接，驱动下行走轮2转动。与下行走轮2的安装方式相似，在第二支架15顶部安装有上转向架22b，上行走轮16安装在上转向架22b上，上转向架22b包括一U形槽架(图中未标出)，上行走轮16安装在上转向架22b的U形槽架的两侧壁之间，在上转向架22b的U形槽架底部可以设置一根向下穿过第二支架15的转向轴，在第二支架15上安装有上转向电机21b，上转向架22b的转向轴与上转向电机21b连接，这样，上转向电机21b可以驱动上转向架22b转动而使上行走轮16转向；为了驱动上行走轮16转动，可以在每个上转向架22b上安装一个上行走电机20b，上行走电机20b可以安装在上转向架22b的侧面，并与上行走轮16传动连接，驱动上行走轮16转动。在管道行走机器人需要转向时，通过控制上转向电机21b使上转向架22b旋转，并控制下转向电机21a使下转向架22a同步地旋转，这样就能调整管道行走机器人的行走方向。为了检测第二支架15上的支撑力，可以在上转向架22b与上转向架22b与第二支架15之间设有压力传感器17，通过压力传感器17输出压力值的变化，可以获知管道内径的变化，从而及时调节上行走轮16和下行走轮2之间的距离，以便适应管道内径的变化。可以将调距电机19、行走电机和转向电机与控制器连接(可以是有线连接或者无线连接)，通过控制器来控制调距电机19、行走电机和转向电机的运动，可以在调距电机19、行走电机和转向电机上设置蓝牙通讯装置，用手机等具有蓝牙通讯功能的设备来远程地控制调距电机19、行走电机和转向电机的运动。
基于上述实施例的技术方案，本发明的管道行走机器人能够适应管道内径的变化，在变管径的管道中行走，而且还具有转向功能，能够调整上行走轮、下行走轮的行走方向，可以适应弯曲管道的工作情况。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种管道行走机器人，其特征是：
包括第一支架(1)，第一支架(1)的底部安装有下行走轮(2)，第一支架(1)的顶部设置有相互平行的丝杠(3)和导向杆(4)；在丝杠(3)和导向杆(4)上安装有第一连接块(5)和第二连接块(8)，第一连接块(5)上设有第一传动螺纹孔(6)和第一导向孔(7)，第一传动螺纹孔(6)与丝杠(3)螺纹配合，第一导向孔(7)与导向杆(4)滑动配合；
第一连接块(5)和第二连接块(8)上分别连接有第一支撑臂(11)和第二支撑臂(12)，第一支撑臂(11)和第二支撑臂(12)的下端分别铰接在第一连接块(5)和第二连接块(8)上；第一支撑臂(11)和第二支撑臂(12)的上端铰接在一起；
第一支撑臂(11)和第二支撑臂(12)的上端支承有第二支架(15)，第二支架(15)的顶部安装有上行走轮(16)；
转动丝杠(3)能使第一连接块(5)与第二连接块(8)相互靠近或者远离，从而带动第二支架(15)上升或者下降；所述第一支架(1)上安装有调距电机(19)，丝杠(3)与调距电机(19)传动连接；
第一支架(1)底部安装有下转向架(22a)，下行走轮(2)安装在下转向架(22a)上，下转向架(22a)与下转向电机(21a)相连接；
第二支架(15)顶部安装有上转向架(22b)，上行走轮(16)安装在上转向架(22b)上，上转向架(22b)与上转向电机(21b)相连接。
2.如权利要求1所述的管道行走机器人，其特征是：
第二连接块(8)相对于第一支架(1)固定设置。
3.如权利要求1所述的管道行走机器人，其特征是：
所述丝杠(3)上设有第一螺纹段和第二螺纹段，第一螺纹段与第二螺纹段螺旋方向相反；第二连接块(8)上设有第二传动螺纹孔(9)和第二导向孔(10)；所述第一传动螺纹孔(6)与第一螺纹段相配合，所述第二传动螺纹孔(9)与第二螺纹段相配合；所述第二导向孔(10)与导向杆(4)滑动配合。
4.如权利要求1所述的管道行走机器人，其特征是：
所述第一支撑臂(11)与第二支撑臂(12)长度相等。
5.如权利要求1所述的管道行走机器人，其特征是：
所述丝杠(3)的两端由轴承(18)支承在第一支架(1)顶部。
6.如权利要求1所述的管道行走机器人，其特征是：
第一支架(1)的前后两端各设有一个下行走轮(2)；
第二支架(15)的前后两端各设有一个上行走轮(16)。
7.如权利要求1所述的管道行走机器人，其特征是：
所述第二支架(15)上设有一铰接孔，第一支撑臂(11)和第二支撑臂(12)的上端均与铰接孔铰接。
8.如权利要求1所述的管道行走机器人，其特征是：
所述下转向架(22a)上安装有驱动下行走轮(2)的下行走电机(20a)；
所述上转向架(22b)上安装有驱动上行走轮(16)的上行走电机(20b)。
9.如权利要求1所述的管道行走机器人，其特征是：
所述上转向架(22b)与第二支架(15)之间设有压力传感器(17)。
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