CN105953028B - 一种适用于多分支管网检测的管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于多分支管网检测的管道机器人，包括至少两段驱动节和至少一段转向节，相邻两个驱动节之间通过转向节连接，位于最前端的驱动节的前端面上固定有前端盖，前端盖的中心位置安装有传感器，位于最后端的驱动节的后端面上固定有后端盖，后端盖的中心位置装有万向球铰，驱动节包括主机架、驱动机构和伸缩机构，主机架的侧壁上间隔均匀地安装有多个驱动机构，伸缩机构装于主机架内，且伸缩机构能够将驱动机构收回主机架内，转向节能够带动前方与其连接的驱动节转向。本发明的优点在于：能够主动、自由转向，并可根据实际情况连接若干数量的驱动节和转向节，增大管道机器人的运载能力，满足复杂分支管网及不同管径管道检测需求。

Description

一种适用于多分支管网检测的管道机器人

技术领域

本发明涉及管道机器人技术领域，特别是一种适用于多分支管网检测的管道机器人。

背景技术

管道是国家生命线工程的重要组成部分，是国家能源的大动脉，它的安全运营对国家经济发展的影响重大。为保证管道安全，在管道运行一段时间后，需要对其进行检测，以及时发现安全隐患。

管道机器人实现管道检测的主要驱动装置，通过其携带检测设备沿管道爬行，完成管道的检测工作。随着我国油气、供水管道规模的不断发展，管网结构越来越复杂，特别是城市燃气、供水管网存在大量的分支管道，因此，为实现管网的全面检测，管道机器人必须能够主动、灵活转向，按照设定的管道线路进行检测。专利2007100500568、2012104818937机体采用整体设计，过弯能力差，只能沿转弯半径较大的单管道路径爬行；专利2015107317708运动短节之间采用万向节连接、专利2015108488450主支架与驱动电机支架之间采用柔性连接，能够沿管道被动转向，提高了过弯能力，但该连接属于被动转向连接，依然只能沿单管道路径爬行，无法实现多分支管网内的主动转向。通过调研分析发现，现有管道机器人大多属于被动转向，在遇到分支管道时，无法主动转向，无法满足复杂分支管网的检测要求。

因此，针对现有管道机器人存在的不足，设计发明一种适用于多分支管网检测的管道机器人，对于实现复杂多分支管网的检测，具有积极意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种适用于多分支管网检测的管道机器人，能够使管道机器人主动、自由转向，使管道机器人满足复杂分支管网的检测要求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种适用于多分支管网检测的管道机器人，包括至少两段驱动节和至少一段转向节，相邻两个驱动节之间通过转向节连接，位于最前端的驱动节的前端面上固定有前端盖，前端盖的中心位置安装有用于探测管网管道路径分布情况的传感器，位于最后端的驱动节的后端面上固定有后端盖，后端盖的中心位置装有用于连接其他管道检测设备的万向球铰，驱动节包括主机架、驱动机构和伸缩机构，主机架的侧壁上间隔均匀地安装有多个驱动机构，伸缩机构装于主机架内，且伸缩机构能够将驱动机构收回主机架内，转向节能够带动前方与其连接的驱动节转向。

所述的主机架内沿其轴线方向固定有螺杆架，主机架的侧壁上间隔均匀地设置有多个内凹的安放槽，安放槽的两侧从上至下依次对称设置有第一轴承座和第二轴承座，主机架的上下端面上分别设置有连接板，所述驱动机构安装于安放槽内，所述伸缩机构安装在螺杆架上，伸缩机构与驱动机构传动连接。

所述的驱动机构包括侧板、驱动电机和履带，两块侧板相对设置，驱动电机通过电机安装板固定在两块侧板之间，驱动电机的输出轴上安装有第一锥齿轮，两块侧板的两端还转动安装有相互平行的传动轴和从动轴，传动轴上固定有第二锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，传动轴的两端还固定有主动齿轮，从动轴的两端固定有从动齿轮，履带内侧的齿条分别与主动齿轮和从动齿轮啮合后首尾连接，两块侧板的内侧还设置有导轨，履带的内侧边缘与导轨接触配合。

所述的伸缩机构包括伸缩驱动电机、螺杆、螺纹轴套、连杆、第一转动架和第二转动架，螺杆转动安装在螺杆架上，伸缩驱动电机固定安装在螺杆架的下部，伸缩驱动电机的输出轴上安装有第一齿轮，螺杆的下端安装有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合传动，螺纹轴套通过螺纹与螺杆配合连接，螺纹轴套的侧壁上铰接有多根连杆，第一轴承座上通过轴承安装有第一转动轴，第一转动架的一端固定在第一转动轴的中部，另一端与侧板的一端铰接，第二轴承座上通过轴承安装有第二转动轴，第二转动架的一端固定在第二转动轴的中部，另一端与侧板的另一端铰接，连杆的另一端与第一转动架的中部铰接。

所述的转向节包括上壳体、转向体、涡轮、蜗杆和下壳体，上壳体通过螺栓与其前方的连接板固定连接，转向体的两侧对称焊接有第一转向轴和第二转向轴，第一转向轴和第二转向轴通过轴承固定在下壳体的轴承座上，第一转向轴加工有中心通孔，与蜗杆一端间隙配合，涡轮与涡轮轴通过键槽固定连接，涡轮轴两端通过固定板固定在上壳体上，蜗杆一端通过轴承固定在转向体的轴承安装座上，一端穿过第一转向轴中心通孔，并与第三齿轮连接，第四齿轮通过轴承固定在第四齿轮轴上，第四齿轮轴焊接固定在下壳体上，第五齿轮与第一转向电机的输出轴连接，第一转向电机固定在第一电机支架上，第二转向电机固定在第二电机支架上，第二转向电机输出轴与第六齿轮连接，第七齿轮安装在第七齿轮轴上，第七齿轮轴焊接固定在下壳体上，第八齿轮与转向体轴固定连接，第四齿轮分别与第三齿轮和第五齿轮啮合，第七齿轮分别与第六齿轮和第八齿轮啮合。

本发明具有以下优点：

1、采用转向节，能够使管道机器人主动、自由转向，使管道机器人满足复杂分支管网的检测要求。

2、采用伸缩机构，使驱动机构在管道机器人转弯时收放，减小了转弯时需要的空间，扩大了管道机器人的适用范围，同时能够使管道机器人满足不同管径管道检测需求。

3、本发明采用驱动节、转向节采用模块化设计，可根据实际情况连接若干数量的驱动节和转向节，增大管道机器人的负载能力。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为驱动节的剖视结构示意图；

图3 为驱动机构的剖视结构示意图；

图4 为转向节的剖视结构示意图；

图中：1、传感器，2、前端盖，3、驱动节，3-1、主机架，3-1-1、螺杆架，3-1-2、安放槽，3-1-3、第一轴承座，3-1-4、第二轴承座，3-1-5、连接板，3-2、驱动机构，3-2-1、侧板，3-2-2、导轨，3-2-3、驱动电机，3-2-4、电机安装板，3-2-5、第一锥齿轮，3-2-6、第二锥齿轮，3-2-7、主动齿轮，3-2-8、履带，3-2-9、传动轴，3-2-10、从动轴，3-2-11、从动齿轮，3-3、伸缩机构，3-3-1、伸缩驱动电机，3-3-2、第一齿轮，3-3-3、第二齿轮，3-3-4、螺杆，3-3-5、螺纹轴套，3-3-6、连杆，3-3-7、第一转动架，3-3-8、第一转动轴，3-3-9、第二转动架，3-3-10、第二转动轴，4、转向节，4-1、上壳体，4-2、转向体，4-3、涡轮，4-4、涡轮轴，4-5、固定板，4-6、蜗杆，4-7、第一转向轴，4-8、下壳体，4-9、第三齿轮，4-10、第四齿轮，4-11、第四齿轮轴，4-12、第五齿轮，4-13、第一电机支架，4-14、第一转向电机，4-15、第二转向电机，4-16、第二电机支架，4-17、第六齿轮，4-18、第七齿轮，4-19、第七齿轮轴，4-20、第八齿轮，4-21、第二转向轴，5、后端盖，6、万向球铰。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种适用于多分支管网检测的管道机器人，包括至少两段驱动节3和至少一段转向节4，相邻两个驱动节3之间通过转向节4连接，位于最前端的驱动节3的前端面上固定有前端盖2，前端盖2的中心位置安装有用于探测管网管道路径分布情况的传感器1，位于最后端的驱动节3的后端面上固定有后端盖5，后端盖5的中心位置装有用于连接其他管道检测设备的万向球铰6，如图2所示，驱动节3包括主机架3-1、驱动机构3-2和伸缩机构3-3，主机架3-1的侧壁上间隔均匀地安装有多个驱动机构3-2，伸缩机构3-3装于主机架3-1内，且伸缩机构3-3能够将驱动机构3-2收回主机架3-1内，转向节4能够带动前方与其连接的驱动节3转向。

如图2所示，所述的主机架3-1内沿其轴线方向固定有螺杆架3-1-1，主机架3-1的侧壁上间隔均匀地设置有多个内凹的安放槽3-1-2，安放槽3-1-2的两侧从上至下依次对称设置有第一轴承座3-1-3和第二轴承座3-1-4，主机架3-1的上下端面上分别设置有连接板3-1-5，所述驱动机构3-2安装于安放槽3-1-2内，所述伸缩机构3-3安装在螺杆架3-1-1上，伸缩机构3-3与驱动机构3-2传动连接。

如图3所示，所述的驱动机构3-2包括侧板3-2-1、驱动电机3-2-3和履带3-2-8，两块侧板3-2-1相对设置，驱动电机3-2-3通过电机安装板3-2-4固定在两块侧板3-2-1之间，驱动电机3-2-3的输出轴上安装有第一锥齿轮3-2-5，两块侧板3-2-1的两端还转动安装有相互平行的传动轴3-2-9和从动轴3-2-10，传动轴3-2-9上固定有第二锥齿轮3-2-6，第一锥齿轮3-2-5与第二锥齿轮3-2-6啮合，传动轴3-2-9的两端还固定有主动齿轮3-2-7，从动轴3-2-10的两端固定有从动齿轮3-2-11，履带3-2-8内侧的齿条分别与主动齿轮3-2-7和从动齿轮3-2-11啮合后首尾连接，两块侧板3-2-1的内侧还设置有导轨3-2-2，履带3-2-8的内侧边缘与导轨3-2-2接触配合。工作过程中，驱动电机3-2-3驱动第一锥齿轮3-2-5转动，通过锥齿轮转动，使主动齿轮3-2-7旋转，从而带动履带3-2-8转动，使管道机器人沿管壁运动。

如图3所示，所述的伸缩机构3-3包括伸缩驱动电机3-3-1、螺杆3-3-4、螺纹轴套3-3-5、连杆3-3-6、第一转动架3-3-7和第二转动架3-3-9，螺杆3-3-4转动安装在螺杆架3-1-1上，伸缩驱动电机3-3-1固定安装在螺杆架3-1-1的下部，伸缩驱动电机3-3-1的输出轴上安装有第一齿轮3-3-2，螺杆3-3-4的下端安装有第二齿轮3-3-3，第一齿轮3-3-2与第二齿轮3-3-3啮合传动，螺纹轴套3-3-5通过螺纹与螺杆3-3-4配合连接，螺纹轴套3-3-5的侧壁上铰接有多根连杆3-3-6，第一轴承座3-1-3上通过轴承安装有第一转动轴3-3-8，第一转动架3-3-7的一端固定在第一转动轴3-3-8的中部，另一端与侧板3-2-1的一端铰接，第二轴承座3-1-4上通过轴承安装有第二转动轴3-3-10，第二转动架3-3-9的一端固定在第二转动轴3-3-10的中部，另一端与侧板3-2-1的另一端铰接，连杆3-3-6的另一端与第一转动架3-3-7的中部铰接。在转弯过程中时，伸缩驱动电机3-3-1通过第一齿轮3-3-2和第二齿轮3-3-3驱动螺杆3-3-4转动，从而使螺纹轴套3-3-5上下移动，通过连杆3-3-6带动第一转动架3-3-7和第二转动架3-3-9转动，使驱动机构3-2伸出或收回到安放槽3-1-2，减小了转弯需要的转弯空间；此外，遇到管径变化时，也可根据管径调整第一转动架3-3-7和第二转动架3-3-9的转动角度，使管道机器人满足不同管径管道检测需求。

如图4所示，所述的转向节4包括上壳体4-1、转向体4-2、涡轮4-3、蜗杆4-6和下壳体4-8，上壳体4-1通过螺栓与其前方的连接板3-1-5固定连接，转向体4-2的两侧对称焊接有第一转向轴4-7和第二转向轴4-21，第一转向轴4-7和第二转向轴4-21通过轴承固定在下壳体4-7的轴承座上，第一转向轴4-7加工有中心通孔，与蜗杆4-6一端间隙配合，涡轮4-3与涡轮轴4-4通过键槽固定连接，涡轮轴4-4两端通过固定板4-5固定在上壳体4-1上，蜗杆4-6一端通过轴承固定在转向体4-2的轴承安装座上，一端穿过第一转向轴4-7中心通孔，并与第三齿轮4-9连接，第四齿轮4-10通过轴承固定在第四齿轮轴4-11上，第四齿轮轴4-11焊接固定在下壳体4-8上，第五齿轮4-12与第一转向电机4-14的输出轴连接，第一转向电机4-14固定在第一电机支架4-13上，第二转向电机4-15固定在第二电机支架4-16上，第二转向电机4-15输出轴与第六齿轮4-17连接，第七齿轮4-18安装在第七齿轮轴4-19上，第七齿轮轴4-19焊接固定在下壳体4-8上，第八齿轮4-20与转向体轴4-21固定连接，第四齿轮4-10分别与第三齿轮4-9和第五齿轮4-12啮合，第七齿轮4-18分别与第六齿轮4-17和第八齿轮4-20啮合。工作过程中，根据需要，分别启动第一转向电机4-14或第二转向电机4-15，使上壳体411向不同方向转向，从而带动其前方驱动节3转向，其中：第一转向电机4-14通过齿轮、蜗杆、涡轮传动，使上壳体4-1转向；第二转向电机4-15通过齿轮传动，使转向体4-2和上壳体4-1同时转向。

本发明的工作过程如下：工作过程中，传感器1探测管网管道路径分布情况；当遇到分支管道时，判断管道机器人下一步的行进方向，若需要转向，则按以下步骤工作：首先，驱动节3停止工作，管道机器人的第一段驱动节3的伸缩机构3-3动作，使驱动机构3-2收回到安放槽3-1-2，减小转弯所需空间；然后，与第一段驱动节3连接的转向节4动作，根据需要转向的分支管道的方位，启动第一转向电机4-14或第二转向电机4-15，从而使驱动节3转向预定的分支管道方向；当驱动节3转入到预定分支管道内后，伸缩机构3-3动作，驱动机构3-2伸出，使履带3-2-8贴紧管道内壁，驱动机器人前进。后续驱动节3、转向节4依次重复进行上述动作，使管道机器人逐步、完全转入到需要检测的管道中。

Claims (3)

1.一种适用于多分支管网检测的管道机器人，其特征在于：包括至少两段驱动节（3）和至少一段转向节（4），相邻两个驱动节（3）之间通过转向节（4）连接，位于最前端的驱动节（3）的前端面上固定有前端盖（2），前端盖（2）的中心位置安装有用于探测管网管道路径分布情况的传感器（1），位于最后端的驱动节（3）的后端面上固定有后端盖（5），后端盖（5）的中心位置装有用于连接其他管道检测设备的万向球铰（6），

驱动节（3）包括主机架（3-1）、驱动机构（3-2）和伸缩机构（3-3），主机架（3-1）的侧壁上间隔均匀地安装有多个驱动机构（3-2），伸缩机构（3-3）装于主机架（3-1）内，且伸缩机构（3-3）能够将驱动机构（3-2）收回主机架（3-1）内，

转向节（4）能够带动前方与其连接的驱动节（3）转向，所述的主机架（3-1）内沿其轴线方向固定有螺杆架（3-1-1），主机架（3-1）的侧壁上间隔均匀地设置有多个内凹的安放槽（3-1-2），安放槽（3-1-2）的两侧从上至下依次对称设置有第一轴承座（3-1-3）和第二轴承座（3-1-4），主机架（3-1）的上下端面上分别设置有连接板（3-1-5），所述驱动机构（3-2）安装于安放槽（3-1-2）内，所述伸缩机构（3-3）安装在螺杆架（3-1-1）上，伸缩机构（3-3）与驱动机构（3-2）传动连接；所述的转向节（4）包括上壳体（4-1）、转向体（4-2）、涡轮（4-3）、蜗杆（4-6）和下壳体（4-8），上壳体（4-1）通过螺栓与其前方的连接板（3-1-5）固定连接，转向体（4-2）的两侧对称焊接有第一转向轴（4-7）和第二转向轴（4-21），第一转向轴（4-7）和第二转向轴（4-21）通过轴承固定在下壳体（4-7）的轴承座上，第一转向轴（4-7）加工有中心通孔，与蜗杆（4-6）一端间隙配合，涡轮（4-3）与涡轮轴（4-4）通过键槽固定连接，涡轮轴（4-4）两端通过固定板（4-5）固定在上壳体（4-1）上，蜗杆（4-6）一端通过轴承固定在转向体（4-2）的轴承安装座上，一端穿过第一转向轴（4-7）中心通孔，并与第三齿轮（4-9）连接，第四齿轮（4-10）通过轴承固定在第四齿轮轴（4-11）上，第四齿轮轴（4-11）焊接固定在下壳体（4-8）上，第五齿轮（4-12）与第一转向电机（4-14）的输出轴连接，第一转向电机（4-14）固定在第一电机支架（4-13）上，第二转向电机（4-15）固定在第二电机支架（4-16）上，第二转向电机（4-15）输出轴与第六齿轮（4-17）连接，第七齿轮（4-18）安装在第七齿轮轴（4-19）上，第七齿轮轴（4-19）焊接固定在下壳体（4-8）上，第八齿轮（4-20）与转向体轴（4-21）固定连接，第四齿轮（4-10）分别与第三齿轮（4-9）和第五齿轮（4-12）啮合，第七齿轮（4-18）分别与第六齿轮（4-17）和第八齿轮（4-20）啮合。

2.根据权利要求1所述的一种适用于多分支管网检测的管道机器人，其特征在于：所述的驱动机构（3-2）包括侧板（3-2-1）、驱动电机（3-2-3）和履带（3-2-8），两块侧板（3-2-1）相对设置，驱动电机（3-2-3）通过电机安装板（3-2-4）固定在两块侧板（3-2-1）之间，驱动电机（3-2-3）的输出轴上安装有第一锥齿轮（3-2-5），两块侧板（3-2-1）的两端还转动安装有相互平行的传动轴（3-2-9）和从动轴（3-2-10），传动轴（3-2-9）上固定有第二锥齿轮（3-2-6），第一锥齿轮（3-2-5）与第二锥齿轮（3-2-6）啮合，传动轴（3-2-9）的两端还固定有主动齿轮（3-2-7），从动轴（3-2-10）的两端固定有从动齿轮（3-2-11），履带（3-2-8）内侧的齿条分别与主动齿轮（3-2-7）和从动齿轮（3-2-11）啮合后首尾连接，两块侧板（3-2-1）的内侧还设置有导轨（3-2-2），履带（3-2-8）的内侧边缘与导轨（3-2-2）接触配合。

3.根据权利要求2所述的一种适用于多分支管网检测的管道机器人，其特征在于：所述的伸缩机构（3-3）包括伸缩驱动电机（3-3-1）、螺杆（3-3-4）、螺纹轴套（3-3-5）、连杆（3-3-6）、第一转动架（3-3-7）和第二转动架（3-3-9），螺杆（3-3-4）转动安装在螺杆架（3-1-1）上，伸缩驱动电机（3-3-1）固定安装在螺杆架（3-1-1）的下部，伸缩驱动电机（3-3-1）的输出轴上安装有第一齿轮（3-3-2），螺杆（3-3-4）的下端安装有第二齿轮（3-3-3），第一齿轮（3-3-2）与第二齿轮（3-3-3）啮合传动，螺纹轴套（3-3-5）通过螺纹与螺杆（3-3-4）配合连接，螺纹轴套（3-3-5）的侧壁上铰接有多根连杆（3-3-6），第一轴承座（3-1-3）上通过轴承安装有第一转动轴（3-3-8），第一转动架（3-3-7）的一端固定在第一转动轴（3-3-8）的中部，另一端与侧板（3-2-1）的一端铰接，第二轴承座（3-1-4）上通过轴承安装有第二转动轴（3-3-10），第二转动架（3-3-9）的一端固定在第二转动轴（3-3-10）的中部，另一端与侧板（3-2-1）的另一端铰接，连杆（3-3-6）的另一端与第一转动架（3-3-7）的中部铰接。