CN106641572B - 一种智能遥控自适应管道机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种智能遥控自适应管道机器人，包括控制导向组件、万向传动组件和六个自适应调整支架组件；控制导向组件包括牵引销轴、牵引壳体、电池盒、电池组、锥形转接壳体、电路板、减速电机、减速电机安装壳体、传动阶梯轴、滚动轴承、轴承挡圈和尼龙挡块；万向传动组件包括阻尼弹簧、万向节、弹簧预紧手轮、手轮套筒、平面推力轴承、传动轴、六面体套筒和锥形法兰；所述自适应调整支架组件包括聚氨酯轮、深沟球轴承、聚氨酯轮转轴、双耳支架、双耳固定座、两根连杆、两个弹簧定位销、两根弹簧、定位销轴和安装底座。本发明所述的智能遥控自适应管道机器人能够在不同直径的管道内爬行，结构简单、灵活性好、稳定性高。
Description
技术领域
本发明属于自动化设备领域，具体涉及一种智能遥控自适应管道机器人。
背景技术
目前，激光加工技术已经被广泛用于管道内壁的激光熔覆、焊接、热处理以及清洗等领域，国内外相关专利与文献对于管道加工的技术手段有一个共同的特点，即激光头自旋(焦点沿圆周路径在管壁上移动)或者管道自旋。这些方法具有诸多缺点，比如：驱动加工头旋转的运动机构，以及对应设计的激光光路，使得加工头整体结构变得复杂，若让管道旋转则工件变位机构复杂且难以保证管道与入射光束同轴；上述焦点与管道之间相对移动的方式还导致激光加工效率不高、加工效果不均匀，并且激光焦点沿圆周方向顺序移动存在圆周热应力循环变化，导致管道可能变形等问题。
专利号ZL201510195584.7的中国发明专利《一种管道内壁激光加工头》公开了一种无须加工头或管道自旋的管道内壁激光加工头，该管道内壁激光加工头利用多个锥透镜、聚焦镜和圆锥反射镜的组合，构成了环形聚焦线光束，无须加工头或管道自旋，即可高效率、高精度、高质量的完成管道内壁的激光加工。但该管道内壁激光加工头工作时，需要与管道行走机构配合，使加工头沿管道前进完成加工。
国内外针对管道机器人的研究已经有了长足的发展，常见的行走方式多为惯性冲击行走、蠕动爬行、弹性驱动行走或轮式行走等，但是通过对比研究，不难发现，现有管道机器人的整体结构和驱动原理相对复杂；对管径变化的管道无法实现自适应；需要外接电源提供动力，从而限制了机构的灵活性及运动范围，因此很难被广泛地推广应用。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种能够适应不同直径的管道、结构简单、灵活性好的智能遥控自适应管道机器人。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种智能遥控自适应管道机器人，包括控制导向组件、万向传动组件和六个自适应调整支架组件；
控制导向组件包括牵引销轴、牵引壳体、电池盒、电池组、锥形转接壳体、电路板、减速电机、减速电机安装壳体、传动阶梯轴、滚动轴承、轴承挡圈和尼龙挡块；所述牵引壳体用于将机器人与外部加工头连接在一起，实现对加工头的牵引；牵引壳体的内部空腔内安装有电池盒，电池组安装在电池盒内；所述锥形转接壳体的一端与牵引壳体的底部通过螺纹配合连接，另一端与减速电机安装壳体通过螺纹配合连接；所述锥形转接壳体内部中空，空腔内安装有电路板，所述电路板与电池组相连，由电池组供电；所述减速电机安装壳体为正六面体结构，其以夹角120度分布的3个侧面分别设有3个螺纹孔，用于固定安装自适应调整支架组件；减速电机安装在减速电机安装壳体的内部空腔内，减速电机与电路板相连，由电路板对其进行控制；传动阶梯轴的一端与减速电机的输出轴相连，另一端通过轴阶与滚动轴承配合安装，滚动轴承外圈与轴承挡圈内壁套装，尼龙挡块内嵌于传动阶梯轴与滚动轴承之间；
万向传动组件包括阻尼弹簧、万向节、弹簧预紧手轮、手轮套筒、平面推力轴承、传动轴、六面体套筒和锥形法兰；所述万向节的一侧接头通过销轴与传动阶梯轴相连，另一侧接头通过销轴与传动轴配合安装相连；所述传动轴的第一端设置有通孔，中部设有台阶面，第二端设置有外螺纹；台阶面与外螺纹之间设置有对称的两个局部轴平面；所述六面体套筒的外壁上以夹角120度分布的3个侧面分别设有3个螺纹孔，用于固定安装自适应调整支架组件；六面体套筒的一侧端部设置有一与传动轴的局部轴平面尺寸匹配的安装孔；六面体套筒的另一侧与锥形法兰通过螺纹配合安装；所述传动轴一端通过销轴与万向节的一侧接头配合安装；另一端插入六面体套筒内，所述安装孔与传动轴的局部轴平面配合安装，并通过台阶面和端部安装六角螺母进行轴向固定；所述阻尼弹簧的一端与尼龙挡块抵接，另一端抵接弹簧预紧手轮并通过螺栓锁紧；所述弹簧预紧手轮与手轮套筒通过螺纹配合安装，通过调整弹簧预紧手轮与手轮套筒相对位置实现阻尼弹簧预紧力调整；平面推力轴承内圈与传动轴同轴配合安装，外圈与手轮套筒内壁配合安装。
所述自适应调整支架组件包括聚氨酯轮、深沟球轴承、聚氨酯轮转轴、双耳支架、双耳固定座、两根连杆、两个弹簧定位销、两根弹簧、定位销轴和安装底座；所述安装底座用于固定自适应调整支架组件；六组自适应调整支架组件中的三组固定安装在减速电机安装壳体的三个侧面上，另外三组固定安装在六面体套筒的三个侧面上；所述聚氨酯轮、一对深沟球轴承、聚氨酯轮转轴、双耳支架和双耳固定座组成转轮组件，其中深沟球轴承为一对，分别内嵌于聚氨酯轮两侧，双耳支架安装在双耳固定座上，聚氨酯轮安装在聚氨酯轮转轴上，聚氨酯轮转轴的两侧支撑安装在双耳支架两侧的双耳结构上；所述双耳固定座包括平面底座和两个立耳，平面底座上开设有两个相对的弧形槽，并与双耳支架上的螺纹孔正对，用于调整转轮组件的角度并通过螺栓和螺母进行锁紧固定；所述连杆呈工字型，两端设有对称的双耳结构，中部为方形结构，所述方形结构上设置有螺纹孔；所述连杆的一端双耳结构通过销轴安装在双耳固定座的底部，另一端双耳结构通过定位销轴安装在安装底座上；两根连杆平行安装；第一个弹簧定位销穿过安装底座一端的通孔，左右两端分别与两根弹簧的第一端固定；第二个弹簧定位销穿过远离第一个弹簧定位销的连杆上的螺纹孔，左右两端分别与两根弹簧的第二端固定。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明所述的智能遥控自适应管道机器人有较高的管道通过性能及稳定性，可在一定曲率弯头、变径管道、阀门管道内进行作业，尤其可有效解决小口径管道中行进时存在的卡死、不易转弯、不易通过阀件、结构复杂、笨重等问题；同时解决了现有管道机器人的能源供给缺陷、整体结构复杂、对变径管道无法实现自适应、自动化和智能化程度较低等问题。
2、本发明所述的智能遥控自适应管道机器人通过万向传动组件中高强度弹簧及双联动连杆的作用，可适应管道管径变化，机器人在行进过程中，保证了聚氨酯轮能够始终接触管道内壁。
3、本发明所述的智能遥控自适应管道机器人通过万向节作为传动装置，可使机器人顺利通过弯道，阻尼弹簧对万向节组件起阻尼缓冲作用，主要为了防止机器人经过过窄弯道时发生甩尾现象，从而保证机器人优良的过弯性能及平稳性。
4、本发明采用螺旋型驱动原理，在保证加工精度和行进速度的前提下，大大降低了整体结构的复杂度，使得机器人在不同管径的管道中行进自如，其管径自适应范围小至100mm，大至600mm，并且通过改变自适应调整支架尺寸，可适用于更大直径管道。
5、本发明所述的智能遥控自适应管道机器人还可以方便的加载局域网无线遥控模块，从而实现智能远程操控及在线状态监测。
附图说明
图1为本发明所述智能遥控自适应管道机器人的总体图；
图2为控制导向组件的剖面图；
图3为牵引壳体的结构图；
图4为万向传动组件的结构图；
图5为传动轴的结构图；
图6为六面体套筒的结构图；
图7为自适应调整支架组件的结构图；
图8为双耳支架的结构图；
图9为双耳固定座的结构图；
图10为连杆的结构图；
图中各标号的含义如下：
控制导向组件1、万向传动组件3、自适应调整支架组件2、牵引销轴101、牵引壳体102、电池盒103、电池组104、锥形转接壳体105、电路板106、减速电机107、减速电机安装壳体108、传动阶梯轴109、滚动轴承110、轴承挡圈111、尼龙挡块112、阻尼弹簧301、万向节302、弹簧预紧手轮303、手轮套筒304、平面推力轴承305、传动轴306、六面体套筒401、通孔3061、台阶面3062、轴平面3063、弧形槽2051、立耳2052、安装孔4011、双耳结构2061、方形结构2062。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1-10所示，本发明提供了一种智能遥控自适应管道机器人，包括：控制导向组件1、万向传动组件3和六个自适应调整支架组件2。
控制导向组件1包括牵引销轴101、牵引壳体102、电池盒103、电池组104、锥形转接壳体105、电路板106、减速电机107、减速电机安装壳体108、传动阶梯轴109、滚动轴承110、轴承挡圈111和尼龙挡块112。
所述牵引壳体102主体呈圆锥状，内部为空腔，顶部设置有两个对称的凸耳，两个凸耳上均设置有一通孔，两个凸耳之间设置有用于安装外部加工头连接件的间隙；牵引销轴101依次穿过左侧凸耳上的通孔、外部加工头连接件和右侧凸耳上的通孔，将机器人与外部加工头连接在一起，实现对加工头的牵引。牵引壳体102的内部空腔内安装有电池盒103，电池组104安装在电池盒103内。
所述锥形转接壳体105的一端与牵引壳体102的底部通过螺纹配合连接，另一端与减速电机安装壳体108通过螺纹配合连接。所述锥形转接壳体105内部中空，空腔内安装有电路板106，所述电路板106与电池组104相连，由电池组104供电。
所述减速电机安装壳体108为正六面体结构，其以夹角120度分布的3个侧面分别设有3个螺纹孔，用于固定安装自适应调整支架组件2；减速电机107安装在减速电机安装壳体108的内部空腔内，减速电机107与电路板106相连，由电路板106对其进行控制。所述电路板106加载了局域网无线终端控制模块，可实现无线遥控控制机器人的前进、后退及行进速度的控制。
传动阶梯轴109的一端与减速电机107的输出轴相连，另一端通过轴阶与滚动轴承110配合安装，滚动轴承110外圈与轴承挡圈111内壁套装，尼龙挡块112内嵌于传动阶梯轴109与滚动轴承110之间。
万向传动组件3包括阻尼弹簧301、万向节302、弹簧预紧手轮303、手轮套筒304、平面推力轴承305、传动轴306、六面体套筒401和锥形法兰。
所述万向节302的一侧接头通过销轴与传动阶梯轴109相连，另一侧接头通过销轴与传动轴306配合安装相连。
所述传动轴306的第一端设置有通孔3061，中部设有台阶面3062，第二端设置有外螺纹；台阶面3062与外螺纹之间设置有对称的两个局部轴平面3063。
所述六面体套筒401的外壁上以夹角120度分布的3个侧面分别设有3个螺纹孔，用于固定安装自适应调整支架组件2。六面体套筒401的一侧端部设置有一与传动轴306的局部轴平面3063尺寸匹配的安装孔4011。六面体套筒401的另一侧与锥形法兰通过螺纹配合安装。
所述传动轴306一端通过销轴与万向节302的一侧接头配合安装；另一端插入六面体套筒401内，所述安装孔4011与传动轴306的局部轴平面3063配合安装，并通过台阶面3062和端部安装六角螺母307进行轴向固定。
所述阻尼弹簧301的一端与尼龙挡块112抵接，另一端抵接弹簧预紧手轮303并通过螺栓锁紧；所述弹簧预紧手轮303与手轮套筒304通过螺纹配合安装，通过调整弹簧预紧手轮303与手轮套筒304相对位置实现阻尼弹簧301预紧力调整。平面推力轴承305内圈与传动轴306同轴配合安装，外圈与手轮套筒304内壁配合安装。
所述自适应调整支架组件2可根据管道的直径大小自动调整支架角度与高度，并确保每组支架的上的聚氨酯轮201紧贴管道内壁。所述自适应调整支架组件2具体包括聚氨酯轮201、深沟球轴承202、聚氨酯轮转轴203、双耳支架204、双耳固定座205、两根连杆206、两个弹簧定位销207、两根弹簧208、定位销轴210和安装底座211。
所述安装底座211用于固定自适应调整支架组件2；六组自适应调整支架组件2中的三组固定安装在减速电机安装壳体108的三个侧面上，另外三组固定安装在六面体套筒401的三个侧面上。
所述聚氨酯轮201、一对深沟球轴承202、聚氨酯轮转轴203、双耳支架204和双耳固定座205组成转轮组件，其中深沟球轴承202为一对，分别内嵌于聚氨酯轮201两侧，双耳支架204安装在双耳固定座205上，聚氨酯轮201安装在聚氨酯轮转轴203上，聚氨酯轮转轴203的两侧支撑安装在双耳支架204两侧的双耳结构上。所述双耳固定座205包括平面底座和两个立耳2052，平面底座上开设有两个相对的弧形槽2051，并与双耳支架204上的螺纹孔正对，用于调整转轮组件的角度并通过螺栓和螺母进行锁紧固定。
所述连杆206呈工字型，两端设有对称的双耳结构2061，中部为方形结构2062，所述方形结构2062上设置有螺纹孔。所述连杆206的一端双耳结构2061通过销轴安装在双耳固定座205的底部，另一端双耳结构2061通过定位销轴210安装在安装底座211上。两根连杆206平行安装。
第一个弹簧定位销207穿过安装底座211一端的通孔，左右两端分别与两根弹簧208的第一端固定。第二个弹簧定位销207穿过远离第一个弹簧定位销207的连杆206上的螺纹孔，左右两端分别与两根弹簧208的第二端固定。
上述智能遥控自适应管道机器人的工作原理为：
减速电机107驱动万向传动组件3及六面体套筒401转动，安装在六面体套筒401外侧的三组自适应调整支架组件3的聚氨酯轮201因紧贴于管道内壁产生的摩擦力而转动，由于聚氨酯轮201的转动轴线与六面体套筒401的轴线呈一锐角倾斜角，故聚氨酯轮201与管道内壁接触点的运动轨迹为沿着管道轴线的空间螺旋线，从而迫使六面体套筒401沿管道轴线行走；而安装在控制导向组件1上的自适应调整支架组件3的三组导向聚氨酯轮201的转动轴线与六面体套筒401的轴线相互垂直，故控制导向组件1沿管道轴线方向随动力驱动装置一起前进或后退，起到导向作用，以保证机器人整体在管道中能够平稳地行进。该管道机器人作为牵引机构可以拖动相关设备对管道进行检测、清洗、修复等作业。
本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。
Claims (2)
1.一种智能遥控自适应管道机器人，其特征在于，包括控制导向组件(1)、万向传动组件(3)和六个自适应调整支架组件(2)；
控制导向组件(1)包括牵引销轴(101)、牵引壳体(102)、电池盒(103)、电池组(104)、锥形转接壳体(105)、电路板(106)、减速电机(107)、减速电机安装壳体(108)、传动阶梯轴(109)、滚动轴承(110)、轴承挡圈(111)和尼龙挡块(112)；所述牵引壳体(102)用于将机器人与外部加工头连接在一起，实现对加工头的牵引；牵引壳体(102)的内部空腔内安装有电池盒(103)，电池组(104)安装在电池盒(103)内；所述锥形转接壳体(105)的一端与牵引壳体(102)的底部通过螺纹配合连接，另一端与减速电机安装壳体(108)通过螺纹配合连接；所述锥形转接壳体(105)内部中空，空腔内安装有电路板(106)，所述电路板(106)与电池组(104)相连，由电池组(104)供电；所述减速电机安装壳体(108)为正六面体结构，其以夹角120度分布的3个侧面分别设有3个螺纹孔，用于固定安装自适应调整支架组件(2)；减速电机(107)安装在减速电机安装壳体(108)的内部空腔内，减速电机(107)与电路板(106)相连，由电路板(106)对其进行控制；传动阶梯轴(109)的一端与减速电机(107)的输出轴相连，另一端通过轴阶与滚动轴承(110)配合安装，滚动轴承(110)外圈与轴承挡圈(111)内壁套装，尼龙挡块(112)内嵌于传动阶梯轴(109)与滚动轴承(110)之间；
万向传动组件(3)包括阻尼弹簧(301)、万向节(302)、弹簧预紧手轮(303)、手轮套筒(304)、平面推力轴承(305)、传动轴(306)、六面体套筒(401)和锥形法兰；所述万向节(302)的一侧接头通过销轴与传动阶梯轴(109)相连，另一侧接头通过销轴与传动轴(306)配合安装相连；所述传动轴(306)的第一端设置有通孔(3061)，中部设有台阶面(3062)，第二端设置有外螺纹；台阶面(3062)与外螺纹之间设置有对称的两个局部轴平面(3063)；所述六面体套筒(401)的外壁上以夹角120度分布的3个侧面分别设有3个螺纹孔，用于固定安装自适应调整支架组件(2)；六面体套筒(401)的一侧端部设置有一与传动轴(306)的局部轴平面(3063)尺寸匹配的安装孔(4011)；六面体套筒(401)的另一侧与锥形法兰通过螺纹配合安装；所述传动轴(306)一端通过销轴与万向节(302)的一侧接头配合安装；另一端插入六面体套筒(401)内，所述安装孔(4011)与传动轴(306)的局部轴平面(3063)配合安装，并通过台阶面(3062)和端部安装六角螺母(307)进行轴向固定；所述阻尼弹簧(301)的一端与尼龙挡块(112)抵接，另一端抵接弹簧预紧手轮(303)并通过螺栓锁紧；所述弹簧预紧手轮(303)与手轮套筒(304)通过螺纹配合安装，通过调整弹簧预紧手轮(303)与手轮套筒(304)相对位置实现阻尼弹簧(301)预紧力调整；平面推力轴承(305)内圈与传动轴(306)同轴配合安装，外圈与手轮套筒(304)内壁配合安装。
2.根据权利要求1所述的智能遥控自适应管道机器人，其特征在于，所述自适应调整支架组件(2)包括聚氨酯轮(201)、深沟球轴承(202)、聚氨酯轮转轴(203)、双耳支架(204)、双耳固定座(205)、两根连杆(206)、两个弹簧定位销(207)、两根弹簧(208)、定位销轴(210)和安装底座(211)；所述安装底座(211)用于固定自适应调整支架组件(2)；六组自适应调整支架组件(2)中的三组固定安装在减速电机安装壳体(108)的三个侧面上，另外三组固定安装在六面体套筒(401)的三个侧面上；所述聚氨酯轮(201)、一对深沟球轴承(202)、聚氨酯轮转轴(203)、双耳支架(204)和双耳固定座(205)组成转轮组件，其中深沟球轴承(202)为一对，分别内嵌于聚氨酯轮(201)两侧，双耳支架(204)安装在双耳固定座(205)上，聚氨酯轮(201)安装在聚氨酯轮转轴(203)上，聚氨酯轮转轴(203)的两侧支撑安装在双耳支架(204)两侧的双耳结构上；所述双耳固定座(205)包括平面底座和两个立耳(2052)，平面底座上开设有两个相对的弧形槽(2051)，并与双耳支架(204)上的螺纹孔正对，用于调整转轮组件的角度并通过螺栓和螺母进行锁紧固定；所述连杆(206)呈工字型，两端设有对称的双耳结构(2061)，中部为方形结构(2062)，所述方形结构(2062)上设置有螺纹孔；所述连杆(206)的一端双耳结构(2061)通过销轴安装在双耳固定座(205)的底部，另一端双耳结构(2061)通过定位销轴(210)安装在安装底座(211)上；两根连杆(206)平行安装；第一个弹簧定位销(207)穿过安装底座(211)一端的通孔，左右两端分别与两根弹簧(208)的第一端固定；第二个弹簧定位销(207)穿过远离第一个弹簧定位销(207)的连杆(206)上的螺纹孔，左右两端分别与两根弹簧(208)的第二端固定。
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