CN106838541A - 管径自适应螺旋管道机器人 - Google Patents

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汤荣
刘俊甫
苏林
郑树林
龚则
马云修
李健
王书增
李通
成文峰
陈�峰
陈波
袁龙春
王慧
孙伟栋
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China Petroleum and Chemical Corp
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Sinopec Pipeline Storage and Transportation Co
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Abstract

一种管径自适应螺旋管道机器人，包括行星减速机，行星减速机的输入端连接有驱动叶轮；行星减速机的输出端通过万向节连接有固定导向机构，行星减速机与万向节之间设有安全离合器；行星减速机的外壳设有两端螺向相反的滚珠丝杠，滚珠丝杠的两端套有螺母副，螺母副通过拉力弹簧连接在一起；螺母副通过连杆连接有轮座，轮座上设有驱动轮；行星减速机的输出端与滚珠丝杠的输入端通过齿轮系连接在一起。本发明的管径自适应螺旋管道机器人结构简单，加工成本较低，可根据障碍大小自动调节自身尺寸，便于越过障碍，无需人工调节；越过障碍之后，该驱动轮又可自动增大自身尺寸，便于在管道内前进。

Description

管径自适应螺旋管道机器人
技术领域
本发明涉及管道机器人领域，具体是一种管径自适应螺旋管道机器人，主要用于在管径变化、障碍较大等情况时，机器人自动改变自身尺寸，便于顺利通过障碍，进行管道检测。
背景技术
管道作为主要的流体输送工具,在人类生产、生活中发挥着巨大作用。管道在长期的使用过程中难免会出现破裂、堵塞等，这就要求我们必须定期的对管道进行勘察和维护，管道机器人在这方面具有得天独厚的优势。在众多的管道机器人当中，轮式管道机器人由于速度快,运动平稳、负载能力强,被广泛应用于管道检测中。现有管道机器人的变径方法有弹簧预紧变径、蜗杆预紧变径和升降机预紧变径等。弹簧预紧变径在小范围内具有自适应能力,但随着弹簧尺寸变化预紧力也发生变化，且弹簧预紧力较小容易导致机器人驱动力过小。升降机预紧变径机构在轴向和径向结构比较紧凑,使机器人的空间尺寸大大缩小,但当管道直径较大时所需的推动力较大,对机构的强度的要求较高。蜗杆预紧变径方法可以实现较大范围变径,但所需驱动力较大。所以对于可变径管道机器人,尤其是可变径轮式管道机器人,缺少较好的执行方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种结构简单，效果良好的管径自适应螺旋管道机器人。
本发明是以如下技术方案实现的：一种管径自适应螺旋管道机器人，包括行星减速机，所述行星减速机的输入端连接有驱动叶轮；所述行星减速机的输出端通过万向节连接有固定导向机构，所述行星减速机与万向节之间设有安全离合器；所述行星减速机的外壳设有若干两端螺向相反的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的两端套有螺母副，所述螺母副通过拉力弹簧连接在一起；两端的所述螺母副通过连杆连接有轮座，所述轮座上设有旋转轴向与行星减速机的旋转轴向不平行的驱动轮；所述行星减速机的输出端与滚珠丝杠的输入端通过齿轮系连接在一起。
其进一步是：所述固定导向机构由支撑架和导向轮组成，所述支撑架为十字型支架，所述导向轮设置在支撑架的四个端部，所述导向轮与支撑架的端部之间设有压力弹簧。
所述支撑架所在的平面与行星减速机的旋转轴向垂直。
所述导向轮的旋转轴向与行星减速机的旋转轴向垂直。
所述驱动轮与轮座之间设有压力弹簧。
所述轮座的两侧设有导向孔，所述行星减速机上设有与导向孔配合使用的导向柱。
所述齿轮系由主动轮和若干从动轮组成，所述主动轮固定在行星减速机的输出端，所述从动轮与滚珠丝杠的输入端连接在一起。
本发明具有以下优点：本发明的管径自适应螺旋管道机器人结构简单，加工成本较低，可根据障碍大小自动调节自身尺寸，便于越过障碍，无需人工调节；越过障碍之后，该驱动轮又可自动增大自身尺寸，便于在管道内前进。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的变径机构的结构示意图；
图中：1、驱动叶轮，2、行星减速机，3、螺母副，4、滚珠丝杠，5、轮座，6、驱动轮，7、拉力弹簧，8、连杆，9、齿轮系，10、安全离合器，11、万向节，12、导向轮，13、支撑架，14、导向柱，15导向孔。
具体实施方式
如图1至图2所示的管径自适应螺旋管道机器人，包括行星减速机2，所述行星减速机2的输入端连接有驱动叶轮1；所述行星减速机2的输出端通过万向节11连接有固定导向机构，所述行星减速机2与万向节11之间设有安全离合器10；所述行星减速机2的外壳设有若干两端螺向相反的滚珠丝杠4，所述滚珠丝杠4的两端套有螺母副3，所述螺母副3通过拉力弹簧7连接在一起；两端的所述螺母副3通过连杆8连接有轮座5，所述轮座5上设有旋转轴向与行星减速机2的旋转轴向不平行的驱动轮6；所述行星减速机2的输出端与滚珠丝杠4的输入端通过齿轮系9连接在一起。本发明的管径自适应螺旋管道机器人由旋转驱动机构、变径机构及固定导向机构组成；
其中，旋转驱动机构主要由驱动叶轮、行星减速机和安装在其外壁的驱动轮组成，行星减速机的输入端与驱动叶轮连接，利用驱动叶轮吸收管道内流体的能量，输出的扭矩传递到行星减速机的输入轴；行星减速机的输出轴通过安全离合器、万向节连接到固定导向机构上，固定导向机构只能沿着管道前进或后退，不能旋转，从而保证了行星减速机的扭矩只能由外壳输出，输出端通过固定导向机构制动，同时驱动轮的转动轴线与管道轴线存在一定的偏转角，因此驱动轮在行星减速机的外壳带动下做空间螺旋运动，并带动整个机器人在管道中前进，行星减速机的外壁至少设有三个方向的驱动轮；
变径机构由滚珠丝杠、螺母副、拉力弹簧、连杆以及齿轮系组成，滚珠丝杠两端的螺纹旋转方向想反，两端的螺母副在滚珠丝杠的带动下做相反方向运动，由于滚珠丝杠非自锁，在拉力弹簧的作用下，两端的螺母副做相向运动；在螺母副运动的同时，通过连杆带动轮座运动，轮座上设有驱动轮，从而实现驱动轮到行星减速机轴线的距离改变；齿轮系连接行星减速机的输出轴和滚珠丝杠的输入端，当行星减速机由输出轴输出动力时，在齿轮系的带动下，实现滚珠丝杠的旋转。
当机器人正常前进时，由于扭矩都是通过行星减速机的外壳输出的，行星减速机的输出轴所产生的扭矩很小。当机器人前进过程中遇到障碍卡堵时，行星减速机外壳卡住不动，此时输出轴输出的扭矩增大，超过安全离合器设定的值，安全离合器便会分离空转。行星减速机输出轴的旋转带动齿轮系旋转，从而带动滚珠丝杠旋转，导致两螺母副的距离增大，轮座下降，整个机器人的尺寸随之变小，可顺利越过障碍；越障之后，由于滚珠丝杠非自锁，在拉力弹簧的作用下，两螺母副的距离又逐渐缩小，轮座上升，机器人尺寸随之增大，驱动轮压紧管壁，为机器人的前进提供足够的动力。
如图1至图2所示的管径自适应螺旋管道机器人，所述固定导向机构由支撑架13和导向轮12组成，所述支撑架13为十字型支架，所述导向轮12设置在支撑架13的四个端部，所述导向轮12与支撑架13的端部之间设有压力弹簧。所述支撑架13所在的平面与行星减速机2的旋转轴向垂直。所述导向轮12的旋转轴向与行星减速机2的旋转轴向垂直。本发明的固定导向机构主要起支撑和导向的作用，由支撑架和安装于其上的四组呈对称分布的导向轮构成，二者之间设有压力弹簧，将导向轮紧压到管壁，导向轮的转动轴线与管道中心轴线相互垂直。旋转驱动机构和固定导向机构由万向节连接，并装有安全离合器，安装于支撑架上的导向轮的旋转轴线与管道轴线垂直，使得整个固定导向机构只能沿着管道前进或后退，不能旋转，从而保证了行星减速机的扭矩只能由外壳输出。
如图1至图2所示的管径自适应螺旋管道机器人，所述驱动轮6与轮座5之间设有压力弹簧。本发明的驱动轮与轮座之间装有压力弹簧，安装于行星减速机外壳上的三组驱动轮因弹簧的预紧作用而紧贴管壁，因此在行星减速机旋转时三组驱动轮会因管壁提供的摩擦力旋转，因驱动轮的旋转轴线与行星减速机的旋转轴线存在一定夹角，因此驱动轮的运动轨迹为沿着管道轴线的空间螺旋线，从而带动整个机器人沿着管道轴线行走。
如图1至图2所示的管径自适应螺旋管道机器人，所述轮座5的两侧设有导向孔15，所述行星减速机2上设有与导向孔15配合使用的导向柱14。本发明的轮座与行星减速机的外壳之间设有导向装置，分别为设置在外壳上的导向柱，和设置在轮座上与导向柱配合使用的导向孔，保证轮座在相对外壳运动的平稳性，提高机器人的整体性能。
如图1至图2所示的管径自适应螺旋管道机器人，所述齿轮系由主动轮和若干从动轮组成，所述主动轮固定在行星减速机2的输出端，所述从动轮与滚珠丝杠4的输入端连接在一起。本发明的齿轮系由主动轮和从动轮组成，主动齿轮与行星减速机的输出轴固定在一起，当行星减速机的外壳制动，并由输出轴传递动力时，主动轮转动，并带动安装与滚珠丝杠输入端的从动轮转动，从而滚珠丝杠与螺母副的运动，实现变径机构减小半径的功能。

Claims (7)

1.一种管径自适应螺旋管道机器人，其特征在于：包括行星减速机（2），所述行星减速机（2）的输入端连接有驱动叶轮（1）；所述行星减速机（2）的输出端通过万向节（11）连接有固定导向机构，所述行星减速机（2）与万向节（11）之间设有安全离合器（10）；所述行星减速机（2）的外壳设有若干两端螺向相反的滚珠丝杠（4），所述滚珠丝杠（4）的两端套有螺母副（3），所述螺母副（3）通过拉力弹簧（7）连接在一起；两端的所述螺母副（3）通过连杆（8）连接有轮座（5），所述轮座（5）上设有旋转轴向与行星减速机（2）的旋转轴向不平行的驱动轮（6）；所述行星减速机（2）的输出端与滚珠丝杠（4）的输入端通过齿轮系（9）连接在一起。
2.如权利要求1所述的管径自适应螺旋管道机器人，其特征在于：所述固定导向机构由支撑架（13）和导向轮（12）组成，所述支撑架（13）为十字型支架，所述导向轮（12）设置在支撑架（13）的四个端部，所述导向轮（12）与支撑架（13）的端部之间设有压力弹簧。
3.如权利要求2所述的管径自适应螺旋管道机器人，其特征在于：所述支撑架（13）所在的平面与行星减速机（2）的旋转轴向垂直。
4.如权利要求2所述的管径自适应螺旋管道机器人，其特征在于：所述导向轮（12）的旋转轴向与行星减速机（2）的旋转轴向垂直。
5.如权利要求1所述的管径自适应螺旋管道机器人，其特征在于：所述驱动轮（6）与轮座（5）之间设有压力弹簧。
6.如权利要求1所述的管径自适应螺旋管道机器人，其特征在于：所述轮座（5）的两侧设有导向孔（15），所述行星减速机（2）上设有与导向孔（15）配合使用的导向柱（14）。
7.如权利要求1所述的管径自适应螺旋管道机器人，其特征在于：所述齿轮系由主动轮和若干从动轮组成，所述主动轮固定在行星减速机（2）的输出端，所述从动轮与滚珠丝杠（4）的输入端连接在一起。
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