CN107084297B - 一种柔性自驱动螺旋管道机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性自驱动螺旋管道机器人，包括张紧机构、行走机构、若干个主体机构和连接装置，相邻的主体机构通过连接装置连接，在主体机构的一侧连接有行走机构，行走机构内设有张紧装置；所述主体机构的一端连接有减速器，减速器与行走机构连接；所述张紧机构包含中心杆、滑块机构和连杆，所述中心杆与减速器连接，在中心杆上套有滑块机构和压缩弹簧，压缩弹簧通过调整螺母安装在中心杆上，所述滑块机构通过连杆与行走机构连接。本发明通过张紧装置调节驱动轮轴之间的夹角，从而调整多个驱动轮形成的外接圆半径，从而适应不同半径的管道，依靠驱动轮主动螺旋方式前进，扩大了管道机器人的使用范围。

Description

一种柔性自驱动螺旋管道机器人
技术领域
本发明涉及柔性自驱动螺旋管道机器人，属于机器人领域。
背景技术
现如今，管道的广泛应用给工业、农业以及日常生活提供了许多的便捷，特别是管道在石油、化工、冶金和城市供暖等气体或液体输送方面发挥巨大的作用，但由于这些管道系统的工作环境非常恶劣，管道的长期使用过程中会出现锈蚀、老化、漏孔、淤积堵塞等问题。因此，管道的监测、诊断、清理和维护就成为保障管道系统安全、畅通和高效运营的关键，由于管道的外形尺寸，所处的地理环境等客观因数的制约，人类无法直接介入进行勘测和修复已经破坏的管道。为了更加经济地完成管道的检测、故障诊断、修复，特种管道机器人成为一种极其有效可行的工程方案，从而极大地降低工程成本、工人作业的劳动强度以及危险系数。虽然管道机器人在近年来得到飞速的发展，但是管道机器人仍然存在很多技术问题，制约其在实际工程中的应用，首先，在能源供给方式上，传统依靠线缆方式供电，导致管道机器人无法长距离的作业。其次，在行走方式上，轮式、腿式、蠕动式通过摩擦方式传递动力，受机器人与管道内壁摩擦因数制约，被动螺旋机器人其前移速度和牵引力受螺旋宽度系数影响大。再次，在自适应方面，传统的管道机器人只能适应某一直径的管道，无法根据管径的变化进行自适应调整，同时在越障能力和可靠性方面也存在诸多的不足。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种柔性自驱动螺旋管道机器人，可满足在一定范围内不同管径下的自适应和越障能力，依靠本身主动螺旋方式前进，扩大了管道机器人的使用范围。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种柔性自驱动螺旋管道机器人，包括张紧机构、行走机构、若干个主体机构和连接装置，相邻的主体机构通过连接装置连接，在主体机构的一侧连接有行走机构，行走机构内设有张紧装置；所述主体机构的一端连接有减速器，减速器与行走机构连接；所述张紧机构包含中心杆、滑块机构和连杆，所述中心杆与减速器连接，在中心杆上套有滑块机构和压缩弹簧，压缩弹簧通过调整螺母安装在中心杆上，所述滑块机构通过连杆与行走机构连接。
作为优选，所述减速器包含太阳轮、行星轮、外齿轮圈和行星架，所述太阳轮与驱动电机连接，太阳轮同时与三个行星轮啮合，三个行星轮同时与外齿轮圈啮合，行星轮驱动行走机构移动。
作为优选，所述行走机构包含三个驱动轮轴，所述驱动轮轴通过万向节与行星轮轴连接，行星轮轴与行星轮固定连接，驱动轮轴的端部连接有驱动轮，通过行星轮带动驱动轮转动，驱动轮轴上套有第一滑块，第一滑块与连杆连接。
作为优选，所述驱动轮为齿轮状的橡胶轮。
作为优选，所述主体机构设有三个侧面，在相邻的侧面通过连接板连接，在连接板上设有螺栓槽，在螺栓槽内安装有两个第二滑块，第二滑块上安装有可伸缩轮腿，在可伸缩轮腿上安装有导向轮，两个可伸缩轮腿之间设有自适应弹簧。
作为优选，所述可伸缩轮腿包含外筒和支撑腿，所述外筒上设有多个定位孔，支撑腿插入到外筒内，通过定位销钉插入定位孔中固定支撑腿，从而调节可伸缩轮腿的长度。
作为优选，所述主体机构的另一侧也设有减速机构，减速器与行走机构连接，行走机构内设有张紧装置。
有益效果：本发明的柔性自驱动螺旋管道机器人，通过张紧装置调节驱动轮轴之间的夹角，从而调整多个驱动轮形成的外接圆半径，从而适应不同半径的管道，依靠驱动轮主动螺旋方式前进，扩大了管道机器人的使用范围，双头螺旋可实现管道机器人的双向前进，同时该装置还满足在有一定弧度的弯管中使用，适应能力强，安全可靠。
附图说明
图1是管道机器人的结构示意图。
图2是管道机器人的侧视图。
图3是管道机器人的主体机构。
图4是管道机器人的导向轮组。
图5是管道机器人的行星轮减速器。
图6是管道机器人的连接装置。
具体实施方式
如图1至图6所示，本发明的一种柔性自驱动螺旋管道机器人，包括张紧机构、行走机构、若干个主体机构11和连接装置13，相邻的主体机构11通过连接装置13连接，连接装置13可以为可转向的活络头，连接装置13包含球头罩28、球头26和球头端盖27，球头罩28与一个主体机构11连接，球头26与相邻的主体机构11连接，球头26上盖有球头端盖27，在主体机构11的一侧连接有行走机构，行走机构内设有张紧装置；所述主体机构11的一端连接有减速器10，减速器10与行走机构连接；所述张紧机构包含中心杆1、滑块机构4和连杆5，所述中心杆1与减速器10连接，在中心杆1上套有滑块机构4和压缩弹簧3，压缩弹簧3通过调整螺母2安装在中心杆1上，所述滑块机构4通过连杆5与行走机构连接。调节中心杆1上的调整螺母2的高度，在连杆5的推动作用下，实现驱动轮轴6上第一滑块7的水平移动，使得驱动轮8张开并产生一定的螺旋升角，从而达到变半径的目的，由于压缩弹簧3的作用，张紧半径能够发生一些微小的自适应调整。
在本发明中，减速机构为行星轮减速器10，所述减速器10包含太阳轮22、行星轮25、外齿轮圈24和行星架23，所述太阳轮22与驱动电机连接，太阳轮22同时与三个行星轮25啮合，三个相同的行星轮25呈120°夹角均匀分布在太阳轮22轴线的周围，三个行星轮25同时与外齿轮圈24啮合，行星轮25驱动行走机构移动。
在本发明中，所述行走机构包含三个驱动轮轴6，所述驱动轮轴6通过万向节9与行星轮轴29连接，行星轮轴29与行星轮25固定连接，驱动轮轴6的端部连接有驱动轮8，通过行星轮25带动驱动轮8转动，驱动轮轴6上套有第一滑块7，第一滑块7与连杆5连接。驱动轮8采用齿轮状橡胶轮，且与管壁形成一定的螺旋升角，驱动轮8在行星轮25自转扭矩作用下与管道表面发生相对滑动，齿状橡胶轮增加了驱动轮8与管道表面的摩擦力
在本发明中，所述主体机构11设有三个侧面，每个侧面的两端均折弯有连接板，在相邻的侧面通过连接板连接，在连接板上设有螺栓槽18，在螺栓槽18内安装有两个第二滑块14，第二滑块14上安装有可伸缩轮腿17，在可伸缩轮腿17上安装有导向轮组12，导向轮组12包含有导向轮15，两个可伸缩轮腿17之间设有自适应弹簧16。可通过调整第二滑块14在螺栓槽18内的相对距离来控制导向轮15的适应范围，自适应弹簧16的作用是在同组的两个可伸缩轮腿17之间施加一个预拉力，使机器人与内管璧形成接触压力，同时能够使机器人具备一定的越障能力
在本发明中，所述可伸缩轮腿17包含外筒20和支撑腿19，外筒20固定在第二滑块14上，所述外筒20上设有多个定位孔，支撑腿19插入到外筒20内，通过定位销钉21插入定位孔中固定支撑腿19，从而调节可伸缩轮腿17的长度，定位销钉21也可以为螺栓，定位孔为螺纹孔，通过螺栓的端部顶住支撑腿19，调节可伸缩轮腿17的长度。主体机构11的另一侧也设有减速机构，减速器10与行走机构连接，行走机构内设有张紧装置，两端对称的分布有相同的张紧机构和行走机构，各主体机构之间通过可转向活络头连接，满足该装置在有一定弧度的弯管中使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种柔性自驱动螺旋管道机器人，其特征在于：包括张紧机构、行走机构、若干个主体机构和连接装置，相邻的主体机构通过连接装置连接，在主体机构的一侧连接有行走机构，行走机构内设有张紧装置；位于首尾的主体机构的一端连接有减速器，减速器与行走机构连接；所述张紧机构包含中心杆、滑块机构和连杆，所述中心杆与减速器连接，在中心杆上套有滑块机构和压缩弹簧，压缩弹簧通过调整螺母安装在中心杆上，所述滑块机构通过连杆与行走机构连接。
2.根据权利要求1所述的柔性自驱动螺旋管道机器人，其特征在于：所述减速器包含太阳轮、行星轮、外齿轮圈和行星架，所述太阳轮与驱动电机连接，太阳轮同时与三个行星轮啮合，三个行星轮同时与外齿轮圈啮合，行星轮驱动行走机构移动。
3.根据权利要求2所述的柔性自驱动螺旋管道机器人，其特征在于：所述行走机构包含三个驱动轮轴，所述驱动轮轴通过万向节与行星轮轴连接，行星轮轴与行星轮固定连接，驱动轮轴的端部连接有驱动轮，通过行星轮带动驱动轮转动，驱动轮轴上套有第一滑块，第一滑块与连杆连接。
4.根据权利要求3所述的柔性自驱动螺旋管道机器人，其特征在于：所述驱动轮为齿轮状的橡胶轮。
5.根据权利要求1所述的柔性自驱动螺旋管道机器人，其特征在于：所述主体机构设有三个侧面，在相邻的侧面通过连接板连接，在连接板上设有螺栓槽，在螺栓槽内安装有两个第二滑块，第二滑块上安装有可伸缩轮腿，在可伸缩轮腿上安装有导向轮，两个可伸缩轮腿之间设有自适应弹簧。
6.根据权利要求5所述的柔性自驱动螺旋管道机器人，其特征在于：所述可伸缩轮腿包含外筒和支撑腿，所述外筒上设有多个定位孔，支撑腿插入到外筒内，通过定位销钉插入定位孔中固定支撑腿，从而调节可伸缩轮腿的长度。
7.根据权利要求1所述的柔性自驱动螺旋管道机器人，其特征在于：所述行走机构内设有张紧装置。
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Assignee: Jiangsu University of Science and Technology Technology Transfer Center Co.,Ltd.

Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

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Denomination of invention: A flexible self driving spiral pipe robot

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License type: Common License

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Assignee: Jiangsu University of Science and Technology Technology Transfer Center Co.,Ltd.

Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022980022975

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