CN107339545A - 一种柔性锥螺旋驱动管道机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种柔性锥螺旋驱动管道机器人，包含三个锥段、三个安装座、舵机、惰轮、中心轮、柔性轴、空心十字轴、电机、锂电池、腿杆、支撑轮，三个锥段与各自安装座可以相对转动，相连的两个安装座由虎克铰结构连接，车体外均布安装有六个腿杆，腿杆由舵机驱动，每个腿杆末端均安装有一个支撑轮，车体中心前端安装有一个电机，中心后端安装有一块锂电池，第二锥段、第三锥段与相应的安装座之间均是定轴轮系传动，三段柔性轴将电机输出轴、两个中心轮、第一锥段连接为同轴传动结构，柔性轴可以采用钢丝绳或橡胶等材质，可以很好地传递扭转力矩，并且能够很好地实现连续弯曲。
Description
技术领域
本发明涉及一种管道机器人，尤其涉及一种柔性锥螺旋驱动管道机器人。
背景技术
管道运输是用管道作为运输工具的一种长距离输送液体和气体物资的输送方式。管道运输不仅运输量大、连续、迅速、经济、安全、可靠、平稳而且投资少、占地少、费用低，还可实现自动控制。管道运输还可省去水运或陆运过程中的中转环节，缩短运输周期，降低运输成本，提高运输效率。目前，管道运输的管道口径不断增大、运输能力大幅提高、管道运距迅速增加，而随着工作时间的增长，很多问题应运而生，如管道长期处于压力大的恶劣环境中，受到水、油混合物、硫化氢等有害物质的腐蚀，管道受蚀后，管壁变薄，易产生裂缝，造成泄露的问题，存在重大安全隐患，因此需要定时对管道进行检修，由于管道本身所具备的局限性，管道机器人应运而生。
通常地，现有管道机器人多采用以下几种结构：履带车结构，采用履带带动所述管道机器人在管道内行走；轮式结构，采用传统车轮或特殊结构的车轮与管道内壁面接触并提供驱动力，使所述管道机器人在管道内行驶。现有的管道机器人在实际应用中还存一些不足，特别是对管道的适应性差，由于机械结构的限制，所述管道机器人在管道内转弯困难，尤其是在丁字管道口的转弯问题更加突出。
寻求一种适用于各种管道检修工作的管道机器人，且所述管道机器人可适应各种管道形状，并进行转弯行走的管道机器人已成为本领域亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种柔性锥螺旋驱动管道机器人，该机器人可适应多种管道形状，并在管道内进行转弯行走。
本发明所采用的技术方案为：一种柔性锥螺旋驱动管道机器人，包含第一锥段、第一安装座、第二锥段、第二安装座、第三锥段、第三安装座、舵机、惰轮、中心轮、柔性轴、空心十字轴、电机、锂电池、腿杆、支撑轮，其特征在于：第一锥段安装于第一安装座，两者可以相对转动且不分离，第一锥段外锥面设有锥形螺旋翼，第一安装座后端设有U形叉，第二锥段安装于第二安装座，两者可以相对转动且不分离，第二安装座前端和后端均设有一个U形叉，第一安装座后端的U形叉与第二安装座前端的U形叉通过一个空心十字轴连接构成虎克铰结构，该空心十字轴的两个相互垂直的轴各自与一个舵机输出轴固连，两个舵机分别安装于第一安装座的后端面和第二安装座的前端面，第三锥段外锥面设有锥形螺旋翼，第三锥段安装于第三安装座，两者可以相对转动且不分离，第三安装座前端和后端均设有一个U形叉，第二安装座后端的U形叉与第三安装座前端的U形叉通过一个空心十字轴连接构成虎克铰结构，该空心十字轴的两个相互垂直的轴各自与一个舵机输出轴固连，两个舵机分别安装于第二安装座的后端面和第三安装座的前端面，车体前端设有U形叉，第三安装座后端的U形叉与车体前端的U形叉通过一个空心十字轴连接构成虎克铰结构，该空心十字轴的两个相互垂直的轴各自与一个舵机输出轴固连，两个舵机分别安装于第三安装座的后端面和车体的前端面。
所述的车体外侧面均布设有三个腿杆安装槽，每个腿杆安装槽里安装有两个方向相对的腿杆，每个腿杆一端与一个腿杆舵机输出轴固连，每个腿杆另一端均安装有一个支撑轮，每两个腿杆舵机安装于一个腿杆安装槽的两侧，车体中心前端安装有一个电机，中心后端安装有一块锂电池。
所述的第二安装座中心位置安装有一个第二段中心轮，三个第二段惰轮围绕第二安装座中心轴线均布安装于后者中间位置，且三个第二段惰轮均与第二段中心轮构成轮齿啮合，第二锥段的空心内壁中间位置设有内齿轮，其轮齿均与三个第二段惰轮构成轮齿啮合，第三安装座中心位置安装有一个第三段中心轮，三个第三段惰轮围绕第三安装座中心轴线均布安装于后者中间位置，且三个第三段惰轮均与第三段中心轮构成轮齿啮合，第三锥段的空心内壁中间位置设有内齿轮，其轮齿均与三个第三段惰轮构成轮齿啮合。
所述的第一锥段后端中心位置设有柔性轴安装孔，第一柔性轴一端与第一锥段后端的柔性轴安装孔固连，另一端通过联轴器与第二段中心轮的一端连接，第二段中心轮的另一端通过联轴器与第二柔性轴一端连接，第二柔性轴另一端通过联轴器与第三段中心轮一端连接，第三段中心轮另一端通过联轴器与第三柔性轴一端连接，第三柔性轴另一端通过联轴器与电机输出轴连接。
所述的柔性轴可以采用钢丝绳或橡胶等材质，可以很好地传递扭转力矩，并且能够很好地实现连续弯曲。
附图说明
图1为本发明外观整体示意图。
图2为本发明的竖直纵向剖面结构示意图。
图3为本发明在直管道内行进示意图。
图4为本发明通过丁字管道口的过程示意图。
附图标号：1第一安装座、1.1第一锥段、1.2锥形螺旋翼、1.3舵机、2第二安装座、2.1第二锥段、2.2锥形螺旋翼、2.3舵机、2.4舵机、2.5第二段中心轮、2.6第二段惰轮、3第三安装座、3.1第三锥段、3.2锥形螺旋翼、3.3舵机、3.4舵机、3.5第三段中心轮、3.6第三段惰轮、4车体、4.1腿杆、4.2腿杆舵机、4.3舵机、4.4支撑轮、4.5锂电池、4.6电机、5.1空心十字轴、5.2空心十字轴、5.3空心十字轴、6.1第一柔性轴、6.2第二柔性轴、6.3第三柔性轴、7管道。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1、图2所示，一种柔性锥螺旋驱动管道机器人，包含第一锥段1.1、第一安装座1、第二锥段2.1、第二安装座2、第三锥段3.1、第三安装座3、舵机(1.3、2.3、2.4、3.3、3.4、4.3)、惰轮(2.6、3.6)、中心轮(2.5、3.5)、柔性轴(6.1、6.2、6.3)、空心十字轴(5.1、5.2、5.3)、电机4.6、锂电池4.5、腿杆4.1、支撑轮4.4，其特征在于：第一锥段1.1安装于第一安装座1，两者可以相对转动且不分离，第一锥段1.1外锥面设有锥形螺旋翼1.2，第一安装座1后端设有U形叉，第二锥段2.1安装于第二安装座2，两者可以相对转动且不分离，第二安装座2前端和后端均设有一个U形叉，第一安装座1后端的U形叉与第二安装座2前端的U形叉通过一个空心十字轴5.1连接构成虎克铰结构，该空心十字轴5.1的两个相互垂直的轴各自与一个舵机(1.3、2.3)输出轴固连，两个舵机(1.3、2.3)分别安装于第一安装座1的后端面和第二安装座2的前端面，第三锥段3.1外锥面设有锥形螺旋翼，第三锥段3.1安装于第三安装座3，两者可以相对转动且不分离，第三安装座3前端和后端均设有一个U形叉，第二安装座2后端的U形叉与第三安装座3前端的U形叉通过一个空心十字轴5.2连接构成虎克铰结构，该空心十字轴5.2的两个相互垂直的轴各自与一个舵机(2.4、3.3)输出轴固连，两个舵机(2.4、3.3)分别安装于第二安装座2的后端面和第三安装座3的前端面，车体4前端设有U形叉，第三安装座3后端的U形叉与车体4前端的U形叉通过一个空心十字轴5.3连接构成虎克铰结构，该空心十字轴5.3的两个相互垂直的轴各自与一个舵机(3.4、4.3)输出轴固连，两个舵机(3.4、4.3)分别安装于第三安装座3的后端面和车体4的前端面。
车体4外侧面均布设有三个腿杆安装槽，每个腿杆安装槽里安装有两个方向相对的腿杆4.1，每个腿杆4.1一端与一个腿杆舵机4.2输出轴固连，每个腿杆4.1另一端均安装有一个支撑轮4.4，每两个腿杆舵机4.2安装于一个腿杆安装槽的两侧，车体4中心前端安装有一个电机4.6，中心后端安装有一块锂电池4.5。
第二安装座2中心位置安装有一个第二段中心轮2.5，三个第二段惰轮2.6围绕第二安装座2中心轴线均布安装于后者中间位置，且三个第二段惰轮2.6均与第二段中心轮2.5构成轮齿啮合，第二锥段2.1的空心内壁中间位置设有内齿轮，其轮齿均与三个第二段惰轮2.6构成轮齿啮合，第三安装座3中心位置安装有一个第三段中心轮3.5，三个第三段惰轮3.6围绕第三安装座3中心轴线均布安装于后者中间位置，且三个第三段惰轮3.6均与第三段中心轮3.5构成轮齿啮合，第三锥段3.1的空心内壁中间位置设有内齿轮，其轮齿均与三个第三段惰轮3.6构成轮齿啮合。
第一锥段1.1后端中心位置设有柔性轴安装孔，第一柔性轴6.1一端与第一锥段1.1后端的柔性轴安装孔固连，另一端通过联轴器与第二段中心轮2.5的一端连接，第二段中心轮2.5的另一端通过联轴器与第二柔性轴6.2一端连接，第二柔性轴6.2另一端通过联轴器与第三段中心轮3.5一端连接，第三段中心轮3.5另一端通过联轴器与第三柔性轴6.3一端连接，第三柔性轴6.3另一端通过联轴器与电机4.6输出轴连接。
柔性轴(6.1、6.2、6.3)可以采用钢丝绳或橡胶等材质，可以很好地传递扭转力矩，并且能够很好地实现连续弯曲。
本发明的实施例：
如图3所示，当所述柔性锥螺旋驱动管道机器人需要在直管道7内行进时，各腿杆舵机4.2输出轴做相应转动，使各腿杆4.1打开，各支撑轮4.4与管道7内壁紧密接触，将车体4保持在管道7中心位置，并且与空心十字轴(5.1、5.2、5.3)相连的各舵机输出轴做相应的转动，使第一锥段1.1和第二锥段2.1的锥形螺旋翼(1.2、2.2)与管道7内壁紧密接触，电机4.5输出轴转动，通过三个柔性轴(6.1、6.2、6.3)带动三个锥段(1.1、2.1、3.1)进行旋转，由于支撑轮4.4外表面设有防滑沟槽，并且与管道7内壁紧密接触，因此在锥形螺旋翼(1.2、2.2、3.2)的驱动下，车体不会发生旋转，而会向前或向后移动。
如图4所示，当所述柔性锥螺旋驱动管道机器人(下文简称管道机器人)需要通过丁字管道口向右进行转弯时，如图4(a)所示，所述管道机器人首先行进至丁字管道口附近；如图4(b)所示，在相应舵机的驱动下，锥形螺旋翼(1.2、2.2)紧贴管道内壁进行摆动到中间位置；如图4(c)所示，在相应舵机的驱动下，锥形螺旋翼(1.2、2.2)紧贴管道内壁并向要通过的丁字管道的那一侧摆动；如图4(d)所示，在锥形螺旋翼(1.2、2.2)的驱动下所述管道机器人继续向前移动，直到锥形螺旋翼1.2接触到横向管道内壁；如图4(e)所示，锥形螺旋翼(1.2、2.2、3.2)继续转动，并且相应舵机输出轴发生转动，带动车体4发生偏转；如图4(f)所示，在锥形螺旋翼驱动下，车体继续发生转动；如图4(g)所示，在锥形螺旋翼(1.2、2.2)驱动下，车体4中心轴线与横向管道平行；如图4(h)所示，所述管道机器人进入丁字管道口的横向管道内。
Claims (5)
1.一种柔性锥螺旋驱动管道机器人，包含第一锥段(1.1)、第一安装座(1)、第二锥段(2.1)、第二安装座(2)、第三锥段(3.1)、第三安装座(3)、舵机(1.3、2.3、2.4、3.3、3.4、4.3)、惰轮(2.6、3.6)、中心轮(2.5、3.5)、柔性轴(6.1、6.2、6.3)、空心十字轴(5.1、5.2、5.3)、电机(4.6)、锂电池(4.5)、腿杆(4.1、支撑轮(4.4)，其特征在于：第一锥段(1.1)安装于第一安装座(1)，两者可以相对转动且不分离，第一锥段(1.1)外锥面设有锥形螺旋翼(1.2)，第一安装座(1)后端设有U形叉，第二锥段(2.1)安装于第二安装座(2)，两者可以相对转动且不分离，第二安装座(2)前端和后端均设有一个U形叉，第一安装座(1)后端的U形叉与第二安装座(2)前端的U形叉通过一个空心十字轴(5.1)连接构成虎克铰结构，该空心十字轴(5.1)的两个相互垂直的轴各自与一个舵机(1.3、2.3)输出轴固连，两个舵机(1.3、2.3)分别安装于第一安装座(1)的后端面和第二安装座(2)的前端面，第三锥段(3.1)外锥面设有锥形螺旋翼(3.2)，第三锥段(3.1)安装于第三安装座(3)，两者可以相对转动且不分离，第三安装座(3)前端和后端均设有一个U形叉，第二安装座(2)后端的U形叉与第三安装座(3)前端的U形叉通过一个空心十字轴(5.2)连接构成虎克铰结构，该空心十字轴(5.2)的两个相互垂直的轴各自与一个舵机(2.4、3.3)输出轴固连，两个舵机(2.4、3.3)分别安装于第二安装座(2)的后端面和第三安装座(3)的前端面，车体(4)前端设有U形叉，第三安装座(3)后端的U形叉与车体(4)前端的U形叉通过一个空心十字轴(5.3)连接构成虎克铰结构，该空心十字轴(5.3)的两个相互垂直的轴各自与一个舵机(3.4、4.3)输出轴固连，两个舵机(3.4、4.3)分别安装于第三安装座(3)的后端面和车体(4)的前端面。
2.如权利要求1所述的一种柔性锥螺旋驱动管道机器人，其特征在于：车体(4)外侧面均布设有三个腿杆安装槽，每个腿杆安装槽里安装有两个方向相对的腿杆(4.1)，每个腿杆(4.1)一端与一个腿杆舵机(4.2)输出轴固连，每个腿杆(4.1)另一端均安装有一个支撑轮(4.4)，每两个腿杆舵机(4.2)安装于一个腿杆安装槽的两侧，车体(4)中心前端安装有一个电机(4.6)，中心后端安装有一块锂电池(4.5)。
3.如权利要求1所述的一种柔性锥螺旋驱动管道机器人，其特征在于：第二安装座(2)中心位置安装有一个第二段中心轮(2.5)，三个第二段惰轮(2.6)围绕第二安装座(2)中心轴线均布安装于后者中间位置，且三个第二段惰轮(2.6)均与第二段中心轮(2.5)构成轮齿啮合，第二锥段(2.1)的空心内壁中间位置设有内齿轮，其轮齿均与三个第二段惰轮(2.6)构成轮齿啮合，第三安装座(3)中心位置安装有一个第三段中心轮(3.5)，三个第三段惰轮(3.6)围绕第三安装座(3)中心轴线均布安装于后者中间位置，且三个第三段惰轮(3.6)均与第三段中心轮(3.5)构成轮齿啮合，第三锥段(3.1)的空心内壁中间位置设有内齿轮，其轮齿均与三个第三段惰轮(3.6)构成轮齿啮合。
4.如权利要求1所述的一种柔性锥螺旋驱动管道机器人，其特征在于：第一锥段(1.1)后端中心位置设有柔性轴安装孔，第一柔性轴(6.1)一端与第一锥段(1.1)后端的柔性轴安装孔固连，另一端通过联轴器与第二段中心轮(2.5)的一端连接，第二段中心轮(2.5)的另一端通过联轴器与第二柔性轴(6.2)一端连接，第二柔性轴(6.2)另一端通过联轴器与第三段中心轮(3.5)一端连接，第三段中心轮(3.5)另一端通过联轴器与第三柔性轴(6.3)一端连接，第三柔性轴(6.3)另一端通过联轴器与电机(4.6)输出轴连接。
5.如权利要求1所述的一种柔性锥螺旋驱动管道机器人，其特征在于：柔性轴(6.1、6.2、6.3)可以采用钢丝绳或橡胶等材质。
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Effective date of registration: 20190322 Address after: 312529 Shaoxing County, Zhejiang province Xinchang County, Yu Lin Street, Daming City, 182 Applicant after: XINCHANG YULIN STREET DONGSHANG MACHINERY FACTORY Address before: 300393 Tianjin Xiqing District, Beizhen 10, 1, 503, Shui Xi Yuan. Applicant before: Lian Xuefang |
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| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20171110 Assignee: Jiaxing kopuno Machinery Technology Co.,Ltd. Assignor: XINCHANG YULIN STREET DONGSHANG MACHINERY FACTORY Contract record no.: X2021330000502 Denomination of invention: A flexible cone screw driven pipeline robot Granted publication date: 20190419 License type: Common License Record date: 20211019 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract | ||
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Assignee: Jiaxing kopuno Machinery Technology Co.,Ltd. Assignor: XINCHANG YULIN STREET DONGSHANG MACHINERY FACTORY Contract record no.: X2021330000502 Date of cancellation: 20221024 |