CN107489856A

CN107489856A - 步进式管道机器人

Info

Publication number: CN107489856A
Application number: CN201710814106.9A
Authority: CN
Inventors: 张明松; 陈飞
Original assignee: China Three Gorges University CTGU
Current assignee: China Three Gorges University CTGU
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2017-12-19

Abstract

本发明提供一种步进式管道机器人，它包括第一体部和第二体部，在第一体部和第二体部设有用于交替支撑住管壁的支撑装置，在第一体部与第二体部之间设有用于改变第一体部和第二体部之间距离的行走装置。通过设置的两个体部的结构、支撑四边形机构和改变两个体部之间距离的行走装置，实现了管道机器人在管道内的步进式行走，该结构相对现有技术的轮式行走，具有行走更加可靠，受地形影响较小的优点。采用该行走方案，也有利于简化整体结构。

Description

步进式管道机器人

技术领域

本发明涉及一种管道机器人，特别是一种步进式管道机器人。

背景技术

在现代，管道输送因其便捷性、经济性在日常生活中占据重要地位，各个领域中都有纵横交错的管道，而对于这些复杂管道的监测与维护则显得极为重要。然而管道所处的环境往往是人力所限或人手所不及的，检修难度大，因而管道机器人便成为了一种方便有效的检测工具。为了适应复杂的各类管道，要求设计出一种结构简单、驱动效率高、便于控制且具有很强自适应能力的机器人。

中国专利文献CN 102691856 A记载了一种单一电机、轮式和变速螺旋式混合驱动的管道机器人，包括螺旋式驱动装置、轮式驱动装置和电机动力输出装置；螺旋式驱动装置包括旋转体，旋转体上设有直齿轮，旋转体上均匀分布的三个孔内分别设有一套倾斜轮组，倾斜轮组与倾角调节机构连接；轮式驱动装置包括支撑体，支撑体上均匀分布有三套驱动轮组，支撑体内设有联动结构；电机动力输出装置包括夹持体，夹持体内设有滑移分流轴，滑移分流轴的中间设有第二齿轮，第二齿轮与电机直齿轮啮合，电机直齿轮与电机的输出端连接，电机的另一端与支撑体连接，支撑体上设有电磁铁组件。该机器人具有行进稳定、速度调节空间大、驱动力适应条件广的特点。但是该机器人的结构非常复杂，生产和加工难度较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种步进式管道机器人，能够可靠的实现在管道内的行走，且结构较为简单，便于生产和加工。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种步进式管道机器人，它包括第一体部和第二体部，在第一体部和第二体部设有用于交替支撑住管壁的支撑装置，在第一体部与第二体部之间设有用于改变第一体部和第二体部之间距离的行走装置。

优选的方案中，在第一体部或第二体部的外壁设有用于采集外部环境数据的传感器。

优选的方案中，所述的行走装置中，行走电机固定安装在第一体部，行走电机与行走螺杆固定连接；

行走螺母固定安装在第二体部，行走螺杆与行走螺母螺纹连接。

优选的方案中，所述的行走螺杆上安装有万向节；

或者/和在第二体部的端面固设有第一环体，第一环体通过两个第一转动销与位于第一环体内的第二环体连接，第二环体通过两个第二转动销与板部连接，行走螺母与板部固定连接；

第一转动销与第二转动销在圆周上相距90°。

优选的方案中，电机固定安装在第一体部，电机通过传动机构与齿轮连接；

齿形杆固定安装在第二体部，齿轮与齿形杆啮合连接。

优选的方案中，在第一体部设有多个滑杆支座，在第二体部设有多个滑杆，滑杆与滑杆支座滑动连接。

优选的方案中，所述的滑杆支座通过支撑转轴与第一体部的壳体连接。

优选的方案中，所述的支撑装置中，在第一体部和第二体部的壳体外壁设有多个支撑四边形机构，多个支撑四边形机构沿壳体外壁的圆周分布；

支撑电机固定安装，支撑电机与支撑螺杆固定连接，支撑螺母与支撑螺杆螺纹连接，支撑螺母通过支撑连杆与支撑四边形机构连接。

第一体部和第二体部的壳体内均固定安装有第一电磁铁和第二电磁铁；

在第一电磁铁和第二电磁铁上设有通孔；

永磁块的两端设有杆体，杆体滑动的安装在通孔内；

永磁块与支撑连杆的一端铰接，支撑连杆的另一端与支撑四边形机构中的摆动杆铰接。

优选的方案中，第一体部和第二体部上的支撑四边形机构的倾斜方向相反，均向互相远离的方向倾斜；

在支撑四边形机构与管道内壁接触的位置设有摩擦层。

本发明提供的一种步进式管道机器人，通过设置的两个体部的结构、支撑四边形机构和改变两个体部之间距离的行走装置，实现了管道机器人在管道内的步进式行走，该结构相对现有技术的轮式行走，具有行走更加可靠，受地形影响较小的优点。采用该行走方案，也有利于简化整体结构。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的另一优选结构示意图。

图3为本发明的另一优选结构示意图。

图4为本发明中第二体部端面结构示意图。

图5为本发明的横截面结构示意图。

图6为本发明中滑杆支座的结构示意图。

图7为本发明中电磁铁支撑装置的结构示意图。

图中，第一体部1，第二体部2，第一环体21，第一转动销22，第二环体23，板部24，第二转动销25，传感器3，支撑电机4，支撑螺杆5，支撑螺母6，支撑连杆7，支撑四边形机构8，滑杆支座9，滑杆10，行走电机11，行走螺杆12，行走螺母13，第一电磁铁14，磁性滑块15，杆体151，永磁块152，万向节16，支撑转轴17，第二电磁铁18。

具体实施方式

如图1~7中，一种步进式管道机器人，它包括第一体部1和第二体部2，在第一体部1和第二体部2设有用于交替支撑住管壁的支撑装置，在第一体部1与第二体部2之间设有用于改变第一体部1和第二体部2之间距离的行走装置。由此结构，当第一体部1和第二体部2的支撑装置交替的支撑在管道的内壁，通过行走装置改变第一体部1和第二体部2之间距离，即可实现整个机器人的行走。

优选的方案如图1~3中，在第一体部1或第二体部2的外壁设有用于采集外部环境数据的传感器3。例如温度传感器、湿度传感器、红外传感器、陀螺仪和摄像头。

优选的方案如图1中，所述的行走装置中，行走电机11固定安装在第一体部1，行走电机11与行走螺杆12固定连接；

行走螺母13固定安装在第二体部2，行走螺杆12与行走螺母13螺纹连接。通过行走电机11的旋转，行走螺母13沿着行走螺杆12运动，从而改变第一体部1与第二体部2之间的距离。

优选的方案如图3中，优选的方案中，所述的行走螺杆12上安装有万向节16；

或者/和在第二体部2的端面固设有第一环体21，第一环体21通过两个第一转动销22与位于第一环体21内的第二环体23连接，第二环体23通过两个第二转动销25与板部24连接，行走螺母13与板部24固定连接；

第一转动销22与第二转动销25在圆周上相距90°。如图4中所示，由上述的结构，能够实现在管道内转弯。

优选的方案如图2中，电机固定安装在第一体部1，电机通过传动机构与齿轮连接；

齿形杆固定安装在第二体部2，齿轮与齿形杆啮合连接。由此结构，与行走螺杆12的方案相比，能够提高机器人的行走速度，适用于机器人自重不大的结构。该结构还能够避免第一体部1与第二体部2之间互相扭转。

优选的方案如图1~3、6中，在第一体部1设有多个滑杆支座9，在第二体部2设有多个滑杆10，滑杆10与滑杆支座9滑动连接。由此结构，使第一体部1和第二体部2之间的运动平滑。并能够避免第一体部1与第二体部2之间互相扭转。

优选的方案中，所述的滑杆支座9通过支撑转轴17与第一体部1的壳体连接。由此结构，便于适应转弯。

优选的方案如图1中，所述的支撑装置中，在第一体部1和第二体部2的壳体外壁设有多个支撑四边形机构8，多个支撑四边形机构8沿壳体外壁的圆周分布；

支撑电机4固定安装，支撑电机4与支撑螺杆5固定连接，支撑螺母6与支撑螺杆5螺纹连接，支撑螺母6通过支撑连杆7与支撑四边形机构8连接。由此结构，通过支撑电机4电机的旋转，带动支撑螺母6沿着支撑螺杆5行走，支撑螺母6通过支撑连杆7使支撑四边形机构8变形，撑起或放下。

优选的方案如图2、3中，所述的支撑装置中，在第一体部1和第二体部2的壳体外壁设有多个支撑四边形机构8，多个支撑四边形机构8沿壳体外壁的圆周分布；

第一体部1和第二体部2的壳体内均固定安装有第一电磁铁14和第二电磁铁18；

在第一电磁铁14和第二电磁铁18上设有通孔；

永磁块152的两端设有杆体151，杆体151滑动的安装在通孔内；

永磁块152与支撑连杆7的一端铰接，支撑连杆7的另一端与支撑四边形机构8中的摆动杆铰接。由此结构，通过第一电磁铁14和第二电磁铁18通入不同方向的电流，使二者的磁场相反，则其中一个电磁铁产生斥力，而另一电磁铁产生吸力，使永磁块152的行程增加，足以驱动支撑四边形机构8撑开或放下。

优选的方案中，第一体部1和第二体部2上的支撑四边形机构8的倾斜方向相反，均向互相远离的方向倾斜；

在支撑四边形机构8与管道内壁接触的位置设有摩擦层。由此结构，提供较佳的受力。即采用较小功率的支撑电机和电磁铁即可确保支撑可靠。

使用时，第一体部1的支撑四边形机构8撑开，撑住管道的内壁，行走装置的电机转动，使第二体部2远离第一体部1，达到行走行程后，第二体部2的支撑四边形机构8撑开，第一体部1的支撑四边形机构8收起，行走装置的电机反向转动，使第一体部1靠近第二体部2，由此交替运行，即实现机器人的步进式行走。在行走过程中，传感器3收集相关数据。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种步进式管道机器人，其特征是：它包括第一体部（1）和第二体部（2），在第一体部（1）和第二体部（2）设有用于交替支撑住管壁的支撑装置，在第一体部（1）与第二体部（2）之间设有用于改变第一体部（1）和第二体部（2）之间距离的行走装置。

2.根据权利要求1所述的一种步进式管道机器人，其特征是：在第一体部（1）或第二体部（2）的外壁设有用于采集外部环境数据的传感器（3）。

3.根据权利要求1所述的一种步进式管道机器人，其特征是：所述的行走装置中，行走电机（11）固定安装在第一体部（1），行走电机（11）与行走螺杆（12）固定连接；

行走螺母（13）固定安装在第二体部（2），行走螺杆（12）与行走螺母（13）螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的一种步进式管道机器人，其特征是：所述的行走螺杆（12）上安装有万向节（16）；

或者/和在第二体部（2）的端面固设有第一环体（21），第一环体（21）通过两个第一转动销（22）与位于第一环体（21）内的第二环体（23）连接，第二环体（23）通过两个第二转动销（25）与板部（24）连接，行走螺母（13）与板部（24）固定连接；

第一转动销（22）与第二转动销（25）在圆周上相距90°。

5.根据权利要求1所述的一种步进式管道机器人，其特征是：电机固定安装在第一体部（1），电机通过传动机构与齿轮连接；

齿形杆固定安装在第二体部（2），齿轮与齿形杆啮合连接。

6.根据权利要求4或5所述的一种步进式管道机器人，其特征是：在第一体部（1）设有多个滑杆支座（9），在第二体部（2）设有多个滑杆（10），滑杆（10）与滑杆支座（9）滑动连接。

7.根据权利要求5所述的一种步进式管道机器人，其特征是：所述的滑杆支座（9）通过支撑转轴（17）与第一体部（1）的壳体连接。

8.根据权利要求1所述的一种步进式管道机器人，其特征是：所述的支撑装置中，在第一体部（1）和第二体部（2）的壳体外壁设有多个支撑四边形机构（8），多个支撑四边形机构（8）沿壳体外壁的圆周分布；

支撑电机（4）固定安装，支撑电机（4）与支撑螺杆（5）固定连接，支撑螺母（6）与支撑螺杆（5）螺纹连接，支撑螺母（6）通过支撑连杆（7）与支撑四边形机构（8）连接。

9.根据权利要求1所述的一种步进式管道机器人，其特征是：所述的支撑装置中，在第一体部（1）和第二体部（2）的壳体外壁设有多个支撑四边形机构（8），多个支撑四边形机构（8）沿壳体外壁的圆周分布；

第一体部（1）和第二体部（2）的壳体内均固定安装有第一电磁铁（14）和第二电磁铁（18）；

在第一电磁铁（14）和第二电磁铁（18）上设有通孔；

永磁块（152）的两端设有杆体（151），杆体（151）滑动的安装在通孔内；

永磁块（152）与支撑连杆（7）的一端铰接，支撑连杆（7）的另一端与支撑四边形机构（8）中的摆动杆铰接。

10.根据权利要求1所述的一种步进式管道机器人，其特征是：第一体部（1）和第二体部（2）上的支撑四边形机构（8）的倾斜方向相反，均向互相远离的方向倾斜；

在支撑四边形机构（8）与管道内壁接触的位置设有摩擦层。