CN107588282B - 腔体内部探测爬行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腔体内部探测爬行器，包括车体，在车体顶部设有观察舱，在观察舱内设有探测镜头；在车体前部两侧和后部两侧分别设置有车轮，前部两侧的车轮不在同一轴线上，后部两侧的车轮也不在同一轴线上；每个车轮都连接有一组密封驱动机构。本发明腔体内部探测爬行器前轮、后轮均采用非同轴的结构，四轮分别独立驱动，越障能力更强，所需动力更小，行动更加灵活；车轮轮轴部位实现了有效的密封，且密封效果更好，尤其适用于在特殊环境下工作的爬行器小车，解决了爬行器车轮转动部分不易密封的问题；车体上安装的探测镜头具有翻转、旋转功能，探测方向、探测角度能够根据需要随时调整，使得其视角更大、可视范围更广。

Description

腔体内部探测爬行器

技术领域

本发明涉及工业探测爬行器技术领域，具体涉及一种腔体内部探测爬行器。

背景技术

在许多领域，需要对管道、容器、腔体内部进行探测、检查、维护，由于待测环境各不相同，有的内部空间狭小，有的内部空间大但是入口小，有的环境中存在危险物质，这样的环境都是人力无法进入、无法直接用肉眼观察的，因此就需要用到一些探测设备，来探测这些环境内部的情况。爬行器是常用的一种工业探测设备，被用来负载视频、超声、测厚、涡流等检测仪器进入到管道、容器或腔体内部，并将检测到的信息传输到外部。在有些特殊行业，待检测的环境存在液体、易燃、易爆、腐蚀性等物质，现有的爬行器在这些环境中无法正常工作，环境中的物质容易进入到爬行器中造成设备的损坏。现有的爬行器还存在越障能力差、能耗高的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种密封性强、越障能力强的腔体内部探测爬行器。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种腔体内部探测爬行器，包括车体，在所述车体顶部设有观察舱，在所述观察舱内设有探测镜头；

在所述车体前部两侧和后部两侧分别设置有车轮，所述前部两侧的车轮不在同一轴线上，所述后部两侧的车轮也不在同一轴线上；

每个车轮都连接有一组密封驱动机构，所述密封驱动机构包括与所述车轮固定安装在一起的轮轴，以及与所述轮轴对应连接的直驱马达；在所述轮轴外部设有总成座，在所述总成座内侧端部与所述轮轴之间设有支撑轴承；在所述总成座外侧端部设有马达固定板，所述直驱马达安装在所述马达固定板上；在所述轮轴外表面上与所述总成座相接触的位置设有至少一个环形卡槽，在所述卡槽内设有密封圈。

在上述技术方案中，爬行器的两个前轮不在同一轴线上，两个后轮也不在同一轴线上，且四个车轮分别采用独立的直驱驱动机构，实现了爬行器的四轮直驱，每个车轮独立驱动、互不影响，这样的结构能够有效提高车体的越障能力和灵活性。现有的同轴车轮的爬行器在越障时需要更大的动力，要提高其越障能力就需要增大其输入功率和电源，但这样会使爬行器的体积更大、能耗更高。本发明中的爬行器与现有的车轮同轴的爬行器相比，在同等功率和电源的条件下，越障能力更强，体积更小，四轮直驱使得其行动更加灵活。同时，在车轮驱动机构中的轮轴上设置密封圈，能够实现轮轴的有效密封，避免外部液体或其他杂质通过轮轴部位进入零件内部、损伤零部件。使得本发明爬行器能够不受外界环境干扰、适应更多的探测环境。

优选的，在所述总成座与所述马达固定板和轮轴三者之间相接触的位置上也设有密封圈，将三者之间接触位置的缝隙用密封圈进行填充，能够实现进一步的密封，避免外部液体或其他杂质由这一部位进入零部件中，密封效果更好。

优选的，所述探测镜头包括固定安装在所述观察舱底部的底座和设置在所述底座上的镜芯，所述镜芯包括相机和设置在所述相机下方的旋转机构，

所述旋转机构包括旋转台、设置在所述旋转台中心的滑环、设置在所述旋转台上的旋转马达，以及设置在所述旋转台底部且与所述旋转马达对应连接的内齿轮，所述旋转台下部设置在所述底座内，在所述旋转台与所述底座之间设有旋转轴承，所述滑环的转子与所述旋转台固定安装在一起；在所述旋转台外部封装有圆柱形壳体；

所述相机设置在一个翻转仓内，在所述翻转仓的两侧分别设有支撑轴，所述支撑轴分别通过支撑臂与下部的旋转台安装在一起；

在所述翻转仓的一侧设有翻转机构，所述翻转机构包括固定安装在该侧支撑臂上的翻转电机、与所述翻转电机的转轴对应连接的锥齿轮、与所述锥齿轮相啮合的伞齿轮，所述伞齿轮通过一个翻转轴与该侧的支撑轴安装在一起。

该探测镜头中，旋转机构用于带动整个镜芯围绕竖直轴线进行360°的无限旋转，翻转机构用于带动相机所在的翻转仓围绕支撑轴所在的水平轴线做翻转动作，从而调整相机的可视角度和可视范围。通过翻转机构和旋转机构，能够自动调整该探测镜头的探测视角，使得其可观察的范围更大。

其中翻转电机用于带动锥齿轮转动，锥齿轮带动伞齿轮转动，伞齿轮通过翻转轴带动翻转仓进行翻转动作。通过旋转马达带动内齿轮转动，内齿轮与旋转台安装在一起，内齿轮转动时带动整个旋转台转动，镜芯的主要部件均安装在旋转台上，这样内齿轮转动时就可以带动整个镜芯转动，旋转台中心设置滑环，来保证镜芯在进行旋转运动时保持稳定的电源和信号传输，避免因无限旋转造成线路扭断。翻转机构和旋转机构相配合，共同实现了相机视角的大范围调整。

优选的，在所述底座上部与所述旋转台相接触的外表面上设有密封圈，在所述旋转台上与所述底座相接触的内侧面上也设有密封圈。

优选的，在所述翻转仓两侧的支撑轴上分别设有密封圈，在所述两侧支撑臂上与支撑轴相接触的内侧面上也设有密封圈。

以上所述密封圈均为格莱圈，格莱圈能够依其本身的变形对密封表面产生较高的初始接触应力，阻止外部液体进入密封部件，其具有摩擦力低、无爬行、启动力小、耐高压等优点。

为了防止探测环境中存在的液体、腐蚀性气体或其他外界杂质进入到探测镜头中、对设备造成损害，在旋转台进行旋转动作的部位、翻转机构中进行翻转动作的部位均设置密封圈，实现了旋转、翻转部件的密封，能够有效避免外部物质通过这些动作部件的缝隙进入到探测镜头内部造成零部件损害。

优选的，在所述翻转仓的顶部设有相机窗，所述相机设置在所述相机窗的正下方；在所述翻转仓的顶部还设有辅助照明灯。

优选的，所述相机为两个，在所述翻转仓的顶部设有两个相机窗，两个相机分别设置在两个相机窗下方，其中一个相机为变倍相机，另一个相机为全景相机，不同的相机实现不同的功能，在探测过程中根据需要使用不同的相机，能够得到更清晰、准确的探测影像。

优选的，所述翻转仓围绕所述翻转轴的轴线翻转的角度范围为180°。

优选的，在所述底座内旋转台的下方设有控制电路板，所述控制电路板与所述滑环的定子对应连接；在所述控制电路板的上部设有橡胶密封垫圈，起到密封的作用；在所述车体后端设置有用于与外部控制器对应连接的信号连接件。

优选的，在所述观察舱顶部设有透明密封罩，所述密封罩为通过密封胶固化安装在所述观察舱顶部的玻璃罩；所述玻璃罩的高度大于等于所述探测镜头的高度。

优选的，在所述车轮的圆周表面均设有橡胶O型圈，能够增加车轮的抗震性能，提高爬行器行走时的稳定性；所述车体为黄铜或硬铝合金材质，并经过抗静电处理，这样的材质作为车体防水、防腐蚀、防爆，使该爬行器能够在更多的危险环境中工作，且车体密封，能够将外部物质隔绝，避免爬行器受外界环境影响，保护车体内的零部件；在所述车体内设置有气压传感器，能够实时监测车体内的压力。

本发明的有益效果在于：

本发明腔体内部探测爬行器前轮、后轮均采用非同轴的结构，四轮分别独立驱动，越障能力更强，所需动力更小，行动更加灵活；车体密封结构具有防水、防腐蚀、防爆的功能，可适用于不同的探测环境；车体易清洗，使用寿命长，养护方便、成本低。

车轮驱动机构中的轮轴部位实现了有效的密封，且密封效果更好，尤其适用于在特殊环境下工作的爬行器小车，如对槽罐车容器、腔体内部进行探测的爬行器。该密封驱动机构能够有效避免外部液体或其他杂质由车轮转动部分进入到车体零部件中、损害车体零件，解决了爬行器车轮转动部分不易密封的问题。

车体上搭载的探测镜头具有翻转、旋转功能，探测方向、探测角度能够根据需要随时调整，使得其视角更大、可视范围更广，能够在不同管径的管道、不同大小的容器或腔体中进行视频扫查；其旋转、翻转部件均进行了密封，使其更加适用于特殊环境的视频探测，比如适用于槽罐车腔体内部探测用的爬行器，在工作过程中能够有效避免外界物质进入其零部件造成损害，能够保证探测镜头的稳定工作、增加探测镜头的使用寿命。

附图说明

图1为发明腔体内部探测爬行器的外部结构示意图；

图2为探测镜头安装在车体底板上的结构示意图；

图3为图2中探测镜头的翻转仓向前翻转一定角度的结构示意图；

图4为图2中探测镜头的翻转仓向后翻转一定角度的结构示意图；

图5为图3中工业探测镜头沿B-B线的剖视图；

图6为图5中翻转机构的局部放大图；

图7为图5中旋转机构的局部放大图；

图8为图3中车轮密封驱动机构沿A-A线的剖视图；

图中标号：1为车轮，11为轮轴，12为直驱马达，13为总成座，14为支撑轴承，15为马达固定板，16、17为密封圈；

2为底座，20为旋转台，21为滑环，22为旋转马达，23为内齿轮，24为旋转轴承，25为壳体，26、27、28、29为密封圈；

3为相机，30为翻转仓，31为支撑轴，32为支撑臂，33为翻转电机，34为锥齿轮，35为伞齿轮，36为翻转轴，37为相机窗，38为辅助照明灯，39为控制电路板；

4为车体，5为观察舱，6为信号连接件，7为橡胶O型圈。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件。

实施例1：一种腔体内部探测爬行器，参见图1，包括车体4，在车体4顶部设有观察舱5，在观察舱5内设有探测镜头。在车体4前部两侧和后部两侧分别设置有车轮1，前部两侧的车轮不在同一轴线上，后部两侧的车轮也不在同一轴线上。

每个车轮都连接有一组密封驱动机构，参见图8，密封驱动机构包括与车轮1固定安装在一起的轮轴11，以及与轮轴11对应连接的直驱马达12；在轮轴11外部设有总成座13，在总成座13内侧端部与轮轴11之间设有支撑轴承14；在总成座13外侧端部设有马达固定板15，直驱马达12安装在马达固定板15上；在轮轴11外表面上与总成座13相接触的位置设有环形卡槽，在卡槽内设有密封圈16，在本实施例中，有平行设置的两个环形卡槽，每个环形卡槽里均设置有密封圈，密封效果更好。在总成座13与马达固定板15和轮轴11三者之间相接触的位置上设有密封圈17，本实施例中采用两个密封圈17并排安装在一起，起到进一步密封的作用。其中，密封圈16、17均为格莱圈。在车轮1的圆周表面均设有橡胶O型圈7，起到减震的作用，使车体行走更加稳定；车体可以选择使用黄铜或硬铝合金材质制成，且经过防静电处理，车体密封，在车体内设置有气压传感器，用于检测车体内的气压。

探测镜头包括固定安装在观察舱5底部的底座2和设置在底座2上的镜芯，镜芯包括相机3和设置在相机3下方的旋转机构，参见图5-图7。

旋转机构包括旋转台20、设置在旋转台20中心的滑环21、设置在旋转台20上的旋转马达22，以及设置在旋转台20底部且与旋转马达22对应连接的内齿轮23，旋转台20下部设置在底座2内，在旋转台20与底座2之间设有旋转轴承24，滑环21的转子与旋转台20固定安装在一起；在旋转台20外部封装有圆柱形壳体25。在底座2上部与旋转台20相接触的外表面上设有密封圈26，在旋转台20上与底座2相接触的内侧面上设有密封圈27。

相机3设置在一个翻转仓30内，在翻转仓30的两侧分别设有支撑轴31，支撑轴31分别通过支撑臂32与下部的旋转台20安装在一起；在翻转仓30的一侧设有翻转机构，翻转机构包括固定安装在该侧支撑臂32上的翻转电机33、与翻转电机33的转轴对应连接的锥齿轮34、与锥齿轮34相啮合的伞齿轮35，伞齿轮35通过一个翻转轴36与该侧的支撑轴31安装在一起。在翻转仓30两侧的支撑轴31上分别设有密封圈28，在两侧支撑臂32上与支撑轴31相接触的内侧面上设有密封圈29。

在底座2内旋转台20的下方设有控制电路板39，控制电路板39与滑环21的定子对应连接；在控制电路板39的上部设有橡胶密封垫圈；在车体4后端设置有用于与外部控制器对应连接的信号连接件6。

在翻转仓30的顶部设有相机窗37，相机3设置在相机窗37的正下方；在翻转仓30的顶部还设有辅助照明灯38。在观察舱5顶部设有透明密封罩，密封罩为通过密封胶固化安装在观察舱5顶部的玻璃罩；玻璃罩的高度大于等于探测镜头的高度。

其中，翻转仓30围绕翻转轴31的轴线翻转的角度范围为180°，参见图2-图4，该工业探测镜头安装在爬行器车体底板上，图2中的翻转仓30处于竖直状态，其顶部的相机窗朝向上方；图3中的翻转仓30向前翻转了一定角度，使相机窗朝向了前侧。图4中的翻转仓30的状态可通过两种方式实现：一种是翻转仓30向后翻转了一定角度，使相机窗朝向了后侧，另一种是翻转仓保持图3中的状态不变，然后通过下部的旋转机构顺时针或逆时针转动180度，也可使翻转仓30变成图4中的状态。不论翻转仓处于何种状态，下部旋转机构都可进行360度的无限旋转。

实施例2：一种腔体内部探测爬行器，与实施例1的不同之处在于，探测镜头中，在翻转仓30内设置两个相机，在翻转仓30的顶部设有两个相机窗，两个相机分别设置在两个相机窗下方，其中一个相机为变倍相机，另一个相机为全景相机。

本发明腔体内部探测爬行器的四个车轮分别独立驱动，两个前轮不在同一轴线上，两个后轮也不在同一轴线上，这样的结构使得爬行器的越障能力更强，与传统的同轴车轮相比，越过相同的障碍所需动力更小，前进、后退、转向更加灵活。本发明中的爬行器的体积大小、规格可根据实际需求进行设置，以360mm*200mm*170mm大小的爬行器为例，其行走速度可以达到32m/min，根据探测环境的不同，爬坡能力可以达到15°左右，适用于平地或者150mm-2000mm直径的圆形、椭圆形管道、容器的视频扫查，特别适用于槽罐车腔体内部的视频探测。该爬行器车体还可搭载超声、测厚、磁粉、涡流等其他检测仪器。

每个车轮配置的密封驱动机构，当直驱马达带动轮轴转动，进而带动车轮转动时，由于在轮轴部位设置了多重密封，外部液体、杂质无法通过轮轴转动的部位进入零部件中，能够保证爬行器的车轮驱动部件正常运行，避免因外部介质侵入而损坏驱动机构零部件，有效提高了驱动机构的使用寿命。

本发明爬行器中的探测镜头具有翻转、旋转功能，当需要调整相机的拍摄角度、拍摄位置时，通过翻转机构实现相机的翻转，翻转电机带动锥齿轮转动，锥齿轮带动伞齿轮转动，伞齿轮通过翻转轴带动翻转仓进行翻转动作；相机角度调整的同时，下部旋转机构可以带动整个镜芯做360度的无限旋转，其中旋转电机带动内齿轮转动，内齿轮带动旋转台转动，通过滑环来保证镜芯在进行旋转运动时保持稳定的电源和信号传输，避免因无限旋转造成线路扭断。在旋转机构中的旋转台和底座之间设置有密封圈，在翻转机构中的支撑轴和支撑臂之间也设有密封圈，使得旋转机构和翻转机构的动作部件均实现了密封，能够有效避免外部介质通过动作部位的缝隙进入到零部件中，保证了设备的稳定性，有助于增加设备的使用寿命。

上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (6)

1.一种腔体内部探测爬行器，其特征在于，包括车体，在所述车体顶部设有观察舱，在所述观察舱内设有探测镜头；

在所述车体前部两侧和后部两侧分别设置有车轮，所述前部两侧的车轮不在同一轴线上，所述后部两侧的车轮也不在同一轴线上；

每个车轮都连接有一组密封驱动机构，所述密封驱动机构包括与所述车轮固定安装在一起的轮轴，以及与所述轮轴对应连接的直驱马达；在所述轮轴外部设有总成座，在所述总成座内侧端部与所述轮轴之间设有支撑轴承；在所述总成座外侧端部设有马达固定板，所述直驱马达安装在所述马达固定板上；在所述轮轴外表面上与所述总成座相接触的位置设有至少一个环形卡槽，在所述卡槽内设有密封圈；在所述总成座与所述马达固定板和轮轴三者之间相接触的位置上也设有密封圈；

所述探测镜头包括固定安装在所述观察舱底部的底座和设置在所述底座上的镜芯，所述镜芯包括相机和设置在所述相机下方的旋转机构；

所述旋转机构包括旋转台、设置在所述旋转台中心的滑环、设置在所述旋转台上的旋转马达，以及设置在所述旋转台底部且与所述旋转马达对应连接的内齿轮，所述旋转台下部设置在所述底座内，在所述旋转台与所述底座之间设有旋转轴承，所述滑环的转子与所述旋转台固定安装在一起；在所述旋转台外部封装有圆柱形壳体；在所述底座上部与所述旋转台相接触的外表面上设有密封圈，在所述旋转台上与所述底座相接触的内侧面上也设有密封圈；

所述相机设置在一个翻转仓内，在所述翻转仓的两侧分别设有支撑轴，所述支撑轴分别通过支撑臂与下部的旋转台安装在一起；

在所述翻转仓的一侧设有翻转机构，所述翻转机构包括固定安装在该侧支撑臂上的翻转电机、与所述翻转电机的转轴对应连接的锥齿轮、与所述锥齿轮相啮合的伞齿轮，所述伞齿轮通过一个翻转轴与该侧的支撑轴安装在一起；在所述翻转仓两侧的支撑轴上分别设有密封圈，在所述两侧支撑臂上与支撑轴相接触的内侧面上也设有密封圈。

2.根据权利要求1所述的腔体内部探测爬行器，其特征在于，在所述翻转仓的顶部设有相机窗，所述相机设置在所述相机窗的正下方；在所述翻转仓的顶部还设有辅助照明灯。

3.根据权利要求1所述的腔体内部探测爬行器，其特征在于，所述翻转仓围绕所述翻转轴的轴线翻转的角度范围为180°。

4.根据权利要求1所述的腔体内部探测爬行器，其特征在于，在所述底座内旋转台的下方设有控制电路板，所述控制电路板与所述滑环的定子对应连接；在所述控制电路板的上部设有橡胶密封垫圈；在所述车体后端设置有用于与外部控制器对应连接的信号连接件。

5.根据权利要求1所述的腔体内部探测爬行器，其特征在于，在所述观察舱顶部设有透明密封罩，所述密封罩为通过密封胶固化安装在所述观察舱顶部的玻璃罩；所述玻璃罩的高度大于等于所述探测镜头的高度。

6.根据权利要求1所述的腔体内部探测爬行器，其特征在于，在所述车轮的圆周表面均设有橡胶O型圈；所述车体为黄铜或硬铝合金材质，且车体密封，在所述车体内设置有气压传感器。

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