CN108397639B - 一种管道自适应机器人行走系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管道自适应机器人行走系统，系统包括上驱动轮、下面轮和下驱动轮，上驱动轮、下面轮和下驱动轮之间相互形成以上驱动轮为顶角的等腰三角形，等腰三角形的顶角与底边之间的位置处设有立方体型的壳体，壳体内为工作区；本发明可以通过结构改变具有一定的适应能力，可以很方便的适应不同管径的管道，保证良好的驱动效果。同时，系统采用三点式结构，利用机器人底部两个驱动轮和顶部一个驱动轮构成三角形，提高了管道自适应机器人的稳定性和负载能力。通过电机与轮子的组合降低了结构复杂性，提高了结构的可靠性。

Description

一种管道自适应机器人行走系统
技术领域
本发明涉及管道机器人技术领域，特别是一种管道自适应机器人行走系统。
背景技术
随着我国经济和社会的发展，管道成为重要的输送装置。为提高管道的寿命、防止事故的发生，就必须对管道进行有效的检测维护，管道机器人为满足清洗维护这样的需要而产生。因对某管道的实际勘察，管道内部含有特殊导轨和用于防电化学腐蚀的锌片，管内环境复杂，管道的长度10米以上，管径D范围为400mm-800mm。目前该管道的维护一般采用人工利用高压水枪冲洗，由于口径较小，人钻入内部清洗、涂油的过程中，难以转身，工作效率低下，冲洗不均匀，效果难以控制。国内外研制的煤气管道机器人、地下管道机器人、伸缩机器人、T型管道机器人等机器人设备无法满足此管道内特殊的环境要求。通过对比研究发现，现有管道机器人的整体结构和驱动原理相对复杂；对管径变化的管道无法实现自适应；需要外接电源提供动力，从而限制了机构的灵活性及运动范围，因此很难被广泛地推广应用。本发明结合现有管道机器人的技术平台，根据具体管道的问题，设计了一款管道自适应机器人行走系统。也可以在平台上附加摄像头、检测设备对管壁进行查看，提高维护效率和使用效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种管道自适应机器人行走系统，本发明可以通过结构改变具有一定的适应能力，可以很方便的适应不同管径的管道，保证良好的驱动效果。同时，系统采用三点式结构，利用机器人底部两个驱动轮和顶部一个驱动轮构成三角形，提高了管道自适应机器人的稳定性和负载能力。通过电机与轮子的组合降低了结构复杂性，提高了结构的可靠性。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种管道自适应机器人行走系统，系统包括上驱动轮、下面轮和下驱动轮，上驱动轮、下面轮和下驱动轮之间相互形成以上驱动轮为顶角的等腰三角形，等腰三角形的顶角与底边之间的位置处设有立方体型的壳体，壳体内为工作区；
上驱动轮内安装有上驱动轮步进电机，下驱动轮内安装有下驱动轮步进电机；
上驱动轮步进电机的输出端活动连接第二上部支腿和第一上部支腿的上端部，第二上部支腿的下端部铰链连接第二下部支腿的上端部，第一上部支腿的下端部铰链连接第一下部支腿的上端部，第二下部支腿的下端部连接下驱动轮步进电机的输出端，第一下部支腿的下端部活动连接下面轮；
第二下部支腿和第一下部支腿交叉铰链连接，称为下交叉处；
第二上部支腿的中部铰链连接第二上部动力支架的上端部，第一上部支腿的中部铰链连接第一上部动力支架的上端部，第二上部动力支架的下端部铰链连接第二下部动力支架的上端部，称为第二动力拐点；第一上部动力支架的下端部铰链连接第一下部动力支架的上端部，称为第一动力拐点；第二下部动力支架的下端部与第一下部动力支架的下端部均在下交叉处与第二下部支腿和第一下部支腿铰链连接；
第二上部动力支架和第一上部动力支架交叉铰链连接，称为上交叉处；
第二动力拐点铰链连接第二滑块，第一动力拐点铰链连接第一滑块；
壳体上端安装有驱动电机，驱动电机的输出端连接联轴器，联轴器上水平安装有滑动丝杠，滑动丝杠上位于联轴器的两侧位置处分别设置第一滑块和第二滑块，壳体内两相对应的侧壁上分别对称安装有丝杠固定座，滑动丝杠的两端部通过丝杠固定座安装在壳体内；壳体内侧顶部沿滑动丝杠的延伸方向上设有滑块固定导轨，滑块的上端可滑动的安装在滑块固定导轨内。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述驱动电机为自适应步进电机。
前述上驱动轮和下驱动轮内安装有压力传感器，用于感测管道内压力变化，从而控制上驱动轮和下驱动轮静止或运动。
前述铰接均可通过螺栓与螺母连接。
前述第二上部支腿、第一上部支腿、第二下部支腿、第一下部支腿、第一上部动力支架、第二上部动力支架、第一下部动力支架及第二下部动力支架均为呈镜面对称的双轨结构。
前述上驱动轮、下面轮和下驱动轮均为H型轮轨结构。
进一步的，
前述第一滑块和第二滑块所在的滑动丝杠为两部分螺纹方向不同的螺杆连接组成，沿整根滑动丝杠的中心对称分布，当驱动电机传入的动力输出到滑动丝杠时，带动第一滑块和第二滑块相对运动。
前述下面轮内部安装有行星减速器，行星减速器连接第一下部支腿的下端部。
本发明的有益效果是：
本发明设计的管道自适应机器人行走系统，通过上驱动轮和下驱动轮，利用其内部集成的电机驱动组件，使机器人在管道内中移动。当驱动轮上的传感器感受到压力变化超过一定范围时，可自动停止驱动轮的运动，并控制驱动电机转动，将动力通过一组齿轮完成减速增扭并将将动力输入到滑块所在的螺杆上。滑块所在的滑动丝杠有两部分螺纹方向不同的螺杆组成，沿滑动丝杠的中心对称，当驱动电机传入的动力输出到滑动丝杠时，带动两个滑块相对运动。当两个滑块发生相对运动时，会控制整个结构发生变化，从而适应变化的管径。当传感器感受到压力在允许范围内时，控制电机停止，使机器人恢复行走工作状态。本发明通过合理科学的结构设计，能够保证壳体上方的工作平台保持在管道的几何中心位置，保证工作装置的正常工作。
本发明管道自适应机器人行走系统可以通过结构改变具有一定的适应能力，利用结构设计可以很方便的适应不同管径的管道，保证良好的驱动效果。同时，系统采用三点式结构，利用机器人底部两个驱动轮和顶部一个驱动轮构成三角形，提高了管道自适应机器人的稳定性和负载能力。通过电机与轮子的组合降低了结构复杂性，提高了结构的可靠性。当机器人在工作时，通过三个驱动轮对导轨的压力保证了机器人能够牢固的固定在管道中，保证工作平台的相对位置不发生变化，通过三个驱动轮的运动，保证机器人在管道中正常运动。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的左视图；
图3为本发明的俯视图；
其中，1-上驱动轮，2-下面轮，3-下驱动轮，4-上驱动轮步进电机，5-行星减速器，6-下驱动轮步进电机，7-第二上部支腿，8-第一上部支腿，9-第二下部支腿，10-第一下部支腿，11-第一上部动力支架，12-第二上部动力支架，13-第一下部动力支架，14-第二下部动力支架，15-滑块，1501-第一滑块，1502-第二滑块，16-滑块固定导轨，17-联轴器，18-滑动丝杠，19-丝杠固定座，20-壳体，21-驱动电机。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种管道自适应机器人行走系统，结构如图1所示，系统包括上驱动轮1、下面轮2和下驱动轮3，上驱动轮1、下面轮2和下驱动轮3之间相互形成以上驱动轮1为顶角的等腰三角形，等腰三角形的顶角与底边之间的位置处设有立方体型的壳体20，壳体20内为工作区；上驱动轮1内安装有上驱动轮步进电机4，下驱动轮3内安装有下驱动轮步进电机6；上驱动轮步进电机4的输出端活动连接第二上部支腿7和第一上部支腿8的上端部，第二上部支腿7的下端部铰链连接第二下部支腿9的上端部，第一上部支腿8的下端部铰链连接第一下部支腿10的上端部，第二下部支腿9的下端部连接下驱动轮步进电机6的输出端，第一下部支腿10的下端部活动连接下面轮2；第二下部支腿9和第一下部支腿10交叉铰链连接，称为下交叉处；第二上部支腿7的中部铰链连接第二上部动力支架12的上端部，第一上部支腿8的中部铰链连接第一上部动力支架11的上端部，第二上部动力支架12的下端部铰链连接第二下部动力支架14的上端部，称为第二动力拐点；第一上部动力支架11的下端部铰链连接第一下部动力支架13的上端部，称为第一动力拐点；第二下部动力支架14的下端部与第一下部动力支架13的下端部均在下交叉处与第二下部支腿9和第一下部支腿10铰链连接；第二上部动力支架12和第一上部动力支架11交叉铰链连接，称为上交叉处；第二动力拐点铰链连接第二滑块1502，第一动力拐点铰链连接第一滑块1501；壳体20上端安装有驱动电机21，驱动电机21的输出端连接联轴器17，联轴器17上水平安装有滑动丝杠18，滑动丝杠18上位于联轴器17的两侧位置处分别设置第一滑块1501和第二滑块1502，壳体20内两相对应的侧壁上分别对称安装有丝杠固定座19，滑动丝杠18的两端部通过丝杠固定座19安装在壳体20内；壳体20内侧顶部沿滑动丝杠18的延伸方向上设有滑块固定导轨16，滑块15的上端可滑动的安装在滑块固定导轨16内。
前述驱动电机21为自适应步进电机。前述上驱动轮1和下驱动轮3内安装有压力传感器，用于感测管道内压力变化，从而控制上驱动轮1和下驱动轮3静止或运动。前述铰接均可通过螺栓与螺母连接。前述第一滑块1501和第二滑块1502所在的滑动丝杠18为两部分螺纹方向不同的螺杆连接组成，沿整根滑动丝杠18的中心对称分布，当驱动电机21传入的动力输出到滑动丝杠18时，带动第一滑块1501和第二滑块1502相对运动。前述下面轮2内部安装有行星减速器5，行星减速器5连接第一下部支腿10的下端部。前述第二上部支腿7、第一上部支腿8、第二下部支腿9、第一下部支腿10、第一上部动力支架11、第二上部动力支架12、第一下部动力支架13及第二下部动力支架14均为呈镜面对称的双轨结构。前述上驱动轮1、下面轮2和下驱动轮3均为H型轮轨结构。
本实施例设计的管道自适应机器人行走系统，通过上驱动轮和下驱动轮，利用其内部集成的电机驱动组件，使机器人在管道内中移动。当驱动轮上的传感器感受到压力变化超过一定范围时，可自动停止驱动轮的运动，并控制驱动电机转动，将动力通过一组齿轮完成减速增扭并将将动力输入到滑块所在的螺杆上。滑块所在的滑动丝杠有两部分螺纹方向不同的螺杆组成，沿滑动丝杠的中心对称，当驱动电机传入的动力输出到滑动丝杠时，带动两个滑块相对运动。当两个滑块发生相对运动时，会控制整个结构发生变化，从而适应变化的管径。当传感器感受到压力在允许范围内时，控制电机停止，使机器人恢复行走工作状态。本实施例通过合理科学的结构设计，能够保证壳体上方的工作平台保持在管道的几何中心位置，保证工作装置的正常工作。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种管道自适应机器人行走系统，其特征在于，所述系统包括上驱动轮(1)、下面轮(2)和下驱动轮(3)，上驱动轮(1)、下面轮(2)和下驱动轮(3)之间相互形成以上驱动轮(1)为顶角的等腰三角形，所述等腰三角形的顶角与底边之间的位置处设有立方体型的壳体(20)，所述壳体(20)内为工作区；
所述上驱动轮(1)内安装有上驱动轮步进电机(4)，所述下驱动轮(3)内安装有下驱动轮步进电机(6)；
所述上驱动轮步进电机(4)的输出端活动连接第二上部支腿(7)和第一上部支腿(8)的上端部，所述第二上部支腿(7)的下端部铰链连接第二下部支腿(9)的上端部，所述第一上部支腿(8)的下端部铰链连接第一下部支腿(10)的上端部，所述第二下部支腿(9)的下端部连接下驱动轮步进电机(6)的输出端，所述第一下部支腿(10)的下端部活动连接下面轮(2)；
所述第二下部支腿(9)和第一下部支腿(10)交叉铰链连接，称为下交叉处；
所述第二上部支腿(7)的中部铰链连接第二上部动力支架(12)的上端部，所述第一上部支腿(8)的中部铰链连接第一上部动力支架(11)的上端部，所述第二上部动力支架(12)的下端部铰链连接第二下部动力支架(14)的上端部，称为第二动力拐点；所述第一上部动力支架(11)的下端部铰链连接第一下部动力支架(13)的上端部，称为第一动力拐点；所述第二下部动力支架(14)的下端部与第一下部动力支架(13)的下端部均在下交叉处与第二下部支腿(9)和第一下部支腿(10)铰链连接；
所述第二上部动力支架(12)和第一上部动力支架(11)交叉铰链连接，称为上交叉处；
所述第二动力拐点铰链连接第二滑块(1502)，所述第一动力拐点铰链连接第一滑块(1501)；
所述壳体(20)上端安装有驱动电机(21)，所述驱动电机(21)的输出端连接联轴器(17)，所述联轴器(17)上水平安装有滑动丝杠(18)，所述滑动丝杠(18)上位于联轴器(17)的两侧位置处分别设置第一滑块(1501)和第二滑块(1502)，所述壳体(20)内两相对应的侧壁上分别对称安装有丝杠固定座(19)，所述滑动丝杠(18)的两端部通过丝杠固定座(19)安装在壳体(20)内；所述壳体(20)内侧顶部沿滑动丝杠(18)的延伸方向上设有滑块固定导轨(16)，所述滑块(15)的上端可滑动的安装在滑块固定导轨(16)内；
当上驱动轮(1)或下驱动轮(3)上的传感器感受到压力变化超过一定范围时，可自动停止上驱动轮(1)或下驱动轮(3)的运动，并控制上驱动轮步进电机(4)或下驱动轮步进电机(6)转动，将动力通过一组齿轮完成减速增扭并将动力输入到滑块(15)所在的滑动丝杠(18)上，滑块(15)所在的滑动丝杠(18)有两部分螺纹方向不同的螺杆组成，沿滑动丝杠(18)的中心对称，当驱动电机(21)传入的动力输出到滑动丝杠(18)时，带动两个滑块相对运动，当两个滑块发生相对运动时，会控制整个结构发生变化，从而适应变化的管径。
2.根据权利要求1所述的管道自适应机器人行走系统，其特征在于，所述驱动电机(21)为自适应步进电机。
3.根据权利要求1所述的管道自适应机器人行走系统，其特征在于，所述上驱动轮(1)和下驱动轮(3)内安装有压力传感器，用于感测管道内压力变化，从而控制上驱动轮(1)和下驱动轮(3)静止或运动。
4.根据权利要求1所述的管道自适应机器人行走系统，其特征在于，所述铰链连接均可通过螺栓与螺母连接。
5.根据权利要求1所述的管道自适应机器人行走系统，其特征在于，所述第一滑块(1501)和第二滑块(1502)所在的滑动丝杠(18)为两部分螺纹方向不同的螺杆连接组成，沿整根滑动丝杠(18)的中心对称分布，当驱动电机(21)传入的动力输出到滑动丝杠(18)时，带动第一滑块(1501)和第二滑块(1502)相对运动。
6.根据权利要求1所述的管道自适应机器人行走系统，其特征在于，所述下面轮(2)内部安装有行星减速器(5)，所述行星减速器(5)连接第一下部支腿(10)的下端部。
7.根据权利要求1所述的管道自适应机器人行走系统，其特征在于，所述第二上部支腿(7)、第一上部支腿(8)、第二下部支腿(9)、第一下部支腿(10)、第一上部动力支架(11)、第二上部动力支架(12)、第一下部动力支架(13)及第二下部动力支架(14)均为呈镜面对称的双轨结构。
8.根据权利要求1所述的管道自适应机器人行走系统，其特征在于，所述上驱动轮(1)、下面轮(2)和下驱动轮(3)均为H型轮轨结构。
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