CN108554955B - 一种可变径管道清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可变径管道清洗机器人，该机器人包括支撑和驱动机器人的支撑驱动机构和对管道内壁进行旋转清洗的清洗机构，两者固定连接。本发明通过采用一个电机同步驱动三个驱动轮，结构紧凑，操作方便；采用弹簧变径，较为灵活，管道适应好，并且可以适应一定的管道沉积和管道变形；清洗机构可以做到同步变径，管道结构紧凑，管道适应性好，清洗效果明显。

Description

一种可变径管道清洗机器人

技术领域

本发明属于管道清洗机器人领域，具体涉及一种可变径管道清洗机器人。

背景技术

管道作为油气长距离输送的重要载体，应用范围极为广泛。但是管内杂质的沉积、腐蚀等会对管道造成堵塞和损伤，如果不及时对管道进行清洗就会影响管道运行的效率及安全。然而管道所处的环境不易直接到达或不允许人们直接进入，清洗难度很大。此外，由于地理因素或者管道焊接施工或工艺上的原因，存在一些弯曲管道和变径管道。现有的一些管道清洗机器人并不能很好的对管道进行清洗，例如申请公布号为CN205217535U的发明专利申请，公开了一种“一种管道清洗机器人”，但是该装置不能进行变径，管道适应性差，清洗效果较差；而授权公布号为CN106140746A的发明专利申请，公开了一种“管道清洗机器人”，采用履带驱动，使用过多电机，结构过于复杂，很难保证运行的一致性。除此之外，目前存在的一些机器人专利普遍没有考虑机器人在管道中遇到异物或管道破损无法行进的情况。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种可变径管道清洗机器人，具体技术方案如下：

一种可变径管道清洗机器人，其特征在于，该机器人包括支撑和驱动机器人的支撑驱动机构和对管道内壁进行旋转清洗的清洗机构，两者固定连接；

沿轴向从右向左，所述支撑驱动机构包括电机支撑架、套筒右侧板、套筒、第一套筒弹簧、第一套筒滑套、辅助轮装置、导向键、第二套筒弹簧、第二套筒滑套、套筒左侧板、驱动轮装置、内衬套和第一步进电机；

所述的套筒左侧板和套筒右侧板分别固定在所述的套筒的两端，所述的套筒分为三段，中间段的直径大于左右两段，第一套筒弹簧套设在套筒的右段上，其左端与第一套筒滑套固定连接，第二套筒弹簧套设在套筒的左段上，其左端与第二套筒滑套固定连接，所述的辅助轮装置包括辅助轮轮架、辅助轮和辅助轮轮架支撑杆，所述的辅助轮轮架的一端可转动连接在套筒的中段上，另一端连接辅助轮，辅助轮轮架支撑杆的一端可转动连接在第一套筒滑套上，另一端可转动连接在辅助轮轮架上；所述的套筒左侧板与所述的内衬套固定连接，所述的内衬套上设置驱动轮装置，所述的驱动轮装置包括驱动轮、驱动轮轮架、驱动轮支撑杆、齿轮组、从动锥齿轮、主动锥齿轮、小齿轮和大齿轮，所述的内衬套的左端面设置有L形侧板和沿轴向向外延伸的平行侧板，所述的L形侧板的一面沿轴向延伸，另一面与左端面平行，所述的小齿轮和主动锥齿轮同轴连接在L形侧板的与右端面平行的面的两侧，从动锥齿轮和齿轮组的第一个齿轮同轴连接在L形侧板的沿轴向延伸的面的两侧，驱动轮轮架的一端铰接在L形侧板和平行侧板之间，驱动轮轮架上布置一组齿轮组，齿轮组的最后一个齿轮与驱动轮同轴连接，第一步进电机的电机轴连接大齿轮，所述大齿轮与小齿轮啮合，所述小齿轮带动主动锥齿轮转动，主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合，从动锥齿轮带动齿轮组转动，齿轮组传动带动驱动轮转动，最终驱动整个机器人沿管道前进；所述的驱动轮支撑杆一端可转动连接在第二套筒滑套上，另一端可转动连接在驱动轮轮架上；

所述清洗机构包括第二步进电机、清洗装置外壳、衔接轴、齿轮、主动驱动装置和清洗结构。沿轴向从左到右，所述的电机支撑架固定在所述的套筒右侧板上，第二步进电机固定在所述的电机支撑架上，衔接轴支撑在清洗装置外壳上，其一端伸出并与第二步进电机连接，所述齿轮套设在衔接轴的另一端上，齿轮与清洗装置外壳内壁啮合，带动整个清洗机构旋转；清洗装置外壳外周面上开有多个均匀分布的通孔，所述的清洗结构位于所述的通孔内，所述的主动驱动装置包括第三步进电机、第一主轴和第一锥齿轮，所述第三步进电机固定在所述的清洗装置外壳上，电机轴连接第一主轴，第一主轴连接第一锥齿轮；所述的清洗结构包括第二锥齿轮、第二主轴、滑块、清洗杆和清洗刷，所述的第二锥齿轮与第二主轴连接，且设置在所述的外壳的通孔中，所述的滑块与所述的第二主轴通过螺纹连接，所述的清洗杆的一端和所述的滑块固定连接，另一端固定连接有清洗刷。

进一步地，所述的清洗机构为套，沿周向均匀分布。

进一步地，所述的辅助轮装置为套，沿周向均匀分布。

进一步地，所述的小齿轮、主动锥齿轮、从动锥齿轮、齿轮组、驱动轮也均为套。

进一步地，所述的清洗杆为T形。

进一步地，所述的套筒的左右两段上均开设有键槽，所述的第一套筒滑套和第二套筒滑套均通过设置在所述的键槽中的导向键进行导向。

本发明的有益效果：本发明采用一个电机同步驱动三个驱动轮，结构紧凑，操作方便；采用弹簧变径，较为灵活，管道适应好，并且可以适应一定的管道沉积和管道变形；清洗机构可以做到同步变径，管道结构紧凑，管道适应性好，清洗效果明显。

附图说明

图1为一种可变径管道清洗机器人的整体结构示意图；

图2为支撑驱动机构三维示意图；

图3为支撑驱动机构的结构示意图；

图4为清洗机构结构示意图；

图5为内衬套结构示意图；

图中，1-支撑驱动机构，2-清洗机构，101-电机支撑架，102-套筒右侧板，103-套筒，104-第一套筒弹簧，105-第一套筒滑套，106-辅助轮装置，1061-辅助轮轮架支撑杆，1062-辅助轮，1063-辅助轮轮架，107-导向键，108-第二套筒弹簧，109-第二套筒滑套，110-套筒左侧板，111-驱动轮机构，1111-驱动轮，1112-驱动轮轮架，1113-驱动轮支撑杆，1114-驱动齿轮组，1115-从动锥齿轮，1116-主动锥齿轮，1117-小齿轮，1118-大齿轮，112-内衬套，113-第一步进电机，201-第二步进电机，202-清洗机构外壳，203-衔接轴，204-齿轮，205-主动驱动装置，2051-第三步进电机，2052-第一主轴，2053-第一锥齿轮，206-清洗结构，2061-第二锥齿轮，2062-第二主轴，2063-滑块，2064-清洗杆，2065-清洗刷。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种可变径管道清洗机器人，如图1-5所示，该机器人包括支撑和驱动机器人的支撑驱动机构1和对管道内壁进行旋转清洗的清洗机构2，两者固定连接；

沿轴向从右向左，所述支撑驱动机构1包括电机支撑架101、套筒右侧板102、套筒103、第一套筒弹簧104、第一套筒滑套105、辅助轮装置106、导向键107、第二套筒弹簧108、第二套筒滑套109、套筒左侧板110、驱动轮装置111、内衬套112和第一步进电机113。

所述的套筒左侧板110和套筒右侧板102分别固定在所述的套筒103的两端，所述的套筒103分为三段，中间段的直径大于左右两段，左右两段上分别开设有两个长键槽，所述导向键107放置于长键槽中；第一套筒弹簧104套设在套筒103的右段上，其左端与第一套筒滑套105固定连接，第二套筒弹簧108套设在套筒103的左段上，其左端与第二套筒滑套109固定连接，所述的辅助轮装置106包括辅助轮轮架1063、辅助轮1062和辅助轮轮架支撑杆1061，所述的辅助轮轮架1063的一端可转动连接在套筒103的中段上，另一端连接辅助轮1062，辅助轮轮架支撑杆1061的一端可转动连接在第一套筒滑套105上，另一端可转动连接在辅助轮轮架1063上；所述的套筒左侧板110与所述的内衬套112固定连接，所述的内衬套112上设置驱动轮装置111，所述的驱动轮装置111包括驱动轮1111、驱动轮轮架1112、驱动轮支撑杆1113、齿轮组1114、从动锥齿轮1115、主动锥齿轮1116、小齿轮1117和大齿轮1118，所述的内衬套112的左端面设置有L形侧板和沿轴向向外延伸的平行侧板，所述的L形侧板的一面沿轴向延伸，另一面与左端面平行，所述的小齿轮1117和主动锥齿轮1116同轴连接在L形侧板的与右端面平行的面的两侧，从动锥齿轮1115和齿轮组1114的第一个齿轮同轴连接在L形侧板的沿轴向延伸的面的两侧，驱动轮轮架1112的一端铰接在L形侧板和平行侧板之间，驱动轮轮架1112上布置一组齿轮组1114，齿轮组1114的最后一个齿轮与驱动轮1111同轴连接，第一步进电机113的电机轴连接大齿轮1118，所述大齿轮1118与小齿轮1117啮合，所述小齿轮1117带动主动锥齿轮1116转动，主动锥齿轮1116与从动锥齿轮1115啮合，从动锥齿轮1115带动齿轮组1114转动，齿轮组1114传动带动驱动轮1111转动，最终驱动整个机器人沿管道前进；所述的驱动轮支撑杆1113一端可转动连接在第二套筒滑套109上，另一端可转动连接在驱动轮轮架1112的中部；

所述第一套筒弹簧104和第二套筒弹簧108处于压缩状态，使辅助轮1062和驱动轮1111顶紧管道内壁；当管道管径变化时，第一套筒弹簧104和第二套筒弹簧108自适应改变压缩程度，推动第一套筒滑套105和第二套筒滑套109的移动，使辅助轮1062和驱动轮1111始终顶紧管道内壁；

当第一步进电机113转动时，带动大齿轮1118旋转，通过齿轮传动带动三个小齿轮1117转动，小齿轮1117带动主动锥齿轮1116旋转，从而通过锥齿轮传动带动从动锥齿轮1115旋转，中间通过驱动齿轮组1114的运转，带动驱动轮1111旋转，最终带动整个机器人在管道中前进。

所述清洗机构2包括第二步进电机201、清洗装置外壳202、衔接轴203、齿轮204、主动驱动装置205和清洗结构206。沿轴向从左到右，所述的电机支撑架101固定在所述的套筒右侧板102上，第二步进电机201固定在所述的电机支撑架101上，衔接轴203支撑在清洗装置外壳202上，其一端伸出并与第二步进电机201连接，所述齿轮204套设在衔接轴203的另一端上，齿轮204与清洗装置外壳202内壁啮合，带动整个清洗机构2旋转；清洗装置外壳202外周面上开有多个均匀分布的通孔，所述的清洗结构206位于所述的通孔内，所述的主动驱动装置205包括第三步进电机2051、第一主轴2052和第一锥齿轮2053，所述第三步进电机2051固定在所述的清洗装置外壳202上，电机轴连接第一主轴2052，第一主轴2052连接第一锥齿轮2053；所述的清洗结构206包括第二锥齿轮2061、第二主轴2062、滑块2063、清洗杆2064和清洗刷2065，所述的第二锥齿轮2061与第二主轴2062连接，且设置在所述的外壳的通孔中，所述的滑块2063与所述的第二主轴2062通过螺纹连接，所述的清洗杆2064的一端和所述的滑块2063固定连接，另一端固定连接有清洗刷2065。

清洗机构2在工作时，第二步进电机201转动，通过衔接轴203带动齿轮204转动，所述齿轮204与清洗装置外壳202内齿轮啮合，从而带动整个清洗机构2旋转，与此同时清洗结构206进行清洗。

当清洗机构2需要进行变径操作时，第三步进电机2051转动，通过第一主轴2052带动第一锥齿轮2053转动，通过齿轮传动带动第二锥齿轮2061转动，第二锥齿轮2061带动第二主轴2062转动，所述第二主轴2062末端与滑块2063螺纹连接，所述第二主轴2062的转动带动滑块2063的移动，带动清洗杆2064和清洗刷2065的伸缩变径。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可变径管道清洗机器人，其特征在于，该机器人包括支撑和驱动机器人的支撑驱动机构（1）和对管道内壁进行旋转清洗的清洗机构（2），两者固定连接；

沿轴向从右向左，所述支撑驱动机构（1）包括电机支撑架（101）、套筒右侧板（102）、套筒（103）、第一套筒弹簧（104）、第一套筒滑套（105）、辅助轮装置（106）、导向键（107）、第二套筒弹簧（108）、第二套筒滑套（109）、套筒左侧板（110）、驱动轮装置（111）、内衬套（112）和第一步进电机（113）；

所述的套筒左侧板（110）和套筒右侧板（102）分别固定在所述的套筒（103）的两端，所述的套筒（103）分为三段，中间段的直径大于左右两段，第一套筒弹簧（104）套设在套筒（103）的右段上，其左端与第一套筒滑套（105）固定连接，第二套筒弹簧（108）套设在套筒（103）的左段上，其左端与第二套筒滑套（109）固定连接，所述的辅助轮装置（106）包括辅助轮轮架（1063）、辅助轮（1062）和辅助轮轮架支撑杆（1061），所述的辅助轮轮架（1063）的一端可转动连接在套筒（103）的中段上，另一端连接辅助轮（1062），辅助轮轮架支撑杆（1061）的一端可转动连接在第一套筒滑套（105）上，另一端可转动连接在辅助轮轮架（1063）上；所述的套筒左侧板（110）与所述的内衬套（112）固定连接，所述的内衬套（112）上设置驱动轮装置（111），所述的驱动轮装置（111）包括驱动轮（1111）、驱动轮轮架（1112）、驱动轮支撑杆（1113）、齿轮组（1114）、从动锥齿轮（1115）、主动锥齿轮（1116）、小齿轮（1117）和大齿轮（1118），所述的内衬套（112）的左端面设置有L形侧板和沿轴向向外延伸的平行侧板，所述的L形侧板的一面沿轴向延伸，另一面与左端面平行，所述的小齿轮（1117）和主动锥齿轮（1116）同轴连接在L形侧板的与右端面平行的面的两侧，从动锥齿轮（1115）和齿轮组（1114）的第一个齿轮同轴连接在L形侧板的沿轴向延伸的面的两侧，驱动轮轮架（1112）的一端铰接在L形侧板和平行侧板之间，驱动轮轮架（1112）上布置一组齿轮组（1114），齿轮组（1114）的最后一个齿轮与驱动轮（1111）同轴连接，第一步进电机（113）的电机轴连接大齿轮（1118），所述大齿轮（1118）与小齿轮（1117）啮合，所述小齿轮（1117）带动主动锥齿轮（1116）转动，主动锥齿轮（1116）与从动锥齿轮（1115）啮合，从动锥齿轮（1115）带动齿轮组（1114）转动，齿轮组（1114）传动带动驱动轮（1111）转动，最终驱动整个机器人沿管道前进；所述的驱动轮支撑杆（1113）一端可转动连接在第二套筒滑套（109）上，另一端可转动连接在驱动轮轮架（1112）上；

所述清洗机构（2）包括第二步进电机（201）、清洗装置外壳（202）、衔接轴（203）、齿轮（204）、主动驱动装置（205）和清洗结构（206）；沿轴向从左到右，所述的电机支撑架（101）固定在所述的套筒右侧板（102）上，第二步进电机（201）固定在所述的电机支撑架（101）上，衔接轴（203）支撑在清洗装置外壳（202）上，其一端伸出并与第二步进电机（201）连接，所述齿轮（204）套设在衔接轴（203）的另一端上，齿轮（204）与清洗装置外壳（202）内壁啮合，带动整个清洗机构（2）旋转；清洗装置外壳（202）外周面上开有多个均匀分布的通孔，所述的清洗结构（206）位于所述的通孔内，所述的主动驱动装置（205）包括第三步进电机（2051）、第一主轴（2052）和第一锥齿轮（2053），所述第三步进电机（2051）固定在所述的清洗装置外壳（202）上，所述第三步进电机（2051）的电机轴连接第一主轴（2052），第一主轴（2052）连接第一锥齿轮（2053）；所述的清洗结构（206）包括第二锥齿轮（2061）、第二主轴（2062）、滑块（2063）、清洗杆（2064）和清洗刷（2065），所述的第二锥齿轮（2061）与第二主轴（2062）连接，且设置在所述的清洗装置外壳的通孔中，所述的滑块（2063）与所述的第二主轴（2062）通过螺纹连接，所述的清洗杆（2064）的一端和所述的滑块（2063）固定连接，另一端固定连接有清洗刷（2065）；

所述的清洗结构（206）为3套，沿周向均匀分布；

所述的辅助轮装置为3套，沿周向均匀分布。

2.根据权利要求1所述的可变径管道清洗机器人，其特征在于，所述的小齿轮、主动锥齿轮、从动锥齿轮、齿轮组、驱动轮也均为3套。

3.根据权利要求1所述的可变径管道清洗机器人，其特征在于，所述的清洗杆为T形。

4.根据权利要求1所述的可变径管道清洗机器人，其特征在于，所述的套筒（103）的左右两段上均开设有键槽，所述的第一套筒滑套（105）和第二套筒滑套（109）均通过设置在所述的键槽中的导向键（107）进行导向。