CN108724142B - 一种交错臂独立变径轮式防水管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交错臂独立变径轮式防水管道机器人，包括摄像装置、变径机构、防水行走机构和防卡死拉环，其特征在于：多个防水行走机构周向分布在变径机构的圆周，摄像装置固定于变径机构的一端，变径机构连接有防卡死拉环，单个防水行走机构为双轮的行走机构。本发明解决了现有管道机器人在通过弯道时变径方式僵硬不灵活、容易发生干涉以及管道机器人的密封以及防水问题。当需要对管道内部工作环境进行采集但无法用人工实现时可以采用本发明来实现。

Description

一种交错臂独立变径轮式防水管道机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，涉及一种可在管道内部爬行观测的交错臂独立变径轮式防水管道机器人。

背景技术

现有的管道机器人采用沿圆周方向均布的履带或行走轮的结构，在通过弯道时易与管道内壁干涉，发生卡死的现象。

现有的管道机器人变径结构都是采用平行四边形结构，变径范围小并且变径方式比较僵硬不够灵活，而且机器人在前进的同时适应管道管径变化时对机器人的驱动力要求非常大，并且一般都是行走机构同时变化，难以实现独立变径。

在管道积水情况下的，管道机器人研制的关键问题是管道机器人的防水密封。管道机器人的密封分为静密封和动密封两种，静密封相对来说容易解决，动密封的问题比较难解决，轴的动密封，即轴伸出壳体处的密封。轴在旋转时，由于轴与机壳间存在间隙，就会产生泄漏，而且介质压力越高、轴的转速越高，越容易产生泄漏。由于管道机器人尺寸一般较小，因此现有的管道机器人很难实现在管道积水情况下的防水功能需求。

发明内容

发明目的

本发明解决了现有管道机器人在通过弯道时变径方式僵硬不灵活、容易发生干涉、管道机器人的密封以及防水问题。当需要对管道内部工作环境进行采集但无法用人工实现时可以采用本发明来实现。

技术方案

一种交错臂独立变径轮式防水管道机器人，包括摄像装置、变径机构、防水行走机构和防卡死拉环，其特征在于：多个防水行走机构周向分布在变径机构的圆周，摄像装置固定于变径机构的一端，变径机构连接有防卡死拉环，单个防水行走机构为双轮的行走机构。

所述变径机构有一个中间杆，中间杆前端结构与花盘相匹配，花盘固定在中间杆前端，中间杆后端固定有中间杆前挡块和中间杆后挡块，中间杆前挡块和中间杆后挡块之间连接有串轴，串轴上套有滑块，滑块与串轴的接触处设有直线轴承，直线轴承和串轴尾端之间有一个弹簧支撑。

所述串轴的两端紧贴中间杆前挡块和中间杆后挡块设有螺母d。

所述防水行走机构包括有一个电机筒，电机筒前端设有定位板，电机位于电机筒内并固定在定位板上，定位板与电机筒之间的缝隙处设有定位板垫片，齿轮箱垫片的前端设有分体的齿轮箱，齿轮箱垫片于分体的齿轮箱一侧将分体的齿轮箱连接成一个整体，分体的齿轮箱包括上齿轮箱和下齿轮箱，多个螺栓c分别穿过电机筒的前端、定位板垫片、定位板、齿轮箱垫片和上齿轮箱，多个螺栓c分别穿过电机筒的前端、定位板垫片、定位板、齿轮箱垫片和下齿轮箱，将电机筒、定位板垫片、定位板、齿轮箱垫片、上齿轮箱和下齿轮箱连接在一起，上齿轮箱和下齿轮箱之间的接触面上夹有上下齿轮箱垫片，轴穿过上齿轮箱和下齿轮箱，轴穿过上齿轮箱和下齿轮箱的齿轮箱侧壁皆设有轴承，轴设有轴肩，轴承内圈靠轴上的轴肩固定，轴承轴向靠防水内端盖固定，防水内端盖在轴承侧有一圈凸起，防水内端盖的凸起与上齿轮箱和下齿轮箱两侧壁接触的外圈设有端盖垫片，防水内端盖另一侧有防水外端盖，防水外端盖在防水内端盖侧也有一圈凸起，防水外端盖的凸起与防水内端盖接触的内圈设有密封圈，电机在电机筒内部，电机输出轴顶丝将锥齿轮固定在电机输出轴上，行走轴顶丝将锥齿固定在轴上，锥齿轮和锥齿互相啮合，轴两端固定有轮。

相邻6个防水行走机构朝向相反并交错布置；

朝向向前的防水行走机构的后端即电机筒的后端固定在花盘上，防水行走机构的前端即分体的齿轮箱前端固定在支撑架的一端，支撑架的另一端固定在滑块上；

朝向向后的防水行走机构的后端即电机筒的后端固定在滑块上，防水行走机构的前端即分体的齿轮箱前端固定在支撑架的一端，支撑架的另一端固定在花盘上。

所述电机筒与花盘之间，以及串轴与滑块之间都还装有铜套。

所述摄像装置包括有一个摄像头固定在固定筒内，固定筒与前舵机的输出轴通过前舵机连接板相连，前舵机与后舵机通过后舵机连接板相连，后舵机固定在连板上，连板固定在变径机构的花盘上，上述前舵机和后舵机旋转面相垂直。所述防卡死拉环固定在滑块的后端。

优点及效果

交错臂轮式防水管道机器人可以获取含有积水管道内状况。利用该装置变径结构可以实现机器人在管道中的变径并解决现有轮式管道机器人变径方式不灵活并且容易发生干涉的缺点。滑块左右滑动改变支撑架角度来实现变径，滑块内部的直线轴承使滑动更加平稳、摩擦力更小；在行进过程中管道内径发生变化或通过弯道时，滑块会相应地前移或后移，进而使得整个机器人可以适应内径变大或缩小了的管道。并且由于每一个防水行走机构都对应一个滑块因此每个防水行走机构都能独立变径。同时，交叉布置的行走机构，不但保证了它的平稳性，而且使机器人中间部位凹有空间使其不容易与管壁干涉进而顺利地适应管径的变化以及通过弯道。每个销轴两端用螺母固定，并且被支撑架以及中心座轴承固定座覆盖的部分装有铜套避免摩擦；该装置行走机构可以在液体环境中工作解决了机器人在防水方面的难题。防水行走机构上的齿轮箱垫片、端盖垫片以及内、外防水端盖、密封圈共同作用达到了防水的功能。摄像头与舵机相连可以调整位置，通过控制这两个舵机旋转的角度，可实现摄像头对机器人前进方向管道内壁的全方位观测。每个滑块上都固定有防卡死拉环，可以通过拉防卡死拉环来防止卡死。

附图说明

图1为整体示意图；

图2为变径机构示意图；

图3为变径机构局部放大图；

图4为防卡死装置示意图；

图5为行走机构结构外视图；

图6为电机筒端部密封示意图；

图7为行走机构结构剖视图；

图8为电机输出轴防水剖视图；

图9为摄像装置；

图10为摄像装置立体视图。

附图标记说明：

1.摄像装置、2.变径机构、3.防水行走机构、4.中间杆、5.螺母a、6.螺栓a、7.花盘、8.铜套、9.螺母b、10.销轴、11.支撑架、12.螺栓b、13.螺母c、14.滑块、15.直线轴承、16.弹簧、17.防卡死拉环、18.螺母d、19.串轴、20.电机筒、21.电机、22.轮、23.轴、24.顶丝、25.锥齿轮、26.锥齿、27.下齿轮箱、28.螺钉a、29.上下齿轮箱垫片、30.上齿轮箱、31.齿轮箱垫片、32.定位板、33.定位板垫片、34.螺栓c、35.防水外端盖、36.密封圈、37.防水内端盖、38.端盖垫片、39.轴承、40.连板、41.螺钉b、42.后舵机、43.前舵机、44.螺钉c、45.固定筒、46.摄像头、47.螺钉d、48.螺栓d、49.螺母e、50.电机输出轴顶丝、51.行走轴顶丝、52.舵机连接板、53.中间杆前挡块、54.中间杆后挡块、55.前舵机连接板、56.后舵机连接板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，包括摄像装置1、变径机构2、防水行走机构3和防卡死拉环17。

防水行走机构3中的电机筒20前端设有定位板32，电机21位于电机筒20内并固定在定位板32上，方便安装、拆卸。定位板32与电机筒20之间的缝隙处设有定位板垫片33，用于密封以防止定位板32与电机筒20之间的缝隙进水。齿轮箱垫片31的前端设有分体的齿轮箱，齿轮箱垫片31于分体的齿轮箱一侧将分体的齿轮箱连接成一个整体，使得电机筒20与分体的齿轮箱连接平整、牢固，电机的震动不会直接从定位板32传给分体的齿轮箱。分体的齿轮箱包括上齿轮箱30和下齿轮箱27，上齿轮箱30和下齿轮箱27的齿轮箱分体设计使得拆装方便。多个螺栓c34分别穿过电机筒20的前端、定位板垫片33、定位板32、齿轮箱垫片31和上齿轮箱30，多个螺栓c34分别穿过电机筒20的前端、定位板垫片33、定位板32、齿轮箱垫片31和下齿轮箱27，将电机筒20、定位板垫片33、定位板32、齿轮箱垫片31、上齿轮箱30和下齿轮箱27连接在一起。上齿轮箱30和下齿轮箱27之间的接触面上夹有上下齿轮箱垫片29，用于密封。轴23穿过上齿轮箱30和下齿轮箱27，轴23穿过上齿轮箱30和下齿轮箱27的齿轮箱侧壁皆设有轴承39，轴23设有轴肩，轴承39内圈靠轴23上的轴肩固定，轴承39轴向靠防水内端盖37固定，防水内端盖37在轴承侧有一圈凸起，防水内端盖37的凸起与上齿轮箱30和下齿轮箱27两侧壁接触的外圈设有端盖垫片38，用来防止液体渗漏，防水内端盖37另一侧有防水外端盖35，防水外端盖35在防水内端盖37侧也有一圈凸起，防水外端盖35的凸起与防水内端盖37接触的内圈设有密封圈36，用来防止液体从轴23处渗漏。电机21在电机筒20内部，电机输出轴顶丝50将锥齿轮25固定在电机输出轴上。行走轴顶丝51将锥齿26固定在轴23上。锥齿轮25和锥齿26互相啮合，传递电机21的扭矩。轴23两端固定有轮22。

变径机构2包括中间杆4、螺母a5、螺栓a6、花盘7、铜套8、螺母b9、支撑架11、销轴10、螺栓b12、螺母c13、滑块14、直线轴承15、弹簧16、螺母d18、串轴19；防水行走机构3包括电机筒20、电机21、轮22、轴23、顶丝24、锥齿轮25、锥齿26、下齿轮箱27、螺钉a28、上下齿轮箱垫片29、上齿轮箱30、齿轮箱垫片31、定位板32、定位板垫片33、螺栓c34、防水外端盖35、密封圈36、防水内端盖37、端盖垫片38、轴承39；摄像装置1包括连板40、螺钉b41、后舵机42、前舵机43、螺钉c44、固定筒45、摄像头46、螺钉d47、螺栓d48和螺母e49。中间杆4前端结构与花盘7相匹配，螺母a5和螺栓a6将花盘7固定在中间杆4前端。中间杆4后端固定有中间杆前挡块53和中间杆后挡块54，中间杆前挡块53和中间杆后挡块54之间连接有串轴19，串轴19的两端紧贴中间杆前挡块53和中间杆后挡块54设有螺母d18，加固串轴19。串轴19上套有滑块14，滑块14与串轴19的接触处设有直线轴承15，滑块14的直线轴承15处能够在串轴19上往复滑动，直线轴承15和串轴19尾端之间有一个弹簧16支撑。

防水行走机构3周向分布在变径机构2的圆周，顺时针或逆时针计数，单数的防水行走机构3的轮22朝向变径机构2的前侧，双数的防水行走机构3的轮22朝向变径机构2的后侧。

单数的防水行走机构3的后端即电机筒20的后端通过螺母b9和销轴10固定在花盘7上，防水行走机构3的前端即分体的齿轮箱前端通过螺栓d48和螺母e49固定在支撑架11的一端，支撑架11的另一端通过螺栓b12和螺母c13固定在滑块14上。

双数的防水行走机构3的后端即电机筒20的后端通过螺栓b12和螺母c13固定在滑块14上，防水行走机构3的前端即分体的齿轮箱前端通过螺栓d48和螺母e49固定在支撑架11的一端，支撑架11的另一端通过螺母b9和销轴10固定在花盘7上。

销轴10与花盘7之间，以及串轴19与滑块14之间都装有铜套8，以减少摩擦。

摄像装置1有一个摄像头46通过螺钉c44固定在固定筒45内。固定筒45与前舵机43的输出轴通过前舵机连接板55相连。前舵机43与后舵机42通过后舵机连接板56相连，后舵机42通过螺钉d47固定在连板40上，连板40通过螺钉b41固定在变径机构2的花盘7上。上述前舵机43和后舵机42旋转面相垂直。摄像装置采用双舵机带动摄像头转动的方式，能够实现对机器人前进方向全方位的扫查。

防卡死拉环17固定在滑块14的后端，当机器人被卡住时可以通过拉防卡死拉环17将装置脱出。

机器人工作时电机21的输出轴转动带动锥齿轮25转动进而将转矩提供给轴23然后使轮22转动，齿轮箱垫片31以及定位板垫片33来防止液体从电机筒20端部以及齿轮箱端部渗漏，防水外端盖35、密封圈36、防水内端盖37、端盖垫片38共同作用防止液体从齿轮箱两侧渗漏，通过控制前舵机43和后舵机42来使摄像头46来回转动来检测管道。当防水行走机构3受到压迫时会将力通过支撑架11传递给变径2中的滑块14进而压迫直线轴承15向后滑移使整体机构圆周尺寸减小；当防水行走机构3不受压迫时，在弹簧16作用下直线轴承15向里滑移从而改变短支撑架11的角度使整体机构圆周尺寸变大。当机器人被卡住时可以通过拉防卡死拉环17将装置脱出。

Claims (6)

1.一种交错臂独立变径轮式防水管道机器人，包括摄像装置、变径机构、防水行走机构和防卡死拉环，其特征在于：多个防水行走机构周向分布在变径机构的圆周，摄像装置固定于变径机构的一端，变径机构连接有防卡死拉环，单个防水行走机构为双轮的行走机构；

所述变径机构有一个中间杆，中间杆前端结构与花盘相匹配，花盘固定在中间杆前端，中间杆后端固定有中间杆前挡块和中间杆后挡块，中间杆前挡块和中间杆后挡块之间连接有串轴，串轴上套有滑块，滑块与串轴的接触处设有直线轴承，直线轴承和串轴尾端之间有一个弹簧支撑；

相邻6个防水行走机构朝向相反并交错布置；朝向向前的防水行走机构的后端即电机筒的后端固定在花盘上，防水行走机构的前端即分体的齿轮箱前端固定在支撑架的一端，支撑架的另一端固定在滑块上；朝向向后的防水行走机构的后端即电机筒的后端固定在滑块上，防水行走机构的前端即分体的齿轮箱前端固定在支撑架的一端，支撑架的另一端固定在花盘上；

机器人中间部位凹有空间。

2.根据权利要求1所述的交错臂独立变径轮式防水管道机器人，其特征在于：所述串轴的两端紧贴中间杆前挡块和中间杆后挡块设有螺母d。

3.根据权利要求1所述的交错臂独立变径轮式防水管道机器人，其特征在于：所述防水行走机构包括有一个电机筒，电机筒前端设有定位板，电机位于电机筒内并固定在定位板上，定位板与电机筒之间的缝隙处设有定位板垫片，齿轮箱垫片的前端设有分体的齿轮箱，齿轮箱垫片于分体的齿轮箱一侧将分体的齿轮箱连接成一个整体，分体的齿轮箱包括上齿轮箱和下齿轮箱，多个螺栓c分别穿过电机筒的前端、定位板垫片、定位板、齿轮箱垫片和上齿轮箱，多个螺栓c分别穿过电机筒的前端、定位板垫片、定位板、齿轮箱垫片和下齿轮箱，将电机筒、定位板垫片、定位板、齿轮箱垫片、上齿轮箱和下齿轮箱连接在一起，上齿轮箱和下齿轮箱之间的接触面上夹有上下齿轮箱垫片，轴穿过上齿轮箱和下齿轮箱，轴穿过上齿轮箱和下齿轮箱的齿轮箱侧壁皆设有轴承，轴设有轴肩，轴承内圈靠轴上的轴肩固定，轴承轴向靠防水内端盖固定，防水内端盖在轴承侧有一圈凸起，防水内端盖的凸起与上齿轮箱和下齿轮箱两侧壁接触的外圈设有端盖垫片，防水内端盖另一侧有防水外端盖，防水外端盖在防水内端盖侧也有一圈凸起，防水外端盖的凸起与防水内端盖接触的内圈设有密封圈，电机在电机筒内部，电机输出轴顶丝将锥齿轮固定在电机输出轴上，行走轴顶丝将锥齿固定在轴上，锥齿轮和锥齿互相啮合，轴两端固定有轮。

4.根据权利要求1所述的交错臂独立变径轮式防水管道机器人，其特征在于：所述电机筒与花盘之间，以及串轴与滑块之间都还装有铜套。

5.根据权利要求1所述的交错臂独立变径轮式防水管道机器人，其特征在于：所述摄像装置包括有一个摄像头固定在固定筒内，固定筒与前舵机的输出轴通过前舵机连接板相连，前舵机与后舵机通过后舵机连接板相连，后舵机固定在连板上，连板固定在变径机构的花盘上，上述前舵机和后舵机旋转面相垂直。

6.根据权利要求1所述的交错臂独立变径轮式防水管道机器人，其特征在于：所述防卡死拉环固定在滑块的后端。

Images