CN108758164B - 一种自主转弯的管道机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种自主转弯的管道机器人，包括：两个驱动模组和至少两根软轴。至少两根软轴安装于两个驱动模组之间，软轴的两端分别设置在相应的驱动模组中，驱动模组可沿软轴的轴向方向运动。当管道机器人遇到T型弯道需要向一侧转弯时，靠近弯道的驱动模组沿该侧软轴向另一驱动模组的方向运动，此时该侧两驱动模组间软轴的长度小于其它侧两驱动模组间软轴的长度，使管道机器人的头部发生偏转，使管道机器人能够顺利通过弯道。

Description

一种自主转弯的管道机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种自主转弯的管道机器人。
背景技术
管道作为现代生活中必不可少的一部分，由于长期的环境腐蚀、外力作用等难免会有些损伤。管道在使用过程中，会产生各种各样的管道故障、堵塞和损伤等问题，如果不及时对管道进行检测、维修就会产生严重事故。传统的人工检测、随机抽样和定期更换等应对方法存在工程量大、成本高、危险系数高等缺点。为了保证管道的使用安全，定时检测与维修很重要，但是管道大多埋于地下，难以人工检测。
上世纪70年代，石油、天然气、核工业等恶劣环境下的管道与容器的维护需求刺激了管道机器人的研究，美国、日本以及法国、德国等欧洲国家相继开发了多种形式的管道机器人。国内一些科研院所和单位开始开展了大量管道爬行检测机器人的研究工作，目前已在油气、市政等大径长直管道中实现了一些商业化应用。然而，现有的这些管道机器人不仅结构复杂而且难以适应管道内复杂的环境，尤其在遇到复杂弯道时无法转向，使管道机器人在很多场景下无法正常使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种自主转弯的管道机器人，旨在解决现有的管道机器人在管道中遇到复杂弯道时无法转向的问题。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种自主转弯的管道机器人，其特征在于，包括：两个驱动模组和至少两根软轴；
至少两根所述软轴安装于两个所述驱动模组之间，至少两根所述软轴的两端分别设置在相应的所述驱动模组中；
所述驱动模组包括行驶组件、送丝组件及固定座，所述送丝组件及所述行驶组件均安装在所述固定座上，所述送丝组件与所述软轴一一对应，各所述软轴的端部穿过相应的所述送丝组件，同一根所述软轴穿过的送丝组件沿这根软轴的轴线进行抽送，所述行驶组件用于在管道中运动。
进一步地，所述送丝组件包括台架、第一电机、主动轮以及第一从动轮；
所述第一电机固定在所述台架上，所述主动轮与所述第一电机的输出轴连接，所述第一从动轮可转动地安装在所述台架上；
所述软轴插置在所述主动轮与所述第一从动轮之间，所述主动轮转动以沿所述软轴的轴向方向抽送所述软轴。
进一步地，所述送丝组件还包括调节座、第二从动轮；
所述调节座的第一端可转动地安装在所述台架上，所述调节座的第二端与所述台架弹性连接，所述第一从动轮可转动地安装在所述调节座上，所述第二从动轮可转动地安装在所述台架上；
所述软轴插置在所述主动轮、所述第一从动轮以及所述第二从动轮之间，且所述主动轮与所述第二从动轮位于所述软轴的同一侧，且所述第一从动轮位于所述主动轮与所述第二从动轮之间。
进一步地，所述送丝组件还包括调节螺母、T型轴和弹簧；
所述调节座的第二端开设有贯通孔，所述T型轴的大头端与所述台架连接，所述T型轴的小头端穿过所述贯通孔后所述弹簧套设在所述T型轴上，所述调节螺母安装在所述T型轴的小头端并抵压所述弹簧。
进一步地，所述自主转弯的管道机器人还包括至少一个定型板；
所述定型板的周缘设有第一贯通槽，各所述软轴一一对应地穿过所述第一贯通槽。
进一步地，所述自主转弯的管道机器人还包括限位绳；
所述定型板的中心设有第二贯通槽，所述限位绳穿过所述定型板的第二贯通槽，并在相应的所述定型板的第二贯通槽处打结，且所述限位绳的两端分别连接在相应的固定座上。
进一步地，所述行驶组件包括减速电机、行驶组件台架、转轴以及车轮；
行驶组件台架设置在所述固定座上，所述减速电机固定在所述行驶组件台架上，所述车轮通过所述转轴连接在所述减速电机的输出轴上。
进一步地，所述行驶组件包括减速电机、行驶组件台架、两个六角转轴以及两个车轮；
所述减速电机固定在所述行驶组件台架上，两个所述六角转轴的一端与所述减速电机连接，另一端为输出端，两个所述车轮一一对应地安装在所述六角转轴的输出端上。
进一步地，所述驱动模组还包括涨紧组件，所述涨紧组件包括支撑杆和涨紧驱动机构，所述涨紧驱动机构安装在所述固定座上；所述支撑杆的第一端与所述行驶组件连接，所述支撑杆的第二端与所述涨紧驱动机构连接，所述涨紧驱动机构通过所述支撑杆带动所述行驶组件抵接在管道内壁上。
进一步地，所述涨紧驱动机构包括第二电机、螺杆和螺母，所述第二电机固定在所述固定座上，所述第二电机驱动所述螺杆运转，所述螺母螺纹连接于所述螺杆上，所述支撑杆的第二端连接于所述螺母上；或者，
所述涨紧驱动机构包括螺旋弹簧、导向柱和移动件，所述导向柱固定在所述固定座上，该螺旋弹簧套设于所述导向柱，所述螺旋弹簧的一端与所述固定座连接固定，另一端与移动件连接固定，当所述螺旋弹簧被所述移动件拉伸时所述螺旋弹簧对所述移动件提供靠近所述固定座的拉力，或当螺旋弹簧被移动件压缩时螺旋弹簧对移动件提供远离固定座的推力。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明的一种自主转弯的管道机器人，包括：两个驱动模组和至少两根软轴。至少两根软轴安装于两个驱动模组之间，软轴的两端分别设置在相应的驱动模组中，驱动模组可沿软轴的轴向方向运动。当管道机器人遇到T型弯道需要向一侧转弯时，靠近弯道的驱动模组沿该侧软轴向另一驱动模组的方向运动，此时该侧两驱动模组间软轴的长度小于其它侧两驱动模组间软轴的长度，使管道机器人的头部发生偏转，使管道机器人能够顺利通过弯道。由于该自主转弯的管道机器人的转弯角度由两驱动模组间各软轴的长度决定，因此可以根据需要将管道机器人的转弯角度进行调节，以适应管道中各种复杂的弯道，解决了现有的管道机器人在管道中遇到复杂弯道时无法转向的问题，提高了产品的性能。
附图说明
图1是本发明实施例的自主转弯的管道机器人的结构示意图；
图2是图1的分解结构图；
图3是图2中的驱动模组的结构示意图；
图4是图3的分解结构图；
图5是图4中的送丝组件的结构示意图；
图6是软轴插入送丝组件中的剖视图；
图7是图5的分解结构图；
图8是图4中的行驶组件的分解结构图；
图9是图2中的定型板的结构示意图；
图10是图4中的涨紧组件的结构示意图；
图11是图4中的涨紧组件的另一种实施方式的结构示意图。
在附图中，各附图标记表示：1、驱动模组；11、行驶组件；111、减速电机；112、行驶组件台架；113、六角转轴；114、车轮；12、送丝组件；121、台架；122、调节座；123、第一电机；124、主动轮；125、第一从动轮；126、第二从动轮；127、调节螺母；128、T型轴；129、弹簧；13、固定座；14、涨紧组件；141、支撑杆；142、第二电机；143、螺杆；144、螺母；145、螺旋弹簧；146、导向柱；147、移动件；2、软轴；3、定型板；31、第一贯通槽；32、第二贯通槽；4、限位绳。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。
参见图1-4，为本发明提供的一种自主转弯的管道机器人的较佳实施例，该自主转弯的管道机器人包括：两个驱动模组1和至少两根软轴2。其中，至少两根所述软轴2安装于两个所述驱动模组1之间，至少两根所述软轴2的两端分别设置在相应的所述驱动模组1中。所述驱动模组1包括行驶组件11、送丝组件12及固定座13，所述送丝组件12及所述行驶组件11均安装在所述固定座13上，所述送丝组件与所述软轴2一一对应，各所述软轴2的端部穿过相应的所述送丝组件12，同一根所述软轴2穿过的送丝组件12沿这根软轴2的轴线进行抽送，所述行驶组件11用于在管道中运动。
本发明中的自主转弯的管道机器人，当管道机器人遇到T型弯道需要向一侧转弯时，靠近弯道的驱动模组中的送丝组件开始抽送该侧软轴，使靠近弯道的驱动模组沿该侧软轴向另一驱动模组的方向运动，此时该侧两驱动模组间软轴的长度小于其它侧两驱动模组间软轴的长度，使管道机器人的头部发生偏转，使管道机器人能够顺利通过弯道。由于该自主转弯的管道机器人的转弯角度由两驱动模组间各软轴的长度决定，因此可以根据需要将管道机器人的转弯角度进行调节，以适应管道中各种复杂的弯道，解决了现有的管道机器人在管道中遇到复杂弯道时无法转向的问题，提高了产品的性能。
参见图5-7，具体的，送丝组件12包括台架121、调节座122、第一电机123、主动轮124、第一从动轮125、第二从动轮126、调节螺母127、T型轴128和弹簧129。
所述第一电机123固定在所述台架121上，所述主动轮124与所述第一电机123的输出轴连接，所述调节座122的第一端可转动地安装在所述台架121上，所述调节座122的第二端与所述台架121弹性连接。所述调节座122的第二端开设有贯通孔，所述T型轴128的大头端与所述台架121连接，所述T型轴128的小头端穿过所述贯通孔后所述弹簧129套设在所述T型轴128上，所述调节螺母127安装在所述T型轴128的小头端并抵压所述弹簧129。所述第一从动轮可转动地安装在所述调节座122上，所述第二从动轮126可转动地安装在所述台架121上。所述软轴2插置在所述主动轮124、所述第一从动轮125以及所述第二从动轮126之间，且所述主动轮与所述第二从动轮位于所述软轴的同一侧，且所述第一从动轮位于所述主动轮与所述第二从动轮之间。所述主动轮124转动以使送丝组件12沿所述软轴2的轴向方向抽送所述软轴。
参见图1、2、9，进一步地，自主转弯的管道机器人还包括至少一个定型板3。所述定型板3的周缘设有第一贯通槽31，各所述软轴2一一对应地穿过所述第一贯通槽31。由于软轴2的刚性不足，使自主转弯的管道机器人在运动过程中容易变形，使管道机器人偏离预定方向，使用定型板3能够使管道机器人在运动过程中不易变形，防止管道机器人偏离预定方向。
参见图1、2、9，进一步地，自主转弯的管道机器人还包括限位绳4。所述定型板3的中心设有第二贯通槽32，所述限位绳4穿过所述定型板3的第二贯通槽32，并在相应的所述定型板3的第二贯通槽32处打结，且所述限位绳4的两端分别连接在相应的固定座13上。限位绳4对定型板3起到限位作用，避免管道机器人在运动过程中多个定型板3叠在一起后，降低定型板3对软轴的定型效果。
参见图8，具体的，所述行驶组件11包括减速电机111、行驶组件台架112、两个六角转轴113以及两个车轮114。所述减速电机111固定在所述行驶组件台架112上，两个所述六角转轴113的一端与所述减速电机111连接，另一端为输出端，两个所述车轮114一一对应地安装在所述六角转轴113的输出端上。
进一步地，所述驱动模组1还包括涨紧组件14，所述涨紧组件14包括支撑杆141和涨紧驱动机构，所述涨紧驱动机构安装在所述固定座13上；所述支撑杆141的第一端与所述行驶组件11连接，所述支撑杆141的第二端与所述涨紧驱动机构连接，所述涨紧驱动机构通过所述支撑杆141带动所述行驶组件11抵接在管道内壁上。
参见图10，具体的，所述涨紧驱动机构包括第二电机142、螺杆143和螺母144，所述第二电机142固定在所述固定座13上，所述第二电机142驱动所述螺杆143运转，所述螺母144螺纹连接于所述螺杆143上，所述支撑杆141的第二端连接于所述螺母144上。
支撑杆141的两端分别与行驶组件11和螺母144铰接，当螺母144在螺杆143上往固定座13方向移动时，行驶组件11与支撑杆141铰接的一端以涨紧组件14为中心往远离涨紧组件14方向移动，即：行驶组件11与支撑杆141铰接的一端往管道内壁靠近，进而，设于行驶组件11上的车轮114往管道内壁靠近；当螺母144在螺杆143往远离固定座13方向移动时，行驶组件11与支撑杆141铰接的一端以涨紧组件14为中心往靠近涨紧组件14方向移动，即，行驶组件11与支撑杆141铰接的一端远离管道内壁，进而，设于行驶组件11的车轮114远离管道内壁，以上，实现了至少两个行驶组件11的车轮114所在圆周的直径大小调节，进而实现了机器人根据不同内径的管道进行调整，以适应在不同内径的管道内行走。
在本实施例中，通过控制器对减速电机111、第一电机123、第二电机142等进行统一控制。当机器人在管道内行走的过程中，通过控制器控制减速电机111从而控制行走速度；当需要进行转弯时，通过控制器控制送丝组件12中相应的第一电机123从而对相应的软轴2进行抽送，从而实现转弯功能；当需要机器人稳定停止在管道中的某个位置时，此时，通过控制器控制减速电机111、第一电机123停止输出动力，并通过控制器控制第二电机142输出动力使得涨紧组件14相对于管壁撑开从而撑紧在管道中。
参见图11，除了上述实施例，所述涨紧驱动机构还可包括螺旋弹簧145、导向柱146和移动件147，所述导向柱146固定在所述固定座13上，该螺旋弹簧145套设于所述导向柱146，所述螺旋弹簧145的一端与所述固定座13连接固定，另一端与移动件147连接固定，当所述螺旋弹簧145被所述移动件147拉伸时所述螺旋弹簧145对所述移动件147提供靠近所述固定座13的拉力，或当螺旋弹簧145被移动件147压缩时螺旋弹簧145对移动件147提供远离固定座13的推力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自主转弯的管道机器人，其特征在于，包括：两个驱动模组(1)和至少两根软轴(2)；
至少两根所述软轴(2)安装于两个所述驱动模组(1)之间，至少两根所述软轴(2)的两端分别设置在相应的所述驱动模组(1)中;
所述驱动模组(1)包括行驶组件(11)、送丝组件(12)及固定座(13)，所述送丝组件(12)及所述行驶组件(11)均安装在所述固定座(13)上，所述送丝组件与所述软轴（2）一一对应，各所述软轴(2)的端部穿过相应的所述送丝组件(12)，同一根所述软轴(2)穿过的送丝组件(12)沿这根软轴(2)的轴线进行抽送，所述行驶组件(11)用于在管道中运动；
所述送丝组件(12)包括台架(121)、第一电机(123)、主动轮(124)以及第一从动轮(125)；
所述第一电机(123)固定在所述台架(121)上，所述主动轮(124)与所述第一电机(123)的输出轴连接，所述第一从动轮(125)可转动地安装在所述台架（121）上；
所述软轴(2)插置在所述主动轮(124)与所述第一从动轮(125)之间，所述主动轮(124)转动以沿所述软轴(2)的轴向方向抽送所述软轴（2）；
所述行驶组件(11)包括减速电机(111)、行驶组件台架(112)、转轴以及车轮(114)；
行驶组件台架(112)设置在所述固定座(13)上，所述减速电机(111)固定在所述行驶组件台架(112)上，所述车轮(114)通过所述转轴连接在所述减速电机(111)的输出轴上；
所述驱动模组(1)还包括涨紧组件(14)，所述涨紧组件(14)包括支撑杆(141)和涨紧驱动机构，所述涨紧驱动机构安装在所述固定座(13)上；所述支撑杆(141)的第一端与所述行驶组件(11)连接，所述支撑杆(141)的第二端与所述涨紧驱动机构连接，所述涨紧驱动机构通过所述支撑杆(141)带动所述行驶组件(11)抵接在管道内壁上。
2. 如权利要求1所述的自主转弯的管道机器人，其特征在于，所述送丝组件(12)还包括调节座(122) 、第二从动轮(126)；
所述调节座(122)的第一端可转动地安装在所述台架(121)上，所述调节座(122)的第二端与所述台架(121)弹性连接，所述第一从动轮（125）可转动地安装在所述调节座(122)上，所述第二从动轮(126)可转动地安装在所述台架(121)上；
所述软轴(2)插置在所述主动轮(124)、所述第一从动轮(125)以及所述第二从动轮(126)之间，且所述主动轮（124）与所述第二从动轮（126）位于所述软轴（2）的同一侧，且所述第一从动轮（125）位于所述主动轮（124）与所述第二从动轮（126）之间。
3.如权利要求2所述的自主转弯的管道机器人，其特征在于，所述送丝组件(12)还包括调节螺母(127)、T型轴(128)和弹簧(129)；
所述调节座(122)的第二端开设有贯通孔，所述T型轴(128)的大头端与所述台架(121)连接，所述T型轴(128)的小头端穿过所述贯通孔后所述弹簧(129)套设在所述T型轴(128)上，所述调节螺母(127)安装在所述T型轴(128)的小头端并抵压所述弹簧（129）。
4.如权利要求1至3中任一项所述的自主转弯的管道机器人，其特征在于，所述自主转弯的管道机器人还包括至少一个定型板(3)；
所述定型板(3)的周缘设有第一贯通槽(31)，各所述软轴(2)一一对应地穿过所述第一贯通槽(31)。
5.如权利要求4所述的自主转弯的管道机器人，其特征在于，所述自主转弯的管道机器人还包括限位绳(4)；
所述定型板(3)的中心设有第二贯通槽(32)，所述限位绳(4)穿过所述定型板(3)的第二贯通槽(32)，并在相应的所述定型板(3)的第二贯通槽(32)处打结，且所述限位绳(4)的两端分别连接在相应的固定座(13)上。
6.如权利要求1所述的自主转弯的管道机器人，其特征在于，所述行驶组件(11)包括减速电机(111)、行驶组件台架(112)、两个六角转轴(113)以及两个车轮(114)；
所述减速电机(111)固定在所述行驶组件台架(112)上，两个所述六角转轴(113)的一端与所述减速电机(111)连接，另一端为输出端，两个所述车轮(114)一一对应地安装在所述六角转轴(113)的输出端上。
7.如权利要求6所述的自主转弯的管道机器人，其特征在于，所述涨紧驱动机构包括第二电机（142）、螺杆（143）和螺母（144），所述第二电机（142）固定在所述固定座（13）上，所述第二电机（142）驱动所述螺杆（143）运转，所述螺母（144）螺纹连接于所述螺杆（143）上，所述支撑杆（141）的第二端连接于所述螺母（144）上；或者，
所述涨紧驱动机构包括螺旋弹簧（145）、导向柱（146）和移动件（147），所述导向柱（146）固定在所述固定座（13）上，该螺旋弹簧（145）套设于所述导向柱（146），所述螺旋弹簧（145）的一端与所述固定座（13）连接固定，另一端与移动件（147）连接固定，当所述螺旋弹簧（145）被所述移动件（147）拉伸时所述螺旋弹簧（145）对所述移动件（147）提供靠近所述固定座（13）的拉力，或当螺旋弹簧（145）被移动件（147）压缩时螺旋弹簧（145）对移动件（147）提供远离固定座（13）的推力。
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机械自适应管道机器人的机构原理与仿真分析;唐德威;梁涛;姜生元;邓宗全;于伟真;;机器人(第01期);第49-51页 *

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