CN108899810B - 一种电缆预埋管线行走装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆预埋管线行走装置，包括行走驱动电机和沿主轴周向均匀排布的多个行走轮组件，行走轮组件包括轮腿、第一传动机构和支撑臂组；支撑臂组包括支撑臂和支撑臂固定块，支撑臂固定块设置于主轴上，支撑臂两端与轮腿铰接和支撑臂固定块铰接；驱动电机通过第一传动机构驱动轮腿行走；变径机构包括变径驱动电机和变径组件，变径组件包括变径连杆、丝杠传动机构和第三传动机构，丝杠传动机构包括丝杠和滑块，变径驱动电机通过第三传动机构驱动丝杠旋转、滑块滑动，变径连杆两端与滑块和支撑臂铰接，滑块推动支撑臂的倾斜度改变，轮腿外扩或者内收，适用于不同管径的管道。

Description

一种电缆预埋管线行走装置

技术领域

本发明涉及管道机器人技术领域，尤其涉及一种电缆预埋管线行走装置。

背景技术

地下电缆、通信光缆是电力系统的重要组成部分，是保证供电可靠性的基础。现在越来越多的城市采用地下电缆输配电方式取代架空输电线路，电缆管道作为地下电缆铺设的必需品，使用量快速增多。

电缆管道在使用过程中，会产生各种各样的管道堵塞与管道故障。电缆管道经常还会遇到受外界压力变形的情况，导致电缆无法穿过。如果不及时对电缆管道进行检测、清理就有可能产生事故，影响施工进度，造成不必要的损失。而电缆管道所处的环境往往是不易直接到达或不允许人员直接进入的，检测和清理难度很大。

因此，目前通常采用管道机器人对电缆管道进行检测、清理。然而，光缆管道管径一般为150-200毫米范围，规格多样，且管道变形，堵塞都会对管径有影响，现有的电缆预埋管线行走装置远远不能够满足如此复杂的管径需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种电缆预埋管线行走装置，具有变径能力，能够适用于不同管径的管道。

本发明采用的技术方案为：

一种电缆预埋管线行走装置，包括主轴、行走机构和变径机构；

所述的行走机构包括行走驱动电机和沿主轴周向均匀排布的多个行走轮组件，所述的行走轮组件包括轮腿、第一传动机构和支撑臂组；所述的支撑臂组包括支撑臂和支撑臂固定块，所述的支撑臂固定块设置于主轴上，所述的支撑臂一端与轮腿铰接，另一端与支撑臂固定块铰接；所述的驱动电机通过第一传动机构驱动轮腿行走；

所述的变径机构包括变径驱动电机和与行走轮组件一一对应的变径组件，所述的变径组件包括带动支撑臂转动的变径连杆、丝杠传动机构和第三传动机构，所述的丝杠传动机构包括丝杠和滑块，所述的变径驱动电机的输出轴通过第三传动机构连接丝杠的动力输入端，所述变径连杆一端与滑块铰接，所述变径连杆另一端与对应的轮组件中的支撑臂铰接。

所述的轮腿包括主动轮、从动轮、第二传动机构和安装槽，所述主动轮和传动轮转动安装于安装槽中；所述行走驱动电机的输出轴通过第一传动机构驱动主动轮转动，主动轮通过第二传动机构带动从动轮转动。

所述的变径连杆包括滑套、套设在滑套中的滑竿和预紧弹簧；所述滑套的滑块连接端与滑块铰接，滑套的套入端设置有弹簧限位板，滑竿的臂连接端设置有臂连接头，所述的臂连接头与所述变径组件中支撑臂铰接；预紧弹簧套设在滑竿上，且预紧弹簧位于弹簧限位板和臂连接头之间。

所述的第一传动机构包括皮带、与主动轮转轴平行的第一转轴、套设于第一转轴上的第一斜齿轮、套设于第一转轴上的第一齿轮、与主动轮转轴平行的第二转轴和套设与第二转轴上的第二齿轮，所述的第二齿轮和第一齿轮啮合；所述行走驱动电机的输出轴上套设有第二斜齿轮；行走驱动电机通过第二斜齿轮和第一斜齿轮的配合驱动第一转轴转动，第一转动通过第二齿轮和第一齿轮的配合驱动第二转轴转动，第二转轴通过皮带驱动主动轮转轴转动。

所述的变径组件中的第三传动机构包括丝杠齿轮和丝杠传动齿轮组，所述的丝杠齿轮套设于所述变径组件中丝杠的动力输入端；所述的变径驱动电机的输出轴上套设有第三齿轮，变径驱动电机通过第三齿轮、丝杠传动齿轮组和丝杠齿轮的配合驱动丝杠旋转。

所述的支撑臂与所述皮带构成平行四边形结构。

所述的变径机构还包括滑动环，所述的滑动环套设于主轴上，所述的变径组件中的滑块均固定设置于滑动环上。

所述的行走轮组件还包括一个或多个稳定臂组，所述的稳定臂组包括与支撑臂平行设置的稳定臂和稳定臂固定块，所述的稳定臂固定块设置于主轴上，所述的稳定臂一端与轮腿铰接，另一端与稳定臂固定块铰接。

所述行走轮组件中的丝杠与支撑臂固定块或至少一个稳定臂固定块转动连接。

本发明通过设置主轴，便于轮腿沿圆周安装，轮腿沿管道径向与管道紧贴，十分适用于沿管道行走；通过设置与轮腿和主轴分别铰接的支撑臂以及推动支撑臂倾斜角度改变的变径机构，实现轮腿在一定范围内的外扩和内收，使得所述电缆预埋管线行走装置适用于不同管径的管道，大大提升了所述电缆预埋管线行走装置的适用范围；

进一步的，通过将变径机构中与支撑臂连接的变径连接设置为带有预紧弹簧的伸缩杆，使得所述电缆预埋管线行走装置根据管道情况在一定范围内自适应控制轮腿外扩或者内缩，进一步的提升了管道机器人在存在障碍、变形的管道中的行走能力；预紧弹簧具有减震功能，提升了电缆预埋管线行走装置行走时的稳定性；预紧弹簧的推力使得轮腿和管壁之间和压力和摩擦力增大，提升了电缆预埋管线行走装置的攀爬能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的第一传动结构示意图；

图3为本发明的第三传动结构示意图；

图4为本发明的变径连杆结构示意图；

1、主轴；2、轮腿；2-1、主动轮；2-2、从动轮；2-3、安装槽；3、支撑臂；4、支撑臂固定块；5、行走驱动电机；6、变径驱动电机；7、变径连杆；7-1、滑套；7-2、滑竿；7-3、预紧弹簧；7-4、弹簧限位板；7-5、臂连接头；7-6、滑竿限位块；8、丝杠；9、滑块；10、皮带；11、第一转轴；12、第一斜齿轮；13、第一齿轮；14、第二转轴；15、第二齿轮；16、第二斜齿轮；17、丝杠齿轮；18、第三齿轮；19、丝杠传动齿轮组；20、滑动环；21、稳定臂、22、稳定臂固定块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2和图3所示，本发明包括主轴1、行走机构和变径机构；

所述的行走机构包括行走驱动电机5和沿主轴1周向均匀排布的三组行走轮组件，所述的行走轮组件包括轮腿2、第一传动机构和支撑臂3组；所述的支撑臂3组包括支撑臂3和支撑臂固定块4，所述的支撑臂固定块4设置于主轴1上，所述的支撑臂3一端与轮腿2铰接，另一端与支撑臂固定块4铰接；所述的驱动电机通过第一传动机构驱动轮腿2行走；

所述的变径机构包括变径驱动电机6和与行走轮组件一一对应的变径组件，所述的变径组件包括带动支撑臂3转动的变径连杆7、丝杠传动机构和第三传动机构，所述的丝杠传动机构包括丝杠8和滑块9，所述的变径驱动电机6的输出轴通过第三传动机构连接丝杠8的动力输入端，所述变径连杆7一端与滑块9铰接，所述变径连杆7另一端与对应的轮组件中的支撑臂3铰接。

本发明的工作过程如下：当确定电缆管道的管径后，开启变径驱动电机6，驱动电机输出轴通过第三传动机构驱动丝杠传动机构中的丝杠8旋转，丝杠传动机构中的丝杠8中的滑块9沿直线行走，滑块9通过变径连杆7推动支撑臂3与主轴1的夹角变化，从而使得轮腿2和主轴1轴线之间的距离发生变化，实现电缆预埋管线行走装置无级变径，使得所述的电缆预埋管线行走装置能够在不同管径的管道中行走。

本发明通过设置主轴1，便于将多个轮腿2沿圆周排布并固定，从而使得多个轮腿2均沿管壁行走。

优选的，所述的行走轮组件为三组，保证所述的电缆预埋管线行走装置在管道中平稳行走。

优选的，所述的主轴1为空心轴，所述的行走驱动电机5和变径驱动电机6分别设置于主轴1内部，大大提升了行走驱动电机5和变径驱动电机6安装的便利性，以及节省了空间，使得整个电缆预埋管线行走装置结构十分紧凑，更适用于管道这种狭窄的空间。所述的行走驱动电机5和变径驱动电机6分别位于主轴1的两个端部，与行走驱动电机5和变径驱动电机6对应的第一传动机构和第三传动机构分别设置于主轴1的两端，实现了空间的合理布局，第一传动机构和第三传动机构各自运行、互不干扰。

优选的，行走轮组件中的支撑臂3组的数目为两组，分别从轮腿2的两个支撑轮腿2，提升轮腿2与主轴1的连接强度，提升轮腿2行走时的稳定性。

所述的轮腿2包括主动轮2-1、从动轮2-2、第二传动机构和安装槽2-3，所述主动轮2-1和传动轮转动安装于安装槽2-3中；所述行走驱动电机5的输出轴通过第一传动机构驱动主动轮2-1转动，主动轮2-1通过第二传动机构带动从动轮2-2转动。本实施例中，所述的从动轮2-2设置有多个，从而增强所述的电缆预埋管线行走装置的稳定性。

如图4所示，所述的变径连杆7包括滑套7-1、套设在滑套7-1中的滑竿7-2和预紧弹簧7-3；所述滑套7-1的滑块9连接端与滑块9铰接，滑套7-1的套入端设置有弹簧限位板7-4，滑竿7-2插入端设置有防止滑竿7-1滑出的滑竿限位块7-6，滑竿7-2的臂连接端设置有臂连接头7-5，所述的臂连接头7-5与所述变径组件中支撑臂3铰接；预紧弹簧7-3套设在滑竿7-2上，且预紧弹簧7-3位于弹簧限位板7-4和臂连接头7-5之间。

管道的直径测量存在误差，且管道中经常存在障碍物和变形的部位，这就导致预先调节的电缆预埋管线行走装置并不能严密的契合管道，轮腿2不能够全部贴合管壁。

因此，在变径连杆7中设置预紧弹簧7-3，所述的预紧弹簧7-3被弹簧限位板7-4和臂连接头7-5压缩，从而给予轮腿2一定的推力，推动轮腿2紧紧贴合管壁。

当管道中存在障碍物或者管道向内凹陷使，轮腿2压缩滑竿7-2向主轴1方向缩进滑套7-1中。

当管道向外鼓出或者管径偏大时，被压缩的弹簧伸长，弹簧的动端推动滑竿7-2向轮腿2方向伸出，从而推动轮腿2向外扩张，从而实现了轮腿2与主轴1之间距离的自适应式调节，大大增强了电缆预埋管线行走装置在管道中的行走能力和行走时的稳定性，便于电缆预埋管线行走装置在管道中顺利越过简单障碍以及通过变形的管道，大大提升了轮腿2和管壁之间的摩擦力，从而提升了管道机器人的攀爬能力。

如图2所示，所述的第一传动机构包括皮带10、与主动轮2-1转轴平行的第一转轴11、套设于第一转轴11上的第一斜齿轮12、套设于第一转轴11上的第一齿轮13、与主动轮2-1转轴平行的第二转轴14和套设与第二转轴14上的第二齿轮15，所述的第二齿轮15和第一齿轮13啮合；所述行走驱动电机5的输出轴上套设有第二斜齿轮16；行走驱动电机5通过第二斜齿轮16和第一斜齿轮12的配合驱动第一转轴11转动，第二斜齿轮16和第一斜齿轮12的实现了交错的行走驱动电机5和第一转轴11之间的传动；第一转动通过第二齿轮15和第一齿轮13的配合驱动第二转轴14转动，第二转轴14通过皮带10驱动主动轮2-1转轴转动。

行走驱动电机5上的一个第二斜齿轮16与三组行走轮组件中的三个第一斜齿轮12啮合，减少了零件数量，且严格保证同步驱动三个轮腿2中的主动轮2-1，以及保证三组行走轮组件中的各个零件均沿圆周排布，保证管道机器人质量分布均匀。

如图3所示所述的变径组件中的第三传动机构包括丝杠齿轮17和丝杠传动齿轮组19，所述的丝杠齿轮17套设于所述变径组件中丝杠8的动力输入端；所述的变径驱动电机6的输出轴上套设有第三齿轮18，变径驱动电机6通过第三齿轮18、丝杠传动齿轮组19和丝杠齿轮17的配合驱动丝杠8旋转。

所述的电缆预埋管线行走装置，所述的支撑臂3与所述皮带10构成平行四边形结构，当通过变径机构调节轮腿2外扩或者内收时，支撑臂3与主轴1轴线方向之间的夹角和皮带10与主轴1轴线方向之间的夹角同步改变，支撑臂3和皮带10同步倾斜，实现了轮腿2外扩或内收的快速调节。

所述的变径机构还包括滑动环20，所述的滑动环20套设于主轴1上，所述的变径组件中的滑块9均固定设置于滑动环20上。本实施例中，滑动环20和滑块9一体化设置。

所述滑动环20的设置，使得丝杠8扭矩相互抵消，大大减小了丝杠8扭矩。

所述的行走轮组件还包括一个或多个稳定臂21组，所述的稳定臂21组包括与支撑臂3平行设置的稳定臂21和稳定臂固定块22，所述的稳定臂固定块22设置于主轴1上，所述的稳定臂21一端与轮腿2铰接，另一端与稳定臂固定块22铰接。行走轮组件中任意一个稳定臂21与支撑臂3构成平行四边形结构，便于轮腿2的外扩或者内收。稳定臂21的设置使得轮腿2与主轴1之间的连接关系更加牢固，且轮腿2行走时更加平稳。

所述行走轮组件中的丝杠8支撑臂3固定块或至少一个稳定臂固定块22转动连接。丝杠8从支撑臂3固定块或者稳定臂固定块22中穿过且与之转动连接，限定了丝杠8的转动轨迹不易发生偏移，保证滑块9沿主轴1轴线方向运动。

本发明通过设置主轴1，便于轮腿2沿圆周安装，轮腿2沿管道径向与管道紧贴，十分适用于沿管道行走；通过设置与轮腿2和主轴1分别铰接的支撑臂3以及推动支撑臂3倾斜角度改变的变径机构，实现轮腿2在一定范围内的外扩和内收，使得所述电缆预埋管线行走装置适用于不同管径的管道，大大提升了所述电缆预埋管线行走装置的适用范围。

进一步的，通过将变径机构中与支撑臂3连接的变径连接设置为带有预紧弹簧7-3的伸缩杆，使得所述电缆预埋管线行走装置根据管道情况在一定范围内自适应控制轮腿2外扩或者内缩，进一步的提升了管道机器人在存在障碍、变形的管道中的行走能力；预紧弹簧7-3具有减震功能，提升了电缆预埋管线行走装置行走时的稳定性；预紧弹簧7-3的推力使得轮腿2和管壁之间和压力和摩擦力增大，提升了电缆预埋管线行走装置的攀爬能力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种电缆预埋管线行走装置，其特征在于：包括主轴、行走机构和变径机构；

所述的行走机构包括行走驱动电机和沿主轴周向均匀排布的多个行走轮组件，所述的行走轮组件包括轮腿、第一传动机构和支撑臂组；所述的支撑臂组包括支撑臂和支撑臂固定块，所述的支撑臂固定块设置于主轴上，所述的支撑臂一端与轮腿铰接，另一端与支撑臂固定块铰接；所述的驱动电机通过第一传动机构驱动轮腿行走；

所述的变径机构包括变径驱动电机和与行走轮组件一一对应的变径组件，所述的变径组件包括带动支撑臂转动的变径连杆、丝杠传动机构和第三传动机构，所述的丝杠传动机构包括丝杠和滑块，所述滑块套在丝杠上；所述的变径驱动电机的输出轴通过第三传动机构连接丝杠的动力输入端，所述变径连杆一端与滑块铰接，所述变径连杆另一端与对应的轮组件中的支撑臂铰接；所述的轮腿包括主动轮、从动轮、第二传动机构和安装槽，所述主动轮和从动轮转动安装于安装槽中；所述行走驱动电机的输出轴通过第一传动机构驱动主动轮转动，主动轮通过第二传动机构带动从动轮转动；所述的变径连杆包括滑套、套设在滑套中的滑竿和预紧弹簧；所述滑套的滑块连接端与滑块铰接，滑套的套入端设置有弹簧限位板，滑竿的臂连接端设置有臂连接头，所述的臂连接头与所述变径组件中支撑臂铰接；预紧弹簧套设在滑竿上，且预紧弹簧位于弹簧限位板和臂连接头之间；所述的第一传动机构包括皮带、与主动轮转轴平行的第一转轴、套设于第一转轴上的第一斜齿轮、套设于第一转轴上的第一齿轮、与主动轮转轴平行的第二转轴和套设与第二转轴上的第二齿轮，所述的第二齿轮和第一齿轮啮合；所述行走驱动电机的输出轴上套设有第二斜齿轮；行走驱动电机通过第二斜齿轮和第一斜齿轮的配合驱动第一转轴转动，第一转动通过第二齿轮和第一齿轮的配合驱动第二转轴转动，第二转轴通过皮带驱动主动轮转轴转动；所述的变径组件中的第三传动机构包括丝杠齿轮和丝杠传动齿轮组，所述的丝杠齿轮套设于所述变径组件中丝杠的动力输入端；所述的变径驱动电机的输出轴上套设有第三齿轮，变径驱动电机通过第三齿轮、丝杠传动齿轮组和丝杠齿轮的配合驱动丝杠旋转。

2.根据权利要求1所述的电缆预埋管线行走装置，其特征在于：所述的支撑臂与所述皮带构成平行四边形结构。

3.根据权利要求1所述的电缆预埋管线行走装置，其特征在于：所述的变径机构还包括滑动环，所述的滑动环套设于主轴上，所述的变径组件中的滑块均固定设置于滑动环上。

4.根据权利要求1所述的电缆预埋管线行走装置，其特征在于：所述的行走轮组件还包括一个或多个稳定臂组，所述的稳定臂组包括与支撑臂平行设置的稳定臂和稳定臂固定块，所述的稳定臂固定块设置于主轴上，所述的稳定臂一端与轮腿铰接，另一端与稳定臂固定块铰接。

5.根据权利要求4所述的电缆预埋管线行走装置，其特征在于：所述行走轮组件中的丝杠与支撑臂固定块或至少一个稳定臂固定块转动连接。