CN109253344A - 一种管道爬行机器人上的驱动机构 - Google Patents

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镇方雄
陈小玲
镇方超
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/26—Pigs or moles, i.e. devices movable in a pipe or conduit with or without self-contained propulsion means
    • F16L55/28—Constructional aspects
    • F16L55/30—Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables
    • F16L55/32—Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables being self-contained

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Abstract

本发明提供了一种管道爬行机器人上的驱动机构，属于机器人技术领域。驱动机构包括蓄电池、拉杆、电机、接触盘一、接触盘二、电刷盘和电刷环，驱动电机的输出轴与电刷盘固定相连，电刷盘为N极朝下的永磁块；接触盘一上设置有衔铁一，衔铁一上绕设有通电线圈一，通电线圈一与蓄电池相连，且使衔铁块一的N极朝上，接触盘一与拉杆的上端固定相连，接触盘二上设置有衔铁二，衔铁二上绕设有通电线圈二；电刷盘与电刷环的相对旋转，能够使通电线圈二间歇性的改变电流方向。本发明具有能够使拉杆快速下移，而缓慢上移，以配合机器人攀爬等优点。

Description

一种管道爬行机器人上的驱动机构
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及一种管道爬行机器人上的驱动机构。
背景技术
随着石油、化工、天然气和核工业的发展，以及管道检测或维修等工作的需要，管道机器人也得到了更为深入的研究和广泛的使用。针对各种生产设备的输送管道(水、汽、油等)，以及特殊设备(高压管道等)的安全检测及维护，管道机器人在实际应用中具有很重要的实用价值。
通常地，现有管道机器人多采用以下几种结构：履带车结构，底部采用履带带动所述管道机器人在所述管道内行走；支撑杆结构，采用端部带有轮子的折叠杆结构将所述管道机器人支撑在所述管道中间，然后再实现行走运动；轮式结构，采用传统车轮或特殊结构的车轮与管道内壁面接触，使所述管道机器人在管道内行驶。
现有的管道机器人的移动方式过于单一不能够很好的满足管道形状的需求，而且，现有的管道机器人只能够在平直管道或者倾角较小的管道内爬行，不能够在纵向倾角较大或者竖直分布的管道内爬行。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种管道爬行机器人上的驱动机构，本发明所要解决的技术问题是使拉杆快速下移，而缓慢上移，以配合机器人行走。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种管道爬行机器人上的驱动机构，其特征在于，所述驱动机构包括蓄电池、拉杆、电机、接触盘一、接触盘二、电刷盘和电刷环，所述驱动电机的输出轴与电刷盘固定相连，所述电刷盘为N极朝下的永磁块；所述接触盘一上设置有衔铁一，所述衔铁一上绕设有通电线圈一，所述通电线圈一与蓄电池相连，且使衔铁块一的N极朝上，所述接触盘一与拉杆的上端固定相连，所述接触盘二上设置有衔铁二，所述衔铁二上绕设有通电线圈二；电刷盘与电刷环的相对旋转，能够使通电线圈二间歇性的改变电流方向。
电刷盘的外壁上设置有四个条状的端子一，电刷环上设置有与各端子一一一对应的端子组，每个端子组包括两个端子二，电刷盘旋转过程中，能够间歇性使端子一同时接触与之对应的两个端子二，这两个端子二连接通电线圈二的一端和电源的正极，与之正对的两个端子二则可以连接通电线圈的另一端和电源的负极，剩下的两个端子组着实现与上述相反的接线方向，即通电线圈的电流方向与之相反。
可以看出，当活塞下移时，接触盘一同时受到电刷盘的斥力和接触盘二对其的吸附力，使拉杆下移过程中受力较大，活塞能够快速的下移，而活塞上移时，接触盘一受到电刷盘的斥力和接触盘二对其的斥力，由于接触盘二对接触盘一的斥力较大，作用力差使接触盘一进行驱动，使活塞上移速度较慢。这样设计的目的在于：尽可能的使活塞快速下移，而缓慢的上移，从而使支撑杆二能够快速的伸出，而缓慢的收缩，使实现伸缩体一能够相对伸缩体一上移，而不是伸缩体二相对伸缩体一下移，从而确保了本机器人能够前进，而不是后退或者原地停滞。
由于采用磁力驱动，其速度可控，且控制较为精准，散热小、磨损小、结构简单，避免了传动机器人大量的机械传动结构的设置，影响平稳性、可控性和可靠性。
通过对电机进行断电，使支撑杆一和支撑杆二均处于半收缩状态，通过拉绳可将其拽出，或者间歇性启动电机，使管道存在坡度的情况下，机器人间歇性支撑和滑离管道。
附图说明
图1是本机器人处于停机状态下的结构示意图。
图2是本机器人内的活塞下移时的结构示意图。
图3是本机器人内的活塞上移时的结构示意图。
图4是本机器人中电刷环和电刷盘的立体结构示意图。
图5使本机器人中驱动机构的电路图。
图中，11、伸缩体一；12、伸缩体二；13、拉簧；14、活塞；15、拉杆；16、压缩腔一；17、压缩腔二；18、溢流孔；21、支撑杆一；22、压缩管一；23、阀块一；24、复位弹簧一；31、支撑杆二；32、压缩管二；33、阀块二；34、复位弹簧二；41、蓄电池；42、电机；43、接触盘一；44、接触盘二；45、电刷盘；46、电刷环；47、通电线圈一；48、通电线圈二；5、定位爪。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，本管道爬行机器人包括伸缩体一11和伸缩体二12，伸缩体二12为上端开口的管状，伸缩体一11为下端开口的管状，伸缩体二12上端套设并滑动连接在伸缩体一11的下端，伸缩体一11和伸缩体二12之间通过一拉簧13相连，伸缩体一11内具有一活塞14，活塞14连接一拉杆15，拉杆15与一驱动拉杆15纵向往复运动的驱动机构相连，伸缩体一11的外壁上周向均匀分布有若干支撑杆一21，伸缩体二12的外壁上周向均匀分布有若干支撑杆二31，活塞14将伸缩体一11与伸缩体二12之间形成的密闭腔体分隔为活塞14之上的压缩腔一16和活塞14之下的压缩腔二17，伸缩体一11上设置有若干个与支撑杆一21一一对应的压缩管一22，伸缩体二12上设置有若干与支撑杆二31一一对应的压缩管二32，支撑杆一21的内端固定设置有阀块一23，伸缩管一与压缩腔一16相通，阀块一23与伸缩管一的外端的内壁之间连接有一复位弹簧一24，支撑杆二31的内端固定设置有阀块二33，伸缩管二与压缩腔二17相通，阀块二33与伸缩管二的外端的内壁之间连接有一复位弹簧二34，活塞14上具有连通压缩腔一16和压缩腔二17的溢流孔18，压缩腔一16和压缩腔二17内填充有液压油。
如图2所示，活塞14下移，压缩腔一16内压力降低，压缩腔二17内压力增大，支撑杆一21收缩，支撑杆二31伸出，使支撑杆二31的外端与管道内壁抵靠，实现对整个机器人的支撑，与此同时，在拉簧13的作用下，以及压缩腔二17内液压油对伸缩体一11的底部端面的作用力，使伸缩体一11相对伸缩体二12上移，实现攀爬，在溢流孔18流通作用至压缩腔一16和压缩腔二17等压之前，如图3所示，活塞14上移，压缩腔一16内压力增大，压缩腔二17内压力减小，支撑杆一21伸出，支撑杆二31收缩，使支撑杆一21的外端与管道内壁抵靠，实现对整个机器人的支撑，与此同时，在拉簧13复位，使伸缩体二12相对伸缩体一11上移，二次攀爬。
由于采用径向伸缩式结构，不仅能够实现纵向攀爬，而且还能够适用管壁的凹凸不平和适度的管道曲度。
由于伸缩管一和伸缩管二管细长，压缩腔一16和压缩腔二17内的压力变化能够及时反映到支撑杆一21和支撑杆二31上，使伸缩体一11和伸缩体二12相对运动之前，支撑杆一21或支撑杆二31已经实现了对管壁的支撑，从而能够实现攀爬，整个机器人不会从管道内滑落，可以实现较大倾角的管道、甚至纵向管道的攀爬。
驱动机构为液压缸，液压缸的推杆与拉杆15相连。
作为另一种方案，如图4和图5所示，驱动机构包括蓄电池41、电机42、接触盘一43、接触盘二44、电刷盘45和电刷环46，驱动电机42的输出轴与电刷盘45固定相连，电刷盘45为N极朝下的永磁块；接触盘一43上设置有衔铁一，衔铁一上绕设有通电线圈一47，通电线圈一47与蓄电池41相连，且使衔铁块一的N极朝上，接触盘一43与拉杆15的上端固定相连，接触盘二44上设置有衔铁二，衔铁二上绕设有通电线圈二48；电刷盘45与电刷环46的相对旋转，能够使通电线圈二48间歇性的改变电流方向。
电刷盘45的外壁上设置有四个条状的端子一，电刷环46上设置有与各端子一一一对应的端子组，每个端子组包括两个端子二，电刷盘45旋转过程中，能够间歇性使端子一同时接触与之对应的两个端子二，这两个端子二连接通电线圈二48的一端和电源的正极，与之正对的两个端子二则可以连接通电线圈的另一端和电源的负极，剩下的两个端子组着实现与上述相反的接线方向，即通电线圈的电流方向与之相反。
可以看出，当活塞14下移时，接触盘一43同时受到电刷盘45的斥力和接触盘二44对其的吸附力，使拉杆15下移过程中受力较大，活塞14能够快速的下移，而活塞14上移时，接触盘一43受到电刷盘45的斥力和接触盘二44对其的斥力，由于接触盘二44对接触盘一43的斥力较大，作用力差使接触盘一43进行驱动，使活塞14上移速度较慢。这样设计的目的在于：尽可能的使活塞14快速下移，而缓慢的上移，从而使支撑杆二31能够快速的伸出，而缓慢的收缩，使实现伸缩体一11能够相对伸缩体一11上移，而不是伸缩体二12相对伸缩体一11下移，从而确保了本机器人能够前进，而不是后退或者原地停滞。
由于采用磁力驱动，其速度可控，且控制较为精准，散热小、磨损小、结构简单，避免了传动机器人大量的机械传动结构的设置，影响平稳性、可控性和可靠性。
通过对电机42进行断电，使支撑杆一21和支撑杆二31均处于半收缩状态，通过拉绳可将其拽出，或者间歇性启动电机42，使管道存在坡度的情况下，机器人间歇性支撑和滑离管道。
支撑杆一21的外端、支撑杆二31的外端均固定设有一齿条状的定位爪5。定位爪5能够提高机器人与管壁的抓力。
支撑杆一21和支撑杆二31均为由多根短杆可拆卸连接。根据管壁直径，可以调节支撑杆一21和支撑杆二31的长度，从而使其通用性增强。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种管道爬行机器人上的驱动机构，其特征在于，所述驱动机构包括蓄电池(41)、拉杆(15)、电机(42)、接触盘一(43)、接触盘二(44)、电刷盘(45)和电刷环(46)，所述驱动电机(42)的输出轴与电刷盘(45)固定相连，所述电刷盘(45)为N极朝下的永磁块；所述接触盘一(43)上设置有衔铁一，所述衔铁一上绕设有通电线圈一(47)，所述通电线圈一(47)与蓄电池(41)相连，且使衔铁块一的N极朝上，所述接触盘一(43)与拉杆(15)的上端固定相连，所述接触盘二(44)上设置有衔铁二，所述衔铁二上绕设有通电线圈二(48)；电刷盘(45)与电刷环(46)的相对旋转，能够使通电线圈二(48)间歇性的改变电流方向。
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