CN109483561A - 一种模块化支撑履带式管道内机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化支撑履带式管道内机器人，包括主体机构、模块化支撑机构、模块化履带机构。主体机构采用中空圆柱形机架，沿圆周开有多个滑槽，用于搭载安装在机器人上的各个模块和向搭载在机器人上的模块提供动力；模块化支撑机构安装在主体机构上，采用丝杠螺母机构组成的主动适应机构与弹簧连杆滑块组成的被动适应方式相结合的设计，用于将模块化履带机构支撑在管道内。模块化履带机构采用了单条履带和电机内置驱动。本发明采用模块化设计，各模块相互独立，同时又采用了将主动适应机构和被动适应相结合的模块化支撑机构和防水的独立履带装置，提高机器人的整体性能，保障机器人在复杂的管道环境中能够更好的完成作业任务。

Description

一种模块化支撑履带式管道内机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及一种模块化支撑式管道内机器人。

技术背景

在发电、冶金、石油、化工、天然气、城市水暖供应、建筑以及军事等领域大量使用各种的管道，其承担着人类生活、生产建设、工业发展等所需物料的输送工作，在国民经济中占有极其重要的位置。在使用过程中，由于机械损伤、腐蚀、疲劳破坏及使用寿命等问题，会不可避免地造成在役管道出现明显或潜在的腐蚀减薄、孔洞、裂纹等缺陷，而如果这些缺陷问题没有被及时的发现及处理，则后期极易引发物料泄漏的事故，对财产及生命安全带来巨大的损失。

管道内机器人是一种可沿管道内行走的机构，它可以携带一种或多种传感器及操作装置(如CCD摄像机、位置和姿态传感器、超声传感器、涡流传感器、管道清理装置、管道裂纹及管道接口焊接装置、防腐喷涂装置、简单的操作机械手等)，在操作人员的远距离控制下进行一系列的管道检测维修作业。因此，管道内检测机器人是一种避免开掘式检测的较为理想的管道自动化检测设备。

目前，国外支撑式管道内机器人有日本立命馆大学的带不完全驱动的平行四边形驱动机构的支撑履带式管道内机器人，该机器人采用自行设计的不完全驱动的平行四边形驱动机构，使该机器人在通过性上具有良好的表现，同时它采用履带作为行走装置，增强了该机器人的移动能力。韩国成均馆大学的MRINSPECT系列已有多代，最新一代机器人—MRINSPECT系列第7代机器人采用自行设计的2-2D多输出差动齿轮组，使该机器人在仅使用一个电机的情况下可以有多个差动输出，简化了机器人的过弯控制。同时机器人的支撑机构中设置了拉簧，机器人在工作时可将支撑机构伸出，当机器人在出现故障或需要从管道内取出时，支撑机构自动缩回，便于机器人的回收。

国内支撑式管道内机器人有CN101788093B公开了一种管道机器人驱动行走机构，其结构包括本体，行走驱动单元和管径适应调节单元。该机器人由于采用每组行走驱动单元由两台电机驱动，提高了支撑轮式管内机器人的拖缆性；并且设计了管径适应调节单元，使该机器人具有一定的管径适应性。发明专利CN102913715A公开了一种小管道检测机器人，其结构包括本体，变径机构和驱动机构等。该小管道机器人实现了一个电机同时带动三个齿轮运动，从而实现小管道机器人的同轴移动；该小管道机器人具有双级弹簧的缓冲结构，适应管道的细微变形。主要用小管道检测。发明专利CN105135151A公开了一种具有主动适应和自适应功能的履带式管道机器人，该机器人采用步进电机驱动的由螺旋机构、摇杆滑块机构、平行四边形机构组成的串联式组合机构，实现主动适应不同管道直径的变化并保持履带与管道内壁之间有一定的压力，利用一组安装在丝杠螺母和滑块之间的蝶型弹簧受力后产生的变形自动适应管道内管道接头、表面凹凸不平的局部障碍等工况，采用履带作为行驶装置实现管道机器人的行驶功能。发明专利CN105465551B公开了一种柔性自适应的支撑式管道内检测机器人，该机器人的将由丝杠螺母机构组成的主动适应机构和弹簧连杆滑块机构组成的被动适应机构相结合，组成了同时具有主动适应和被动适应的柔性自适应支撑机构，增强了机器人对管径的适应能力，同时该机器人采用履带作为行走装置，增加了机器人在管道内的行走能力。

总体来说，目前的管道机器人多数适应管道能力有限，单台机器人只能适应有限直径范围的管道，当管道环境改变时，往往需要重新设计机器人。机器人结构复杂，模块化程度较低，组装需要花费大量时间，部件损坏时需要更换大量零部件。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种模块化支撑履带式管道内机器人。

本发明采用的技术方案是：

一种模块化支撑履带式管道内机器人，其特性在于：包括主体机构、模块化支撑机构和模块化行走机构。

所述模块化支撑机构安装在主体机构上，用于将模块化履带机构支撑在管道内；所述模块化支撑机构采用丝杠螺母机构组成的主动适应机构与弹簧连杆滑块组成的被动适应方式相结合，可以主动控制模块化支撑机构将模块化履带机构撑紧在管壁，又保证模块化支撑机构在遭遇障碍或者通过管接头时，具有对管道环境变化具有自适应能力；所述模块化履带机构通过连接销与模块化支撑机构连接，用于实现模块化支撑履带式管道内机器人在管道内的运动；所述模块化履带机构采用了单条履带和电机内置驱动，结构紧凑，体积小，可独立实现运动；所述模块化履带机构采用多种防水措施来实现密封，防止液体进入履带装置的电路部分，保证履带装置在浸水环境中也能正常行驶；所述主体机构采用中空圆柱形机架，沿圆周开有多个滑槽，搭载在机器人上的各个模块通过滑槽定位，安装在机架中或机架外围；所述主体机构的中空结构中可以根据需要添加模块，如机械臂等；所述主体机构上设置有直齿轮组，用于向搭载在机器人上的模块提供动力；所述主体机构尾端设置有封闭空间，用于搭载机器人控制电路；所述模块化支撑履带式管道内机器人采用模块化设计，各模块相互独立，可以根据环境更换或添加相应模块，提高对环境的适应能力如：可将主体机构中部分零件的尺寸变化，成为另一种型号的主体机构，在不改变模块化支撑机构、模块化履带机构情况下，可以适应不同的管径，也可以增加圆柱状机架上的滑槽数量来改变机器人形状，将机器人变为4个或者以上的支撑，用以适应更多的环境；模块化的设计的好处还体现在某个模块损坏时方便更换；

在上述的一种模块化支撑履带式管道内机器人，所述主体机构包括圆柱形机架、摄像头云台、摄像头云台托板、齿轮挡板、齿轮固定架、直齿轮、齿轮托板、齿轮电机、机架后盖、接线头、机架前端限位块、第一机架槽限位杆、摄像头云台连接块、第二机架槽限位杆、齿轮挡板连接块、第三机架槽限位杆、螺钉、螺母、齿轮连接销、齿轮连接销头、黄铜轴套；

所述摄像头云台通过螺钉固定在摄像头云台托板上；所述摄像头云台托板通过螺钉与摄像头云台连接块连接，摄像头云台连接块安装在圆柱形机架的滑槽内；所述齿轮挡板通过螺钉与齿轮挡板连接块连接，齿轮挡板连接块安装在圆柱形机架的滑槽内；所述圆柱形机架的滑槽内有第一机架槽限位杆、第二机架槽限位杆、第三机架槽限位杆用于将安装在滑槽上的模块定位；所述机架前端限位块通过螺钉安装在圆柱形机架前端，用于防止安装在滑槽上的模块从圆柱形机架前端脱出；

所述齿轮托板通过螺钉固定在圆柱形机架上，同时作为尾端封闭空间的前端盖；所述齿轮电机通过螺钉固定在齿轮托板上；所述直齿轮由一个主动齿轮，三个从动齿轮组成，主动齿轮与齿轮电机连接，从动齿轮通过齿轮连接销、齿轮连接销头、螺钉固定在齿轮托板上，齿轮连接销和从动齿轮间还设置有黄铜轴套；所述齿轮固定架通过螺钉和螺母固定在齿轮托板上，用于固定主动齿轮；

所述机架后盖通过螺钉固定在圆柱形机架后端，同时作为尾端封闭空间的后端盖；所述接线头通过螺纹固定在机架后盖上，用作缆线的接头；

在上述的一种模块化支撑履带式管道内机器人，所述模块化支撑机构包括丝杠、中间固定块、固定滑块、限位套筒、滑块、直线轴承、弹簧、丝杠螺母、黄铜轴套、后支撑块、第一齿轮盖、支撑机构直齿轮、第二齿轮盖、前支撑块、支撑机构固定板、支撑机构连接块、双头螺柱、丝杠螺母滑块、短连杆、长连杆、连杆连接销头、连杆连接销、螺钉；

所述黄铜轴套安装在丝杠两端，再安装在后支撑块和前支撑块的安装孔内，将丝杠支撑在后支撑块和前支撑块间；所述后支撑块和前支撑块通过螺钉固定在两块支撑机构固定板间；所述中间固定块通过螺钉固定在支撑机构固定板中间，中间固定块所处位置也是丝杠中间；所述支撑机构连接块通过螺钉固定在支撑机构固定板两端，用于将模块化支撑机构安装在主体机构的滑槽内；所述双头螺柱一端通过螺纹与支撑机构连接块连接，另一端安装螺母，用于进一步将模块化支撑机构固定在主体机构上；

所述丝杠螺母在丝杠有螺纹的地方运动，分两个安装在丝杠左右两端；所述丝杠螺母通过螺钉与丝杠螺母滑块连接；所述丝杠螺母滑块在支撑机构固定板上的滑槽内运动，用于限制丝杠螺母的旋转运动；所述丝杠左右两段螺纹旋向相反，这样左右两边的丝杠螺母在丝杠旋转时可以同时靠近或者远离；所述支撑机构直齿轮安装在丝杠一端，用于传递主体机构中齿轮组提供的动力；所述第一齿轮盖、第二齿轮盖安装在支撑机构直齿轮两侧，并通过螺钉与后支撑块连接；上述部件共同组成模块化支撑机构的主动适应机构；

所述固定滑块通过螺钉固定在中间固定块两侧；所述短连杆通过连杆连接销头、连杆连接销、螺钉与固定滑块连接；所述直线轴承通过螺钉与滑块连接，在丝杠没有螺纹的地方运动；所述长连杆通过连杆连接销头、连杆连接销、螺钉与滑块连接；所述长连杆通过连杆连接销头、连杆连接销、螺钉与短连杆连接；所述弹簧安装在丝杠螺母和直线轴承之间；所述限位套筒安装在固定滑块与滑块间，用于限制固定滑块与滑块间的最小距离，避免连杆机构进入死区；上述部件共同组成模块化支撑机构的被动适应机构；

在上述的一种模块化支撑履带式管道内机器人，所述模块化履带机构包括履带、左侧板、右侧板、主动履带轮、辅助履带轮、密封盒支撑轴、从动履带轮、从动履带轮轴、轴承端盖、螺钉、螺母、键、限位轴套、黄铜轴套、左密封盒、右密封盒、编码器、编码器固定块、联轴器、履带机构电机、蜗轮蜗杆减速器、防水隔层、密封毛毡、防水环、防水接头、减速器固定螺钉、撑紧机构滑槽、撑紧机构弹簧轴、撑紧机构滑块、撑紧机构弹簧、轴承；

所述编码器固定块通过螺钉将编码器固定，再通过紧定螺钉固定在左密封盒和右密封盒的凹槽内；所述编码器通过联轴器与履带机构电机相连，用于检测电机速度和控制电机；所述履带机构电机与蜗轮蜗杆减速器相连，并通过减速器固定螺钉固定在左密封盒和右密封盒的凹槽内；所述电机驱动器安装在右密封盒内预留的凹槽中，用于驱动电机；

所述防水环安装在蜗轮蜗杆减速器和右密封盒间，用于隔离从安装紧定螺钉的孔处进入的液体；所述密封毛毡安装在左密封盒和右密封盒中安装蜗轮蜗杆减速器伸出轴处的孔内，用于隔离蜗轮蜗杆减速器伸出轴处的孔处进入的液体；所述防水隔层安装在左密封盒和右密封盒端面的凹槽内，用于隔离从左密封盒和右密封盒端面处进入的液体；所述防水接头用于引出电机的供电线及控制线，其本身可以隔离从接线孔处进入的液体；所述防水接头安装在右密封盒后面的孔内，由于防水接头与右密封盒采用螺纹连接，可以隔离从防水接头安装孔处进入的液体；在防水隔层、密封毛毡、防水环、防水接头的作用下，模块化履带机构实现了防水密封；所述左密封盒通过螺钉与右密封盒连接；

所述蜗轮蜗杆减速器伸出的输出轴通过轴承支撑在左侧板和右侧板上；所述密封盒支撑轴通过螺纹与左密封盒和右密封盒连接，同时通过螺母固定在左侧板和右侧板上；所述主动履带轮安装在蜗轮蜗杆减速器伸出的输出轴上；所述限位轴套安装在主动履带轮和左侧板之间；所述轴承端盖通过螺钉固定在左侧板上，用于将轴承限位；所述辅助履带轮通过黄铜轴套安装在密封盒支撑轴上，用于辅助支撑履带，防止履带松弛；所述黄铜轴套用于替代轴承，用于保证辅助履带轮的转动顺畅；所述履带撑紧机构滑槽通过螺钉安装在左侧板上；所述履带装置左右对称，右侧板上零件的安装与左侧板一样；

所述键安装在从动履带轮轴上的键槽内；所述从动履带轮安装在从动履带轮轴上；所述限位轴套安装在从动履带轮两侧；所述从动履带轮轴通过轴承支撑在撑紧机构滑块上；

所述撑紧机构滑块在撑紧机构滑槽上的凹槽内运动；所述撑紧机构弹簧轴穿过撑紧机构滑块上的孔，连接撑紧机构弹簧后通过螺纹固定在撑紧机构滑槽上；所述轴承安装在撑紧机构滑块上的孔内。

本发明的有益效果：1.本发明采用模块化设计，各模块相互独立，可以根据环境更换或添加相应模块，提高对环境的适应能力；同时，模块化的设计的好处还体现在某个模块损坏时方便更换；2.本发明的模块化支撑机构采用丝杠螺母机构组成的主动适应机构与弹簧连杆滑块组成的被动适应方式相结合，可以主动控制模块化支撑机构将模块化履带机构撑紧在管壁，又保证模块化支撑机构在遭遇障碍或者通过管接头时，具有对管道环境变化具有自适应能力；3.本发明的模块化履带机构采用了单条履带和电机内置驱动，结构紧凑，体积小，可独立实现运动；模块化履带机构还采用多种防水措施来实现密封，防止液体进入履带装置的电路部分，保证履带装置在浸水环境中也能正常行驶；4.本发明的主体机构采用中空圆柱形机架，沿圆周开有多个滑槽，搭载在机器人上的各个模块通过滑槽定位，安装在机架中或机架外围，该机构的中空结构中还可以根据需要添加模块，如机械臂等；

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构立体图。

图2为本发明实施例的主体机构、模块化支撑机构、模块化履带机构装配关系的立体图。

图3为本发明实施例的主体机构的结构立体图。

图4为本发明实施例的主体机构的各个零件结构立体图。

图5为本发明实施例的主体机构的局部结构立体图。

图6为本发明实施例的模块化支撑机构的结构立体图。

图7为本发明实施例的模块化支撑机构的各个零件结构立体图。

图8为本发明实施例的模块化支撑机构的局部结构立体图。

图9为本发明实施例的模块化履带机构的结构立体图。

图10为本发明实施例的模块化履带机构的各个零件结构立体图。

图11为本发明实施例的模块化履带机构的局部结构立体图。

图12为本发明实施例的模块化履带机构的撑紧减震机构的各个零件结构立体图。

具体实施方式

为了方便本领域技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施示例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图中：1、主体机构，2、模块化支撑机构，3、模块化履带机构，101、圆柱形机架，102、摄像头云台，103、摄像头云台托板，104、齿轮挡板，105、齿轮固定架，106、直齿轮，107、齿轮托板，108、齿轮电机，109、机架后盖，110、接线头，111、机架前端限位块，112、第一机架槽限位杆，113、摄像头云台连接块，114、第二机架槽限位杆，115、齿轮挡板连接块，116、第三机架槽限位杆，117、螺钉，118、螺母，119、齿轮连接销，120、齿轮连接销头，121、黄铜轴套，201、丝杠，202、中间固定块，203、固定滑块，204、限位套筒，205、滑块，206、直线轴承，207、弹簧，208、丝杠螺母，209、黄铜轴套，210、后支撑块，211、第一齿轮盖，212、支撑机构直齿轮，213、第二齿轮盖，214、前支撑块，215、支撑机构固定板，216、支撑机构连接块，217、双头螺柱，218、丝杠螺母滑块，219、短连杆，220、长连杆，221、连杆连接销头，222、连杆连接销，223、螺钉，301、履带，302、左侧板，303、右侧板，304、主动履带轮，305、辅助履带轮，306、密封盒支撑轴，307、从动履带轮，308、从动履带轮轴，309、轴承端盖，310、螺钉，311、螺母，312、键，313、限位轴套，314、黄铜轴套，315、左密封盒，316、右密封盒，317、编码器，318、编码器固定块，319、联轴器，320、履带机构电机，321、蜗轮蜗杆减速器，322、防水隔层，323、密封毛毡，324、防水环，325、防水接头，326、减速器固定螺钉，327、撑紧机构滑槽，328、撑紧机构弹簧轴，329、撑紧机构滑块，330、撑紧机构弹簧，331、轴承。

请见图1和图2，本发明提供的一种模块化支撑履带式管道内机器人，包括主体机构1、模块化支撑机构2、模块化履带机构3；模块化支撑机构2安装在主体机构1上，用于将模块化履带机构3支撑在管道内；模块化支撑机构2采用丝杠螺母机构组成的主动适应机构与弹簧连杆滑块组成的被动适应方式相结合，可以主动控制模块化支撑机构2将模块化履带机构3撑紧在管壁，又保证模块化支撑机构2在遭遇障碍或者通过管接头时，具有对管道环境变化具有自适应能力；模块化履带机构3通过连接销与模块化支撑机构2连接，用于实现模块化支撑履带式管道内机器人在管道内的运动；模块化履带机构3采用了单条履带和电机内置驱动，结构紧凑，体积小，可独立实现运动；主体机构1采用中空圆柱形机架，沿圆周开有多个滑槽，搭载在机器人上的各个模块通过滑槽定位，安装在机架中或机架外围；主体机构1上设置有直齿轮组，用于向搭载在机器人上的模块提供动力；主体机构1尾端设置有封闭空间，用于搭载机器人控制电路。

请见图3、图4和图5，本发明的主体机构1包括圆柱形机架101、摄像头云台102、摄像头云台托板103、齿轮挡板104、齿轮固定架105、直齿轮106、齿轮托板107、齿轮电机108、机架后盖109、接线头110、机架前端限位块111、第一机架槽限位杆112、摄像头云台连接块113、第二机架槽限位杆114、齿轮挡板连接块115、第三机架槽限位杆116、螺钉117、螺母118、齿轮连接销119、齿轮连接销头120、黄铜轴套121。

摄像头云台102通过螺钉117固定在摄像头云台托板103上；摄像头云台托板103通过螺钉117与摄像头云台连接块113连接，摄像头云台连接块113安装在圆柱形机架101的滑槽内；齿轮挡板104通过螺钉117与齿轮挡板连接块115连接，齿轮挡板连接块115安装在圆柱形机架101的滑槽内；圆柱形机架101的滑槽内有第一机架槽限位杆112、第二机架槽限位杆114、第三机架槽限位杆116用于将安装在滑槽上的模块定位；机架前端限位块111通过螺钉117安装在圆柱形机架101前端，用于防止安装在滑槽上的模块从圆柱形机架101前端脱出；齿轮托板107通过螺钉117固定在圆柱形机架101上，同时作为尾端封闭空间的前端盖；齿轮电机108通过螺钉117固定在齿轮托板107上；直齿轮106由一个主动齿轮，三个从动齿轮组成，主动齿轮与齿轮电机108连接，从动齿轮通过齿轮连接销119、齿轮连接销头120、螺钉117固定在齿轮托板107上，齿轮连接销119和从动齿轮间还设置有黄铜轴套121；齿轮固定架105通过螺钉117和螺母118固定在齿轮托板107上，用于固定主动齿轮；机架后盖109通过螺钉117固定在圆柱形机架101后端，同时作为尾端封闭空间的后端盖；接线头110通过螺纹固定在机架后盖109上，用作缆线的接头。

请见图6、图7和图8，本发明的模块化支撑机构2包括丝杠201、中间固定块202、固定滑块203、限位套筒204、滑块205、直线轴承206、弹簧207、丝杠螺母208、黄铜轴套209、后支撑块210、第一齿轮盖211、支撑机构直齿轮212、第二齿轮盖213、前支撑块214、支撑机构固定板215、支撑机构连接块216、双头螺柱217、丝杠螺母滑块218、短连杆219、长连杆220、连杆连接销头221、连杆连接销222、螺钉223。

黄铜轴套209安装在丝杠201两端，再安装在后支撑块210和前支撑块214的安装孔内，将丝杠201支撑在后支撑块210和前支撑块214间；后支撑块210和前支撑块214通过螺钉固定在两块支撑机构固定板215间；中间固定块202通过螺钉固定在支撑机构固定板215中间，中间固定块202所处位置也是丝杠201中间；支撑机构连接块216通过螺钉固定在支撑机构固定板215两端，用于将模块化支撑机构2安装在主体机构1的滑槽内；双头螺柱217一端通过螺纹与支撑机构连接块216连接，另一端安装螺母，用于进一步将模块化支撑机构2固定在主体机构1上；丝杠螺母208在丝杠201有螺纹的地方运动，分两个安装在丝杠201左右两端；所述丝杠螺母208通过螺钉与丝杠螺母滑块218连接；所述丝杠螺母滑块218在支撑机构固定板215上的滑槽内运动，用于限制丝杠螺母208的旋转运动；丝杠201左右两段螺纹旋向相反，这样左右两边的丝杠螺母208在丝杠旋转时可以同时靠近或者远离；支撑机构直齿轮212安装在丝杠201一端，用于传递主体机构1中齿轮组提供的动力；第一齿轮盖211、第二齿轮盖213安装在支撑机构直齿轮212两侧，并通过螺钉与后支撑块210连接；上述部件共同组成模块化支撑机构1的主动适应机构；固定滑块203通过螺钉固定在中间固定块202两侧；短连杆219通过连杆连接销头221、连杆连接销222、螺钉223与固定滑块203连接；直线轴承206通过螺钉与滑块205连接，在丝杠201没有螺纹的地方运动；长连杆220通过连杆连接销头221、连杆连接销222、螺钉223与滑块205连接；长连杆220通过连杆连接销头221、连杆连接销222、螺钉223与短连杆219连接；所述弹簧207安装在丝杠螺母208和直线轴承206之间；所述限位套筒204安装在固定滑块203与滑块205间，用于限制固定滑块203与滑块205间的最小距离，避免连杆机构进入死区；上述部件共同组成模块化支撑机构1的被动适应机构。

请见图9、图10、图11和图12，本发明的模块化履带机构3包括履带301、左侧板302、右侧板303、主动履带轮304、辅助履带轮305、密封盒支撑轴306、从动履带轮307、从动履带轮轴308、轴承端盖309、螺钉310、螺母311、键312、限位轴套313、黄铜轴套314、左密封盒315、右密封盒316、编码器317、编码器固定块318、联轴器319、履带机构电机320、蜗轮蜗杆减速器321、防水隔层322、密封毛毡323、防水环324、防水接头325、减速器固定螺钉326、撑紧机构滑槽327、撑紧机构弹簧轴328、撑紧机构滑块329、撑紧机构弹簧330、轴承331。

编码器固定块318通过螺钉将编码器317固定，再通过减速器固定螺钉326固定在左密封盒315和右密封盒316的凹槽内；编码器317通过联轴器319与履带机构电机320相连，用于检测电机速度和控制电机；履带机构电机320与蜗轮蜗杆减速器321相连，并通过紧定螺钉固定在左密封盒315和右密封盒316的凹槽内；电机驱动器安装在右密封盒316内预留的凹槽中，用于驱动电机；防水环324安装在蜗轮蜗杆减速器321和右密封盒316间，用于隔离从安装减速器固定螺钉326的孔处进入的液体；密封毛毡323安装在左密封盒315和右密封盒316中安装蜗轮蜗杆减速器321伸出轴处的孔内，用于隔离蜗轮蜗杆减速器321伸出轴处的孔处进入的液体；防水隔层322安装在左密封盒315和右密封盒316端面的凹槽内，用于隔离从左密封盒315和右密封盒316端面处进入的液体；防水接头325用于引出电机的供电线及控制线，其本身可以隔离从接线孔处进入的液体；防水接头325安装在右密封盒316后面的孔内，由于防水接头325与右密封盒316采用螺纹连接，可以隔离从防水接头325安装孔处进入的液体；在防水隔层322、密封毛毡323、防水环324、防水接头325的作用下，模块化履带机构3实现了防水密封；左密封盒315通过螺钉310与右密封盒316连接；蜗轮蜗杆减速器321伸出的输出轴通过轴承331支撑在左侧板302和右侧板303上；密封盒支撑轴306通过螺纹与左密封盒315和右密封盒316连接，同时通过螺母311固定在左侧板302和右侧板303上；主动履带轮304安装在蜗轮蜗杆减速器321伸出的输出轴上；限位轴套313安装在主动履带轮304和左侧板302之间；轴承端盖309通过螺钉310固定在左侧板302上，用于将轴承限位；辅助履带轮305通过黄铜轴套314安装在密封盒支撑轴306上，用于辅助支撑履带，防止履带松弛；黄铜轴套314用于替代轴承，用于保证辅助履带轮305的转动顺畅；履带撑紧机构滑槽327通过螺钉310安装在左侧板302上；所述履带装置左右对称，右侧板303上零件的安装与左侧板302一样；键312安装在从动履带轮轴308上的键槽内；从动履带轮307安装在从动履带轮轴308上；限位轴套313安装在从动履带轮307两侧；从动履带轮轴308通过轴承331支撑在撑紧机构滑块329上；撑紧机构滑块329在撑紧机构滑槽327上的凹槽内运动；撑紧机构弹簧轴328穿过撑紧机构滑块329上的孔，连接撑紧机构弹簧330后通过螺纹固定在撑紧机构滑槽327上；轴承331安装在撑紧机构滑块329上的孔内；

本发明的工作原理为：

在直管内，模块化支撑履带式管道内机器人在通过模块化支撑机构2的主动适应机构主动调节模块化履带机构对管壁的压力，保证履带与管壁间有足够的摩擦力让机器人前进，还使得机器人中心轴线与管道中心轴线保持平行。机器人以模块化履带机构3作为行走机构，通过蜗轮蜗杆电机320连接蜗轮蜗杆减速器321，蜗轮蜗杆减速器321连接主动履带轮304卷动履带301带动机器人沿管道运动。

在遇到变径管道、管内障碍或弯管时，机器人模块化支撑机构2的被动适应机构在外力的作用下带动模块化履带机构3向机器人中心靠拢，实现被动的适应管道环境，保证机器人可以顺利通过管道。当机器人遇到倾斜或者垂直的管道时，仅通过被动适应机构不足以提供机器人通过倾斜或者垂直的管道所需的的摩擦力，此时可以调节模块化支撑机构2的主动适应机构，为机器人提供足够的摩擦力通过倾斜或者垂直的管道。

机器人模块化履带装置3在机器人正常运行时，撑紧减震机构可以提供将履带撑紧的力，保证履带不会松弛；当模块化履带装置3碰撞障碍时，撑紧减震机构中的弹簧又能起到减震的作用。

本发明提供的一种模块化支撑履带式管道内机器人采用采用模块化设计，各模块相互独立，可以根据环境更换或添加相应模块，提高机器人系统的集成化和对环境的适应能力。同时又采用了将主动适应机构和被动适应相结合的模块化支撑机构和防水的独立履带装置，提高机器人的整体性能，保障机器人在复杂的管道环境中能够更好的完成作业任务。

尽管本说明书较多地使用了1、主体机构，2、模块化支撑机构，3、模块化履带机构，101、圆柱形机架，102、摄像头云台，103、摄像头云台托板，104、齿轮挡板，105、齿轮固定架，106、直齿轮，107、齿轮托板，108、齿轮电机，109、机架后盖，110、接线头，111、机架前端限位块，112、第一机架槽限位杆，113、摄像头云台连接块，114、第二机架槽限位杆，115、齿轮挡板连接块，116、第三机架槽限位杆，117、螺钉，118、螺母，119、齿轮连接销，120、齿轮连接销头，121、黄铜轴套，201、丝杠，202、中间固定块，203、固定滑块，204、限位套筒，205、滑块，206、直线轴承，207、弹簧，208、丝杠螺母，209、黄铜轴套，210、后支撑块，211、第一齿轮盖，212、支撑机构直齿轮，213、第二齿轮盖，214、前支撑块，215、支撑机构固定板，216、支撑机构连接块，217、双头螺柱，218、丝杠螺母滑块，219、短连杆，220、长连杆，221、连杆连接销头，222、连杆连接销，223、螺钉，301、履带，302、左侧板，303、右侧板，304、主动履带轮，305、辅助履带轮，306、密封盒支撑轴，307、从动履带轮，308、从动履带轮轴，309、轴承端盖，310、螺钉，311、螺母，312、键，313、限位轴套，314、黄铜轴套，315、左密封盒，316、右密封盒，317、编码器，318、编码器固定块，319、联轴器，320、履带机构电机，321、蜗轮蜗杆减速器，322、防水隔层，323、密封毛毡，324、防水环，325、防水接头，326、减速器固定螺钉，327、撑紧机构滑槽，328、撑紧机构弹簧轴，329、撑紧机构滑块，330、撑紧机构弹簧，331、轴承等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种模块化支撑履带式管道内机器人，其特征在于，包括主体机构(1)、安装在主体机构(1)上用于将模块化履带机构(3)支撑在管道内的模块化支撑机构(2)、通过连接销与模块化支撑机构(2)连接的用于实现模块化支撑履带式管道内机器人在管道内的运动的模块化履带机构(3)；

所述模块化支撑机构(2)采用丝杠螺母机构组成的主动适应机构与弹簧连杆滑块组成的被动适应方式相结合，主动控制模块化支撑机构(2)将模块化履带机构(3)撑紧在管壁，使模块化支撑机构(2)在遭遇障碍或者通过管接头时，对管道环境变化具有自适应能力；

所述模块化履带机构(3)采用了单条履带和电机内置驱动；

所述主体机构(1)采用中空圆柱形机架，沿圆周开有多个滑槽，搭载在机器人上的各个模块通过滑槽定位，安装在机架中或机架外围；所述主体机构(1)的中空结构中根据需要添加模块；所述主体机构(1)上设置有直齿轮组，用于向搭载在机器人上的模块提供动力；所述主体机构(1)尾端设置有封闭空间，用于搭载机器人控制电路。

2.根据权利要求1所述的一种模块化支撑履带式管道内机器人，其特征在于，所述主体机构(1)包括圆柱形机架(101)、摄像头云台(102)、摄像头云台托板(103)、齿轮挡板(104)、齿轮固定架(105)、直齿轮(106)、齿轮托板(107)、齿轮电机(108)、机架后盖(109)、接线头(110)、机架前端限位块(111)、第一机架槽限位杆(112)、摄像头云台连接块(113)、第二机架槽限位杆(114)、齿轮挡板连接块(115)、第三机架槽限位杆(116)、螺钉(117)、螺母(118)、齿轮连接销(119)、齿轮连接销头(120)、黄铜轴套(121)；

所述摄像头云台(102)通过螺钉(117)固定在摄像头云台托板(103)上；所述摄像头云台托板(103)通过螺钉(117)与摄像头云台连接块(113)连接，摄像头云台连接块(113)安装在圆柱形机架(101)的滑槽内；所述齿轮挡板(104)通过螺钉(117)与齿轮挡板连接块(115)连接，齿轮挡板连接块(115)安装在圆柱形机架(101)的滑槽内；所述圆柱形机架(101)的滑槽内有第一机架槽限位杆(112)、第二机架槽限位杆(114)、第三机架槽限位杆(116)用于将安装在滑槽上的模块定位；所述机架前端限位块(111)通过螺钉(117)安装在圆柱形机架(101)前端，用于防止安装在滑槽上的模块从圆柱形机架(101)前端脱出；

所述齿轮托板(107)通过螺钉(117)固定在圆柱形机架(101)上，同时作为尾端封闭空间的前端盖；所述齿轮电机(108)通过螺钉(117)固定在齿轮托板(107)上；所述直齿轮(106)由一个主动齿轮，三个从动齿轮组成，主动齿轮与齿轮电机(108)连接，从动齿轮通过齿轮连接销(119)、齿轮连接销头(120)、螺钉(117)固定在齿轮托板(107)上，齿轮连接销(119)和从动齿轮间还设置有黄铜轴套(121)；所述齿轮固定架(105)通过螺钉(117)和螺母(118)固定在齿轮托板(107)上，用于固定主动齿轮；

所述机架后盖(109)通过螺钉(117)固定在圆柱形机架(101)后端，同时作为尾端封闭空间的后端盖；所述接线头(110)通过螺纹固定在机架后盖(109)上，用作缆线的接头。

3.根据权利要求1中所述的模块化支撑履带式管道内机器人，其特征在于：所述模块化支撑机构(2)包括丝杠(201)、中间固定块(202)、固定滑块(203)、限位套筒(204)、滑块(205)、直线轴承(206)、弹簧(207)、丝杠螺母(208)、黄铜轴套(209)、后支撑块(210)、第一齿轮盖(211)、支撑机构直齿轮(212)、第二齿轮盖(213)、前支撑块(214)、支撑机构固定板(215)、支撑机构连接块(216)、双头螺柱(217)、丝杠螺母滑块(218)、短连杆(219)、长连杆(220)、连杆连接销头(221)、连杆连接销(222)、螺钉(223)；

所述黄铜轴套(209)安装在丝杠(201)两端，再安装在后支撑块(210)和前支撑块(214)的安装孔内，将丝杠(201)支撑在后支撑块(210)和前支撑块(214)间；所述后支撑块(210)和前支撑块(214)通过螺钉固定在两块支撑机构固定板(215)间；所述中间固定块(202)通过螺钉固定在支撑机构固定板(215)中间，中间固定块(202)所处位置也是丝杠(201)中间；所述支撑机构连接块(216)通过螺钉固定在支撑机构固定板(215)两端，用于将模块化支撑机构(2)安装在主体机构(1)的滑槽内；所述双头螺柱(217)一端通过螺纹与支撑机构连接块(216)连接，另一端安装螺母，用于进一步将模块化支撑机构(2)固定在主体机构(1)上；

所述丝杠螺母(208)在丝杠(201)有螺纹的地方运动，分两个安装在丝杠(201)左右两端；所述丝杠螺母(208)通过螺钉与丝杠螺母滑块(218)连接；所述丝杠螺母滑块(218)在支撑机构固定板(215)上的滑槽内运动，用于限制丝杠螺母(208)的旋转运动；所述丝杠(201)左右两段螺纹旋向相反，这样左右两边的丝杠螺母(208)在丝杠旋转时可以同时靠近或者远离；所述支撑机构直齿轮(212)安装在丝杠(201)一端，用于传递主体机构(1)中齿轮组提供的动力；所述第一齿轮盖(211)、第二齿轮盖(213)安装在支撑机构直齿轮(212)两侧，并通过螺钉与后支撑块(210)连接；上述部件共同组成模块化支撑机构(1)的主动适应机构；

所述固定滑块(203)通过螺钉固定在中间固定块(202)两侧；所述短连杆(219)通过连杆连接销头(221)、连杆连接销(222)、螺钉(223)与固定滑块(203)连接；所述直线轴承(206)通过螺钉与滑块(205)连接，在丝杠(201)没有螺纹的地方运动；所述长连杆(220)通过连杆连接销头(221)、连杆连接销(222)、螺钉(223)与滑块(205)连接；所述长连杆(220)通过连杆连接销头(221)、连杆连接销(222)、螺钉(223)与短连杆(219)连接；所述弹簧(207)安装在丝杠螺母(208)和直线轴承(206)之间；所述限位套筒(204)安装在固定滑块(203)与滑块(205)间，用于限制固定滑块(203)与滑块(205)间的最小距离，避免连杆机构进入死区；上述部件共同组成模块化支撑机构(1)的被动适应机构。

4.根据权利要求1中所述的的模块化支撑履带式管道内机器人，其特征在于：所述模块化履带机构(3)包括履带(301)、左侧板(302)、右侧板(303)、主动履带轮(304)、辅助履带轮(305)、密封盒支撑轴(306)、从动履带轮(307)、从动履带轮轴(308)、轴承端盖(309)、螺钉(310)、螺母(311)、键(312)、限位轴套(313)、黄铜轴套(314)、左密封盒(315)、右密封盒(316)、编码器(317)、编码器固定块(318)、联轴器(319)、履带机构电机(320)、蜗轮蜗杆减速器(321)、防水隔层(322)、密封毛毡(323)、防水环(324)、防水接头(325)、减速器固定螺钉(326)、撑紧机构滑槽(327)、撑紧机构弹簧轴(328)、撑紧机构滑块(329)、撑紧机构弹簧(330)、轴承(331)；

所述编码器固定块(318)通过螺钉将编码器(317)固定，再通过紧定螺钉固定在左密封盒(315)和右密封盒(316)的凹槽内；所述编码器(317)通过联轴器(319)与履带机构电机(320)相连，用于检测电机速度和控制电机；所述履带机构电机(320)与蜗轮蜗杆减速器(321)相连，并通过减速器固定螺钉(326)固定在左密封盒(315)和右密封盒(316)的凹槽内；所述电机驱动器安装在右密封盒(316)内预留的凹槽中，用于驱动电机；

所述防水环(324)安装在蜗轮蜗杆减速器(321)和右密封盒(316)间，用于隔离从安装减速器固定螺钉(326)的孔处进入的液体；所述密封毛毡(323)安装在左密封盒(315)和右密封盒(316)中安装蜗轮蜗杆减速器(321)伸出轴处的孔内，用于隔离蜗轮蜗杆减速器(321)伸出轴处的孔处进入的液体；所述防水隔层(322)安装在左密封盒(315)和右密封盒(316)端面的凹槽内，用于隔离从左密封盒(315)和右密封盒(316)端面处进入的液体；所述防水接头(325)用于引出电机的供电线及控制线，其本身可以隔离从接线孔处进入的液体；所述防水接头(325)安装在右密封盒(316)后面的孔内，由于防水接头(325)与右密封盒(316)采用螺纹连接，可以隔离从防水接头(325)安装孔处进入的液体；在防水隔层(322)、密封毛毡(323)、防水环(324)、防水接头(325)的作用下，模块化履带机构(3)实现了防水密封；所述左密封盒(315)通过螺钉(310)与右密封盒(316)连接；

所述蜗轮蜗杆减速器(321)伸出的输出轴通过轴承(331)支撑在左侧板(302)和右侧板(303)上；所述密封盒支撑轴(306)通过螺纹与左密封盒(315)和右密封盒(316)连接，同时通过螺母(311)固定在左侧板(302)和右侧板(303)上；所述主动履带轮(304)安装在蜗轮蜗杆减速器(321)伸出的输出轴上；所述限位轴套(313)安装在主动履带轮(304)和左侧板(302)之间；所述轴承端盖(309)通过螺钉(310)固定在左侧板(302)上，用于将轴承限位；所述辅助履带轮(305)通过黄铜轴套(314)安装在密封盒支撑轴(306)上，用于辅助支撑履带，防止履带松弛；所述黄铜轴套(314)用于替代轴承，用于保证辅助履带轮(305)的转动顺畅；所述履带撑紧机构滑槽(327)通过螺钉(310)安装在左侧板(302)上；所述履带装置左右对称，右侧板(303)上零件的安装与左侧板(302)一样；

所述键(312)安装在从动履带轮轴(308)上的键槽内；所述从动履带轮(307)安装在从动履带轮轴(308)上；所述限位轴套(313)安装在从动履带轮(307)两侧；所述从动履带轮轴(308)通过轴承(331)支撑在撑紧机构滑块(329)上；

所述撑紧机构滑块(329)在撑紧机构滑槽(327)上的凹槽内运动；所述撑紧机构弹簧轴(328)穿过撑紧机构滑块(329)上的孔，连接撑紧机构弹簧(330)后通过螺纹固定在撑紧机构滑槽(327)上；所述轴承(331)安装在撑紧机构滑块(329)上的孔内。