CN109760104B - 一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂，包括承载机架、驱动液压缸、回转机构、蜗轮蜗杆齿轮箱、传动轴、承载板、控制阀、行程传感器、压力传感器、驱动电机及控制电路，驱动液压缸和蜗轮蜗杆齿轮箱均嵌于承载机架内，蜗轮蜗杆齿轮箱与传动轴连接，且传动轴两端分别位于蜗轮蜗杆齿轮箱外，传动轴前端面通过回转机构与承载板连接，传动轴后端面通过回转机构与驱动液压缸活塞杆前端面连接，控制阀、驱动电机和控制电路均位于承载机架外表面。本发明结一方面可有效满足多种类型行走机构与机器人机身间连接及调整作业的需要，另一方面可有效的实现对机器人工作位置进行定位和锁定，从而极大的提高管道机器人设备运行的稳定性和可靠性。

Description

一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂

技术领域

本发明涉一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂，属机器人技术领域。

背景技术

当前随着科学技术水平不断提高，在对管道设备内部，尤其时小内径管道内部进行检测作业中，管道机器人设备得到了广泛的应用，在实际使用中发现的，当前所使用的管道机器人往往均是通过基于传统的液压机构、直线导轨等机构作为管道机器人的伸缩调整机构，以实现对管道机器人设备行走机构工位位置调整，以满足不同管径内运行的需要，最然可以一定程度满足使用的需要，但当前所使用的该类传统的伸缩调整机构中往往均缺乏有效的定位和锁定能力，当管道机器人运行过程中丧失动力时，伸缩调整机构无法有效的对管道机器人机身和行走机构间相对位置关系及当前的工作位置进行锁定，从而造成管道机器人工作位置失控、行走机构易对管道内壁造成划伤及管道机器人掉落损毁等情况发生，严重影响了管道机器人设备运行的可靠性和稳定性。

因此，针对这一现状迫切需要开发一种全新的管道机器人用伸缩驱动机构，以满足实际使用的需要。

发明内容

为了解决现有技术上的不足，本发明提供一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂。

为了实现上面提到的效果，提出了一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂，其包括以下内容：

一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂，包括承载机架、驱动液压缸、回转机构、蜗轮蜗杆齿轮箱、传动轴、承载板、控制阀、行程传感器、压力传感器、驱动电机及控制电路，承载机架为轴向截面为矩形的框架结构，驱动液压缸和蜗轮蜗杆齿轮箱均嵌于承载机架内并与承载机架同轴分布，其中蜗轮蜗杆齿轮箱位于承载机架前端面，驱动液压缸位于蜗轮蜗杆齿轮箱正后方，并与承载机架内表面相互连接，驱动液压缸与蜗轮蜗杆齿轮箱之间间距不小于承载机架有效长度的1/2，蜗轮蜗杆齿轮箱与传动轴连接，且传动轴与承载机架同轴分布，其两端分别位于蜗轮蜗杆齿轮箱外，传动轴前端面和后端面均设回转机构，并与回转机构同轴分布，传动轴前端面通过回转机构与承载板连接并与承载板后端面呈0°—90°夹角，传动轴后端面通过回转机构与驱动液压缸活塞杆前端面连接并相互同轴分布，控制阀、驱动电机和控制电路均位于承载机架外表面，其中所述控制阀至少两个，分别与驱动液压缸的进油口和出油口相互连通，驱动电机与蜗轮蜗杆齿轮箱相互连接，驱动液压缸上设至少一个行程传感器和至少一个压力传感器，其中行程传感器与驱动液压缸活塞连接，压力传感器位于驱动液压缸的进油口、出油口与控制阀连接位置，控制电路分别与控制阀、行程传感器、压力传感器、驱动电机电气连接。

进一步的，所述的承载机架外表面设至少两条驱动导轨，所述驱动导轨环绕承载机架轴线均布并与承载机架轴线呈0°—90°夹角，且所述驱动导轨与控制电路电气连接。

进一步的，所述的驱动导轨与承载机架间通过转台机构相互铰接。

进一步的，所述的传动轴前端面连接的回转机构通过转台机构与承载板相互铰接。

进一步的，所述的转台机构为伺服电机驱动的二维转台及三维转台中的任意一种，且转台机构上设至少一个角度传感器，所述转台机构和角度传感器与控制电路电气连接。

进一步的，所述的蜗轮蜗杆齿轮箱后端面设制动器，所述制动器与控制电路电气连接，并与传动轴相互连接。

进一步的，所述的回转机构和驱动电机上均设转速传感器，所述转速传感器与控制电路电气连接。

进一步的，所述的控制电路为基于工业单片机为基础的电路系统。

进一步的，所述的控制电路包括基于工业单片机的数据处理模块、驱动模块、数据通讯总线模块、晶振时间电路模块、电源适配模块及串口通讯模块，所述数据通讯总线模块分别与基于工业单片机的数据处理模块、驱动模块、晶振时间电路模块、电源适配模块及串口通讯模块电气连接，所述驱动模块分别与控制阀、行程传感器、压力传感器、驱动电机、驱动导轨、转台机构、角度传感器、转速传感器及制动器电气连接，所述电源适配模块和串口通讯模块均设至少一个接线端子。

进一步的，所述的接线端子嵌于承载机架外表面。

本发明结构简单，使用灵活，运行自动化程度和运行控制精度高，通用性好，一方面可有效满足多种类型行走机构与机器人机身间连接及调整作业的需要，满足管道机器人在多种不同管径管道内运行作业的需要，另一方面可有效的实现对机器人工作位置进行定位和锁定，从而在因设备故障等因素导致管道机器人丧失动力时可有效的对行走机器人行走机构的工作位置进行锁定，防止因丧失动力而使得管道机器人定位失效而导致的管道机器人对管道内壁造成划伤及导致管道机器人掉落损毁等情况发生，从而极大的提高管道机器人设备运行的稳定性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明结构示意图；

图2为控制电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于施工，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1和2所述的一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂，包括承载机架1、驱动液压缸2、回转机构3、蜗轮蜗杆齿轮箱4、传动轴5、承载板6、控制阀7、行程传感器8、压力传感器9、驱动电机10及控制电路11，承载机架1为轴向截面为矩形的框架结构，驱动液压缸2和蜗轮蜗杆齿轮箱4均嵌于承载机架1内并与承载机架1同轴分布，其中蜗轮蜗杆齿轮箱4位于承载机架1前端面，驱动液压缸2位于蜗轮蜗杆齿轮箱4正后方，并与承载机架1内表面相互连接，驱动液压缸2与蜗轮蜗杆齿轮箱4之间间距不小于承载机架1有效长度的1/2，蜗轮蜗杆齿轮箱4与传动轴5连接，且传动轴5与承载机架1同轴分布，其两端分别位于蜗轮蜗杆齿轮箱4外，传动轴5前端面和后端面均设回转机构3，并与回转机构3同轴分布，传动轴5前端面通过回转机构3与承载板6连接并与承载板6后端面呈0°—90°夹角，传动轴5后端面通过回转机构3与驱动液压缸2活塞杆前端面连接并相互同轴分布，控制阀7、驱动电机10和控制电路11均位于承载机架1外表面，其中所述控制阀7至少两个，分别与驱动液压缸2的进油口和出油口相互连通，驱动电机与蜗轮蜗杆齿轮箱相互连接，驱动液压缸2上设至少一个行程传感器8和至少一个压力传感器9，其中行程传感器8与驱动液压缸2活塞连接，压力传感器9位于驱动液压缸2的进油口、出油口与控制阀7连接位置，控制电路11分别与控制阀7、行程传感器8、压力传感器9、驱动电机10电气连接。

其中，所述的承载机架1外表面设至少两条驱动导轨12，所述驱动导轨12环绕承载机架1轴线均布并与承载机架1轴线呈0°—90°夹角，且所述驱动导轨12与控制电路11电气连接，且所述的驱动导轨12与承载机架1间通过转台机构13相互铰接。

同时，所述的传动轴5前端面连接的回转机构3通过转台机构13与承载板6相互铰接。

需要指出的，所述的转台机构13为伺服电机驱动的二维转台及三维转台中的任意一种，且转台机构13上设至少一个角度传感器14，所述转台机构13和角度传感器14与控制电路11电气连接。

本实施例中，所述的蜗轮蜗杆齿轮箱4后端面设制动器15，所述制动器15与控制电路11电气连接，并与传动轴5相互连接。

本实施例中，所述的回转机构3和驱动电机10上均设转速传感器16，所述转速传感器16与控制电路11电气连接。

本实施例中，所述的控制电路11为基于工业单片机为基础的电路系统，且所述的控制电路包括基于工业单片机的数据处理模块、驱动模块、数据通讯总线模块、晶振时间电路模块、电源适配模块及串口通讯模块，所述数据通讯总线模块分别与基于工业单片机的数据处理模块、驱动模块、晶振时间电路模块、电源适配模块及串口通讯模块电气连接，所述驱动模块分别与控制阀7、行程传感器8、压力传感器9、驱动电机10、驱动导轨12、转台机构13、角度传感器14、转速传感器16及制动器15电气连接，所述电源适配模块和串口通讯模块均设至少一个接线端子17。

此外，所述的接线端子17嵌于承载机架外表面。

本发明在具体实施中，首先对承载机架、驱动液压缸、回转机构、蜗轮蜗杆齿轮箱、传动轴、承载板、控制阀、行程传感器、压力传感器、驱动电机及控制电路进行组装，然后根据需要将若干组装好的本发明通过承载机架与管道机器人机身连接，通过承载板与管道机器人的行走机构连接，最后将控制电路与管道机器人的控制系统和电源系统电气连接，即可完成本发明装配。

在实际运行中，当需要对管道机器人行走机构位置进行调整以满足不同管径运行需要时，由控制电路同时驱动控制阀和驱动电机运行，一方面通过控制阀对驱动液压缸活塞杆的伸长量进行调整，并通过驱动液压缸活塞杆对与其练级的传动轴进行伸缩调整定位，另一方面同构驱动电机驱动蜗轮蜗杆齿轮箱运行，并通过蜗轮蜗杆齿轮箱驱动传动杆沿轴线方向进行伸缩调整运行，从而最终实现通过调整传动轴伸缩量达到调整管道机器人行走机构与机身间间距，以满足不同管径管道检测作业的需要。

其中，在对传动轴进行伸缩调整时，驱动液压缸的伸缩调整方向和调整量与蜗轮蜗杆齿轮箱的伸缩调整方向及调整量一致，且蜗轮蜗杆齿轮箱和驱动液压缸保持同步运行，当驱动液压缸和蜗轮蜗杆齿轮箱中任意一个处于停止状态时，均不能实现对传动轴进行伸缩调整的需要并实现对传动轴当前工作位置进行锁定。

同时，当道机器人发生失去动力等情况时，驱动液压缸和蜗轮蜗杆齿轮箱则均处于停止状态，驱动液压缸通过控制阀保压，从而保持对传动轴伸缩量和位置进行定位，蜗轮蜗杆齿轮箱通过齿轮箱内驱动涡轮轴线与传动轴伸缩方向间呈90°夹角，从而实现机械自锁，从而进一步对传动轴位置进行锁定，并可实现在驱动液压缸保压失效情况下依然对传动轴位置进行锁定，提高传动轴定位的可靠性和稳定性。

此外在驱动液压缸和蜗轮蜗杆齿轮箱对传动轴锁定的同时，另可通过蜗轮蜗杆齿轮箱后端面的制动器对传动轴进行辅助锁定，从而进一步提高对传动轴位置锁定的可靠性。

在通过驱动液压缸和蜗轮蜗杆齿轮箱对传动轴进行伸缩调整和锁定作业时，一方面通过行程传感器、压力传感器及转速传感器同步运行，实现传动轴的行程及承受的压力进行检测，空虚hi电路则根据检测数据对驱动液压缸和与蜗轮蜗杆齿轮箱连接的驱动电机的运行状态进行调整，保持驱动液压缸和蜗轮蜗杆齿轮箱运行的同步性，并对传动轴运行情况进行全程监控和及时发现系统运行异常，便于对传动轴工作位置进行及时锁定保护，从而极大的提高管道机器人设备运行的稳定性和可靠性。

发明结构简单，使用灵活，运行自动化程度和运行控制精度高，通用性好，一方面可有效满足多种类型行走机构与机器人机身间连接及调整作业的需要，满足管道机器人在多种不同管径管道内运行作业的需要，另一方面可有效的实现对机器人工作位置进行定位和锁定，从而在因设备故障等因素导致管道机器人丧失动力时可有效的对行走机器人行走机构的工作位置进行锁定，防止因丧失动力而使得管道机器人定位失效而导致的管道机器人对管道内壁造成划伤及导致管道机器人掉落损毁等情况发生，从而极大的提高管道机器人设备运行的稳定性和可靠性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂，其特征在于：所述的智能管道检测机器人用自锁伸缩臂包括承载机架、驱动液压缸、回转机构、蜗轮蜗杆齿轮箱、传动轴、承载板、控制阀、行程传感器、压力传感器、驱动电机及控制电路，所述承载机架为轴向截面为矩形的框架结构，所述驱动液压缸和蜗轮蜗杆齿轮箱均嵌于承载机架内并与承载机架同轴分布，其中所述蜗轮蜗杆齿轮箱位于承载机架前端面，所述驱动液压缸位于蜗轮蜗杆齿轮箱正后方，并与承载机架内表面相互连接，所述驱动液压缸与蜗轮蜗杆齿轮箱之间间距不小于承载机架有效长度的1/2，所述蜗轮蜗杆齿轮箱与传动轴连接，且所述传动轴与承载机架同轴分布，其两端分别位于蜗轮蜗杆齿轮箱外，所述传动轴前端面和后端面均设回转机构，并与回转机构同轴分布，所述传动轴前端面通过回转机构与承载板连接并与承载板后端面呈0°—90°夹角，所述传动轴后端面通过回转机构与驱动液压缸活塞杆前端面连接并相互同轴分布，所述的控制阀、驱动电机和控制电路均位于承载机架外表面，其中所述控制阀至少两个，分别与驱动液压缸的进油口和出油口相互连通，所述驱动电机与蜗轮蜗杆齿轮箱相互连接，所述驱动液压缸上设至少一个行程传感器和至少一个压力传感器，其中所述行程传感器与驱动液压缸活塞连接，压力传感器位于驱动液压缸的进油口、出油口与控制阀连接位置，所述控制电路分别与控制阀、行程传感器、压力传感器、驱动电机电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂，其特征在于，所述的承载机架外表面设至少两条驱动导轨，所述驱动导轨环绕承载机架轴线均布并与承载机架轴线呈0°—90°夹角，且所述驱动导轨与控制电路电气连接。

3.根据权利要求2所述的一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂，其特征在于，所述的驱动导轨与承载机架间通过转台机构相互铰接。

4.根据权利要求1所述的一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂，其特征在于，所述的传动轴前端面连接的回转机构通过转台机构与承载板相互铰接。

5.根据权利要求3或4所述的一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂，其特征在于，所述的转台机构为伺服电机驱动的二维转台及三维转台中的任意一种，且转台机构上设至少一个角度传感器，所述转台机构和角度传感器与控制电路电气连接。

6.根据权利要求1所述的一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂，其特征在于，所述的蜗轮蜗杆齿轮箱后端面设制动器，所述制动器与控制电路电气连接，并与传动轴相互连接。

7.根据权利要求1所述的一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂，其特征在于，所述的回转机构和驱动电机上均设转速传感器，所述转速传感器与控制电路电气连接。

8.根据权利要求1所述的一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂，其特征在于，所述的控制电路为基于工业单片机为基础的电路系统。

9.根据权利要求1或8所述的一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂，其特征在于，所述的控制电路包括基于工业单片机的数据处理模块、驱动模块、数据通讯总线模块、晶振时间电路模块、电源适配模块及串口通讯模块，所述数据通讯总线模块分别与基于工业单片机的数据处理模块、驱动模块、晶振时间电路模块、电源适配模块及串口通讯模块电气连接，所述驱动模块分别与控制阀、行程传感器、压力传感器、驱动电机、驱动导轨、转台机构、角度传感器、转速传感器及制动器电气连接，所述电源适配模块和串口通讯模块均设至少一个接线端子。

10.根据权利要求9所述的一种智能管道检测机器人用自锁伸缩臂，其特征在于，所述的接线端子嵌于承载机架外表面。

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