CN109827029B - 一种基于可调桨叶式混合驱动管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管道机器人机械结构设计技术领域，具体地说是一种基于可调桨叶式混合驱动管道机器人，其设有前机架、后机架、连接套，所述的前机架和后机架的外侧分别经连接套套接，特征在于所述的前机架的中部外侧设有桨叶驱动电机，驱动电机的输出轴与传动轴相连接，所述的传动轴与桨叶架相连接，所述的桨叶架上均布设有桨叶，所述的桨叶与后机架之间设有桨叶驱动装置，所述的桨叶驱动装置由固定推盘、旋转推盘、推拉杆、桨叶调节电机、桨叶调节丝杠组成，所述的连接套上均布设有至少三个管道支撑滚动组件，所述的管道支撑滚动组件由支撑杆、支撑轮架和支撑轮组成，具有结构简单、速度可调、逆流而行、可过弯等优点。

Description

一种基于可调桨叶式混合驱动管道机器人

技术领域

本发明涉及管道机器人机械结构设计技术领域，具体地说是一种结构简单、速度可调、可逆流而行、可过弯的基于可调桨叶式混合驱动管道机器人。

背景技术

众所周知，管道机器人是一种集机电一体化、智能移动载体技术等技术的特种设备，其应用领域非常广泛，比如：地下排水管道清理，管道内焊接，管道内质量检测、探伤等。当今管道机器人种类繁多，国内也研究出了不同机械机构的管道机器人，其主流的结构形式有：压差式、轮式、履带式、足式、蠕动式、螺旋式。其中传统的压差驱动式管道机器人是利用管道内机器人两侧的流体压力差来推动机器人前进，但也有一些缺点，由于自身没有动力，只能靠皮碗两侧的压力差来推动机器人前进，因而不能调节管道机器人运动速度，并且管道机器人的运动方向只能和流体的流动方向一致，不能逆流而行，从而限制了其实际应用。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、速度可调、可逆流而行、可过弯的基于可调桨叶式混合驱动管道机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于可调桨叶式混合驱动管道机器人，设有前机架、后机架、连接套，所述的前机架和后机架的外侧分别经连接套套接，其特征在于所述的前机架的中部外侧设有桨叶驱动电机，所述的驱动电机设在前机架外侧上，桨叶驱动电机的输出轴伸出并穿过前机架中部的穿过孔通过联轴器与传动轴相连接，所述的传动轴的后端伸出后机架上设有的穿过孔与桨叶架相连接，所述的桨叶架上均布设有桨叶，所述的桨叶通过连接轴与桨叶架转动铰接，所述的桨叶与后机架之间设有桨叶驱动装置，所述的桨叶驱动装置由固定推盘、旋转推盘、推拉杆、桨叶调节电机、桨叶调节丝杠组成，所述的固定推盘套接在传动轴上，固定推盘的外侧设有桨叶调节电机，所述的桨叶调节电机的输出轴经密封圈与桨叶调节丝杠相连接，所述的桨叶调节丝杠设在后机架上，通过桨叶调节电机推动桨叶调节丝杠移动实现固定推盘的前后移动，所述的桨叶的前侧面上设有推拉杆，所述的推拉杆的后端经过铰轴与桨叶相铰接，推拉杆的前端经过铰轴与旋转推盘相铰接，所述的旋转推盘前侧面通过轴承与固定推盘转动连接，所述的连接套上均布设有至少三个管道支撑滚动组件，所述的管道支撑滚动组件由支撑杆、支撑轮架和支撑轮组成，所述的支撑杆的内端与连接套相连接，支撑杆的外端与支撑轮架相连接，所述的支撑轮架上设有支撑轮，支撑轮与支撑轮架相铰接实现支撑轮的滚动。

本发明所述的管道支撑滚动组件中设有缓冲组件，所述的缓冲组件由支撑弹簧、支撑套、滚子、斜块、斜块导轨组成，所述的支撑套内设有支撑弹簧，所述的支撑弹簧的内端与支撑套相连接，支撑弹簧的外端与伸进支撑套内的支撑杆相连接，所述的支撑杆穿过连接套上的滑动孔与支撑轮架相连接，所述的支撑套的内端设有滚子，所述的滚子与支撑套相铰接并与斜块上的斜面相接触，所述的斜块的前后方向上设有导向孔，所述的斜块导轨穿过斜块上的导向孔与前机架和后机架相连接，通过滚子接触斜块的斜面，使斜块轴向移动，实现支撑杆的上下缓冲移动，方便越过障碍适应不同直径的管道。

本发明所述的缓冲组件中设有调节弹簧，所述的调节弹簧设在斜块与前机架或后机架之间并套接在斜块导轨上，通过调节弹簧使斜块缓冲移动，进一步增大稳定性。

本发明所述的支撑杆侧面设有滑槽，连接套上的滑动孔内嵌凸块，凸块与滑槽配合滑动，防止支撑杆转动。

本发明所述的前机架中部设有的供桨叶驱动电机输出轴穿过的穿过孔设为锥形，所述的锥形的穿过孔内设有锥形橡胶环，前机架的后侧面设有密封盘，密封盘紧贴在前机架上与前机架相连接，通过密封盘挤压使锥形橡胶环紧贴在孔壁和桨叶驱动电机输出轴上，从而起到密封的作用。

本发明所述的缓冲组件中的斜块的内侧端面上设有与导向孔相连通的条形导向限位孔，所述的斜块导轨上设有导向柱，所述的导向柱伸进条形导向限位孔内使斜块沿着斜块导轨径向移动防止周向旋转。

本发明所述的桨叶设为三个，桨叶架上的桨叶通过推拉杆的拉动后相邻的桨叶侧边重合形成整个圆形桨叶板，可通过流动的液体推动圆形桨叶板使管道机器人移动。

本发明由于所述的前机架的中部外侧设有桨叶驱动电机，所述的驱动电机设在前机架外侧上，桨叶驱动电机的输出轴伸出并穿过前机架中部的穿过孔通过联轴器与传动轴相连接，所述的传动轴的后端伸出后机架上设有的穿过孔与桨叶架相连接，所述的桨叶架上均布设有桨叶，所述的桨叶通过连接轴与桨叶架转动铰接，所述的桨叶与后机架之间设有桨叶驱动装置，所述的桨叶驱动装置由固定推盘、旋转推盘、推拉杆、桨叶调节电机、桨叶调节丝杠组成，所述的固定推盘套接在传动轴上，固定推盘的外侧设有桨叶调节电机，所述的桨叶调节电机的输出轴经密封圈与桨叶调节丝杠相连接，所述的桨叶调节丝杠设在后机架上，通过桨叶调节电机推动桨叶调节丝杠移动实现固定推盘的前后移动，所述的桨叶的前侧面上设有推拉杆，所述的推拉杆的后端经过铰轴与桨叶相铰接，推拉杆的前端经过铰轴与旋转推盘相铰接，所述的旋转推盘前侧面通过轴承与固定推盘转动连接，所述的连接套上均布设有至少三个管道支撑滚动组件，所述的管道支撑滚动组件由支撑杆、支撑轮架、支撑轮组成，所述的支撑杆的内端与连接套相连接，支撑杆的外端与支撑轮架相连接，所述的支撑轮架上设有支撑轮，支撑轮与支撑轮架相铰接实现支撑轮的滚动，所述的管道支撑滚动组件中设有缓冲组件，所述的缓冲组件由支撑弹簧、支撑套、滚子、斜块、斜块导轨组成，所述的支撑套内设有支撑弹簧，所述的支撑弹簧的内端与支撑套相连接，支撑弹簧的外端与伸进支撑套内的支撑杆相连接，所述的支撑杆穿过连接套上的滑动孔与支撑轮架相连接，所述的支撑套的内端设有滚子，所述的滚子与支撑套相铰接并与斜块上的斜面相接触，所述的斜块的前后方向上设有导向孔，所述的斜块导轨穿过斜块上的导向孔与前机架和后机架相连接，通过滚子接触斜块的斜面，使斜块轴向移动，实现支撑杆的上下缓冲移动，方便越过障碍适应不同直径的管道，所述的缓冲组件中设有调节弹簧，所述的调节弹簧设在斜块与前机架或后机架之间并套接在斜块导轨上，通过调节弹簧使斜块缓冲移动，进一步增大稳定性，本发明所述的支撑杆侧面设有滑槽，连接套上的滑动孔内嵌凸块，凸块与滑槽配合滑动，防止支撑杆转动，所述的前机架中部设有的供桨叶驱动电机输出轴穿过的穿过孔设为锥形，所述的锥形的穿过孔内设有锥形橡胶环，前机架的后侧面设有密封盘，密封盘紧贴在前机架上与前机架相连接，通过密封盘挤压使锥形橡胶环紧贴在孔壁和桨叶驱动电机输出轴上，从而起到密封的作用，所述的缓冲组件中的斜块的内侧端面上设有与导向孔相连通的条形导向限位孔，所述的斜块导轨上设有导向柱，所述的导向柱伸进条形导向限位孔内使斜块沿着斜块导轨径向移动防止周向旋转，所述的桨叶设为三个，桨叶架上的桨叶通过推拉杆的拉动后相邻的桨叶侧边重合形成整个圆形桨叶板，可通过流动的液体推动圆形桨叶板使管道机器人移动，具有结构简单、速度可调、可逆流而行、可过弯等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中图1中A部放大图。

图3是本发明中桨叶驱动装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如附图所示，一种基于可调桨叶式混合驱动管道机器人，设有前机架1、后机架2、连接套3，所述的前机架1和后机架2的外侧分别经连接套3套接，其特征在于所述的前机架1的中部外侧设有桨叶驱动电机4，所述的桨叶驱动电机4设在前机架1外侧上，桨叶驱动电机4的输出轴伸出并穿过前机架1中部的穿过孔通过联轴器5与传动轴6相连接，所述的传动轴6的后端伸出后机架2上设有的穿过孔与桨叶架7相连接，所述的桨叶架7上均布设有桨叶23，所述的桨叶23通过连接轴24与桨叶架7转动铰接，所述的桨叶23与后机架2之间设有桨叶驱动装置，所述的桨叶驱动装置由固定推盘8、旋转推盘9、推拉杆10、桨叶调节电机11、桨叶调节丝杠12组成，所述的固定推盘8套接在传动轴6上，固定推盘8的外侧设有桨叶调节电机11，所述的桨叶调节电机11的输出轴经密封圈与桨叶调节丝杠12相连接，所述的桨叶调节丝杠12设在后机架2上，通过桨叶调节电机11推动桨叶调节丝杠12移动实现固定推盘的前后移动，所述的桨叶23的前侧面上设有推拉杆10，所述的推拉杆10的后端经过铰轴与桨叶23相铰接，推拉杆10的前端经过铰轴与旋转推盘9相铰接，所述的旋转推盘9前侧面通过轴承与固定推盘8转动连接，所述的连接套3上均布设有至少三个管道支撑滚动组件，所述的管道支撑滚动组件由支撑杆13、支撑轮架14、支撑轮15组成，所述的支撑杆13的内端与连接套3相连接，支撑杆13的外端与支撑轮架14相连接，所述的支撑轮架14上设有支撑轮15，支撑轮15与支撑轮架14相铰接实现支撑轮15的滚动，所述的管道支撑滚动组件中设有缓冲组件，所述的缓冲组件由支撑弹簧16、支撑套17、滚子18、斜块19、斜块导轨20组成，所述的支撑套17内设有支撑弹簧16，所述的支撑弹簧16的内端与支撑套17相连接，支撑弹簧16的外端与伸进支撑套17内的支撑杆13相连接，所述的支撑杆13穿过连接套3上的滑动孔与支撑轮架14相连接，所述的支撑套17的内端设有滚子18，所述的滚子18与支撑套17相铰接并与斜块19上的斜面相接触，所述的斜块19的前后方向上设有导向孔，所述的斜块导轨20穿过斜块19上的导向孔与前机架1和后机架2相连接，通过滚子18接触斜块19的斜面，使斜块19轴向移动，实现支撑杆13的上下缓冲移动，方便越过障碍适应不同直径的管道，所述的缓冲组件中设有调节弹簧21，所述的调节弹簧21设在斜块19与前机架1或后机架2之间并套接在斜块导轨20上，通过调节弹簧21使斜块19缓冲移动，进一步增大稳定性，所述的支撑杆13侧面设有滑槽26，连接套3上的滑动孔内嵌凸块，凸块与滑槽26配合滑动，防止支撑杆13转动，所述的前机架1中部设有的供桨叶驱动电机4输出轴穿过的穿过孔设为锥形，所述的锥形的穿过孔内设有锥形橡胶环，前机架1的后侧面设有密封盘25，密封盘25紧贴在前机架1上与前机架1相连接，通过密封盘25挤压使锥形橡胶环紧贴在孔壁和桨叶驱动电机4输出轴上，从而起到密封的作用，所述的缓冲组件中的斜块19的内侧端面上设有与导向孔相连通的条形导向限位孔22，所述的斜块导轨20上设有导向柱27，所述的导向柱27伸进条形导向限位孔22内使斜块沿着斜块导轨20径向移动防止周向旋转，所述的桨叶23设为三个，桨叶架7上的桨叶23通过推拉杆10的拉动后相邻的桨叶23侧边重合形成整个圆形桨叶板，可通过流动的液体推动圆形桨叶板使管道机器人移动。

本发明在使用时，以机器人向前运动为例， 三组支撑轮15支撑在管壁上，把管道机器人定位在管道中心。桨叶23的初始状态为三片桨叶23在同一平面上，恰好组成一个圆盘的圆形桨叶板，这时如果管道内的液体处于静止状态时，桨叶调节电机11就会驱动桨叶调节丝杠12，使固定推盘8带动旋转推盘9和推拉杆10向前移动，从而使三片桨叶23转动到一定角度，然后通过桨叶驱动电机4驱动桨叶23转动，为管道机器人提供动力，这时桨叶23作为螺旋桨，为管道机器人主动提供动力。通过调节弹簧21和支撑弹簧16的共同作用，使三组支撑轮15都能很好的支撑到管壁上，如果管道内的液体处于流动状态，这时三片桨叶23转动到同一平面上，成为盘型的圆形桨叶板，并与管道轴线垂直，通过液体推动桨叶23从而驱动管道机器人运动，这种情况为被动驱动，如果管道内的液体流速过大，超出管道机器人要求的运行速度，可控制桨叶调节电机11使桨叶23转动一定角度，实现卸流，此时驱动电机不转动。如果被动驱动达不到管道机器人要求的运动速度，可以控制桨叶调节电机11使桨叶23转动一定角度，然后使桨叶驱动电机4带动桨叶23旋转，从而实现被动驱动和主动驱动的混合驱动，当然可以通过改变桨叶23角度与桨叶驱动电机4调速相结合，实现更大范围的速度调节，本发明由于所述的前机架1的中部外侧设有桨叶驱动电机4，所述的桨叶驱动电机4设在前机架1外侧上，桨叶驱动电机4的输出轴伸出并穿过前机架1中部的穿过孔通过联轴器5与传动轴6相连接，所述的传动轴6的后端伸出后机架2上设有的穿过孔与桨叶架7相连接，所述的桨叶架7上均布设有桨叶23，所述的桨叶23通过连接轴24与桨叶架7转动铰接，所述的桨叶23与后机架2之间设有桨叶驱动装置，所述的桨叶驱动装置由固定推盘8、旋转推盘9、推拉杆10、桨叶调节电机11、桨叶调节丝杠12组成，所述的固定推盘8套接在传动轴6上，固定推盘8的外侧设有桨叶调节电机11，所述的桨叶调节电机11的输出轴经密封圈与桨叶调节丝杠12相连接，所述的桨叶调节丝杠12设在后机架2上，通过桨叶调节电机11推动桨叶调节丝杠12移动实现固定推盘的前后移动，所述的桨叶23的前侧面上设有推拉杆10，所述的推拉杆10的后端经过铰轴与桨叶23相铰接，推拉杆10的前端经过铰轴与旋转推盘9相铰接，所述的旋转推盘9前侧面通过轴承与固定推盘8转动连接，所述的连接套3上均布设有至少三个管道支撑滚动组件，所述的管道支撑滚动组件由支撑杆13、支撑轮架14、支撑轮15组成，所述的支撑杆13的内端与连接套3相连接，支撑杆13的外端与支撑轮架14相连接，所述的支撑轮架14上设有支撑轮15，支撑轮15与支撑轮架14相铰接实现支撑轮15的滚动，所述的管道支撑滚动组件中设有缓冲组件，所述的缓冲组件由支撑弹簧16、支撑套17、滚子18、斜块19、斜块导轨20组成，所述的支撑套17内设有支撑弹簧16，所述的支撑弹簧16的内端与支撑套17相连接，支撑弹簧16的外端与伸进支撑套17内的支撑杆13相连接，所述的支撑杆13穿过连接套3上的滑动孔与支撑轮架14相连接，所述的支撑套17的内端设有滚子18，所述的滚子18与支撑套17相铰接并与斜块19上的斜面相接触，所述的斜块19的前后方向上设有导向孔，所述的斜块导轨20穿过斜块19上的导向孔与前机架1和后机架2相连接，通过滚子18接触斜块19的斜面，使斜块19轴向移动，实现支撑杆13的上下缓冲移动，方便越过障碍适应不同直径的管道，所述的缓冲组件中设有调节弹簧21，所述的调节弹簧21设在斜块19与前机架1或后机架2之间并套接在斜块导轨20上，通过调节弹簧21使斜块19缓冲移动，进一步增大稳定性，所述的支撑杆13侧面设有滑槽26，连接套3上的滑动孔内嵌凸块，凸块与滑槽26配合滑动，防止支撑杆13转动，所述的前机架1中部设有的供桨叶驱动电机4输出轴穿过的穿过孔设为锥形，所述的锥形的穿过孔内设有锥形橡胶环，前机架1的后侧面设有密封盘25，密封盘25紧贴在前机架1上与前机架1相连接，通过密封盘25挤压使锥形橡胶环紧贴在孔壁和桨叶驱动电机4输出轴上，从而起到密封的作用，所述的缓冲组件中的斜块19的内侧端面上设有与导向孔相连通的条形导向限位孔22，所述的斜块导轨20上设有导向柱27，所述的导向柱27伸进条形导向限位孔22内使斜块沿着斜块导轨20径向移动防止周向旋转，所述的桨叶23设为三个，桨叶架7上的桨叶23通过推拉杆10的拉动后相邻的桨叶23侧边重合形成整个圆形桨叶板，可通过流动的液体推动圆形桨叶板使管道机器人移动，具有结构简单、速度可调、可逆流而行、可过弯等优点。

Claims (7)

1.一种基于可调桨叶式混合驱动管道机器人，设有前机架、后机架、连接套，所述的前机架和后机架的外侧分别经连接套套接，其特征在于所述的前机架的中部外侧设有桨叶驱动电机，所述的桨叶驱动电机设在前机架外侧上，桨叶驱动电机的输出轴伸出并穿过前机架中部的穿过孔通过联轴器与传动轴相连接，所述的传动轴的后端伸出后机架上设有的穿过孔与桨叶架相连接，所述的桨叶架上均布设有桨叶，所述的桨叶通过连接轴与桨叶架转动铰接，所述的桨叶与后机架之间设有桨叶驱动装置，所述的桨叶驱动装置由固定推盘、旋转推盘、推拉杆、桨叶调节电机、桨叶调节丝杠组成，所述的固定推盘套接在传动轴上，固定推盘的外侧设有桨叶调节电机，所述的桨叶调节电机的输出轴经密封圈与桨叶调节丝杠相连接，所述的桨叶调节丝杠设在后机架上，通过桨叶调节电机推动桨叶调节丝杠移动实现固定推盘的前后移动，所述的桨叶的前侧面上设有推拉杆，所述的推拉杆的后端经过铰轴与桨叶相铰接，推拉杆的前端经过铰轴与旋转推盘相铰接，所述的旋转推盘前侧面通过轴承与固定推盘转动连接，所述的连接套上均布设有至少三个管道支撑滚动组件，所述的管道支撑滚动组件由支撑杆、支撑轮架和支撑轮组成，所述的支撑杆的内端与连接套相连接，支撑杆的外端与支撑轮架相连接，所述的支撑轮架上设有支撑轮，支撑轮与支撑轮架相铰接实现支撑轮的滚动。

2.根据权利要求1所述的一种基于可调桨叶式混合驱动管道机器人，其特征在于所述的管道支撑滚动组件中设有缓冲组件，所述的缓冲组件由支撑弹簧、支撑套、滚子、斜块、斜块导轨组成，所述的支撑套内设有支撑弹簧，所述的支撑弹簧的内端与支撑套相连接，支撑弹簧的外端与伸进支撑套内的支撑杆相连接，所述的支撑杆穿过连接套上的滑动孔与支撑轮架相连接，所述的支撑套的内端设有滚子，所述的滚子与支撑套相铰接并与斜块上的斜面相接触，所述的斜块的前后方向上设有导向孔，所述的斜块导轨穿过斜块上的导向孔与前机架和后机架相连接，通过滚子接触斜块的斜面，使斜块轴向移动，实现支撑杆的上下缓冲移动。

3.根据权利要求2所述的一种基于可调桨叶式混合驱动管道机器人，其特征在于所述的缓冲组件中设有调节弹簧，所述的调节弹簧设在斜块与前机架或后机架之间并套接在斜块导轨上，通过调节弹簧使斜块缓冲移动。

4.根据权利要求2所述的一种基于可调桨叶式混合驱动管道机器人，其特征在于所述的支撑杆侧面设有滑槽，连接套上的滑动孔内嵌凸块，凸块与滑槽配合滑动，防止支撑杆转动。

5.根据权利要求1所述的一种基于可调桨叶式混合驱动管道机器人，其特征在于所述的前机架中部设有的供桨叶驱动电机输出轴穿过的穿过孔设为锥形，所述的锥形的穿过孔内设有锥形橡胶环，前机架的后侧面设有密封盘，密封盘紧贴在前机架上与前机架相连接，通过密封盘挤压使锥形橡胶环紧贴在孔壁和桨叶驱动电机输出轴上。

6.根据权利要求2所述的一种基于可调桨叶式混合驱动管道机器人，其特征在于所述的缓冲组件中的斜块的内侧端面上设有与导向孔相连通的条形导向限位孔，所述的斜块导轨上设有导向柱，所述的导向柱伸进条形导向限位孔内使斜块沿着斜块导轨轴向移动防止周向旋转。

7.据权利要求1所述的一种基于可调桨叶式混合驱动管道机器人，其特征在于所述的桨叶设为三个，桨叶架上的桨叶通过推拉杆的拉动后相邻的桨叶侧边重合形成整个圆形桨叶板。

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