CN110686964A - 一种黄土原位探测管道驱动机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种黄土原位探测管道驱动机器人，属于黄土力学性能探测领域，本发明的管道机器人，通过对轮式管道机器人的结构进行优化，在不影响机器人稳定运行的条件下，设计出一种较为紧凑的机械结构，大大缩短机器人的整体长度。该机器人对黄土孔洞内壁局部缺陷具有良好适应性，能够携带各种各样检测设备在黄土孔洞内自行行走，为检测仪器提供工作平台。

Description

一种黄土原位探测管道驱动机器人
技术领域
本发明属于黄土力学性能探测技术领域，涉及探测驱动装置，具体涉及一种用于黄土原位探测的管道驱动机器人。
背景技术
近年出现了大量的挖山造城、置沟造地、平原造田等重大黄土工程，人为地对黄土高原产生较大扰动，在陕西、山西、甘肃尤为突出，导致滑坡和地裂缝等地质灾害时有发生。因此，如何有效预防人为扰动引起的地质灾害，是一个亟待解决的问题。
采用孔洞方法进行原位探测是当前国内外广泛认可的进行土壤力学行为研究的试验方法，但受其力学性质复杂性和研究手段局限性的限制，目前对其认识还很有限。另外，黄土受其水敏性和湿陷性影响，至今少有进行黄土孔洞原位试验研究的报道。目前进行孔洞内部土壤力学性能原位探测的仪器设备还很少，国际上著名的方法有爱荷华州立大学研发的BST剪切仪和剑桥大学研发的自转旁压仪。这些仪器都是采用拉绳拉动仪器上下运动，结构简单但试验位置的选择存在严重盲目性。现有的孔洞内部土壤性能原位探测技术无法对仪器测试位置精准定位，也无法使得仪器设备在孔洞内自行行走。即使是管道机器人技术，大多数的螺旋管道机器机械结构是通过电机输出端连接前面一个旋转体带动轮子在管道内壁上进行螺旋滚动，在机械结构方面，设计复杂，环节较多，机器人整体较为冗长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于黄土原位探测的管道驱动机器人，主要解决现有的用于黄土原位探测的管道机器人无法精准定位、机器人设计复杂的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种黄土原位探测管道驱动机器人，包括外圈旋转体和内圈保持体，内圈保持体套于外圈旋转体内并与外圈旋转体滚动连接，外圈旋转体和内圈保持体的水平中心轴线重合；
沿着所述的外圈旋转体的外壁设置有爬壁机构，所述的爬壁机构与外圈旋转体的外壁之间弹性连接，用于适应不同的管道管径；
外圈旋转体旋转同时带动爬壁机构行走，内圈保持体保持不动。
进一步，所述的爬壁机构包括多个轮子支撑平台，所述的轮子支撑平台沿着外圈旋转体管壁水平轴向方向设置，并且所有轮子支撑平台绕水平中心轴线对称；
在每个所述的轮子支撑平台上设置有两个轮子支架，每个轮子支架上弹性连接有轮子，其中一个轮子支架及其轮子的轴线与另一个轮子支架及其轮子的轴线重合，并且该轴线与管道的纵向轴线不重合，为管道驱动机器人在旋转时提供水平轴向的驱动力。
进一步，所述的内圈保持体与外圈旋转体滚动连接，包括内圈保持体的外壁以及外圈旋转体的内部之间采用滚珠连接，电机输出轴固连在外圈旋转体上。
更进一步，在所述的内圈保持体一侧设置有内圈盖子，用于管道驱动机器人与外部装置的连接。
本发明同时还提供一种黄土原位探测装置，该黄土原位探测装置包括电源装置、探测装置以及上述的管道驱动机器人，电源装置与探测装置均与管道驱动机器人连接，所述的电源装置为管道驱动机器人提供电源，所述的管道驱动机器人配合探测装置进行原位探测。
进一步，所述的电源装置与探测装置均与管道驱动机器人的内圈盖子连接，电源装置与探测装置及其连接的内圈盖子、内圈保持体均不会发生轴向旋转。
与现有技术相比，本发明的效果在于：
本发明在不影响机器人稳定运行的条件下，设计出一种较为紧凑的机械结构，大大缩短机器人的整体长度，尺寸较小，尤其可用于小管径黄土孔洞检测需要，应用范围广。
本发明的管道检测机器人，结构简单，减少了复杂环节引起的故障，能有效减小对黄土的扰动，试验结果可靠性高。
本发明的机器人对黄土孔洞内壁局部缺陷具有良好适应性，能够携带各种各样检测设备在黄土孔洞内自行行走；同时行走系统半径可调，既适应于不同孔径检测需要，也适应于孔壁局部塌方、湿陷和椭圆化的通过性需要。
附图说明
图1为本发明黄土原位探测的管道机器人结构图。
图2为小型管道驱动机器人的结构分解图。
图3为轮子支撑平台、轮子支架和轮子的分布示意图。
图4为两组轮子支架及其轮子与管道截面的夹角示意图。
图5为小型管道驱动机器人搭配工作装置的示意图。
其中：1-内圈盖子；2-内圈保持体；3-外圈旋转体；4-滚柱；5-轮子支撑平台；6-轮子支架；7-轮子；8-工作装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1：
参见图1-5，本实施例提供了一种黄土原位探测管道驱动机器人，轮式管道机器人必要的结构是旋转体和保持体。本方案通过结构设计，将旋转体、保持体设计在一个结构上，使内圈成为保持器，外圈成为旋转体，电机输出轴固连在外圈上，驱动外圈旋转，省略万向节的连接，这将大大缩短机器人的长度，由于它主要起驱动作用，所以称其为管道驱动机器人。具体如下：
一种黄土原位探测管道驱动机器人，包括外圈旋转体3和内圈保持体2，内圈保持体2套于外圈旋转体3内并与外圈旋转体3滚动连接，外圈旋转体3和内圈保持体2的水平中心轴线重合；沿着所述的外圈旋转体3的外壁设置有爬壁机构，所述的爬壁机构与外圈旋转体3的外壁之间弹性连接，用于适应不同的管道管径，具体的，两个轮子支架之间通过弹簧连接，这样的连接可以使轮子适应不同管径的变化。外圈旋转体3旋转同时带动爬壁机构行走，内圈保持体2保持不动。所述的爬壁机构包括多个轮子支撑平台，所述的轮子支撑平台沿着外圈旋转体管壁水平轴向方向设置，并且所有轮子支撑平台绕水平中心轴线对称；在每个所述的轮子支撑平台上设置有两个轮子支架，每个轮子支架上弹性连接有轮子，其中一个轮子支架及其轮子的轴线与另一个轮子支架及其轮子的轴线重合，并且该轴线与管道的纵向轴线不重合，存在夹角α，为管道驱动机器人在旋转时提供水平轴向的驱动力。如图4所示，是两组轮子支架及其轮子与管道截面的夹角示意图，这个夹角类似于螺母绕螺柱旋转运动的升角，这个升角的存在可以使驱动机器人在旋转时拥有轴向的驱动力。
进一步，所述的内圈保持体与外圈旋转体3滚动连接，包括内圈保持体2的外壁以及外圈旋转体3的内部之间采用滚柱4连接，电机输出轴固连在外圈旋转体3上。在所述的内圈保持体2一侧设置有内圈盖子1，用于管道驱动机器人与外部的工作装置的连接。通过上述的结构设计，小型管道驱动机器人不仅仅可以实现小型管道内的驱动运动，同时也大大缩短了驱动机器人的长度，使结构更为紧凑。
在本发明所述的黄土原位探测管道驱动机器人上，可连接工作装置8，成为黄土原位探测装置，工作装置例如包括电源装置、探测装置或者其他工作装置，电源装置与探测装置均与管道驱动机器人连接，所述的电源装置为管道驱动机器人提供电源，所述的管道驱动机器人配合探测装置进行原位探测。工作装置8与管道驱动机器人的内圈盖子1连接，工作装置8及其连接的内圈盖子1、内圈保持体2均不会发生轴向旋转。工作装置8与管道内壁接触的轮子的轴向与管道轴向相垂直，这样使得工作装置及其连接的驱动机器人的盖子和内圈都不会发生轴向旋转。在这种条件约束下，小型管道驱动机器人的内圈和盖子变成了保持体，而外圈就成为了旋转体，而电源同过电线通过保持体接到管道外部电源上。
上文具体实施方式和实例仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下，在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。

Claims (6)

1.一种黄土原位探测管道驱动机器人，其特征在于，包括外圈旋转体(3)和内圈保持体(2)，内圈保持体(2)套于外圈旋转体(3)内并与外圈旋转体(3)滚动连接，外圈旋转体(3)和内圈保持体(2)的水平中心轴线重合；
沿着所述的外圈旋转体(3)的外壁设置有爬壁机构，所述的爬壁机构与外圈旋转体(3)的外壁之间弹性连接，用于适应不同的管道管径；
外圈旋转体(3)旋转同时带动爬壁机构行走，内圈保持体(2)保持不动。
2.如权利要求1所述的黄土原位探测管道驱动机器人，其特征在于，所述的爬壁机构包括多个轮子支撑平台(5)，所述的轮子支撑平台(5)沿着外圈旋转体(3)管壁水平轴向方向设置，并且所有轮子支撑平台(5)绕水平中心轴线对称；
在每个所述的轮子支撑平台(5)上设置有两个轮子支架(6)，每个轮子支架(6)上弹性连接有轮子(7)，其中一个轮子支架(6)及其轮子的轴线与另一个轮子支架(6)及其轮子的轴线重合，并且该轴线与管道的纵向轴线不重合，为管道驱动机器人在旋转时提供水平轴向的驱动力。
3.如权利要求1所述的黄土原位探测管道驱动机器人，其特征在于，所述的内圈保持体(2)与外圈旋转体(3)滚动连接，包括内圈保持体(2)的外壁以及外圈旋转体(3)的内部之间采用滚柱(4)连接，电机输出轴固连在外圈旋转体(3)上。
4.如权利要求1所述的黄土原位探测管道驱动机器人，其特征在于，在所述的内圈保持体(2)一侧设置有内圈盖子(1)，用于管道驱动机器人与外部的工作装置的连接。
5.一种黄土原位探测装置，其特征在于，该黄土原位探测装置包括电源装置、探测装置以及权利要求4所述的管道驱动机器人，电源装置与探测装置均与管道驱动机器人连接，所述的电源装置为管道驱动机器人提供电源，所述的管道驱动机器人配合探测装置进行原位探测。
6.如权利要求5所述的黄土原位探测装置，其特征在于，所述的电源装置与探测装置均与管道驱动机器人的内圈盖子(1)连接，电源装置与探测装置及其连接的内圈盖子(1)、内圈保持体(2)均不会发生轴向旋转。
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