CN111271543B - 一种可变径管道机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变径管道机器人，包括机身主体，机身主体通过支撑机构与移动机构连接，支撑机构的底部与主动调径机构铰接连接，主动调径机构通过丝杆和光杆安装于机身主体上，支撑机构的顶部与移动机构铰接连接，主动调径机构通过调径伺服电机调整支撑机构的角度，进而实现移动机构的伸展收缩调整，机身主体上设置有用于驱动移动机构行走的驱动机构。本发明通过小孔径检测孔进入不同管径的管道内进行作业，适用范围广泛；采用异形齿轮的传动机构，使得管道机器人机体结构紧凑；通过主动调径机构保证移动机构履带与作业管道的支撑力，能够完成管道检测、清理、维护作业中稳定拖拽行走功能。

Description

一种可变径管道机器人
技术领域
本发明属于管道机器人技术领域，具体涉及一种可变径管道机器人。
背景技术
随着工业经济的发展，管道在工业生产和物料输送得到了广泛的应用。一些管道的工作环境恶劣，为了保证管道的安全使用，需要定期对管道内部进行缺陷检测、异物清理、焊口防腐等维护作业。由于管道长度较长且封闭，预留检测孔往往较小，采用人工检测效率低、清理困难、盲区多。管道机器人在操作人员的远程操纵下，通过携带检测和作业装置，可在复杂结构管道内进行高效的检测、清理、维护作业。
管道机器人需要通过小检测孔进入孔径多变的复杂机构管道内，拖拽一种或多种作业组件进行工作。目前管道机器人往往只针对特定直径管道进行施工，无法适应直径多变的复杂管道环境。并且，目前管道机器人多采用轮式驱动，造成设备拖拽能力差、体积庞大、复杂环境适应性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种可变径管道机器人，可适应不同直径管道并具备稳定强力拖拽行走能力。
本发明采用以下技术方案：
一种可变径管道机器人，包括机身主体，机身主体通过支撑机构与移动机构连接，支撑机构的底部与主动调径机构铰接连接，主动调径机构通过丝杆和光杆安装于机身主体上，支撑机构的顶部与移动机构铰接连接，主动调径机构通过调径伺服电机调整支撑机构的角度，进而实现移动机构的伸展收缩调整，机身主体上设置有用于驱动移动机构行走的驱动机构。
具体的，驱动机构包括伺服电机，伺服电机的输出轴经联轴器与蜗杆驱动轴连接，蜗杆驱动轴与蜗杆角接触轴承转动连接，蜗杆驱动轴上设置有蜗杆，蜗杆的端部设置有轴承法兰，蜗杆上间隔设置有蜗轮，蜗轮通过蜗轮轴承与蜗轮轴连接。
进一步的，机身主体包括前主体和后主体，伺服电机设置在后主体上，蜗轮轴和轴承法兰设置在前主体上。
具体的，主动调径机构包括调径伺服电机，调径伺服电机安装在电机安装架上，调径伺服电机与机身主体通过皮带传动连接，丝杆设置在调径带轮上；与光杆上滑动设置的滑动环配合连接。
进一步的，滑动环与支撑机构上设置的伸展推杆铰接连接，伸展推杆上设置有弹簧。
具体的，支撑机构包括前支撑杆和后支撑杆，前支撑杆的一端与机身主体的前主体铰接连接，另一端与移动机构铰接连接；后支撑杆的一端与机身主体的后主体铰接连接，另一端与移动机构铰接连接，后支撑杆上设置有用于连接主动调径机构的伸展推杆。
具体的，移动机构包括连接板，连接板的一端设置有履带驱动轴，另一端设置有履带从动轴，履带驱动轴的两端分别与履带驱动带轮和支撑机构的前支撑杆连接，履带从动轴的两端分别与履带从动带轮和支撑机构的后支撑杆连接，履带驱动带轮和履带从动带轮上啮合连接有履带。
进一步的，连接板上设置有张紧轮和履带挡板，张紧轮用于张紧履带，履带挡板用于对履带进行限位。
进一步的，履带驱动轴上设置有异形齿轮，并与驱动机构上设置的蜗轮外啮合，用于实现驱动机构与移动机构的啮合传动。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种可变径管道机器人，主动调径机构通过调径伺服电机调整支撑机构的角度，进而实现移动机构的伸展收缩调整，大大提高了机器人对不同直径管道的适应能力。并且调径机构简单紧凑，使得机器人可通过小检测孔进入到管道内部作业，通过主动调径机构的调整，保持移动机构履带与管道间的支撑力，能够实现稳定强力的拖拽行走功能。
进一步的，主动调径机构通过调径伺服电机带动滑动环运动，调整支撑机构前支撑杆和后支撑杆角度，实现移动机构的伸展收缩调整。
进一步的，移动机构履带组件增加张紧轮和挡板，避免了履带在工作过程中脱离同步带轮而产生故障。
进一步的，驱动机构伺服电机安装于机身主体内部，可以保证机器人小体积的前提下提供较大的功率输出。
进一步的，支撑机构采用弹簧，一方面减小了机器人的支撑力需求，另一方面增加了机器人移动的稳定性。
进一步的，驱动机构与移动机构通过异形齿轮啮合传动，简化传动过程，缩减了机器人体积。
综上所述，本发明通过小孔径检测孔进入不同管径的管道内进行作业，适用范围广泛；采用异形齿轮的传动机构，使得管道机器人机体结构紧凑；通过主动调径机构保证移动机构履带与作业管道的支撑力，能够完成管道检测、清理、维护作业中稳定拖拽行走功能。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明机身主体结构示意图；
图3为本发明驱动机构整体结构示意图；
图4为本发明主动调径整体结构示意图；
图5为本发明支撑机构整体结构示意图；
图6为本发明移动机构整体结构示意图。
其中：1.机身主体；2.驱动机构；3.主动调径机构；4.支撑机构；5.移动机构；11.前主体；12.后主体；21.伺服电机；22.联轴器；23.蜗杆驱动轴；24.蜗杆；25.蜗杆角接触轴承；26.轴承法兰盖；27.蜗轮；28.蜗轮轴；29.蜗轮轴承；31.调径伺服电机；32.电机安装架；33.调径带轮；34.皮带；35.丝杠；36.光杆；37.滑动环；41.前支撑杆；42.后支撑杆；43.伸展推杆；44.弹簧；51.异形齿轮；52.履带驱动轴；53.履带驱动带轮；54.履带从动轴；55.履带从动带轮；56.连接板；57.履带；58.张紧轮；59.履带挡板。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1，本发明一种可变径管道机器人，包括机身主体1、驱动机构2、主动调径机构3、支撑机构4和移动机构5。
驱动机构2安装于机身主体1上，用于驱动移动机构5行走，主动调径机构3通过丝杆35和光杆36安装于机身主体1上，支撑机构4的底部与主动调径机构3铰接连接，支撑机构4的顶部与移动机构5铰接连接，主动调径机3通过调径伺服电机31调整支撑机构4的角度，进而实现移动机构5的伸展收缩调整。
请参阅图2，机身主体1包括前主体11和后主体12，前主体11通过螺钉与后主体12连接，每个前主体11上间隔设置有三个用于安装支撑机构4的卡槽。
请参阅图3，驱动机构2包括伺服电机21、联轴器22、蜗杆驱动轴23、蜗杆24、蜗杆角接触轴承25、轴承法兰盖26、蜗轮27、蜗轮轴28、蜗轮轴承29。
伺服电机21安装于后主体12上，联轴器22的一端安装在伺服电机21的输出轴上，另一端与蜗杆驱动轴23连接，蜗杆驱动轴23与蜗杆角接触轴承25转动连接，蜗杆24安装在蜗杆驱动轴23上，轴承法兰26安装在前主体11上，支撑蜗杆驱动轴23，蜗轮27与蜗轮轴承29转动连接，蜗轮轴承29安装于蜗轮轴28上，蜗轮轴28安装在前主体11上。
请参阅图4，主动调径机构3包括调径伺服电机31、电机安装架32、调径带轮33、皮带34、丝杆35、光杆36、滑动环37。
调径伺服电机31安装在电机安装架32上，一组调径带轮33分别安装在调径伺服电机31上和后主体12上，并通过皮带34传动；丝杆35安装在调径带轮33上；光杆36安装在后主体12上；滑动环37滑动安装在光杆26上，并和丝杆25配合。
优选地，主动调径机构3通过调径伺服电机31带动滑动环37运动，调整支撑机构4的前支撑杆41和后支撑杆42角度，实现移动机构5的伸展收缩调整。大大提高了机器人对不同直径管道的适应能力。
请参阅图5，支撑机构4包括前支撑杆41、后支撑杆42、伸展推杆43和弹簧44。
前支撑杆41的一端铰接安装于前主体11上，另一端与移动机构5铰接连接；后支撑杆42的一端与后主体12铰接连接，另一端与移动机构5铰接连接；伸展推杆43的一端与滑动环37铰接连接，另一端滑动安装于后支撑杆42上；弹簧44安装在伸展推杆43上。
采用弹簧44一方面减小了机器人的支撑力需求，另一方面增加了机器人移动的稳定性。
请参阅图6，移动机构5包括异形齿轮51、履带驱动轴52、履带驱动带轮53、履带从动轴54、履带从动带轮55、连接板56、履带57、张紧轮58和履带挡板59。
异形齿轮51与蜗轮27外啮合，安装于履带驱动轴52上；履带驱动轴52的两端分别安装前支撑杆41和履带驱动带轮53，并固定于连接板56上；履带从动轴54的两端分别安装后支撑杆42和履带从动带轮55，并固定于连接板56上；履带57啮合安装在履带驱动带轮53和履带从动带轮55上；张紧轮58旋转安装于连接板56上，用于张紧履带57；履带挡板59安装在连接板56上，对履带57限位。
优选地，机器人驱动机构2与移动机构5通过异形齿轮51啮合传动，简化传动过程，缩减了机器人体积。
机器人移动机构5履带组件增加张紧轮58和挡板59，避免了履带57在工作过程中脱离同步带轮而产生故障。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种可变径管道机器人的使用过程如下：
关闭调径伺服电机31，弹簧44带动伸展推杆43伸展运动，前支撑杆41和后支撑杆42随之减小支撑角度，管道机器人处于收缩状态；
将缩小的管道机器人通过检测孔放入管道内；
启动调径伺服电机31，通过调径带轮33和皮带34带动丝杆35旋转，与之配合的滑动环37沿光杆26移动，通过伸展推杆43带动前支撑杆41和后支撑杆42增大支撑角度至移动机构5履带57与管壁贴紧；
启动伺服电机21通过蜗杆驱动轴23带动蜗杆24旋转，经蜗杆24、蜗轮27、异形齿轮51啮合传动，带动履带驱动带轮53旋转，实现履带57移动，驱动管道机器人在管道中行驶；
当遇到管道直径变化的环境，可以通过调径伺服电机31调整前支撑杆41和后支撑杆42支撑角度调节管道机器人的直径。
综上所述，本发明一种可变径管道机器人大大增强了管道机器人对直径多变的复杂管道环境的适应性；采用拥有张紧轮的履带移动机构，增加了管道机器人的拖拽力。采用异形齿轮与蜗轮的啮合传动方式，简化了传动，缩小了管道机器人的体积。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可变径管道机器人，其特征在于，包括机身主体(1)，机身主体(1)包括前主体(11)和后主体(12)，伺服电机(21)设置在后主体(12)上，蜗轮轴(28)和轴承法兰(26)设置在前主体(11)上，机身主体(1)通过支撑机构(4)与移动机构(5)连接，支撑机构(4)的底部与主动调径机构(3)铰接连接，主动调径机构(3)通过丝杆(35)和光杆(36)安装于机身主体(1)上，支撑机构(4)的顶部与移动机构(5)铰接连接，主动调径机构(3)通过调径伺服电机(31)调整支撑机构(4)的角度，进而实现移动机构(5)的伸展收缩调整，机身主体(1)上设置有用于驱动移动机构(5)行走的驱动机构(2)，主动调径机构(3)包括调径伺服电机(31)，调径伺服电机(31)安装在电机安装架(32)上，调径伺服电机(31)与机身主体(1)通过皮带(34)传动连接，丝杆(35)设置在调径带轮(33)上；与光杆(36)上滑动设置的滑动环(37)配合连接，支撑机构(4)包括前支撑杆(41)和后支撑杆(42)，前支撑杆(41)的一端与机身主体(1)的前主体(11)铰接连接，另一端与移动机构(5)铰接连接；后支撑杆(42)的一端与机身主体(1)的后主体(12)铰接连接，另一端与移动机构(5)铰接连接，后支撑杆(42)上设置有用于连接主动调径机构(3)的伸展推杆(43)；
驱动机构(2)包括伺服电机(21)，伺服电机(21)的输出轴经联轴器(22)与蜗杆驱动轴(23)连接，蜗杆驱动轴(23)与蜗杆角接触轴承(25)转动连接，蜗杆驱动轴(23)上设置有蜗杆(24)，蜗杆(24)的端部设置有轴承法兰(26)，蜗杆(24)上间隔设置有蜗轮(27)，蜗轮(27)通过蜗轮轴承(29)与蜗轮轴(28)连接；
移动机构(5)包括连接板(56)，连接板(56)的一端设置有履带驱动轴(52)，另一端设置有履带从动轴(54)，履带驱动轴(52)的两端分别与履带驱动带轮(53)和支撑机构(4)的前支撑杆(41)连接，履带从动轴(54)的两端分别与履带从动带轮(55)和支撑机构(4)的后支撑杆(42)连接，履带驱动带轮(53)和履带从动带轮(55)上啮合连接有履带(57)。
2.根据权利要求1所述的可变径管道机器人，其特征在于，滑动环(37)与支撑机构(4)上设置的伸展推杆(43)铰接连接，伸展推杆(43)上设置有弹簧(44)。
3.根据权利要求1所述的可变径管道机器人，其特征在于，连接板(56)上设置有张紧轮(58)和履带挡板(59)，张紧轮(58)用于张紧履带(57)，履带挡板(59)用于对履带(57)进行限位。
4.根据权利要求1所述的可变径管道机器人，其特征在于，履带驱动轴(52)上设置有异形齿轮(51)，并与驱动机构(2)上设置的蜗轮(27)外啮合，用于实现驱动机构(2)与移动机构(5)的啮合传动。
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