CN111911745B - 一种蠕动式管道机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蠕动式管道机器人，属于管道机器人技术领域。本发明包括固定壳体、前气囊和后气囊，所述的固定壳体的内部设置有旋转螺套，所述的旋转螺套的内圈设置有螺杆，固定壳体的两侧分别连接有前气囊和后气囊，前气囊和后气囊的外侧面分别设置有端盖，前气囊一侧的端盖上安装有螺杆驱动电机，螺杆驱动电机通过伞齿轮驱动螺杆。本发明可以适应一定范围内的不同管径的管道，使用方便，灵活性好，采用了模块化设计，可以组成串联蠕动式管道机器人，提高推、拽能力，进而提高任务载荷的搭载能力，有效提高了管道检查、维修的便利性。
Description
技术领域
本发明涉及管道机器人技术领域，更具体地说，涉及一种蠕动式管道机器人。
背景技术
管道在经过一段时间的运行后，会发生诸如腐蚀、裂纹、凹陷或变形等损坏，由于管道内空间狭小，需要管道机器人替代人工对管道进行定期检测，并对损坏的管道进行修复，随着不同环境和作业情况的需要，逐渐发展起来多种驱动方式的管道机器人，最基本的有8种：管道猪、轮式、履带式、支撑式、行走式、蠕动式、螺旋式和蛇形式。
如中国专利2007100500568，公开的螺旋驱动的管道机器人，其直流电机轴土安装有驱动轮架，驱动轮架的三条支臂端部分别与沿机体长度方向的驱动轮杆中部饺接，驱动轮杆末端安装有驱动轮，驱动轮的回转轴线与机体轴线的夹角为3～30度，机体中部或前部安装有导向轮架。现有螺旋移动装置是通过驱动安装有驱动轮的驱动架旋转，然后由驱动架带动安装于驱动架边缘的驱动轮沿着管道内壁螺旋行进，产生轴向推动力，使机器人向前直行，这种结构能量损失大，传递运动不可靠。现有气压蠕动式爬行装置，速度较慢，控制系统较为复杂。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供了一种蠕动式管道机器人，本发明采用了气囊柔性结构，可以适应一定范围内的不同管径的管道，使用方便，灵活性好，同时对管道内壁的损伤小，可以有效保护管道内壁，采用了模块化设计，可以组成串联蠕动式管道机器人，提高推、拽能力，进而提高任务载荷的搭载能力，有效提高了管道检查、维修的便利性。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种蠕动式管道机器人，包括固定壳体、前气囊和后气囊，所述的固定壳体的内部设置有旋转螺套和螺套轴承，旋转螺套通过螺套轴承与固定壳体连接，所述的旋转螺套端面处外圆上设置有轮齿，轮齿的外圈啮合有螺套传动齿轮，螺套传动齿轮的输入端设置有螺套驱动电机，所述的旋转螺套的内圈设置有螺杆，旋转螺套的内侧通孔上设有内螺纹，螺杆的外圈设置有外螺纹，旋转螺套与螺杆旋合，所述的螺套驱动电机通过螺套传动齿轮驱动旋转螺套绕螺套轴承轴线旋转，并使得旋转螺套沿着螺杆移动；
所述的固定壳体的两侧分别连接有前气囊和后气囊，前气囊和后气囊的外侧面分别设置有端盖，前气囊一侧的端盖上安装有螺杆驱动电机，所述的螺杆驱动电机的输出端安装有伞齿轮，与之相对的，螺杆的外圈也设置有伞齿轮，伞齿轮相互啮合，螺杆驱动电机通过伞齿轮驱动螺杆。
进一步地，所述的螺杆驱动电机驱动螺杆旋转并向左运动，前气囊受到拉伸，前气囊垂直方向上的尺寸变小，与管壁脱离接触，安装在前气囊上的端盖向左运动，带动前气囊整体向左运动，安装在后气囊上的端盖一并向左运动，同时由于后气囊受到挤压，垂直方向上的尺寸变大，与管壁紧紧接触保持，使得后气囊保持静止，螺杆旋转并向左运动到选定位置后停止，此时螺套驱动电机通过螺套传动齿轮驱动旋转螺套旋转并向左位移，固定壳体与旋转螺套通过螺套轴承连成一体，固定壳体一并向左运动，前气囊受到挤压，整体保持静止，后气囊受到拉伸，垂直方向上的尺寸变小，与管壁脱离接触，整体向左运动。
进一步地，所述的螺套驱动电机、螺杆驱动电机的输入端设置有控制驱动单元，控制驱动单元安装在前气囊内，螺套驱动电机、螺杆驱动电机在控制驱动单元的控制下，交替往复工作。
进一步地，所述的前气囊和后气囊的表面分别设置有模块连接接头、动力及通讯模块。
进一步地，所述的螺杆的两端均设置有螺杆轴承，螺杆通过螺杆轴承与端盖装配。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的一种蠕动式管道机器人，可以插入管道中，通过螺杆和旋转螺套的交替工作，使得前气囊和后气囊交替拉伸和压缩，在管道内部移动，并具有垂直爬升的能力，推动或者拖动工作载荷在管道内完成检查、维修等维护工作，本发明无需气源等设备，完全由内部的机械装置驱动，结构简单，成本低，由于采用了气囊柔性结构，可以适应一定范围内的不同管径的管道，使用方便，灵活性好，同时对管道内壁的损伤小，可以有效保护管道内壁，采用了模块化设计，可以方便的与同型号的蠕动机器人和相匹配的工作载荷并联扩展，组成串联蠕动式管道机器人，提高推、拽能力，进而提高任务载荷的搭载能力，有效提高了管道检查、维修的便利性。
附图说明
图1为本发明的整体结构图。
图中：1、模块连接接头；2、前气囊；3、控制驱动单元；4、固定壳体；5、后气囊；6、端盖；7、动力及通讯模块；8、螺杆轴承；9、旋转螺套；10、螺套轴承；11、螺套传动齿轮；12、螺套驱动电机；13、螺杆驱动电机；14、螺杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：
实施例1
从图1可以看出，本实施例的一种蠕动式管道机器人，包括固定壳体4、前气囊2和后气囊5，固定壳体4的内部设置有旋转螺套9和螺套轴承10，旋转螺套9通过螺套轴承10与固定壳体4连接，旋转螺套9端面处外圆上设置有轮齿，轮齿的外圈啮合有螺套传动齿轮11，螺套传动齿轮11的输入端设置有螺套驱动电机12，旋转螺套9的内圈设置有螺杆14，旋转螺套9的内侧通孔上设有内螺纹，螺杆14的外圈设置有外螺纹，旋转螺套9与螺杆14旋合，螺套驱动电机12通过螺套传动齿轮11驱动旋转螺套9绕螺套轴承10轴线旋转，并使得旋转螺套9沿着螺杆14移动；
固定壳体4的两侧分别连接有前气囊2和后气囊5，前气囊2和后气囊5的外侧面分别设置有端盖6，前气囊2一侧的端盖6上安装有螺杆驱动电机13，螺杆驱动电机13的输出端安装有伞齿轮，与之相对的，螺杆14的外圈也设置有伞齿轮，伞齿轮相互啮合，螺杆驱动电机13通过伞齿轮驱动螺杆14。
螺杆14的两端均设置有螺杆轴承8，螺杆14通过螺杆轴承8与端盖6装配。
螺杆驱动电机13驱动螺杆14旋转并向左运动，前气囊2受到拉伸，前气囊2垂直方向上的尺寸变小，与管壁脱离接触，安装在前气囊2上的端盖6向左运动，带动前气囊2整体向左运动，安装在后气囊5上的端盖6一并向左运动，同时由于后气囊5受到挤压，垂直方向上的尺寸变大，与管壁紧紧接触保持，使得后气囊5保持静止，螺杆14旋转并向左运动到选定位置后停止，此时螺套驱动电机12通过螺套传动齿轮11驱动旋转螺套9旋转并向左位移，固定壳体4与旋转螺套9通过螺套轴承10连成一体，固定壳体4一并向左运动，前气囊2受到挤压，整体保持静止，后气囊5受到拉伸，垂直方向上的尺寸变小，与管壁脱离接触，整体向左运动。
螺套驱动电机12、螺杆驱动电机13的输入端设置有控制驱动单元3，控制驱动单元3控制驱动单元3安装在前气囊2内，螺套驱动电机12、螺杆驱动电机13在控制驱动单元3的控制下，交替往复工作。
前气囊2和后气囊5的表面分别设置有模块连接接头1、动力及通讯模块7，动力及通讯模块7与端盖6连接，用于向安装在前气囊内2的控制驱动单元3输入控制信号和驱动动力。
机器人通过安装在前气囊2和后气囊5上的模块连接接头1、动力及通讯模块7可以与动力源或者任务载荷或者其他机器人相互连接，当与其他机器人连接时，可以组成串联蠕动式管道机器人提高推、拽能力，进而提高任务载荷的搭载能力
本发明的一种蠕动式管道机器人，可以插入管道中，通过螺杆14和旋转螺套9的交替工作，使得前气囊2和后气囊5交替拉伸和压缩，在管道内部移动，并具有垂直爬升的能力，推动或者拖动工作载荷在管道内完成检查、维修等维护工作。
本发明无需气源等设备，完全由内部的机械装置驱动，结构简单，成本低，由于采用了气囊柔性结构，可以适应一定范围内的不同管径的管道，使用方便，灵活性好，同时对管道内壁的损伤小，可以有效保护管道内壁，采用了模块化设计，可以方便的与同型号的蠕动机器人和相匹配的工作载荷并联扩展，组成串联蠕动式管道机器人，提高推、拽能力，进而提高任务载荷的搭载能力，有效提高了管道检查、维修的便利性。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种蠕动式管道机器人，包括固定壳体（4）、前气囊（2）和后气囊（5），其特征在于：所述的固定壳体（4）的内部设置有旋转螺套（9）和螺套轴承（10），旋转螺套（9）通过螺套轴承（10）与固定壳体（4）连接，所述的旋转螺套（9）端面处外圆上设置有轮齿，轮齿的外圈啮合有螺套传动齿轮（11），螺套传动齿轮（11）的输入端设置有螺套驱动电机（12），所述的旋转螺套（9）的内圈设置有螺杆（14），旋转螺套（9）的内侧通孔上设有内螺纹，螺杆（14）的外圈设置有外螺纹，旋转螺套（9）与螺杆（14）旋合，所述的螺套驱动电机（12）通过螺套传动齿轮（11）驱动旋转螺套（9）绕螺套轴承（10）轴线旋转，并使得旋转螺套（9）沿着螺杆（14）移动；
所述的固定壳体（4）的两侧分别连接有前气囊（2）和后气囊（5），前气囊（2）的前侧面、后气囊（5）的后侧面分别设置有端盖（6），所述的螺杆（14）的两端均设置有螺杆轴承（8），螺杆（14）通过螺杆轴承（8）与端盖（6）装配，前气囊（2）一侧的端盖（6）上安装有螺杆驱动电机（13），所述的螺杆驱动电机（13）的输出端安装有伞齿轮，与之相对的，螺杆（14）的外圈也设置有伞齿轮，伞齿轮相互啮合，螺杆驱动电机（13）通过伞齿轮驱动螺杆（14）；
所述的螺杆驱动电机（13）驱动螺杆（14）旋转并向左运动，前气囊（2）受到拉伸，前气囊（2）垂直方向上的尺寸变小，与管壁脱离接触，安装在前气囊（2）上的端盖（6）向左运动，带动前气囊（2）整体向左运动，安装在后气囊（5）上的端盖（6）一并向左运动，同时由于后气囊（5）受到挤压，垂直方向上的尺寸变大，与管壁紧紧接触保持，使得后气囊（5）保持静止，螺杆（14）旋转并向左运动到选定位置后停止，此时螺套驱动电机（12）通过螺套传动齿轮（11）驱动旋转螺套（9）旋转并向左位移，固定壳体（4）与旋转螺套（9）通过螺套轴承（10）连成一体，固定壳体（4）一并向左运动，前气囊（2）受到挤压，整体保持静止，后气囊（5）受到拉伸，垂直方向上的尺寸变小，与管壁脱离接触，整体向左运动。
2.根据权利要求1所述的一种蠕动式管道机器人，其特征在于：所述的螺套驱动电机（12）、螺杆驱动电机（13）的输入端设置有控制驱动单元（3），控制驱动单元（3）安装在前气囊（2）内，螺套驱动电机（12）、螺杆驱动电机（13）在控制驱动单元（3）的控制下，交替往复工作。
3.根据权利要求1所述的一种蠕动式管道机器人，其特征在于：所述的前气囊（2）和后气囊（5）的表面分别设置有模块连接接头（1）、动力及通讯模块（7）。
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