CN112082041B - 一种自适应变径管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应变径管道机器人，包括机身主体；机身主体的底部两侧铰接连接有移动组件；机身主体的底部设置用来调节两侧移动组件之间角度的调径组件；调径组件包括调径电机、调径蜗杆以及两个呈扇形结构的调径蜗轮；调径电机固定设置在机身主体底部，调径电机的转轴向下与调径蜗杆进行同轴固定连接，两个调径蜗轮对称啮合在调径蜗杆的两侧；调径蜗轮的端部分别与相应的移动组件相连；机身主体的顶部设置可调高度的顶升轮组件。本发明中设置有调径组件和顶升轮组件，调调径组件能够调节两侧移动组件之间的夹角，顶升轮组件能够调节顶升轮的高度，因此能够适应于不同管径的管道以及变径管道。

Description

一种自适应变径管道机器人

技术领域

本发明属于管道机器人技术领域，具体涉及一种自适应变径管道机器人。

背景技术

管道机器人，是可沿着管道内部或外部自动行走，还能携带传感器完成管道内外作业的机电一体化系统，由行走机构、信号传递、动力传输系统、内部识别检测系统、控制系统等组成。

其中，较为常用的管道机器人为双履带式管内机器人，其履带采用刚性支承结构，这种刚性支承的履带在行走过程中会使两个履带之间的夹角无法改变，因此只适用于管径没有变化的普通作业场合。

然而，在船舶、海工船舶、海洋平台、石油石化等行业中有着众多的管路，这些管路的管径变化多端。

因此，现有的只适用于管径没有变化的管道中的管道机器人难以满足在这种复杂管路中进行各种工作。

因此，亟需设计一种自适应变径管道机器人。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种自适应变径管道机器人。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自适应变径管道机器人，包括机身主体；

所述机身主体的底部两侧铰接连接有移动组件；

所述机身主体的底部设置用来调节两侧移动组件之间角度的调径组件；所述调径组件包括调径电机、调径蜗杆以及两个呈扇形结构的调径蜗轮；所述调径电机固定设置在机身主体底部，所述调径电机的转轴向下与调径蜗杆进行同轴固定连接，两个调径蜗轮对称啮合在调径蜗杆的两侧；所述调径蜗轮的端部分别与相应的移动组件相连；

所述机身主体的顶部设置可调高度的顶升轮组件。

优选的，所述移动组件包括两块平行设置的履带架板；

两块履带架板的上部之间设置有主链轮，所述主链轮通过链轮轴与履带架板进行转动连接；所述主链轮的链轮轴端部与驱动电机的转轴进行同轴固定连接；所述驱动电机的外壳通过电机座固定设置在内侧的履带架板外端面上；

两块履带架板的下部之间沿长度方向设置四个从链轮，所述从链轮的两端通过链轮轴与履带架板相连；

所述主链轮、从链轮的外部啮合有履带；

两个移动组件中位于内侧的履带架板与机身主体进行铰接连接。

优选的，所述履带的履带足底部镶嵌有磁铁。

优选的，所述履带的履带足底部镶嵌有橡胶。

优选的，与电机座相连的履带架板中远离电机座的一端设置支架；位于同一个履带架板上的电机座、支架上设置有同轴的第一铰接孔；

所述机身主体的底部两侧对称设置铰接座，每侧的铰接座共设置两个；位于同一侧的铰接座上设置有同轴的第二铰接孔；

位于同一侧的对齐的第一铰接孔、第二铰接孔内设置有铰接轴；

所述调径蜗轮的中心轴线与相应侧铰接轴的中心轴线共线。

优选的，所述顶升轮组件包括顶轮座、电动推杆、联动臂组件、顶轮；所述顶轮座与机身主体的顶部固定连接；

所述电动推杆设置在顶轮座一侧，所述电动推杆的外壳两端与顶轮座进行铰接连接；

所述联动臂组件包括第一摆臂、第二摆臂、第三摆臂；

所述第一摆臂的底端与顶轮座进行铰接连接，所述第一摆臂的顶端与第三摆臂的一端进行铰接连接，所述第三摆臂的另一端中部铰接连接有顶轮；

所述第二摆臂的底端与顶轮座进行铰接连接，所述第二摆臂的顶端与第三摆臂进行铰接连接；所述第二摆臂与第三摆臂的铰接位置位于第一摆臂与第三摆臂的铰接位置、顶轮与第三摆臂的铰接位置之间；

所述电动推杆的推杆端部与第一摆臂的下部进行铰接连接。

优选的，所述顶升轮组件上设置有用来检测顶轮所受压力的压力传感器。

优选的，所述机身主体的前端设置有云台摄像头。

优选的，位于履带架板下部其中一端的从链轮通过链轮轴与相应的履带架板进行转动连接；

位于履带架板下部其中另一端的从链轮为涨紧链轮；所述涨紧链轮与履带涨紧组件相连；

所述涨紧链轮的链轮轴两端分别与连接块进行转动连接，两块连接块的一端均与涨紧座进行固定连接；两块连接块中背对的一侧设置滑块；所述履带架板上设置有与相应滑块沿履带前进方向进行滑动配合的滑动孔；

所述履带涨紧组件包括固定设置在履带架板上的涨紧弹簧座，所述涨紧弹簧座与相应的涨紧座之间设置压缩弹簧。

优选的，所述移动组件中两块履带架板之间设置减震组件；

所述减震组件包括上下分布的减震弹簧座、减震架；

所述减震弹簧座固定设置在移动组件中两块履带架板之间；

所述减震架包括两个对称的双轮架，所述双轮架的两端设置轴套；所述双轮架两端的轴套分别与中间两个从链轮的链轮轴进行转动连接；两个双轮架的上部固定设置减震座；

上下对应的减震弹簧座与减震座之间设置若干减震弹簧；

所述履带架板上设置有供轴套上下活动的减震孔。

本发明的有益效果是：

(1)本发明自适应变径管道机器人中设置有调径组件和顶升轮组件，调调径组件能够调节两侧移动组件之间的夹角，顶升轮组件能够调节顶升轮的高度，因此能够适应于不同管径的管道以及变径管道。

(2)本发明自适应变径管道机器人既可以在圆管中工作，也可以在方管中工作，当在方管中工作时，通过调径组件将两个移动组件之间的夹角调整为零，两履带的工作面处在同一平面内；因此本发明还可以应用于空调管道、通风管道等各种方形管道。

(3)本发明自适应变径管道机器人中涨紧弹簧座、压缩弹簧、涨紧链轮的设置以及连接块与履带架板之间的滑动配合设置，能够保证履带与链轮之间的紧密贴合，降低传动震动和防止履带脱落。

(4)本发明自适应变径管道机器人中减震组件的设置，在行走转弯和变径时能保证履带25与管壁的良好接触和降低震动。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明自适应变径管道机器人的结构示意立体图一；

图2是图1中A的局部放大图；

图3是本发明自适应变径管道机器人的结构示意立体图二；

图4是本发明自适应变径管道机器人的结构示意立体图三；

图5是图4中B的局部放大图；

图6是图4中C的局部放大图；

图7是本发明自适应变径管道机器人的结构示意左视图；

图8是本发明自适应变径管道机器人的结构示意后视图；

图9是图8中D的局部放大图；

图10是本发明中顶升轮组件的结构示意立体图；

图11是本发明中履带足的结构示意立体图；

其中，

1-机身主体，11-铰接座，12-云台摄像头；

2-移动组件，21-履带架板，211-支架，212-滑动孔，213-减震孔，22-主链轮，23-从链轮，24-驱动电机，241-电机座，25-履带，251-履带足，252-磁铁，253-橡胶，26-铰接轴，27-涨紧链轮，271-连接块，272-涨紧座，273-滑块；

3-调径组件，31-调径电机，32-调径蜗杆，33-调径蜗轮；

4-顶升轮组件，41-顶轮座，42-电动推杆，43-顶轮，44-第一摆臂，45-第二摆臂，46-第三摆臂；

5-涨紧弹簧座，51-压缩弹簧；

6-减震弹簧座，61-减震弹簧，62-双轮架，621-轴套，63-减震座。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“底”、“顶”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，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图3、图4、图7-9所示，一种自适应变径管道机器人，包括机身主体1；

所述机身主体1的底部两侧铰接连接有移动组件2；

所述机身主体1的底部设置用来调节两侧移动组件2之间角度的调径组件3；所述调径组件3包括调径电机31、调径蜗杆32以及两个呈扇形结构的调径蜗轮33；所述调径电机31固定设置在机身主体1底部，所述调径电机31的转轴向下与调径蜗杆32进行同轴固定连接，两个调径蜗轮33对称啮合在调径蜗杆32的两侧；所述调径蜗轮33的端部分别与相应的移动组件2相连；调径电机31带动调径蜗杆32转动，转动的调径蜗杆32驱动两侧的调径蜗轮33转动，调径蜗轮33转动的同时带动相应侧的移动组件2转动，实现两侧移动组件2之间夹角的调整，适应当前管径；

所述机身主体1的顶部设置可调高度的顶升轮组件4。

优选的，所述移动组件2包括两块平行设置的履带架板21；

如图3-5所示，两块履带架板21的上部之间设置有主链轮22，所述主链轮22通过链轮轴与履带架板21进行转动连接；所述主链轮22的链轮轴端部与驱动电机24的转轴进行同轴固定连接；所述驱动电机24的外壳通过电机座241固定设置在内侧的履带架板21外端面上；

两块履带架板21的下部之间沿长度方向设置四个从链轮23，所述从链轮23的两端通过链轮轴与履带架板21相连；

所述主链轮22、从链轮23的外部啮合有履带25；

两个移动组件中位于内侧的履带架板21与机身主体1进行铰接连接。

优选的，如图11所示，所述履带25的履带足251底部镶嵌有磁铁252，镶嵌磁铁252增加与管壁之间的压力。

优选的，如图11所示，所述履带25的履带足251底部镶嵌有橡胶253，提高摩擦力。

优选的，如图3所示，与电机座241相连的履带架板21中远离电机座241的一端设置支架211；位于同一个履带架板21上的电机座241、支架211上设置有同轴的第一铰接孔；

所述机身主体1的底部两侧对称设置铰接座11，每侧的铰接座11共设置两个；位于同一侧的铰接座11上设置有同轴的第二铰接孔；

如图8-9所示，位于同一侧的对齐的第一铰接孔、第二铰接孔内设置有铰接轴26；

即位于同一侧的电机座241、支架211、机身主体1上的两个铰接座11之间通过铰接轴进行铰接连接，从而实现移动组件与机身主体1之间的铰接连接。

所述调径蜗轮33的中心轴线与相应侧铰接轴26的中心轴线共线；

具体地，所述调径蜗轮33与移动组件2中的电机座241相连。

优选的，如图10所示，所述顶升轮组件4包括顶轮座41、电动推杆42、联动臂组件、顶轮43；所述顶轮座41与机身主体1的顶部固定连接；

所述电动推杆42设置在顶轮座41一侧，所述电动推杆42的外壳两端与顶轮座41进行铰接连接；

所述联动臂组件包括第一摆臂44、第二摆臂45、第三摆臂46；

所述第一摆臂44的底端与顶轮座41进行铰接连接，所述第一摆臂44的顶端与第三摆臂46的一端进行铰接连接，所述第三摆臂46的另一端中部铰接连接有顶轮43；

所述第二摆臂45的底端与顶轮座41进行铰接连接，所述第二摆臂45的顶端与第三摆臂46进行铰接连接；所述第二摆臂45与第三摆臂46的铰接位置位于第一摆臂44与第三摆臂46的铰接位置、顶轮43与第三摆臂的铰接位置之间；

所述电动推杆42的推杆端部与第一摆臂44的下部进行铰接连接。

本申请联动臂组件、电动推杆42的设置，通过电动推杆42的伸出及缩回，能够实现顶轮43的上升和下降，从而使顶轮43顶在不同管径内壁面上。

优选的，所述顶升轮组件4上设置有用来检测顶轮43所受压力的压力传感器；当顶轮43升起顶在管壁上时，顶轮43与管壁之间的压力通过压力传感器进行检测，当压力达到设定范围时电动推杆42停止工作，当压力超过设定值时电动推杆42会反向运动将顶轮43压力调整到设定范围。

优选的，所述机身主体1的前端设置有云台摄像头12，用来实时监控管内情况。

优选的，位于履带架板21下部其中一端的从链轮23通过链轮轴与相应的履带架板21进行转动连接；

如图4-5所示，位于履带架板21下部其中另一端的从链轮为涨紧链轮27；所述涨紧链轮27与履带涨紧组件相连；

所述涨紧链轮27的链轮轴两端分别与连接块271进行转动连接，两块连接块271的一端均与涨紧座272进行固定连接；两块连接块271中背对的一侧设置滑块273，如图2所示，所述履带架板21上设置有与相应滑块273沿履带25前进方向进行滑动配合的滑动孔212；

所述履带涨紧组件包括固定设置在履带架板21上的涨紧弹簧座5，所述涨紧弹簧座5与相应的涨紧座272之间设置压缩弹簧51。

本申请中涨紧弹簧座5、压缩弹簧51、涨紧链轮27的设置以及连接块271与履带架板21之间的滑动配合设置，能够保证履带25与链轮之间的紧密贴合，降低传动震动和防止履带25脱落。

优选的，所述移动组件2中两块履带架板21之间设置减震组件；

所述减震组件包括上下分布的减震弹簧座6、减震架；

如图4、图6所示，所述减震弹簧座6固定设置在移动组件2中两块履带架板21之间；

所述减震架包括两个对称的双轮架62，所述双轮架62的两端设置轴套621；所述双轮架62两端的轴套621分别与中间两个从链轮23的链轮轴进行转动连接；两个双轮架62的上部固定设置减震座63；

上下对应的减震弹簧座6与减震座63之间设置若干减震弹簧61；

如图2所示，所述履带架板21上设置有供轴套621上下活动的减震孔213。

本申请中减震组件的设置，在行走转弯和变径时能保证履带25与管壁的良好接触和降低震动。

一种自适应变径管道机器人，其具体实施方式如下：

本申请机器人既可以在圆管中工作，也可以在方管中工作，当在方管中工作时，通过调径组件3将两个移动组件2之间的夹角调整为零，两履带25的工作面处在同一平面内。

工作时，电动推杆42伸出，通过联动臂组件使顶轮43上升顶在管壁上；当顶轮43升起顶在管壁上时，顶轮43与管壁之间的压力通过压力传感器进行检测，当压力达到设定范围时电动推杆42停止工作，当压力超过设定值时电动推杆42会反向运动将顶轮43压力调整到设定范围；

在顶轮43顶起的过程中，调径电机31带动调径蜗杆32转动，转动的调径蜗杆32驱动两侧的调径蜗轮33转动，调径蜗轮33转动的同时带动相应侧的移动组件2绕铰接轴26转动，实现两侧移动组件2之间夹角的调整，适应当前管径。当管径发生变化时会重复以上步骤对顶轮43和移动组件2进行调整。

安装在履带架板21上的减震组件，在行走转弯和变径时能保证履带25与管壁的良好接触和降低震动。本申请中涨紧弹簧座5、压缩弹簧51、涨紧链轮27的设置以及连接块271与履带架板21之间的滑动配合设置，能够保证履带25与链轮之间的紧密贴合，降低传动震动和防止履带25脱落。

同时，本申请中机身主体1的上部可以安装机械手、探伤仪、清扫除尘器、机械臂等模块，从而可以进行管内的相关勘察检测、清洁除尘等作业。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种自适应变径管道机器人，其特征是，包括机身主体；

所述机身主体的底部两侧铰接连接有移动组件；

所述机身主体的底部设置用来调节两侧移动组件之间角度的调径组件；所述调径组件包括调径电机、调径蜗杆以及两个呈扇形结构的调径蜗轮；所述调径电机固定设置在机身主体底部，所述调径电机的转轴向下与调径蜗杆进行同轴固定连接，两个调径蜗轮对称啮合在调径蜗杆的两侧；所述调径蜗轮的端部分别与相应的移动组件相连；

所述机身主体的顶部设置可调高度的顶升轮组件；

所述移动组件包括两块平行设置的履带架板；

两块履带架板的上部之间设置有主链轮，所述主链轮通过链轮轴与履带架板进行转动连接；所述主链轮的链轮轴端部与驱动电机的转轴进行同轴固定连接；所述驱动电机的外壳通过电机座固定设置在内侧的履带架板外端面上；

两块履带架板的下部之间沿长度方向设置四个从链轮，所述从链轮的两端通过链轮轴与履带架板相连；

所述主链轮、从链轮的外部啮合有履带；

两个移动组件中位于内侧的履带架板与机身主体进行铰接连接；

所述移动组件中两块履带架板之间设置减震组件；

所述减震组件包括上下分布的减震弹簧座、减震架；

所述减震弹簧座固定设置在移动组件中两块履带架板之间；

所述减震架包括两个对称的双轮架，所述双轮架的两端设置轴套；所述双轮架两端的轴套分别与中间两个从链轮的链轮轴进行转动连接；两个双轮架的上部固定设置减震座；

上下对应的减震弹簧座与减震座之间设置若干减震弹簧；

所述履带架板上设置有供轴套上下活动的减震孔。

2.如权利要求1所述的自适应变径管道机器人，其特征是，所述履带的履带足底部镶嵌有磁铁。

3.如权利要求1所述的自适应变径管道机器人，其特征是，所述履带的履带足底部镶嵌有橡胶。

4.如权利要求1所述的自适应变径管道机器人，其特征是，与电机座相连的履带架板中远离电机座的一端设置支架；位于同一个履带架板上的电机座、支架上设置有同轴的第一铰接孔；

所述机身主体的底部两侧对称设置铰接座，每侧的铰接座共设置两个；位于同一侧的铰接座上设置有同轴的第二铰接孔；

位于同一侧的对齐的第一铰接孔、第二铰接孔内设置有铰接轴；

所述调径蜗轮的中心轴线与相应侧铰接轴的中心轴线共线。

5.如权利要求1所述的自适应变径管道机器人，其特征是，所述顶升轮组件包括顶轮座、电动推杆、联动臂组件、顶轮；所述顶轮座与机身主体的顶部固定连接；

所述电动推杆设置在顶轮座一侧，所述电动推杆的外壳两端与顶轮座进行铰接连接；

所述联动臂组件包括第一摆臂、第二摆臂、第三摆臂；

所述第一摆臂的底端与顶轮座进行铰接连接，所述第一摆臂的顶端与第三摆臂的一端进行铰接连接，所述第三摆臂的另一端中部铰接连接有顶轮；

所述第二摆臂的底端与顶轮座进行铰接连接，所述第二摆臂的顶端与第三摆臂进行铰接连接；所述第二摆臂与第三摆臂的铰接位置位于第一摆臂与第三摆臂的铰接位置、顶轮与第三摆臂的铰接位置之间；

所述电动推杆的推杆端部与第一摆臂的下部进行铰接连接。

6.如权利要求5所述的自适应变径管道机器人，其特征是，所述顶升轮组件上设置有用来检测顶轮所受压力的压力传感器。

7.如权利要求1所述的自适应变径管道机器人，其特征是，所述机身主体的前端设置有云台摄像头。

8.如权利要求1所述的自适应变径管道机器人，其特征是，位于履带架板下部其中一端的从链轮通过链轮轴与相应的履带架板进行转动连接；

位于履带架板下部其中另一端的从链轮为涨紧链轮；所述涨紧链轮与履带涨紧组件相连；

所述涨紧链轮的链轮轴两端分别与连接块进行转动连接，两块连接块的一端均与涨紧座进行固定连接；两块连接块中背对的一侧设置滑块；所述履带架板上设置有与相应滑块沿履带前进方向进行滑动配合的滑动孔；

所述履带涨紧组件包括固定设置在履带架板上的涨紧弹簧座，所述涨紧弹簧座与相应的涨紧座之间设置压缩弹簧。

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