CN112283498A - 一种可变径管道机器人管径适应机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变径管道机器人管径适应机构，结构包括：机器人本体、梯形丝杠固定座、梯形丝杠、梯形丝杠螺母、梯形丝杠移动座、梯形丝杠张紧座、连杆AB、连杆CD、连杆EF、支撑杆、连杆FG、张紧支撑杆、履带式或轮式驱动、张紧弹簧一、张紧弹簧二、压力传感器、绝对值编码器组成；机器人管径适应机构能够根据工作场所管道内径的变化，调整行走履带或者行走轮的撑开直径，以使机器人适应外界管道，稳定工作；管径适应机构采用双平行四边形运动机构，能够使行走履带或者行走轮垂直撑开或缩回，从而减小机器人轴向长度，减小机器人尺寸；同时本发明结构设计由于合理且简单，因此易于实现，适合推广应用。

Description

一种可变径管道机器人管径适应机构

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体地说是一种可变径管道机器人管径适应机构。

背景技术

管道作为城市的生命线，在日常生活中扮演着越来越重要的角色，输送石油、天然气等战略物资，同时也在给排水、市政、电力等行业中起到不可代替的作用。为维护管道的日常正常运行，需对管道进行定期的检测、修复等工作。

专利CN2017112490823公开了一种可变径管道检测机器人，结构包括前驱动机构、基座、度旋转头、U型旋转座、摄像头、照明装置、连接杆、支撑架、液压杆、机体、后驱动机构，机体的底面一端与前驱动机构的顶面中心位置相连接，机体的底面另一端连接于后驱动机构的顶面中心位置，前驱动机构与后驱动机构相互平行，机体的顶面与基座采用机械连接，此发明实现前后驱动轮调整使机器人移动适应三种管径，虽然减少了使用成本，但是拆卸复杂，实际工作应用中的适应性不高。

目前不同用途的管道往往直径各不相同，为自主适应管道直径，减少机器人种类，发明一种适用于管道机器人的管径适应机构，可根据管道不同的直径，机器人自主适应变径，适应于工作管道。

因此本领域技术人员还应及时解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是克服目前很多管道机器人无法自主适应工作管径，不同管径的管道机器人种类繁多，针对这一问题，减少机器人种类，发明一种管道机器人管径适应机构，机器人可根据工作管径，自主柔性的变化机器人驱动直径，以适应管道直径。

本发明是通过以下技术方案来实现：一种可变径管道机器人管径适应机构，结构包括：机器人本体（1）、梯形丝杠固定座（2）、梯形丝杠（3）、梯形丝杠螺母（4）、梯形丝杠移动座（5）、梯形丝杠张紧座（6）、连杆AB （7）、连杆CD （8）、连杆EF（9）、支撑杆（10）、连杆FG（11）、张紧支撑杆（12）、履带式或轮式驱动（13）、张紧弹簧一（14）、张紧弹簧二（15）、压力传感器（16）、绝对值编码器（17）组成；机器人管径适应机构能够根据工作场所管道内径的变化，调整行走履带或者行走轮的撑开直径，以使机器人适应外界管道，稳定工作；管径适应机构采用双平行四边形运动机构，能够使行走履带或者行走轮垂直撑开或缩回，从而减小机器人轴向长度，减小机器人尺寸；

作为优选，所述梯形丝杠固定座（2）固定在机器人本体（1）前后两端，梯形丝杠（3）固定在梯形丝杠固定座（2）上，梯形丝杠螺母（4）与梯形丝杠移动座（5）通过紧固件固定在一起，梯形丝杠张紧座（6）、张紧弹簧2（15）通过紧固件与梯形丝杠移动座（5）连接在一起，梯形丝杠（3）旋转带动梯形丝杆螺母（4）移动，进而带动梯形丝杠移动座（5）、梯形丝杠张紧座（6）跟随移动。

作为优选，所述连杆AB（7）一端固定在梯形丝杠固定座（2），另外一端与连杆EF（9）连接；连杆CD（8）一端固定在履带式或轮式驱动（13），另外一端与连杆EF（9）连接；连杆EF（9）另一端与连杆FG（11）连接，连杆FG（11）固定在梯形丝杠固定座（2）上，支撑杆（10）一端固定在履带式或轮式驱动（13）上，另外一端与张紧支撑杆（12）连接，其中支撑杆（10）中设计有连接孔与连杆EF（9）相连接；

连杆AB（7）、连杆EF（9）、连杆FG（11）、前、后梯形丝杠固定座（2）共同组成下平行四边形机构，连杆CD（8）、支撑杆（10）、连杆EF（9）、履带式或轮式驱动（13）支撑点共同组成上平行四边形；工作过程中，张紧支撑杆（12）跟随梯形丝杠螺母（4）沿梯形丝杠（3）移动，进而带动张紧支撑杆（12）移动，进一步带动上、下平行四边形平行移动，带动履带式或轮式驱动（13）在竖直方向上撑开与收回。

作为优选，所述梯形丝杠移动座（5）、梯形丝杠张紧座（6）之间设计有张紧弹簧二（15），当机器人在管道中运动过程中，出现障碍时，张紧弹簧二（15）被压缩，进而撑开直径变小，机器人进行避障，实现了柔性管径适应。

作为优选，所述支撑杆（10）、张紧支撑杆（12）之间设计有张紧弹簧一（14），当机器人在管道中运动过程中，出现障碍时，张紧弹簧一（14）被压缩，履带式驱动或轮式驱动（13）进行倾斜，机器人进行柔性避障，经过障碍时，管径适应机构在张紧弹簧一（14）的作用下，恢复原状。

作为优选，所述梯形丝杠移动座（5）、梯形丝杠张紧座（6）之间设计有压力传感器（16），在管径撑开时，履带式驱动或轮式驱动（13）支撑在管壁上，当压力值达到设计压力值时，可判断管径适应机构撑开到机器人适合管道内壁行走的状态。

作为优选，所述梯形丝杠（3）一端设计有绝对值编码器（17），根据梯形丝杠（3）导程、旋转速度以及平行四边形变化规律，可计算出电机旋转与管径适应机构直径变化情况，进而可在遥控器进行设计机器人在实际工作中需要达到的直径。

作为优选，所述管径适应机构在履带式或轮式驱动（13）两侧面对称安装，保证能够平稳的进行撑开与收回。同时，3套管径适应机构成机器人本体（1）上成120°均匀布置，保障机器人在管道运动过程中对管壁均匀受力，运行平稳。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明所述的技术方案具有结构简单、工作可靠、维护方便，可以根据工作管径，自主柔性的变化机器人驱动直径，以适应管道直径，同时本发明结构设计由于合理且简单，因此易于实现，适合推广应用。

附图说明

图1是本发明的机器人管径适应机构收缩正视图；

图2是本发明的机器人管径适应机构收缩前视图；

图3是本发明的机器人管径适应机构收缩等轴视图；

图4是本发明的机器人管径适应机构撑开正视图；

图5是本发明的机器人管径适应机构撑开前视图；

图6是本发明的机器人管径适应机构撑开等轴视图；

图7是本发明的机器人管径适应机构组成正视图；

附图标记：

1-机器人本体壳体；2-梯形丝杠固定座；3-梯形丝杠；4-梯形丝杠螺母；5-梯形丝杠移动座；6-梯形丝杠张紧座；7-连杆AB；8-连杆CD；9-连杆EF；10-支撑杆；11-连杆FG；12-张紧支撑杆；13-履带式或轮式驱动；14-张紧弹簧一；15-张紧弹簧二；16-压力传感器；17-绝对值编码器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-7所示，所述一种可变径管道机器人管径适应机构，包括：机器人本体1、梯形丝杠固定座2、梯形丝杠3、梯形丝杠螺母4、梯形丝杠移动座5、梯形丝杠张紧座6、连杆AB7、连杆CD 8、连杆EF 9、支撑杆10、连杆FG 11、张紧支撑杆12、履带式或轮式驱动13、张紧弹簧一14、张紧弹簧二15、压力传感器16、绝对值编码器17组成；机器人管径适应机构能够根据工作场所管道内径的变化，调整行走履带或者行走轮的撑开直径，以使机器人适应外界管道，稳定工作；管径适应机构采用双平行四边形运动机构，能够使行走履带或者行走轮垂直撑开或缩回，从而减小机器人轴向长度，减小机器人尺寸；

其特征在于，结构包括梯形丝杠固定座2固定在机器人本体1前后两端，梯形丝杠3固定在梯形丝杠固定座2上，梯形丝杠螺母4与梯形丝杠移动座5通过紧固件固定在一起，梯形丝杠张紧座6、张紧弹簧二15通过紧固件与梯形丝杠移动座5连接在一起，梯形丝杠3旋转带动梯形丝杆螺母4移动，进而带动梯形丝杠移动座5、梯形丝杠张紧座6跟随移动。

连杆AB 7一端固定在梯形丝杠固定座2，另外一端与连杆EF 9连接；连杆CD 8 一端固定在履带式或轮式驱动13，另外一端与连杆EF 9连接；连杆EF 9另一端与连杆FG 11连接，连杆FG 11固定在梯形丝杠固定座 2上，支撑杆10一端固定在履带式或轮式驱动13上，另外一端与张紧支撑杆12连接，其中支撑杆10中设计有连接孔与连杆EF 9相连接；

连杆AB 7、连杆EF 9、连杆FG 11、前、后梯形丝杠固定座2共同组成下平行四边形机构，连杆CD 8、支撑杆10、连杆EF 9、履带式或轮式驱动13支撑点共同组成上平行四边形；工作过程中，张紧支撑杆12跟随梯形丝杠螺母4沿梯形丝杠3移动，进而带动张紧支撑杆12移动，进一步带动上、下平行四边形平行移动，带动履带式或轮式驱动13在竖直方向上撑开与收回。

如图7所示，在梯形丝杠移动座5、梯形丝杠张紧座6之间设计有张紧弹簧二15，当机器人在管道中运动过程中，出现障碍时，张紧弹簧二15被压缩，进而撑开直径变小，机器人进行避障，实现了柔性管径适应。

如图7所示，在支撑杆10、张紧支撑杆12之间设计有张紧弹簧一14，当机器人在管道中运动过程中，出现障碍时，张紧弹簧一14被压缩，履带式驱动或轮式驱动13进行倾斜，机器人进行柔性避障，经过障碍时，管径适应机构在张紧弹簧一14的作用下，恢复原状。

如图7所示，在梯形丝杠移动座5、梯形丝杠张紧座6之间设计有压力传感器16，在管径撑开时，履带式驱动或轮式驱动13支撑在管壁上，当压力值达到设计压力值时，可判断管径适应机构撑开到机器人适合管道内壁行走的状态。

如图7所示，在梯形丝杠3一端设计有绝对值编码器17，根据梯形丝杠3导程、旋转速度以及平行四边形变化规律，可计算出电机旋转与管径适应机构直径变化情况，进而可在遥控器进行设计机器人在实际工作中需要达到的直径。

如图6所示，管径适应机构在履带式或轮式驱动13两侧面对称安装，保证能够平稳的进行撑开与收回。同时，3套管径适应机构成机器人本体1上成120°均匀布置，保障机器人在管道运动过程中对管壁均匀受力，运行平稳。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可变径管道机器人管径适应机构，其特征在于：结构包括机器人本体（1）、梯形丝杠固定座（2）、梯形丝杠（3）、梯形丝杠螺母（4）、梯形丝杠移动座（5）、梯形丝杠张紧座（6）、连杆AB （7）、连杆CD （8）、连杆EF（9）、支撑杆（10）、连杆FG（11）、张紧支撑杆（12）、履带式或轮式驱动（13）、张紧弹簧一（14）、张紧弹簧二（15）、压力传感器（16）、绝对值编码器（17）组成；其中梯形丝杠固定座（2）固定在机器人本体（1）前后两端，梯形丝杠（3）固定在梯形丝杠固定座（2）上，梯形丝杠螺母（4）与梯形丝杠移动座（5）通过紧固件固定在一起，梯形丝杠张紧座（6）、张紧弹簧2（15）通过紧固件与梯形丝杠移动座（5）连接在一起，梯形丝杠（3）旋转带动梯形丝杆螺母（4）移动，进而带动梯形丝杠移动座（5）、梯形丝杠张紧座（6）跟随移动。

2.根据权利要求1所述的一种可变径管道机器人管径适应机构，其特征在于：连杆AB（7）一端固定在梯形丝杠固定座（2），另外一端与连杆EF（9）连接；连杆CD（8）一端固定在履带式或轮式驱动（13），另外一端与连杆EF（9）连接；连杆EF（9）另一端与连杆FG（11）连接，连杆FG（11）固定在梯形丝杠固定座（2）上，支撑杆（10）一端固定在履带式或轮式驱动（13）上，另外一端与张紧支撑杆（12）连接，其中支撑杆（10）中设计有连接孔与连杆EF（9）相连接；

连杆AB（7）、连杆EF（9）、连杆FG（11）、前、后梯形丝杠固定座（2）共同组成下平行四边形机构，连杆CD（8）、支撑杆（10）、连杆EF（9）、履带式或轮式驱动（13）支撑点共同组成上平行四边形；工作过程中，张紧支撑杆（12）跟随梯形丝杠螺母（4）沿梯形丝杠（3）移动，进而带动张紧支撑杆（12）移动，进一步带动上、下平行四边形平行移动，带动履带式或轮式驱动（13）在竖直方向上撑开与收回。

3.根据权利要求1所述的一种可变径管道机器人管径适应机构，其特征在于：梯形丝杠移动座（5）、梯形丝杠张紧座（6）之间设计有张紧弹簧二（15），当机器人在管道中运动过程中，出现障碍时，张紧弹簧二（15）被压缩，进而撑开直径变小，机器人进行避障，实现了柔性管径适应。

4.根据权利要求1所述的一种可变径管道机器人管径适应机构，其特征在于：支撑杆（10）、张紧支撑杆（12）之间设计有张紧弹簧一（14），当机器人在管道中运动过程中，出现障碍时，张紧弹簧一（14）被压缩，履带式驱动或轮式驱动（13）进行倾斜，机器人进行柔性避障，经过障碍时，管径适应机构在张紧弹簧一（14）的作用下，恢复原状。

5.根据权利要求1所述的一种可变径管道机器人管径适应机构，其特征在于：梯形丝杠移动座（5）、梯形丝杠张紧座（6）之间设计有压力传感器（16），在管径撑开时，履带式驱动或轮式驱动（13）支撑在管壁上。

6.根据权利要求1所述的一种可变径管道机器人管径适应机构，其特征在于：梯形丝杠（3）一端设计有绝对值编码器（17）。

7.根据权利要求1所述的一种可变径管道机器人管径适应机构，其特征在于：管径适应机构在履带式或轮式驱动（13）两侧面对称安装，3套管径适应机构成机器人本体（1）上成120°均匀布置。

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