CN112413281A - 一种新型螺旋轮式微型管道探测机器人及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型螺旋轮式微型管道探测机器人及使用方法，它包括机器人主体，所述机器人主体分采用分节式结构，包括前桥驱动、支撑部分、探测部分和后桥驱动；所述前桥驱动通过第二万向节联轴器与探测部分铰接相连，所述探测部分与支撑部分固定相连，所述支撑部分通过第一万向节联轴器与后桥驱动铰接相连。不仅结构简单可靠和使用方便，还能够完成管道内部的勘探工作，及时检测出管道内部存在的问题。
Description
技术领域
本发明涉及微型管道探测及检修技术领域，具体涉及一种新型螺旋轮式微型管道探测机器人。
背景技术
在工业生产中管道随处可见，可以说是工业生产的血管，但随着工业生产的进行，管道都会出现损耗，有的损耗在管道外壁可以通过技术员定期巡视发现损坏部位，但有的损坏出现在管道内部，而通常工业管道人工难以进入，并且管节繁多，一般的仪器无法进入或者很好的在其中自有的行走，这样就很难探测完整的管道情况。所以现在需要一种可以顺利跨过弯道的管道机器人，帮助人们完成管道的勘探工作，为工程师提供准确的管道数据，这样工程师就可以对管道及时进行维修更换，保证工业生产的安全顺利的进行，避免由于管道损坏造成重大的人员，财务受损。而管道机器人可以解决现实中很多综合性的问题，并具有良好的经济效益和社会效益，也解决了人们作业的安全问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种新型轮式微型管道探测机器人，不仅结构简单可靠和使用方便，还能够完成管道内部的勘探工作，及时检测出管道内部存在的问题。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种新型螺旋轮式微型管道探测机器人，它包括机器人主体，所述机器人主体分采用分节式结构，包括前桥驱动、支撑部分、探测部分和后桥驱动；所述前桥驱动通过第二万向节联轴器与探测部分铰接相连，所述探测部分与支撑部分固定相连，所述支撑部分通过第一万向节联轴器与后桥驱动铰接相连。
所述前桥驱动包括前桥弹簧轮、前桥旋转轮和第一电机，所述前桥旋转轮固定安装在第一电机的输出轴，多组所述前桥弹簧轮均布安装在前桥旋转轮的外圆周上。
所述支撑部分包括支撑旋转轮和支撑弹簧轮，多组支撑弹簧轮均布安装在支撑旋转轮的外圆周上。
所述探测部分包括超声传感器和第三电机，所述超声传感器安装在第三电机的输出轴，所述超声传感器通过第二万向节联轴器与第一电机相连。
所述后桥驱动包括后桥旋转轮、后桥弹簧轮和第二电机，所述后桥旋转轮固定安装在第二电机的输出轴，多组所述后桥弹簧轮均布安装在后桥旋转轮的外圆周上；所述第二电机和前桥驱动的第一电机采用对称安装方式，双电机安装方式使得机器人主体驱动力大，当遇到障碍物时，双电机能够实现差速，维持行进途中的稳定。
所述前桥驱动的前桥弹簧轮和后桥驱动的后桥弹簧轮都分布在倾角为25~35度的右旋螺旋线上，多组弹簧轮对称分布能够很好的调心，并使得机器人在行驶过程中，整个机器人的中心始终在一条轴线上。
所述前桥驱动的第一电机和后桥驱动的第二电机都安装在相应的电机安装轴上，所述第一电机支撑体通过第二万向节联轴器与探测部分的超声传感器相连，所述探测部分的第三电机支撑体与支撑旋转轮相连，所述支撑旋转轮通过第一万向节联轴器和第二电机与后桥旋转轮相连，通过两个万向节联轴器使得不在同一轴线或轴线折角较大或轴向移动较大的两轴等角速连续回转，并可靠地传递转矩和运动。
所述前桥驱动的前桥旋转轮和后桥驱动的后桥旋转轮的圆盘中心部位加工有键槽，所述键槽分别与第一电机和第二电机的主轴构成键配合，并传递扭矩。
所述前桥驱动的前桥弹簧轮和后桥驱动的后桥弹簧轮上都分别设置有压力感应器，所述前桥弹簧轮和后桥弹簧轮根据压力感应器传回的压力变化，主动调整第一电机和第二电机的输出功率实现差速前进，使得在不卡车的情况下最大程度的保证探测器探测条件的稳定。
采用所述新型螺旋轮式微型管道探测机器人进行管道内部检测的使用方法，它包括以下步骤：
步骤一：启动前桥驱动和后桥驱动的第一电机和第二电机，驱动连杆会将转矩传给前桥旋转轮和后桥旋转轮，通过前桥旋转轮和后桥旋转轮同步带动其外圆周上的前桥弹簧轮和后桥弹簧轮与管道内壁相接触，使的机器人越过管道内出现的障碍，也可以及时补充正压力，如果想让机器人后退，只需要改变施加给电机的电流方向，这样能够让机器人反向运动；
步骤二：当螺旋轮式微型管道探测机器人遇到由于运输残留物，管道老化内壁残屑脱落的情况时，会根据驱动上压力感应器，传回的压力变化，主动调整第一电机和第二电机的输出功率，实现差速前进，这样能够在不卡车的情况下最大程度的保证探测器探测条件的稳定，以保证很好的完成对管道内部情况的勘探工作；
步骤三：螺旋轮式微型管道探测机器人在管道前进的过程中，探测部分的第三电机开始运转，启动超声传感器，通过超声传感器的探测头对管道内部情况进行探测并通过传感器将信号传递给操纵人员，能够实时对管道内部情况进行勘测。
本发明有如下有益效果：
1、本发明的机器人主体采用分节式设计，主体由前桥部分、探测部分、支撑部分和后桥部分组成，采用对称设计可以拥有良好的跨过弯管的条件，双电机安装方式可以使机器人驱动力大，当遇到障碍物时，双电机可以实现差速，维持行进途中的稳定。
2、三组弹簧轮均匀分布于旋转轮的圆周上，弹簧轮对称分布可以起到很好的调心作用，可以使机器人在行驶过程中，整个机器人的中心始终在一条轴线上。这样机构无论遇到什么环境，都能保持行进的稳定性，再这样的工作条件下，机器人的探测装置能够稳定的工作，探测所得数据相对准确。
3、弹簧轮上安装压力感应器，能实时传回压力变化，主动调整电机的输出功率，实现差速前进。这样可以在不卡车的情况下最大程度的保证探测器探测条件的稳定，这样就可以很好得完成对管道内部情况的勘探工作。
4、在旋转轮上设计一个凸起键槽在圆盘内，既可以防止其在盘内轴向旋转，并且可以将电机转矩传递给旋转轮。保证超声传感器的探头探测范围覆盖管道环面。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明主视图。
图2为本发明第一视角三维图。
图3为本发明第二视角三维图。
图中：前桥弹簧轮1、前桥旋转轮2、第一电机3、超声传感器4、支撑弹簧轮5、支撑旋转轮6、后桥旋转轮7、后桥弹簧轮8、第二电机9、第一万向节联轴器10、第三电机11、第二万向节联轴器12、压力感应器13、键槽14。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-3，一种新型螺旋轮式微型管道探测机器人，它包括机器人主体，所述机器人主体分采用分节式结构，包括前桥驱动、支撑部分、探测部分和后桥驱动；所述前桥驱动通过第二万向节联轴器12与探测部分铰接相连，所述探测部分与支撑部分固定相连，所述支撑部分通过第一万向节联轴器10与后桥驱动铰接相连。本发明通过采用上述的探测机器人，不仅结构简单可靠和使用方便，还能够完成管道内部的勘探工作，及时检测出管道内部存在的问题。具体使用过程中，可以通过前桥驱动和后桥驱动带动整个机器人在管道内部顺利的行走，通过第一万向节联轴器10和第二万向节联轴器12保证了机器人能够适应转弯或者弯曲的管道，增强了其适应性。
进一步的，所述前桥驱动包括前桥弹簧轮1、前桥旋转轮2和第一电机3，所述前桥旋转轮2固定安装在第一电机3的输出轴，多组所述前桥弹簧轮1均布安装在前桥旋转轮2的外圆周上。通过上述的前桥驱动能够用于驱动前桥旋转轮2转动，具体工作过程中，通过第一电机3驱动前桥旋转轮2，通过前桥旋转轮2带动前桥弹簧轮1实现其在管道内壁的行走。
进一步的，所述支撑部分包括支撑旋转轮6和支撑弹簧轮5，多组支撑弹簧轮5均布安装在支撑旋转轮6的外圆周上。通过上述的支撑部分能够用于对探测部分进行支撑，而且能够在前桥驱动和后桥驱动的作用下实现转动。此外，其可以搭载其它类型的检测设备，实现不同的检测需要。
进一步的，所述探测部分包括超声传感器4和第三电机11，所述超声传感器4安装在第三电机11的输出轴，所述超声传感器4通过第二万向节联轴器12与第一电机3相连。通过探测部分能够实时勘测管道内部的工作状况，并将信号传送给操纵人员。工作过程中，通过第三电机11驱动超声传感器4转动，进而实现管道环向的探测。探头探测范围覆盖管道环面。
进一步的，所述后桥驱动包括后桥旋转轮7、后桥弹簧轮8和第二电机9，所述后桥旋转轮7固定安装在第二电机9的输出轴，多组所述后桥弹簧轮8均布安装在后桥旋转轮7的外圆周上；所述第二电机9和前桥驱动的第一电机3采用对称安装方式，双电机安装方式使得机器人主体驱动力大，当遇到障碍物时，双电机能够实现差速，维持行进途中的稳定。通过上述的后桥驱动能够用于驱动后桥旋转轮7，进而驱动整个机器人在管道内部的行走，工作过程中，通过第二电机9驱动后桥弹簧轮8，进而使得后桥弹簧轮8与管道内壁相接触，最终实现其行走。
进一步的，所述前桥驱动的前桥弹簧轮1和后桥驱动的后桥弹簧轮8都分布在倾角为25~35度的右旋螺旋线上，多组弹簧轮对称分布能够很好的调心，并使得机器人在行驶过程中，整个机器人的中心始终在一条轴线上。
进一步的，所述前桥驱动的前桥弹簧轮1和后桥驱动的后桥弹簧轮8都分布在倾角为30度的右旋螺旋线上，通过采用螺旋形布置，保证了机器人能够沿着管道内壁前进或者后退行走。
进一步的，所述前桥驱动的第一电机3和后桥驱动的第二电机9都安装在相应的电机安装轴上，所述第一电机3支撑体通过第二万向节联轴器12与探测部分的超声传感器4相连，所述探测部分的第三电机11支撑体与支撑旋转轮6相连，所述支撑旋转轮6通过第一万向节联轴器10和第二电机9与后桥旋转轮7相连，通过两个万向节联轴器使得不在同一轴线或轴线折角较大或轴向移动较大的两轴等角速连续回转，并可靠地传递转矩和运动。
进一步的，所述前桥驱动的前桥旋转轮2和后桥驱动的后桥旋转轮7的圆盘中心部位加工有键槽14，所述键槽14分别与第一电机3和第二电机9的主轴构成键配合，并传递扭矩。
进一步的，所述前桥驱动的前桥弹簧轮1和后桥驱动的后桥弹簧轮8上都分别设置有压力感应器13，所述前桥弹簧轮1和后桥弹簧轮8根据压力感应器13传回的压力变化，主动调整第一电机3和第二电机9的输出功率实现差速前进，使得在不卡车的情况下最大程度的保证探测器探测条件的稳定。
实施例2：
采用所述新型螺旋轮式微型管道探测机器人进行管道内部检测的使用方法，它包括以下步骤：
步骤一：启动前桥驱动和后桥驱动的第一电机3和第二电机9，驱动连杆会将转矩传给前桥旋转轮2和后桥旋转轮7，通过前桥旋转轮2和后桥旋转轮7同步带动其外圆周上的前桥弹簧轮1和后桥弹簧轮8与管道内壁相接触，使的机器人越过管道内出现的障碍，也可以及时补充正压力，如果想让机器人后退，只需要改变施加给电机的电流方向，这样能够让机器人反向运动；
步骤二：当螺旋轮式微型管道探测机器人遇到由于运输残留物，管道老化内壁残屑脱落的情况时，会根据驱动上压力感应器13，传回的压力变化，主动调整第一电机3和第二电机9的输出功率，实现差速前进，这样能够在不卡车的情况下最大程度的保证探测器探测条件的稳定，以保证很好的完成对管道内部情况的勘探工作；
步骤三：螺旋轮式微型管道探测机器人在管道前进的过程中，探测部分的第三电机11开始运转，启动超声传感器4，通过超声传感器4的探测头对管道内部情况进行探测并通过传感器将信号传递给操纵人员，能够实时对管道内部情况进行勘测。
Claims (10)
1.一种新型螺旋轮式微型管道探测机器人，其特征在于：它包括机器人主体，所述机器人主体分采用分节式结构，包括前桥驱动、支撑部分、探测部分和后桥驱动；所述前桥驱动通过第二万向节联轴器（12）与探测部分铰接相连，所述探测部分与支撑部分固定相连，所述支撑部分通过第一万向节联轴器（10）与后桥驱动铰接相连。
2.采用权利要求1所述一种新型螺旋轮式微型管道探测机器人，其特征在于：所述前桥驱动包括前桥弹簧轮（1）、前桥旋转轮（2）和第一电机（3），所述前桥旋转轮（2）固定安装在第一电机（3）的输出轴，多组所述前桥弹簧轮（1）均布安装在前桥旋转轮（2）的外圆周上。
3.采用权利要求1所述一种新型螺旋轮式微型管道探测机器人，其特征在于：所述支撑部分包括支撑旋转轮（6）和支撑弹簧轮（5），多组支撑弹簧轮（5）均布安装在支撑旋转轮（6）的外圆周上。
4.采用权利要求1所述一种新型螺旋轮式微型管道探测机器人，其特征在于：所述探测部分包括超声传感器（4）和第三电机（11），所述超声传感器（4）安装在第三电机（11）的输出轴，所述超声传感器（4）通过第二万向节联轴器（12）与第一电机（3）相连。
5.采用权利要求1所述一种新型螺旋轮式微型管道探测机器人，其特征在于：所述后桥驱动包括后桥旋转轮（7）、后桥弹簧轮（8）和第二电机（9），所述后桥旋转轮（7）固定安装在第二电机（9）的输出轴，多组所述后桥弹簧轮（8）均布安装在后桥旋转轮（7）的外圆周上；所述第二电机（9）和前桥驱动的第一电机（3）采用对称安装方式，双电机安装方式使得机器人主体驱动力大，当遇到障碍物时，双电机能够实现差速，维持行进途中的稳定。
6.采用权利要求1所述一种新型螺旋轮式微型管道探测机器人，其特征在于：所述前桥驱动的前桥弹簧轮（1）和后桥驱动的后桥弹簧轮（8）都分布在倾角为25~35度的右旋螺旋线上，多组弹簧轮对称分布能够很好的调心，并使得机器人在行驶过程中，整个机器人的中心始终在一条轴线上。
7.采用权利要求1所述一种新型螺旋轮式微型管道探测机器人，其特征在于：所述前桥驱动的第一电机（3）和后桥驱动的第二电机（9）都安装在相应的电机安装轴上，所述第一电机（3）支撑体通过第二万向节联轴器（12）与探测部分的超声传感器（4）相连，所述探测部分的第三电机（11）支撑体与支撑旋转轮（6）相连，所述支撑旋转轮（6）通过第一万向节联轴器（10）和第二电机（9）与后桥旋转轮（7）相连，通过两个万向节联轴器使得不在同一轴线或轴线折角较大或轴向移动较大的两轴等角速连续回转，并可靠地传递转矩和运动。
8.采用权利要求1所述一种新型螺旋轮式微型管道探测机器人，其特征在于：所述前桥驱动的前桥旋转轮（2）和后桥驱动的后桥旋转轮（7）的圆盘中心部位加工有键槽（14），所述键槽（14）分别与第一电机（3）和第二电机（9）的主轴构成键配合，并传递扭矩。
9.采用权利要求1所述一种新型螺旋轮式微型管道探测机器人，其特征在于：所述前桥驱动的前桥弹簧轮（1）和后桥驱动的后桥弹簧轮（8）上都分别设置有压力感应器（13），所述前桥弹簧轮（1）和后桥弹簧轮（8）根据压力感应器（13）传回的压力变化，主动调整第一电机（3）和第二电机（9）的输出功率实现差速前进，使得在不卡车的情况下最大程度的保证探测器探测条件的稳定。
10.采用权利要求1-9任意一项所述新型螺旋轮式微型管道探测机器人进行管道内部检测的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：启动前桥驱动和后桥驱动的第一电机（3）和第二电机（9），驱动连杆会将转矩传给前桥旋转轮（2）和后桥旋转轮（7），通过前桥旋转轮（2）和后桥旋转轮（7）同步带动其外圆周上的前桥弹簧轮（1）和后桥弹簧轮（8）与管道内壁相接触，使的机器人越过管道内出现的障碍，也可以及时补充正压力，如果想让机器人后退，只需要改变施加给电机的电流方向，这样能够让机器人反向运动；
步骤二：当螺旋轮式微型管道探测机器人遇到由于运输残留物，管道老化内壁残屑脱落的情况时，会根据驱动上压力感应器（13），传回的压力变化，主动调整第一电机（3）和第二电机（9）的输出功率，实现差速前进，这样能够在不卡车的情况下最大程度的保证探测器探测条件的稳定，以保证很好的完成对管道内部情况的勘探工作；
步骤三：螺旋轮式微型管道探测机器人在管道前进的过程中，探测部分的第三电机（11）开始运转，启动超声传感器（4），通过超声传感器（4）的探测头对管道内部情况进行探测并通过传感器将信号传递给操纵人员，能够实时对管道内部情况进行勘测。
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