CN112413284A - 一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，所述管道机器人具有机器人主体和安装在所述机器人主体上的主驱动电机，包括调节机构和多个张紧机构，对于每个张紧机构而言，其各自包括轮架、驱动滚轮和缓冲装置，轮架的一端通过第一铰接件铰接在机器人主体上而另一端通过第二铰接件铰接所述缓冲装置的一端；调节机构包括驱动装置和移动组件，移动组件通过第三铰接件铰接所述缓冲装置的另一端，所述移动组件由所述驱动装置驱动做直线移动。本发明能够适应弯管环境，并在遇到障碍物时或管径一定范围内变化时，可实时调节预紧力，从而实现驱动单元的顺利运行。另外，遇到微小障碍时，可实现单个驱动滚轮预紧力的自适应微小调节。

Description

一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构
技术领域
本发明属于特种机器人技术领域，更具体地，涉及一种管道机器人预紧机构。
背景技术
管道机器人作为特种机器人的分支之一，能够在管道所属的特定空间内工作，携带各种检测仪器或作业装置，在操作人员的遥控或自主控制下进入管内，完成诸如管道缺陷探伤、防腐涂层的检测及涂敷、管内异物的识别及清除、管内加工等任务。管道机器人作为一种有效地探测、维护设备，改变了传统的管线人工维护的单一手段，极大地提高了检测的准确性和效率。随着石油、化工及军事装备的迅速发展，各领域所铺设的管道长度将急剧增加，管道机器人的应用场合将越来越广泛。
经过多年的研究和发展，国内外在管道机器人领域取得了较多的技术成果，研制了一系列不同驱动形式的管道机器人产品或样机。管道机器人按运动方式一般可将其分为介质压差、轮式、螺旋驱动式、履带式、蛇行式、蠕动式、多足爬行式等。其中轮式运动方式具有结构简单、速度稳定、易于定位等诸多优点，被广泛应用于大中型油气输送管道的非在役检测和探伤等作业中，但其过弯运动干涉问题还未能得到根本的解决。当轮式管道机器人通过弯管时，由于各驱动滚轮走过的实际弧长不同，相应地要求各驱动滚轮的速度也不同，如果轮式管道机器人不具有差动功能，某些驱动滚轮成为事实上的制动轮产生运动干涉，从而降低了机器人的有效拖动力和加剧传动部件的磨损，且机器人需要克服由于环境约束而产生的额外功率消耗，甚至机器人无法通过这些管道的现象。相对的，多电动机驱动方式优点是结构简单、设计方便，但其缺点是实时性和柔顺性还不够理想，控制系统复杂，且需要对管道环境的参数进行预知，如弯管的曲率半径、弯头角度等，一旦管道参数改变，机器人则无法顺利实现对驱动滚轮转速的调节。同时，管道中还存在大量的如凸起、凹陷等多种非圆形状的不规则管道及存在管径发生变化的情况，均要求管道机器人驱动单元能够实时的进行驱动滚轮转速的差动调节，同时要求驱动滚轮能够适应管道的变化，并保证驱动滚轮和管壁之间具有一定压力，以便产生足够的拖动能力。单纯依靠驱动单元自身重量产生的施加在管道内壁上的压力远远不能满足设计要求。为此需要设置预紧机构为驱动滚轮产生足够的的压力并满足驱动滚轮能够自适应管道参数的变化。
目前，轮式管道机器人的预紧机构内置弹簧及弹性杆的弹性机构来调节驱动滚轮施加在管道内壁上的压力，但这种弹性机构在管道口径变化时，无法做到驱动滚轮正压力大范围调节，管道适应性不强；一种曲柄滑块式的预紧调节机构，这种调节机构在遇到微小障碍时，无法做到单个驱动滚轮预紧力的微小调节，会出现因某个驱动滚轮预紧力微小调节后，带动另外两个驱动滚轮预紧力一起调节，从而驱动滚轮打滑、空转，导致驱动力不足。一种曲柄滑块和平行四杆机构复合的预紧调节机构，这种机构同样无法做到单个驱动滚轮的微小调节，且在弯管内行走时，平行四杆机构上的前后驱动滚轮会管道实际弧长的不同产生相对滑移，从而在平行四杆机构上出现内应力，甚至导致旋转副变形失效。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，其能够适应弯管环境，并在遇到障碍物时或管径一定范围内变化时，可实时调节预紧力，从而实现驱动单元的顺利运行。另外，遇到微小障碍时，可实现单个驱动滚轮预紧力的自适应微小调节。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，所述管道机器人具有机器人主体和安装在所述机器人主体上的主驱动电机，其特征在于，包括调节机构和多个张紧机构，其中：
对于每个所述张紧机构而言，其各自包括轮架、驱动滚轮和缓冲装置，所述驱动滚轮可转动安装在所述轮架上并通过所述主驱动电机驱动进行转动，以压在管道的内壁上行走，所述轮架的一端通过第一铰接件铰接在所述机器人主体上而另一端通过第二铰接件铰接所述缓冲装置的一端；
所述调节机构包括驱动装置和移动组件，所述驱动装置安装在机器人主体上，所述移动组件通过第三铰接件铰接所述缓冲装置的另一端，所述移动组件由所述驱动装置驱动做直线移动，从而实现对张紧机构的轮架和缓冲装置的夹角的控制，进而实现张紧机构的驱动滚轮作用在管道内壁上的压力的调节，其中，所述第一铰接件、所述第二铰接件、第三铰接件和驱动滚轮的中心线平行。
优选地，所述机器人主体上安装有驱动底座，所述轮架包括驱动连接轴、驱动齿轮、驱动连杆和同步带组件，所述驱动连接轴通过第四铰接件连接在所述驱动底座上，所述驱动齿轮固定安装在所述驱动连接轴上并与主驱动电机的输出轴上的输出齿轮啮合，所述驱动连杆的一端通过第五铰接件连接所述驱动连接轴而另一端可转动安装驱动轮轴，所述驱动轮轴上固定安装所述驱动滚轮，并且所述驱动轮轴与所述驱动连接轴通过所述同步带组件连接，其中，所述第四铰接件、第五铰接件的中心线均与所述驱动滚轮的中心线平行。
优选地，所述缓冲装置包括气弹簧和辅助压簧，所述气弹簧的一端通过所述第二铰接件铰接所述驱动轮轴而另一端通过所述第三铰接件铰接所述移动组件，所述辅助压簧安装在所述第二铰接件和所述气弹簧的压力缸之间。
优选地，所述调节机构还包括安装在所述主驱动电机上的调节底座；
所述移动组件包括调节滑套、调节套筒、调节压簧和调节压螺，所述调节滑套活动套接在所述调节底座上并与所述驱动装置连接，以在所述驱动装置的驱动下做直线移动，所述调节套筒活动套接在所述调节滑套上，所述调节套筒的内壁与所述调节滑套的外壁之间存在用于容纳所述调节压簧的空间，所述调节套筒具有筒体及设置在所述筒体一端的限位挡台，所述调节压螺连接在所述调节滑套的一端，所述调节压簧套接在所述滑套上，该调节压簧的一端抵接所述限位挡台而另一端抵接所述调节压螺；
所述移动组件的所述调节套筒通过所述第三铰接件铰接所述缓冲装置。
优选地，所述驱动装置包括调节电机座、调节电机、调节丝杠、调节丝母和调节支柱，所述调节电机座安装在所述机器人主体上，所述调节电机安装在所述调节电机座上，并且所述调节电机的输出轴连接所述调节丝杠，所述调节丝母安装在所述调节丝杠上，所述调节丝母上连接所述调节支柱，所述调节支柱穿过所述调节底座后连接所述调节滑套，并且所述调节底座上设置有作为调节支柱的移动通道的缺口。
优选地，还包括压力传感器组件，所述压力传感器组件包括传感器支座、压力传感器、顶杆支座、弹簧座、弹簧顶杆和传感器压簧，所述传感器支座安装在所述调节套筒上，所述顶杆支座安装在所述调节滑套上，所述弹簧顶杆活动穿装在所述顶杆支座上并且一端固定连接所述弹簧座，所述传感器压簧套接在所述弹簧顶杆上，该传感器压簧的一端与所述弹簧座抵接而另一端与所述顶杆支座抵接，所述压力传感器安装在所述传感器支座上并且与所述弹簧座抵接，以用于感知所述调节滑套及调节套筒的位移差而产生的压力变化，并将压力变化值传输给控制模块，并由控制模块判断压力变化后是否需要对所述驱动滚轮施加在管道内壁上的压力进行调节，如需要调节，则通过驱动装置调节张紧机构的轮架和缓冲装置的夹角，从而使得驱动滚轮施加在管道内壁上的压力调节至设定范围内，以满足驱动滚轮的行走及拖力要求。
优选地，当管道机器人在弯管中行走或在变径管内中行走时，通过压力传感器感知所述张紧机构的驱动滚轮施加在管道内壁上的压力及与编码器感知主驱动电机的转速，并传给控制模块，由控制模块自行判断是否需要通过驱动装置调节张紧机构的轮架和缓冲装置的夹角，从而使得驱动滚轮施加在管道内壁上的压力或通过主驱动电机让驱动滚轮的转速调节至设定范围内，以满足驱动滚轮的行走及拖力要求，实现驱动滚轮在行走过程中的压力自适应调节。
优选地，还包括编码器组件，所述编码器组件包括与所述主驱动电机的输出轴连接的编码器，编码器在感知所述主驱动电机的转速后传输给控制模块，控制模块由此判断所述驱动滚轮是否在越障或过弯过程中卡死，从而让所述驱动装置驱动所述移动组件做直线移动，进而让张紧机构的轮架和缓冲装置的夹角变大，以满足驱动滚轮的行走及拖力要求。
优选地，所述编码器组件还包括编码器支座和连接轴，所述编码器支座安装在所述机器人主体上，所述编码器的旋转轴通过所述连接轴与所述主驱动电机的输出轴连接。
优选地，这些所述张紧机构周向均匀分布在所述调节机构的周围。总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明的压力自适应调节的管道机器人预紧机构，能够适应弯管和变径管内，在遇到障碍物时或管径一定范围内变化时，可通过驱动装置驱动移动组件来移动，通过调整轮架和缓冲装置的夹角来实时调节预紧力，从而使得驱动滚轮适应管道环境的变化，并实现驱动滚轮的顺利滚动和行走。
(2)本发明的压力自适应调节的管道机器人预紧机构，通过缓冲装置缓冲和移动组件移动进行混合预紧的机构，其运动模式为一曲柄滑块机构，通过控制移动组件的位移，来实现缓冲装置和轮架的夹角的变化，从而实现张紧机构的张紧角度调节，进一步实现预紧力的调节。这种机构具有预紧力变化小、自适应能力强、范围大的优点，且这种机构还具有较强的自解卡能力。
(3)本发明的压力自适应调节的管道机器人预紧机构，通过在张紧机构的缓冲装置，譬如缓冲装置采用气弹簧及辅助压簧，满足预紧力的微小调节；当机器人主体在管道内行走且单个驱动滚轮遇到微小障碍时(如焊疤、缺陷等)，基于所述气弹簧和辅助压簧的微小调节功能，可实现单个驱动滚轮正压力的自适应微小调节，而不影响其它的张紧机构的驱动滚轮的正常行走。
(4)本发明的压力自适应调节的管道机器人预紧机构，通过压力传感器组件可感知驱动滚轮施加在管道内壁上的压力的变化情况，并由控制模块控制驱动装置带动移动组件执行调节动作，以调节缓冲装置和轮架的夹角，从而使得驱动滚轮施加在管道内壁上的压力调节至设定范围内，满足驱动滚轮的行走及拖力要求。
(5)本发明的压力自适应调节的管道机器人预紧机构，通过编码器和压力传感器的配合使用，可以实现驱动滚轮施加在管道内壁上的压力的自适应调节，自动化程度高。
附图说明
图1是本发明安装在管道机器人上的立体示意图；
图2是本发明的剖视图；
图3是本发明中张紧机构的立体示意图；
图4是本发明实中张紧机构的剖视图；
图5是本发明中调节机构的剖视图；
图6是本发明中压力传感器组件的剖视图；
图7是本发明中编码器组件的示意图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-张紧机构、101-驱动底座、102-驱动齿轮、103-驱动连接轴、104-驱动连杆、105-连接套筒、106-同步带组件、107-驱动滚轮、108-驱动轮轴、109-气弹簧、110-辅助压簧、2-调节机构、201-调节电机、202-调节电机座、203-调节底座、204-调节丝杠、205-调节丝母、206-调节滑套、207-调节套筒、208-调节端盖、209-调节压簧、210-调节压螺、211-调节支柱、212-连接铰座、3-压力传感器组件、301-压力传感器、302-传感器支座、303-顶杆支座、304-弹簧座、305-弹簧顶杆、306-传感器压簧、4-编码器组件、401-编码器、402-编码器支座、403-连接轴。
具体实施方式
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1～图7，一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，所述管道机器人具有机器人主体5和安装在所述机器人主体5上的主驱动电机，所述管道机器人预紧机构包括调节机构2和多个张紧机构1，这些所述张紧机构1周向均匀分布在所述调节机构2的周围，其中：
对于各所述张紧机构1而言，其各自包括轮架、驱动滚轮107和缓冲装置，所述驱动滚轮107可转动安装在所述轮架上并通过所述主驱动电机驱动进行转动，以压在管道的内壁上行走，从而实现管道机器人的行走，所述轮架的一端通过第一铰接件铰接在所述机器人主体5上而另一端通过第二铰接件铰接所述缓冲装置的一端；
所述调节机构2包括驱动装置和移动组件，所述驱动装置安装在机器人主体5上，所述移动组件通过第三铰接件铰接所述缓冲装置的另一端，所述移动组件由所述驱动装置驱动做直线移动，从而实现对张紧机构1的轮架和缓冲装置的夹角的控制，进而实现张紧机构1的驱动滚轮107作用在管道内壁上的压力的调节，其中，所述第一铰接件、所述第二铰接件、第三铰接件和驱动滚轮107的中心线平行。
所述机器人主体5上安装有驱动底座101，所述驱动底座101是所述张紧机构1的固定连接件。本发明的轮架可以直接铰接在机器人主体5上，也可以先铰接在所述驱动底座101上，即轮架间接铰接在机器人主体5上。
所述轮架包括驱动连接轴103、驱动齿轮102、驱动连杆104和同步带组件106，所述驱动连接轴103通过第四铰接件连接在所述驱动底座101上，所述驱动齿轮102固定安装在所述驱动连接轴103上并与主驱动电机的输出轴上的输出齿轮啮合，所述驱动连杆104的一端通过第五铰接件连接所述驱动连接轴103而另一端可转动安装驱动轮轴108，所述驱动轮轴108上固定安装所述驱动滚轮107，即本发明的驱动滚轮107是通过驱动轮轴108可转动安装在所述轮架上，并且所述驱动轮轴108与所述驱动连接轴103通过所述同步带组件106连接，其中，所述第四铰接件、第五铰接件的中心线均与所述驱动滚轮107的中心线平行。本发明的所述驱动齿轮102为锥齿轮，并且，主驱动电机的输出轴上的输出轮也为锥齿轮，所述驱动连接轴103与主驱动电机的输出轴为两相交轴，两个锥齿轮相互啮合，所述驱动连接轴103与主驱动电机的输出轴间的运动和动力靠两个所述锥齿轮来传动，以传递主驱动电机的输出轮的运动和动力；所述驱动连接轴103通过平键套装所述驱动齿轮102，是驱动齿轮102的旋转轴。
本发明的铰接件(第一铰接件～第五铰接件)可以选自轴承、铰轴、销轴、铰座等，铰接件满足连接的两个构件可发生相对转动，铰接件的中心线为转动中心线，优选采用轴承或铰座。
进一步，所述缓冲装置可以采用现有的具有弹性或阻尼作用的缓冲装置，譬如液压缓冲器、聚氨脂缓冲器、弹簧缓冲器等，本发明的所述缓冲装置优选包括气弹簧109和辅助压簧110，所述气弹簧109的一端通过所述第二铰接件铰接所述驱动轮轴108而另一端通过所述第三铰接件铰接所述移动组件，所述辅助压簧110安装在所述第二铰接件和所述气弹簧109的压力缸之间。气弹簧109在一定压力下具备一定的压缩行程，满足预紧力的微小调节；所述辅助压簧110，可实现预紧力辅助调节，满足预紧力的微小调节。
所述驱动连杆104一端通过所述第五铰接件套接所述驱动连接轴103而另一端通过轴承可转动安装所述驱动轮轴108，所述驱动连杆104是驱动轮轴108的支撑结构，保证两轴的相对运动位置；一组所述张紧机构1中包含两个驱动连杆104，两个驱动连杆104之间通过连接套筒105及长螺栓连接为以一整体，有利于保证张紧机构1的轮架运动中的稳定性。
所述同步带组件106包括两个同步带轮及一根同步带，两个同步带轮分别通过平键套接所述驱动连接轴103及驱动轮轴108上，用于传递驱动齿轮102的运动及动力，在传动过程中，同步带轮及同步带不产生相对滑动，传动比精确恒定，传动效率高；
所述驱动滚轮107通过平键套装在驱动轮轴108上，是机器人的驱动滚轮107，与管道内壁接触，并施加一定压力在管道内壁上，以便在行走过程中产生足够的拖动能力；所述驱动滚轮107主体为硬质铝合金加工成型，表面嵌套一层模具压制的聚氨酯橡胶，与管道内壁有较大的摩擦力，同时，一组所述张紧机构1中包含2个同轴设置的驱动滚轮107，以提高与管道内壁的摩擦系数，增大接触面积，以提供足够的摩擦力并转化为拖动力；
进一步地，所述张紧机构1数量优选为三个，三个驱动齿轮102分别与主驱动电机的3个输出轴的锥齿轮啮合，且沿着所述调节机构2的周向均布分布。这种分布可利于管道机器人较好地适应管道内环境，且管道机器人自身的重力对各个驱动滚轮107与管道内壁施加在管道内壁上的压力(正压力)的差异影响较小，具有较好的行走稳定性；
进一步地，当驱动滚轮107带动管道机器人在管道内行走，且单个驱动滚轮107遇到微小障碍时(如焊疤、缺陷等)，基于所述气弹簧109和辅助压簧110的微小调节功能，可实现单个驱动滚轮107正压力的自适应微小调节，而不影响另外两个张紧机构1驱动滚轮107的正常行走；
进一步，所述调节机构2还包括安装在所述主驱动电机上的调节底座203；
所述移动组件包括调节滑套206、调节套筒207、调节压簧209和调节压螺210，所述调节滑套206活动套接在所述调节底座203上并与所述驱动装置连接，以在所述驱动装置的驱动下做直线移动，所述调节套筒207活动套接在所述调节滑套206上，所述调节套筒207的内壁与所述调节滑套206的外壁之间存在用于容纳所述调节压簧209的空间，所述调节套筒207具有筒体及设置在所述筒体一端的限位挡台，所述调节压螺210连接在所述调节滑套206的一端，所述调节压簧209套接在所述滑套上，该调节压簧209的一端抵接所述限位挡台而另一端抵接所述调节压螺210；
所述移动组件的所述调节套筒207通过所述第三铰接件铰接所述缓冲装置。
进一步，所述驱动装置包括调节电机座202、调节电机201、调节丝杠204、调节丝母205和调节支柱211，所述调节电机座202安装在所述机器人主体5上，是整个调节机构2的安装结构件，所述调节电机201安装在所述调节电机座202上，为所述调节机构2的动力元件，其输出扭矩及转速可通过机器人主体5上的控制模块控制，并且所述调节电机201的输出轴连接所述调节丝杠204，所述调节丝母205安装在所述调节丝杠204上，所述调节丝母205上连接所述调节支柱211，所述调节支柱211穿过所述调节底座203后连接所述调节滑套206，并且所述调节底座203上设置有作为调节支柱211的移动通道的缺口。本发明的管道机器人预紧机构为气弹簧109、辅助压簧110和丝杠螺母副混合式预紧机构，其主体运动模式可视为一曲柄滑块机构，通过控制移动组件的调节滑套206、调节套筒207等的位移，来实现气弹簧109和轮架的转动角度，从而实现预紧机构的张紧角度调节，进一步实现预紧力的调节。这种机构具有预紧力变化小、自适应能力强、范围大的优点，且这种机构还具有较强的自解卡能力。
进一步，所述调节底座203通过销钉定位螺接在所述调节电机座202上，与调节电机座202有较好的同轴度，其为所述调节丝杠204的的安装座。所述调节丝杠204通过平键与所述调节电机201连接，并通过轴承连接在所述调节底座203上，以方便旋转。所述调节电机201转动时，可直接驱动调节丝杠204转动，并带动所述调节丝母205移动，丝杠丝母副将电机的旋转运动转换为直线运动。所述调节压簧209设有一定的初始预紧力，可随调节滑套206的移动改变压缩量，从而改变弹簧力的大小。由于所述调节套筒207与所述张紧机构1中的气弹簧109铰接，调节套筒207的移动可带动张紧机构1的张合，实现张紧动作的执行。所述调节压螺210可起到对调节压簧209定位固定作用。另外，所述调节机构2还包括调节端盖208和连接铰座212，所述调节端盖208螺接在调节滑套206远离调节电机201的一端，所述连接铰座212螺接在调节端盖208，设有虎克铰座，用于连接管道机器人的其它工作模块。
本发明的管道机器人预紧机构可看作是一个曲柄滑块机构，所述张紧机构1中的驱动连杆104、同步带组件106的组合可视作曲柄滑块机构的曲柄，是曲柄滑块机构中的执行构件；所述张紧机构1中的气弹簧109可视作曲柄滑块机构的连杆；所述调节机构2中的调节滑套206、调节套筒207的组合可视作曲柄滑块机构的的滑块，是曲柄滑块机构中的原动件。
进一步，所述管道机器人预紧机构还包括压力传感器301组件3，所述压力传感器301组件3包括传感器支座302、压力传感器301、顶杆支座303、弹簧座304、弹簧顶杆305和传感器压簧306，所述传感器支座302安装在所述调节套筒207上，所述顶杆支座303安装在所述调节滑套206上，所述弹簧顶杆305活动穿装在所述顶杆支座303上并且一端固定连接所述弹簧座304，所述传感器压簧306套接在所述弹簧顶杆305上，该传感器压簧306的一端与所述弹簧座304抵接而另一端与所述顶杆支座303抵接，所述压力传感器301安装在所述传感器支座302上并且与所述弹簧座304抵接，以用于感知所述调节滑套206及调节套筒207的位移差而产生的压力变化，并将压力变化值转换输出为可用的电信号传输给控制模块，并由控制模块判断压力变化后是否需要对所述驱动滚轮107施加在管道内壁上的压力进行调节，如需要调节，则通过驱动装置调节张紧机构1的轮架和缓冲装置的夹角，从而使得驱动滚轮107施加在管道内壁上的压力调节至设定范围内，以满足驱动滚轮107的行走及拖力要求。
所述驱动滚轮107施加在管道内壁上的压力发生变化时，压力的变化通过所述气弹簧109、辅助压簧110传递至所述调节套筒207上，使得调节套筒207与所述调节滑套206产生相对位移，从而改变所述传感器压簧306的压缩量，即所述压力传感器301所感知的压力发生变化，并将压力变化值转换输出为可用的电信号，最终将电信号传递至控制模块，并由控制模块判断压力值变化后是否需要对所述驱动滚轮107施加在管道内壁上的压力进行调节。如需要调节，则驱动所述调节电机201带动所述调节丝杠204、调节滑套206执行调节动作，从而使得驱动滚轮107施加在管道内壁上的压力调节至一定范围内，满足行走及拖力要求。
进一步，所述管道机器人预紧机构还包括编码器组件4，所述编码器组件4包括与所述主驱动电机的输出轴连接的编码器401，以在感知所述主驱动电机的转速后传输给控制模块，控制模块由此判断所述驱动滚轮107是否在越障或过弯过程中卡死，从而让所述驱动装置驱动所述移动组件做直线移动，进而让张紧机构1的轮架和缓冲装置的夹角变大，以满足驱动滚轮107的行走及拖力要求。所述编码器组件4还包括编码器支座402和连接轴403，所述编码器支座402安装在机器人主体5上，所述编码器401安装在编码器支座402上，并且所述编码器401的旋转轴通过所述连接轴403与所述主驱动电机的输出轴连接。
进一步，管道机器人在弯管中行走时，通过压力传感器301感知所述张紧机构1的驱动滚轮107施加在管道内壁上的压力及编码器401感知主驱动电机的转速，并由控制模块自行判断是否需要通过驱动装置调节张紧机构1的轮架和缓冲装置的夹角，从而使得驱动滚轮107施加在管道内壁上的压力调节至设定范围内，或者通过主驱动电机让驱动滚轮107的转速调节至设定范围内，以满足驱动滚轮107的行走及拖力要求，实现驱动滚轮在行走过程中的压力自适应调节。
当管道内径发生变化时，可通过控制模块控制驱动装置来调节张紧机构1的轮架和缓冲装置的夹角，以使所述驱动滚轮107施加在管道内壁上的压力调节至设定范围内，或者通过主驱动电机让驱动滚轮107的转速调节至设定范围内，满足行走及拖力要求，实现管道机器人适应管道变径的行走需求。
本发明的管道机器人预紧机构经过组装后，结构紧凑、运行平稳、调试合格、成功通过了弯管行走测试、管道变径行走测试及各项力学试验，行走果良好，能够满足机器人弯管行走及压力调节需要。这种机构具有预紧力变化小、自适应能力强、范围大的优点，且具有较强的自解卡能力。本发明可实现管道机器人在管内行走时驱动滚轮107正压力的自适应调节，满足管道机器人在管内过弯、越障、变径等行走需要。本装置的设计方法和结构应用不仅限于用于此管道机器人，在类似环境条件下也有借鉴意义。
应理解，以上为本实施例的不同特征的许多不同的实施例或例子。以下描述的构件与安排的特定例子，以简化说明实施例。当然，这些仅仅是例子而不是用以限制具体的实施方式，举例来说，元件尺寸并不限于所揭露的范围或数值，而可依制程条件和/或装置所需的性质而定。再者，在说明中，第一特征形成在第二特征的上方或之上，这可能包含第一特征与第二特征以直接接触的方式形成的实施例，这也可能包含额外特征可能形成在插入第一特征与第二特征的实施例，这使得第一特征与第二特征可能没有直接接触，为了简单与清楚说明，可依不同比例任意绘制各种特征。
再者，在此可能会使用空间相对用语，例如“底下”、“下方”、“较低”、“上方”、“较高”等等，以方便说明如附图所绘示的一元件或一特征与另一(另一些)元件或特征的关系。这些空间上相对的用语除了涵盖在附图中所绘示的方向，也欲涵盖装置在使用或操作中不同的方向。设备可能以不同方式定位(例如旋转90度或在其他方位上)，而在此所使用的空间上相对的描述同样也可以有相对应的解释。
本领域的技术人员容易理解，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 (10)

1.一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，所述管道机器人具有机器人主体和安装在所述机器人主体上的主驱动电机，其特征在于，包括调节机构和多个张紧机构，其中：
对于每个所述张紧机构而言，其各自包括轮架、驱动滚轮和缓冲装置，所述驱动滚轮可转动安装在所述轮架上并通过所述主驱动电机驱动进行转动，以压在管道的内壁上行走，所述轮架的一端通过第一铰接件铰接在所述机器人主体上而另一端通过第二铰接件铰接所述缓冲装置的一端；
所述调节机构包括驱动装置和移动组件，所述驱动装置安装在机器人主体上，所述移动组件通过第三铰接件铰接所述缓冲装置的另一端，所述移动组件由所述驱动装置驱动做直线移动，从而实现对张紧机构的轮架和缓冲装置的夹角的控制，进而实现张紧机构的驱动滚轮作用在管道内壁上的压力的调节，其中，所述第一铰接件、所述第二铰接件、第三铰接件和驱动滚轮的中心线平行。
2.根据权利要求1所述的一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，其特征在于，所述机器人主体上安装有驱动底座，所述轮架包括驱动连接轴、驱动齿轮、驱动连杆和同步带组件，所述驱动连接轴通过第四铰接件连接在所述驱动底座上，所述驱动齿轮固定安装在所述驱动连接轴上并与主驱动电机的输出轴上的输出齿轮啮合，所述驱动连杆的一端通过第五铰接件连接所述驱动连接轴而另一端可转动安装驱动轮轴，所述驱动轮轴上固定安装所述驱动滚轮，并且所述驱动轮轴与所述驱动连接轴通过所述同步带组件连接，其中，所述第四铰接件、第五铰接件的中心线均与所述驱动滚轮的中心线平行。
3.根据权利要求2所述的一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，其特征在于，所述缓冲装置包括气弹簧和辅助压簧，所述气弹簧的一端通过所述第二铰接件铰接所述驱动轮轴而另一端通过所述第三铰接件铰接所述移动组件，所述辅助压簧安装在所述第二铰接件和所述气弹簧的压力缸之间。
4.根据权利要求1所述的一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，其特征在于，所述调节机构还包括安装在所述主驱动电机上的调节底座；
所述移动组件包括调节滑套、调节套筒、调节压簧和调节压螺，所述调节滑套活动套接在所述调节底座上并与所述驱动装置连接，以在所述驱动装置的驱动下做直线移动，所述调节套筒活动套接在所述调节滑套上，所述调节套筒的内壁与所述调节滑套的外壁之间存在用于容纳所述调节压簧的空间，所述调节套筒具有筒体及设置在所述筒体一端的限位挡台，所述调节压螺连接在所述调节滑套的一端，所述调节压簧套接在所述滑套上，该调节压簧的一端抵接所述限位挡台而另一端抵接所述调节压螺；
所述移动组件的所述调节套筒通过所述第三铰接件铰接所述缓冲装置。
5.根据权利要求4所述的一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，其特征在于，所述驱动装置包括调节电机座、调节电机、调节丝杠、调节丝母和调节支柱，所述调节电机座安装在所述机器人主体上，所述调节电机安装在所述调节电机座上，并且所述调节电机的输出轴连接所述调节丝杠，所述调节丝母安装在所述调节丝杠上，所述调节丝母上连接所述调节支柱，所述调节支柱穿过所述调节底座后连接所述调节滑套，并且所述调节底座上设置有作为调节支柱的移动通道的缺口。
6.根据权利要求4所述的一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，其特征在于，还包括压力传感器组件，所述压力传感器组件包括传感器支座、压力传感器、顶杆支座、弹簧座、弹簧顶杆和传感器压簧，所述传感器支座安装在所述调节套筒上，所述顶杆支座安装在所述调节滑套上，所述弹簧顶杆活动穿装在所述顶杆支座上并且一端固定连接所述弹簧座，所述传感器压簧套接在所述弹簧顶杆上，该传感器压簧的一端与所述弹簧座抵接而另一端与所述顶杆支座抵接，所述压力传感器安装在所述传感器支座上并且与所述弹簧座抵接，以用于感知所述调节滑套及调节套筒的位移差而产生的压力变化，并将压力变化值传输给控制模块，并由控制模块判断压力变化后是否需要对所述驱动滚轮施加在管道内壁上的压力进行调节，如需要调节，则通过驱动装置调节张紧机构的轮架和缓冲装置的夹角，从而使得驱动滚轮施加在管道内壁上的压力调节至设定范围内，以满足驱动滚轮的行走及拖力要求。
7.根据权利要求6所述的一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，其特征在于，当管道机器人在弯管中行走或在变径管内中行走时，通过压力传感器感知所述张紧机构的驱动滚轮施加在管道内壁上的压力及与编码器感知主驱动电机的转速，并传给控制模块，由控制模块自行判断是否需要通过驱动装置调节张紧机构的轮架和缓冲装置的夹角，从而使得驱动滚轮施加在管道内壁上的压力或通过主驱动电机让驱动滚轮的转速调节至设定范围内，以满足驱动滚轮的行走及拖力要求，实现驱动滚轮在行走过程中的压力自适应调节。
8.根据权利要求1所述的一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，其特征在于，还包括编码器组件，所述编码器组件包括与所述主驱动电机的输出轴连接的编码器，编码器在感知所述主驱动电机的转速后传输给控制模块，控制模块由此判断所述驱动滚轮是否在越障或过弯过程中卡死，从而让所述驱动装置驱动所述移动组件做直线移动，进而让张紧机构的轮架和缓冲装置的夹角变大，以满足驱动滚轮的行走及拖力要求。
9.根据权利要求1所述的一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，其特征在于，所述编码器组件还包括编码器支座和连接轴，所述编码器支座安装在所述机器人主体上，所述编码器的旋转轴通过所述连接轴与所述主驱动电机的输出轴连接。
10.根据权利要求1所述的一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，其特征在于，这些所述张紧机构周向均匀分布在所述调节机构的周围。
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