CN113090866B - 一种可变径的管道机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变径的管道机器人，包括机身、丝杆传动模块和行走机构，机身包括前架和后架，相对设置的第一安装座和第二安装座分别设置在前架和后架上，丝杆传动模块包括丝杆、中间固定座和桁架组件，桁架组件包括丝杆螺母、长杆架、滑块和短杆架，丝杆两侧分别可旋转地安装在第一安装座和第二安装座上。通过旋转丝杆，丝杆螺母带动滑块移动，在长杆架、短杆架和中间固定座的作用下，长杆架外端的行走机构张开或者收缩，从而调节行走机构与机身的径向距离；多组丝杆传动模块将机身支撑在管道内，提高了在大型以及超大型管道上适用性，通过多个支撑点提高对机身的支撑强度；同时提高了机器人对管道管径变化的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及管道机器人技术领域，具体涉及一种可变径的管道机器人。
背景技术
管道广泛应用各工业领域，是重要的输送工具之一。工业上的管道一般长期处在工况恶劣的环境，容易产生堵塞、破裂、变形等状况，严重影响正常的生产运行甚至会导致安全事故的发生，为保证管道的正常运作，可以使用管道机器人定期对管道进行探查、维护和定点施工作业。
目前，大多数的管道机器人都是运用在口径5米以内的管道机器人，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。部分管道机器人依靠自身重力或吸附力压在壁管上，借助车轮或履带进行运动；部分管道机器人依靠连杆与高强度弹簧的配合，利用弹力压在壁管上，借助车轮或履带进行运动；这两类方案在较小口径的管道中能够实现机器人在管道中的运动，但在运用于超大型管道的环境中，受限于材料的本身强度以及质量过大的危险性，并不能确保管道机器人的使用顺利以及使用安全，并且负载能力较弱。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种可变径的管道机器人，通过旋转丝杆，使行走机构张开，从而改变行走机构与机身的径向距离，通过多个支撑点提高对机身的支撑强度。
本发明公开了一种可变径的管道机器人，包括机身、丝杆传动模块和行走机构，所述机身包括前架和后架，相对设置的第一安装座和第二安装座分别设置在所述前架和后架上，所述丝杆传动模块包括丝杆、中间固定座和桁架组件，所述桁架组件包括丝杆螺母、长杆架、滑块和短杆架，所述丝杆两侧分别可旋转地安装在第一安装座和第二安装座上，所述中间固定座固定在所述丝杆中部，所述丝杆上套设有相匹配的丝杆螺母，所述丝杆螺母内侧套设有滑块，所述长杆架一端铰接在所述滑块上，行走机构安装在所述长杆架的另一端，所述短杆架一端铰接在所述中间固定座上、另一端铰接在长杆架中部；多组丝杆传动模块沿所述机身的周向间隔分布。
优选的，所述桁架组件还包括设置在丝杆螺母和滑块之间的压缩弹簧，所述压缩弹簧套设在所述丝杆上。
优选的，所述中间固定座前后两侧分别设有桁架组件，两个桁架组件的丝杆螺母螺纹方向相反。
优选的，所述丝杆为双头丝杆，所述中间固定座左右两侧分别设有桁架组件。
优选的，管道机器人还包括设置在机身上的传动模块，所述传动模块包括安装在机身上的驱动电机和固定在所述丝杆上的小直齿轮，所述驱动电机的输出轴驱动所述小直齿轮。
优选的，所述传动模块还包括大直齿轮、第一同步带轮、第二同步带轮和同步带，
所述驱动电机的输出轴上固定有第一同步带轮，第二同步带轮与大直齿轮固定，所述第一同步带轮和第二同步带轮上设有同步带，大直齿轮与所述小直齿轮啮合。
优选的，所述前架或后架内侧设有内侧板，所述第一同步带轮、第二同步带轮和同步带设置在内侧板一侧，所述大直齿轮和小直齿轮设置在内侧板另一侧。
优选的，所述丝杆传动模块包括第一丝杆传动模块和第二丝杆传动模块，
所述第一丝杆传动模块设置在所述前架内侧板上的第一安装座和所述后架外侧的第二安装座之间；
所述第二丝杆传动模块设置在所述后架内侧板上的第二安装座和所述前架外侧的第一安装座之间；
第一丝杆传动模块和第二丝杆传动模块沿机身的外侧壁周向间隔设置。
优选的，所述行走机构包括的爬壁吸附机器人和设置在爬壁吸附机器人上的麦克纳姆轮。
优选的，所述机身一端设有探测模块或修整模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过旋转丝杆，丝杆螺母带动滑块移动，在长杆架、短杆架和中间固定座的作用下，长杆架外端的行走机构张开或者收缩，从而调节行走机构与机身的径向距离；多组丝杆传动模块将机身支撑在管道内，提高了在大型以及超大型管道上适用性，通过多个支撑点提高对机身的支撑强度；同时提高了机器人对管道管径变化的适用性。
附图说明
图1是本发明的可变径管道机器人结构示意图；
图2是丝杆传动模块的安装示意图；
图3是丝杆传动模块的结构示意图；
图4是传动模块的结构示意图；
图5是丝杆传动模块的分布示意图；
图6是管道机器人的工作示意图；
图7是管道机器人的行走机构张开示意图。
附图标注：
1机身，11前架，12后架，13内侧板，14第一安装座，15安装侧板，16第二安装座，18连接套筒，
2丝杆传动模块，201丝杆螺母，202长杆架，203压缩弹簧，204短杆架，205丝杆，206中间固定座，207滑块，208桁架组件，21第一丝杆传动模块，22第二丝杆传动模块；
3行走机构，31行驶轮，32爬壁吸附机器人，
4传动模块，401小直齿轮，402大直齿轮，403同步带，404第一同步带轮，405惰轮，406驱动电机，407第二同步带轮，
5探测模块，7管壁。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
一种可变径的管道机器人，如图1、图2和图3所示，包括机身1、丝杆传动模块2和行走机构3，机身1包括前架11和后架12，相对设置的第一安装座14和第二安装座16分别设置在前架11和后架12上，丝杆传动模块2包括丝杆205、中间固定座206和桁架组件208，桁架组件208包括丝杆螺母201、长杆架202、滑块207和短杆架204，丝杆205两侧分别可旋转地安装在第一安装座14和第二安装座16上，中间固定座206固定在丝杆205中部，丝杆205上套设有相匹配的丝杆螺母201，丝杆螺母201内侧套设有滑块207，长杆架202一端铰接在滑块207上、另一端安装有行走机构3，短杆架204一端铰接在中间固定座206上、另一端铰接在长杆架202中部；多组丝杆传动模块2沿机身1的周向间隔分布。
通过旋转丝杆205，丝杆螺母201带动滑块207移动，在长杆架202、短杆架204和中间固定座206的作用下，长杆架202外端的行走机构3张开或者收缩，从而调节行走机构3与机身1的径向距离；多组丝杆传动模块2将机身1支撑在管道内，可以通过长杆架202的长度调节行走机构3径向的最大距离，提高了机器人在大型以及超大型管道上适用性，通过多个支撑点提高了对机身的支撑强度，而不必加大机身的半径和质量，从而提高了管道机器人的安全性和负载能力。
图6示出了管道机器人的工作状态，行走机构支撑在管道的管壁7上，通过行走机构在管壁上运动，图7示出了管道机器人调节行走机构3径向距离，使行走机构3呈张开状态，此时机身的前架11和后架12的间距增大。因此本发明的管道机器人可以适用于不同管径的管道，以及适用于管径变化的管道，同时适用于管道转弯的情况。在转弯时，多个支援点也可以牢牢地支撑整个机身。
为了提高丝杆传动模块2的避障能力，可以在丝杆螺母201和滑块207之间设置压缩弹簧203，压缩弹簧203套设在丝杆205上。在行走机构碾压到障碍物时，推动滑块207压向压缩弹簧，此时丝杆螺母不会发生位移，压缩弹簧吸收势能，通过障碍物后，压缩弹簧203释放势能将行走机构推向管壁7。
在一个具体实施例中，丝杆采用双头丝杆了，中间固定座206前后两侧(将前架的方向作为前侧，后架的方向作为后侧)、以及左右两侧分别设有桁架组件，前后两侧桁架组件的丝杆螺母201螺纹方向相反，丝杆旋转时，前后两侧的丝杆螺母向不同的方向移动，而行走机构的移动方向相同。其中，本发明的材料可以使用碳纤维，以减轻整体重量，提高支撑强度，提高负载性能，例如长杆架、短杆架和机身的连接套筒18。其中，前架11或后架12可以由内侧板13、连接套筒18和安装侧板15构成，内侧板13和安装侧板15分别设置在连接套筒18两端，连接套筒18内设有腔体，腔体用于安装电子器件。
其中，长杆架的长度可以是短杆架长度的2倍，长杆架与丝杆的角度在10°到80°之间，以确保对长杆架的驱动力。中间固定座206可以通过螺栓与丝杆205固定；丝杆205两端的丝杆螺母201到中间固定座206的距离相同。
如图4和2所示，可以采用传动模块驱动丝杆的旋转。传动模块4设置在机身1上，传动模块4包括安装在机身上的驱动电机406和固定在丝杆205上的小直齿轮401，述驱动电机406的驱动小直齿轮402。通过驱动电机和小直齿轮驱动丝杆旋转。
在一个具体实施例中，采用了同步带的传动方式：传动模块4还包括大直齿轮402、第一同步带轮404、第二同步带轮407和同步带403，驱动电机406的输出轴上固定有第一同步带轮404，第二同步带轮408与大直齿轮402固定，第一同步带轮404和第二同步带轮408上设有同步带403，大直齿轮402与小直齿轮401啮合。如图4所示，同步带轮上套设有了三个第二同步带轮407，分别驱动三组丝杆，同时为了便于同步带403的走向，同步带403上还设置惰轮405。图4中，传动模块4设置在前架11或后架12内侧内侧板13上：第一同步带轮404、第二同步带轮407、同步带403和惰轮405设置在内侧板13一侧，大直齿轮402和小直齿轮401设置在内侧板13另一侧。但不限于此。
如图1和图5所示，丝杆传动模块2可以包括第一丝杆传动模块21和第二丝杆传动模块22，第一丝杆传动模块21设置在前架11内侧板上的第一安装座14和后架12外侧的第二安装座16之间；第二丝杆传动模块22设置在后架12内侧板上的第二安装座16和前架11外侧的第一安装座14之间；第一丝杆传动模块21和第二丝杆传动模块22沿机身1的外侧壁周向间隔设置。如图7所示，第一丝杆传动模块与第二丝杆传动模块在机身轴向上产生一定的距离，提高了支撑的覆盖面，提高支撑强度和适应性，图5示出了六组丝杆传动模块在机身径向上的分布，两组丝杆传动模块之间偏转60度。其中，三组第一丝杆传动模块共用一套传动模块，实现三组第一丝杆传动模块同步张开或收缩，三组第二丝杆传动模块共同另一套传动模块，实现三组第二丝杆传动模块同步张开或收缩。
行走机构3可以包括爬壁吸附机器人32和设置在爬壁吸附机器人32上的行驶轮31。行驶轮31可以采用麦克纳姆轮，麦克纳姆轮可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式，在一个具体实施例中，采用了斜行的麦克纳姆轮，实现管道机器人螺旋前进。六组行驶轮拥有独自的车轮运动路径，即在管道中形成六条独立的行进轨迹，避免了机器人行驶轮对同一障碍物的重复碾压，同时提高了弯道通过性。爬壁吸附机器人32可以通过磁性吸附在管壁7上，提高了行驶轮的摩擦力。
本发明的管道机器人具有优越的适应性和过弯性能，还能够在垂直管道中实现匀速上升和下降的运动，在上升时，压缩弹簧203为车轮提供足够的压力以及爬壁吸附机器人的磁吸附力使车轮拥有足够的摩擦力而不下滑，四轮驱动为机器人提供充足的驱动力向上运动，因此，本发明的管道机器人在复杂多变的管道环境中拥有着较好的环境自适应性。
机身1一端可以设有探测模块5或修整模块，如图1，探测模块设置在前架11的前端，但不限于此。探测模块可以是探照灯、摄像头等，修整模块可以是焊枪、油漆喷枪等。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可变径的管道机器人，其特征在于，包括机身、丝杆传动模块和行走机构，所述机身包括间隔设置的前架和后架，
相对设置的第一安装座和第二安装座分别设置在所述前架和后架上，
所述丝杆传动模块包括丝杆、中间固定座和桁架组件，所述桁架组件包括丝杆螺母、长杆架、滑块和短杆架，
所述丝杆两侧分别可旋转地安装在第一安装座和第二安装座上，
所述中间固定座固定在所述丝杆中部，所述丝杆上套设有丝杆螺母，所述丝杆螺母内侧套设有滑块，所述长杆架一端铰接在所述滑块上，行走机构安装在所述长杆架的另一端，
所述短杆架一端铰接在所述中间固定座上、另一端铰接在长杆架中部；
多组丝杆传动模块沿所述机身的周向间隔分布；
前架和后架的内侧分别设置有内侧板，所述内侧板上设置有传动模块；
所述传动模块用于驱动丝杆旋转；
所述丝杆传动模块包括第一丝杆传动模块和第二丝杆传动模块，
所述第一丝杆传动模块设置在所述前架内侧板上的第一安装座和所述后架外侧的第二安装座之间，
所述前架的内侧板上设置有第一丝杆传动模块的传动模块；
所述第二丝杆传动模块设置在所述后架内侧板上的第二安装座和所述前架外侧的第一安装座之间，
所述后架的内侧板上设置有第二丝杆传动模块的传动模块；
第一丝杆传动模块和第二丝杆传动模块沿机身的外侧壁周向和轴向间隔设置。
2.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，所述桁架组件还包括设置在丝杆螺母和滑块之间的压缩弹簧，所述压缩弹簧套设在所述丝杆上。
3.根据权利要求1或2所述的管道机器人，其特征在于，所述中间固定座前后两侧分别设有桁架组件，两个桁架组件的丝杆螺母螺纹方向相反。
4.根据权利要求3所述的管道机器人，其特征在于，所述丝杆为双头丝杆，所述中间固定座左右两侧分别设有桁架组件。
5.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，还包括设置在机身上的传动模块，所述传动模块包括安装在机身上的驱动电机和固定在所述丝杆上的小直齿轮，所述驱动电机驱动所述小直齿轮。
6.根据权利要求5所述的管道机器人，其特征在于，所述传动模块还包括大直齿轮、第一同步带轮、第二同步带轮和同步带，
所述驱动电机的输出轴上固定有第一同步带轮，第二同步带轮与大直齿轮固定，所述第一同步带轮和第二同步带轮上设有同步带，大直齿轮与所述小直齿轮啮合。
7.根据权利要求6所述的管道机器人，其特征在于，所述第一同步带轮、第二同步带轮和同步带设置在内侧板一侧，所述大直齿轮和小直齿轮设置在内侧板另一侧。
8.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，多个第一丝杆传动模块沿机身周向间隔设置；多个第二丝杆传动模块沿机身周向间隔设置。
9.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，所述行走机构包括的爬壁吸附机器人和设置在爬壁吸附机器人上的麦克纳姆轮，
爬壁吸附机器人通过磁性吸附在管壁上。
10.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，所述机身一端设有探测模块或修整模块。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
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