CN113251242A - 一种主动调节横截面尺寸的自适应管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动调节横截面尺寸的自适应管道机器人，属于管道机器人技术领域。它包括变截面驱动装置A和变截面驱动装置B，装设于变截面驱动装置A、B上的变截面外壳，装设于变截面外壳上的四个被动滚动装置和两个主动滚动装置；变截面驱动装置A与变截面驱动装置B结构完全相同，均包括六根首尾依次铰接相连的长度可调杆，固定圆盘，六根径向滑动杆转动圆盘，变截面电机和滚轮A；转动圆盘中心对称开设有六个渐开线滑槽，六个滚轮A分别装设于六个渐开线滑槽中。本发明是一种结构简单合理、可以在不同直径圆形管道内实现与管道内壁的多方位对称接触，具有高稳定性行走的自适应管道机器人。

Description

一种主动调节横截面尺寸的自适应管道机器人

技术领域

本发明主要涉及管道机器人技术领域，特指一种主动调节横截面尺寸的自适应管道机器人。

背景技术

管道机器人对于检测管道内部以及维修管道具有十分重要的价值。现有的管道机器人其横截面尺寸是固定的，因此它在不同直径的管道内行走时通常只有底部或侧面接触管道内壁，而无法实现同一横截面上多方位与管道内壁的对称接触，进而使得管道机器人在行走过程中进行作业稳定性不高。因而亟需设计一种可以在不同直径管道内多方位接触管道内壁的高稳定性管道机器人。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单合理、可以实现在不同直径圆形管道内与管道内壁多方位对称接触，具有高稳定性行走、可以主动调节横截面尺寸的自适应管道机器人。

为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种主动调节横截面尺寸的自适应管道机器人，它包括变截面驱动装置A和变截面驱动装置B，装设于所述变截面驱动装置A和变截面驱动装置B上的变截面外壳，装设于所述变截面外壳上的四个被动滚动装置和两个主动滚动装置。

所述变截面驱动装置A与所述变截面驱动装置B结构完全相同，均包括六根首尾依次铰接相连的长度可调杆，固定圆盘，六根结构相同可沿所述固定圆盘径向滑动的径向滑动杆，与所述固定圆盘同心转动装设的转动圆盘，固定装设于所述固定圆盘上且驱动所述转动圆盘转动的变截面电机，和滚轮A。

所述长度可调杆包括套筒，滑动装设于所述套筒两端的连杆A和连杆B，装设于所述套筒内两端分别与所述连杆A和连杆B相连的弹簧；所述六根长度可调杆组成一个正六边形；所述六根径向滑动杆的外端分别与所述正六边形的六个角点铰接相连，其内端各装设有一个所述滚轮A；所述转动圆盘中心对称径向开设有六个渐开线滑槽，六个所述滚轮A分别装设于六个所述渐开线滑槽中。

所述变截面外壳由六个结构完全相同的弧形壳板组成，六个弧形壳板在同一圆周上；六个弧形壳板的轴向前端分别采用六个固定块与所述变截面驱动装置A中的六个套筒固定相连，六个弧形壳板的轴向后端分别采用六个固定块与所述变截面驱动装置B中的六个套筒固定相连。

所述被动滚动装置包括沿径向固定装设于所述弧形壳板轴向中部的滚轮支架A，转动装设于所述滚轮支架A另一端的万向滚轮。

所述主动滚动装置包括沿径向转动装设于所述弧形壳板轴向中部上的滚轮支架B，转动装设于所述滚轮支架B另一端的滚轮B，与所述滚轮B同步转动装设的从动齿轮，固定装设于所述滚轮支架B上的前进电机，装设于所述前进电机输出轴上的主动齿轮，与所述主动齿轮和从动齿轮相连的同步链，装设于所述弧形壳板上的转向电机；所述转向电机的输出轴与所述滚轮支架B相连。

四个所述万向滚轮的外边缘与两个所述滚轮B的外边缘在同一个圆周线上。

进一步地，六根径向滑动杆的中部分别滑动套装有一个导向筒，导向筒固定装设于固定圆盘上。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明的一种主动调节横截面尺寸的自适应管道机器人设有变截面驱动装置A和变截面驱动装置B，从而可以实现机器人外壳截面的径向改变，从而适应不同直径的管道，且在同一横截面的变截面外壳上装设有沿圆周均匀分布的两个主动滚轮和四个被动滚轮，由主动滚轮带动被动滚轮，进而使得本发明的管道机器人在不同直径的管道中行走时，均可以实现与管道内壁的多方位对称接触，提高了管道机器人行走或作业时的稳定性。由此可知，本发明是一种结构简单合理、可以实现在不同直径圆形管道内与管道内壁多方位对称接触，具有高稳定性行走、可以主动调节横截面尺寸的自适应管道机器人。

附图说明

图1是本发明的一种主动调节横截面尺寸的自适应管道机器人的结构原理示意图。

图2是图1中A-A截面示意图。

图中，1—变截面外壳；10—管道；11—弧形壳板；2—变截面驱动装置A；21—长度可调杆；211—连杆A；212—弹簧；213—套筒；214—连杆B；22—径向滑动杆；23—导向筒；24—滚轮A；25—渐开线滑槽；26—变截面电机；27—固定圆盘；28—转动圆盘；3—变截面驱动装置B；4—被动滚动装置；41—万向滚轮；42—滚轮支架A；51—同步链；52—从动齿轮；53—前进电机；54—主动齿轮；55—转向电机；56—滚轮B；57—滚轮支架B；6—固定块。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明的一种主动调节横截面尺寸的自适应管道机器人，包括变截面驱动装置A2和变截面驱动装置B3，装设于变截面驱动装置A2、B3上的变截面外壳1，装设于变截面外壳1上的四个被动滚动装置4和两个主动滚动装置。

参见图2，变截面驱动装置A2与变截面驱动装置B3结构完全相同，均包括六根首尾依次铰接相连的长度可调杆21，固定圆盘27，六根结构相同可沿固定圆盘27径向滑动的径向滑动杆22，与固定圆盘27同心转动装设的转动圆盘28，固定装设于固定圆盘27上且驱动转动圆盘28转动的变截面电机26，和滚轮A24；长度可调杆21包括套筒213，滑动装设于套筒213两端的连杆A211和连杆B214，装设于套筒213内两端分别与连杆A211和连杆B214相连的弹簧212。

参见图2，六根长度可调杆21组成一个正六边形；六根径向滑动杆22的外端分别与正六边形的六个角点铰接相连，其内端各装设有一个滚轮A24，六根径向滑动杆22的中部分别滑动套装有一个导向筒23，导向筒23固定装设于固定圆盘27上用于限定径向滑动杆22的径向滑动；转动圆盘28中心对称径向开设有六个渐开线滑槽25，六个滚轮A24分别装设于六个渐开线滑槽25中。

变截面外壳1由六个结构完全相同的弧形壳板11组成，六个弧形壳板11在同一圆周上；六个弧形壳板11的轴向前端分别采用六个固定块6与变截面驱动装置A2中的六个套筒213固定相连，六个弧形壳板11的轴向后端分别采用六个固定块6与变截面驱动装置B3中的六个套筒213固定相连。

被动滚动装置4包括沿径向固定装设于弧形壳板11轴向中部的滚轮支架A42，转动装设于滚轮支架A42另一端的万向滚轮41。

主动滚动装置包括沿径向转动装设于弧形壳板11轴向中部上的滚轮支架B57，转动装设于滚轮支架B57另一端的滚轮B56，与滚轮B56同步转动装设的从动齿轮52，固定装设于滚轮支架B57上的前进电机53，装设于前进电机53输出轴上的主动齿轮54，与主动齿轮54和从动齿轮52相连的同步链51，装设于弧形壳板11上的转向电机55；转向电机55的输出轴与滚轮支架B57相连。

四个万向滚轮41的外边缘与两个滚轮B56的外边缘在同一个圆周线上，从而使四个万向滚轮41和两个滚轮B56在变截面驱动装置A2、B3工作时始终同时与管道内壁接触。

优选两个主动滚动装置对称装设于变截面外壳1的两侧，被动滚动装置4两个一组对称装设于变截面外壳1的另外两侧，四个万向滚轮41与两个滚轮B56沿同一圆周均匀分布，从而使管道机器人的行走更稳定。

变截面驱动装置的工作原理：变截面电机26逆时针方向转动，带动渐开线滑槽25逆时针方向转动，渐开线滑槽25内的滚轮A24远离固定圆盘27的圆心，沿径向向外推动径向滑动杆22，六根长度可调杆21组成的正六边形的边长逐渐增大，直至万向滚轮41和滚轮B56同时与大直径管道的内壁接触；变截面电机26顺时针方向转动，带动渐开线滑槽25顺时针方向转动，渐开线滑槽25内的滚轮A24向着固定圆盘27的圆心方向运动，沿径向向里拉动径向滑动杆22，六根长度可调杆21组成的正六边形的边长逐渐减小，直至四个万向滚轮41和两个滚轮B56同时与小直径管道的内壁接触。

等截面管道的自适应尺寸调节：本发明的管道机器人如果行走在等截面的管道中时，只要变截面驱动装置A2和变截面驱动装置B3中的变截面电机26同步转动，即可实现变截面外壳1呈现圆柱形。

变截面管道的自适应尺寸调节：如果管道机器人在变截面管道内行走时，假设从大直径向小直径方向前进。此时变截面外壳1轴向前端的变截面驱动装置A2中的变截面电机26顺时针方向转动，变截面外壳1轴向后端的变截面驱动装置B3中的变截面电机26也顺时针方向转动，且轴向前端的变截面电机26转动的速度大于轴向后端的变截面电机26的转动速度，即可实现变截面外壳呈现前端横截面小、后端横截面大的圆台型。反之，如果是从小直径向大直径方向前进，变截面驱动装置A2和变截面驱动装置B3的变截面电机26的转动方向变为逆时针方向即可。

主动滚动装置工作原理：转向电机55转动，带动滚轮支架B57绕自身的轴线发生转动，从而带动滚轮B56发生转动，实现滚轮B56可沿管道长度方向滚动；前进电机53转动，带动主动齿轮54转动，进而通过同步链51带动从动齿轮52转动，由于从动齿轮52与滚轮B56同步转动，从而驱动滚轮B56沿管道内壁向前滚动；在滚轮B56向前滚动的作用下，万向滚轮41也向前滚动，从而实现了管道机器人在等直径管道、变直径管道及弯曲管道内沿管道内壁的行走。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应该属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种主动调节横截面尺寸的自适应管道机器人，包括变截面驱动装置A(2)和变截面驱动装置B(3)，装设于所述变截面驱动装置A(2)和变截面驱动装置B(3)上的变截面外壳(1)，装设于所述变截面外壳(1)上的四个被动滚动装置(4)和两个主动滚动装置；其特征在于：

所述变截面驱动装置A(2)与所述变截面驱动装置B(3)结构完全相同，均包括六根首尾依次铰接相连的长度可调杆(21)，固定圆盘(27)，六根结构相同可沿所述固定圆盘(27)径向滑动的径向滑动杆(22)，与所述固定圆盘(27)同心转动装设的转动圆盘(28)，固定装设于所述固定圆盘(27)上且驱动所述转动圆盘(28)转动的变截面电机(26)，和滚轮A(24)；所述长度可调杆(21)包括套筒(213)，滑动装设于所述套筒(213)两端的连杆A(211)和连杆B(214)，装设于所述套筒(213)内两端分别与所述连杆A(211)和连杆B(214)相连的弹簧(212)；所述六根长度可调杆(21)组成一个正六边形；所述六根径向滑动杆(22)的外端分别与所述正六边形的六个角点铰接相连，其内端各装设有一个所述滚轮A(24)；所述转动圆盘(28)中心对称径向开设有六个渐开线滑槽(25)，六个所述滚轮A(24)分别装设于六个所述渐开线滑槽(25)中；

所述变截面外壳(1)由六个结构完全相同的弧形壳板(11)组成，六个弧形壳板(11)在同一圆周上；六个弧形壳板(11)的轴向前端分别采用六个固定块(6)与所述变截面驱动装置A(2)中的六个套筒(213)固定相连，六个弧形壳板(11)的轴向后端分别采用六个固定块(6)与所述变截面驱动装置B(3)中的六个套筒(213)固定相连；

所述被动滚动装置(4)包括沿径向固定装设于所述弧形壳板(11)轴向中部的滚轮支架A(42)，转动装设于所述滚轮支架A(42)另一端的万向滚轮(41)；

所述主动滚动装置包括沿径向转动装设于所述弧形壳板(11)轴向中部上的滚轮支架B(57)，转动装设于所述滚轮支架B(57)另一端的滚轮B(56)，与所述滚轮B(56)同步转动装设的从动齿轮(52)，固定装设于所述滚轮支架B(57)上的前进电机(53)，装设于所述前进电机(53)输出轴上的主动齿轮(54)，与所述主动齿轮(54)和从动齿轮(52)相连的同步链(51)，装设于所述弧形壳板(11)上的转向电机(55)；所述转向电机(55)的输出轴与所述滚轮支架B(57)相连；

四个所述万向滚轮(41)的外边缘与两个所述滚轮B(56)的外边缘在同一个圆周线上。

2.根据权利要求1所述的一种主动调节横截面尺寸的自适应管道机器人，其特征在于：六根所述径向滑动杆(22)的中部分别滑动套装有一个导向筒(23)，所述导向筒(23)固定装设于所述固定圆盘(27)上。

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