CN113459121A - 一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，尤其是一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人，包括功能箱，所述功能箱的表面呈圆形状，所述功能箱的表面固定安装有控制器，所述功能箱的表面固定连通有进油管，所述进油管的表面固定安装有第一电磁阀，所述第一电磁阀通过电线与控制器电性连接。该狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人，通过设置行走定位机构和翻转机构，在使用时，通过功能杆从功能管内伸出，带动橡胶接触块与管道内壁接触后，对作业机械臂作业位置进行定位，并通过驱动电机带动底座板转动带动机械臂翻转作业，从而解决了现有的多轴机器人的使用成本高和技术门槛高，而人工作业则存在效率较低，质量难以保证的问题。

Description

一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人。

背景技术

现有的钢板管在生产过程中，一般都是将钢板进行弯曲变形后，进行焊接制作，在钢板管生产过程中，根据不同的用途和质量要求，需要对钢板管进行表面处理和内壁处理，随着工业机器人的发展，越来越多的生产作业都采用机器人作业。

现有的工业机器人在对钢板管道内部作业时，存在工业机器人的安装底座位置固定移动不便，在对狭小钢板管道内壁作业时，受到底座限制导致大多数机器人无法对狭小管道内壁进行作业，只有通过人工作业或者采用多轴机器人进行作业。

但是在实际生产中，由于多轴机器人价格较高，且工作过程中需要配合使用较为复杂的程序，造成使用成本高和技术门槛高，而人工作业则存在效率较低，且对于狭小钢板管作业时，受到空间限制，人工作业质量难以保证，所以需要一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人。

发明内容

基于现有的多轴机器人的使用成本高和技术门槛高，而人工作业则存在效率较低，质量难以保证的技术问题，本发明提出了一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人。

本发明提出的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人，包括功能箱，所述功能箱的表面呈圆形状，所述功能箱的表面固定安装有控制器，所述功能箱的表面固定连通有进油管，所述进油管的表面固定安装有第一电磁阀，所述第一电磁阀通过电线与控制器电性连接，所述功能箱的表面固定连接有行走定位机构，所述行走定位机构包括功能管，所述功能管的内壁与功能箱的内壁固定连通；

所述功能箱的表面固定连接有安装管，所述安装管的内壁固定连接有翻转机构，所述翻转机构包括转动轴，所述转动轴的一端通过轴承与安装管的内底壁固定转动连接。

优选地，多个所述功能管以功能箱的轴心为中心呈环形阵列分布，所述功能管的内壁滑动连接有活塞，所述活塞的表面固定连接有功能杆。

优选地，所述功能杆的一端贯穿并延伸至功能管的表面，所述功能杆的表面套接有弹簧，所述弹簧的两端分别与活塞的表面和功能管的内顶壁固定连接；

通过上述技术方案，弹簧具有在功能管内失去液压油压力后，自动将活塞和功能杆进行复位的效果。

优选地，多个所述功能杆的一端均固定连接有橡胶接触块，其中三个所述功能杆的一端固定连接有安装盘；

通过上述技术方案，橡胶接触块具有增加与管道内壁接触摩擦力，和增加接触柔性，对管道内壁接触位置进行防护的效果。

优选地，三个所述安装盘以功能箱的轴心为中心呈环形阵列分布，所述安装盘的表面固定连接有移动轮架，所述移动轮架的内壁固定安装有行走轮。

优选地，所述移动轮架的表面固定安装有伺服马达，三个所述伺服马达均通过电线与控制器电性连接，所述伺服马达的输出轴通过键与键槽与行走轮固定连接；

通过上述技术方案，通过伺服马达正反转带动行走轮转动，带动功能箱进行移动，从而达到更好的对管道内壁进行作业的效果。

优选地，所述功能箱的内壁固定连接有分隔框，三个所述分隔框分别与三个所述行走轮相对应，所述分隔框的表面与功能箱的内壁设置有第一液压油腔，所述分隔框的内壁与功能箱的内壁设置有第二液压油腔，所述进油管的内壁与第一液压油腔的内壁固定连通，所述第二液压油腔的内壁固定连通有控制管，三个所述控制管的一端均贯穿并延伸至功能箱的表面；

通过上述技术方案，通过第一液压油腔和第二液压油腔对支撑用功能管和支撑行走的功能管进行分别供油控制，从而达到更好的支撑控制和行走控制。

优选地，所述控制管的一端与进油管的内壁固定连通，所述控制管的表面固定装有第二电磁阀，所述第二电磁阀通过电线与控制器电性连接，所述第一液压油腔和第二液压油腔的内壁均固定安装有压力传感器，所述压力传感器通过电线与控制器电性连接；

通过上述技术方案，压力传感器具有对功能箱和功能管进行防护，防止油压过大对功能箱和功能管造成损坏的效果。

优选地，所述转动轴的表面固定套接有从动齿轮，所述安装管的内底壁通过轴承固定转动连接有主动轴，所述主动轴的表面固定套接有主动齿轮，所述主动齿轮的表面与从动齿轮的表面啮合，所述安装管的内壁固定连接有支撑板，两个所述支撑板的一端均固定连接有安装框，所述安装框的内壁固定连接有减速器，所述减速器的动力输出端与主动轴的一端固定连接，所述减速器的表面固定安装有驱动电机，所述驱动电机通过电线与控制器电性连接，所述驱动电机的输出轴与减速器的动力输入端固定连接；

通过上述技术方案，支撑板和安装框具有便于对减速器进行安装和固定限位的效果。

优选地，所述安装管的表面固定连接有密封板，所述密封板的表面固定开设有滑槽，所述滑槽的内壁呈圆形状，所述滑槽的内壁滑动连接有转动环，所述转动环的内壁固定连接有连接架，所述连接架的表面与转动轴的表面固定套接，所述转动环的表面延伸至密封板的表面，所述转动环的表面通过螺栓固定连接有底座板，所述底座板的表面固定安装有机械臂；

通过上述技术方案，底座板通过螺栓与转动环连接，从而具有便于对机械臂进行安装拆卸，便于对机械臂进行更换和维修的效果。

本发明中的有益效果为：

1、通过设置行走定位机构和翻转机构，在使用时，通过功能杆从功能管内伸出，带动橡胶接触块与管道内壁接触后，对作业机械臂作业位置进行定位，并通过驱动电机带动底座板转动带动机械臂翻转作业，从而解决了现有的多轴机器人的使用成本高和技术门槛高，而人工作业则存在效率较低，质量难以保证的问题。

2、通过设置行走定位机构，在使用时，通过橡胶接触块与管道内壁接触涨紧，对机械臂进行作业定位，通过橡胶接触块与管道内壁分离，通过伺服马达正转或反转，带动机械臂在管道内壁行走作业，从而达到更好的对钢板管道内壁作业的效果。

附图说明

图1为本发明提出的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人的示意图；

图2为本发明提出的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人的图1中A处结构放大图；

图3为本发明提出的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人的功能箱结构立体图；

图4为本发明提出的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人的功能管结构剖视图；

图5为本发明提出的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人的分隔框结构立体图；

图6为本发明提出的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人的安装管结构立体图；

图7为本发明提出的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人的密封板结构立体图；

图8为本发明提出的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人的连接架结构立体图；

图9为本发明提出的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人的电动伸缩杆结构立体图。

图中：1、功能箱；2、控制器；3、进油管；4、第一电磁阀；5、功能管；501、活塞；502、功能杆；503、弹簧；504、橡胶接触块；505、安装盘；506、移动轮架；507、行走轮；508、伺服马达；509、分隔框；510、第一液压油腔；511、第二液压油腔；512、控制管；513、第二电磁阀；514、压力传感器；6、安装管；601、电动伸缩杆；602、辅助轮；603、接近传感器；7、转动轴；701、从动齿轮；702、主动轴；703、主动齿轮；704、支撑板；705、安装框；706、减速器；707、驱动电机；708、密封板；709、滑槽；710、转动环；711、连接架；712、底座板；713、机械臂；8、导电滑环。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-9，一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人，包括功能箱1，功能箱1的表面呈圆形状，功能箱1的表面固定安装有控制器2；

进一步地，为了实现集中控制的效果，设置的控制器2具有便于对与其电性连接的电器进行集中控制的效果，较佳的，控制器2采用PLC控制器，从而具有技术成熟，系统稳定，配套齐全，功能完善等优点，型号采用但不限于 FX1N-40MR-001；

为了实现在钢板管道内行走，在功能箱1的表面固定连通有进油管3，进油管3的表面固定安装有第一电磁阀4，第一电磁阀4通过电线与控制器2电性连接，控制器2能够实现单个或多个并排控制第一电磁阀4，便于集中控制，且控制技术已经处于成熟阶段；通过控制器2集中控制第一电磁阀4，进而实现控制进油管3内的油量，功能箱1的表面固定连接有行走定位机构，行走定位机构包括功能管5，功能管5的内壁与功能箱1的内壁固定连通；

为了实现同心同步伸缩，在多个功能管5以功能箱1的轴心为中心呈环形阵列分布，功能管5的内壁滑动连接有活塞501，活塞要具有良好的密封性能，活塞501的表面固定连接有功能杆502，功能杆502的一端贯穿并延伸至功能管5的表面，多个功能杆502能够同步伸缩，保持动作的一致性，功能杆502的表面套接有弹簧503，设置弹簧503的时候，在其外表面处涂抹上润滑脂，防止生锈或与功能杆502之间的摩擦力过大，弹簧503的两端分别与活塞501的表面和功能管5的内顶壁固定连接；

为了实现在钢板管道内行走后的固定支撑，在多个功能杆502的一端均固定连接有橡胶接触块504，以增加与钢板管道内壁接触时的摩擦力，其中三个功能杆502的一端固定连接有安装盘505，三个安装盘505以功能箱1的轴心为中心呈环形阵列分布，安装盘505的表面固定连接有移动轮架506，移动轮架506的内壁固定安装有行走轮507，移动轮架506的表面固定安装有伺服马达508，三个伺服马达508均通过电线与控制器2电性连接，伺服马达508的输出轴通过键与键槽与行走轮507固定连接；

为了避免功能杆502和橡胶接触块504伸缩产生的互相干扰，在功能箱1的内壁固定连接有分隔框509，三个分隔框509分别与三个行走轮507相对应，分隔框509的表面与功能箱1的内壁设置有第一液压油腔510，分隔框509的内壁与功能箱1的内壁设置有第二液压油腔511，进油管3的内壁与第一液压油腔510的内壁固定连通；

进一步地，第一电磁阀4具有在控制器2控制下，自动控制进油管3与第一液压油腔510内壁的连通和关闭，从而具有自动控制液压油进入第一液压油腔510和流出第一液压油腔510的效果；

为了对功能杆502和橡胶接触块504与钢板管道内壁接触时的压力进行监测，在第二液压油腔511的内壁固定连通有控制管512，三个控制管512的一端均贯穿并延伸至功能箱1的表面，控制管512的一端与进油管3的内壁固定连通，控制管512的表面固定装有第二电磁阀513，第二电磁阀513通过电线与控制器2电性连接，第一液压油腔510和第二液压油腔511的内壁均固定安装有压力传感器514，压力传感器514通过电线与控制器2电性连接；

进一步地，压力传感器514具有自动检测并向控制器2反馈第一液压油腔510和第二液压油腔511内部的液压油油油压，防止液压油压力过大，对功能箱1和功能管5造成损坏的效果；

进一步地，为了实现集中供油，在进油管3的一端连通有液压油泵，液压油泵可根据实际的油量和油速进行选取用，通过液压油泵与进油管3对功能箱1内的第一液压油腔510和第二液压油腔511内泵入液压油，推动功能管5内的活塞501运动，带动功能杆502伸出；

通过设置行走定位机构，在使用时，通过橡胶接触块504与管道内壁接触涨紧，对机械臂713进行作业定位，通过橡胶接触块504与管道内壁分离，通过伺服马达508正转或反转，带动机械臂713在管道内壁行走作业，从而达到更好的对钢板管道内壁作业的效果；

功能箱1的表面固定连接有安装管6；

进一步地，为了实现快速伸缩的功能，在安装管6的表面固定安装有电动伸缩杆601，电动伸缩杆601通过电线与控制器2电性连接，可集中的对电动伸缩杆601进行控制，电动伸缩杆601的一端固定安装有辅助轮602，辅助轮602架的表面固定安装有接近传感器603，接近传感器603通过电线与控制器2电性连接，从而具有便于在行走定位机构移动过程中进行行走辅助，防止倾倒的效果，且在不需要行走辅助时，通过电动伸缩杆601便于将辅助轮602收缩与管道内壁分离，和适用不同直径的管道内壁行走辅助的效果；

为了实现在钢板管道内的翻转动作，在安装管6的内壁固定连接有翻转机构，翻转机构包括转动轴7，转动轴7的一端通过轴承与安装管6的内底壁固定转动连接；

转动轴7的表面固定套接有从动齿轮701，安装管6的内底壁通过轴承固定转动连接有主动轴702，主动轴702的表面固定套接有主动齿轮703，主动齿轮703的表面与从动齿轮701的表面啮合，安装管6的内壁固定连接有支撑板704，两个支撑板704的一端均固定连接有安装框705，安装框705的内壁固定连接有减速器706，减速器706的动力输出端与主动轴702的一端固定连接，减速器706的表面固定安装有驱动电机707，驱动电机707通过电线与控制器2电性连接，驱动电机707的输出轴与减速器706的动力输入端固定连接；

进一步地，在本实施例中，驱动电机707和减速器706还可以采用直角减速电机代替；

为了将安装管6内外实现隔离，防止内外相互干扰，在安装管6的表面固定连接有密封板708，密封板708的表面固定开设有滑槽709，滑槽709的内壁呈圆形状，滑槽709的内壁滑动连接有转动环710，转动环710的内壁固定连接有连接架711，连接架711的表面与转动轴7的表面固定套接，转动环710的表面延伸至密封板708的表面，转动环710的表面通过螺栓固定连接有底座板712，底座板712的表面固定安装有机械臂713；

进一步地，为了实现翻转机构翻转时仍然能够保持供电，在转动轴7的表面固定安装有导电滑环8，从而具有在机械臂713跟随底座板712翻转时对机械臂713进行供电的效果；

通过设置行走定位机构和翻转机构，在使用时，通过功能杆502从功能管5内伸出，带动橡胶接触块504与管道内壁接触后，对作业机械臂713作业位置进行定位，并通过驱动电机707带动底座板712转动带动机械臂713翻转作业，从而解决了现有的多轴机器人的使用成本高和技术门槛高，而人工作业则存在效率较低，质量难以保证的问题。

工作原理：在使用时，在对狭小钢板管道内壁进行作业时，进油管3通过液压油泵对功能箱1内的第一液压油腔510和第二液压油腔511的内部泵入液压油，在液压有进入第一液压油腔510和第二液压油腔511的内部后，进入功能管5内，推动功能管5内的活塞501运动，活塞501带动功能杆502伸出，功能杆502伸出后，带动橡胶接触块504和行走轮507的表面与管道的内壁接触，通过压力传感器514自动检测第一液压油腔510和第二液压油腔511内部的液压油压力，在橡胶接触块504和行走轮507的表面与管道的内壁接触涨紧后，压力传感器514将油压反馈到控制器2，控制器2自动控制第一电磁阀4关闭和液压油泵停止工作；

然后根据机械臂713在管道内部的翻转作业需求，控制器2自动控制驱动电机707工作，驱动电机707通过减速器706带动主动轴702和主动齿轮703转动，主动齿轮703带动从动齿轮701和转动轴7转动，转动轴7带动连接架711和转动环710转动，转动环710带动底座板712和机械臂713进行转动；

在需要行走作业时，控制器2自动控制电动伸缩杆601工作，电动伸缩杆601伸出带动辅助轮602与管道的内壁接触后，接近传感器603发出电信号反馈到控制器2，然后控制器2自动控制电动伸缩杆601停止，然后控制第一电磁阀4打开，在弹簧503的作用力下，活塞501带动功能杆502向功能管5内运动，橡胶接触块504的表面与管道的内壁分离，然后控制器2控制伺服马达508工作，伺服马达508带动行走轮507转动，带动功能箱1和机械臂713在管道内行走作业。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人，包括功能箱（1），其特征在于：所述功能箱（1）的表面呈圆形状，所述功能箱（1）的表面固定安装有控制器（2），所述功能箱（1）的表面固定连通有进油管（3），所述进油管（3）的表面固定安装有第一电磁阀（4），所述第一电磁阀（4）通过电线与控制器（2）电性连接，所述功能箱（1）的表面固定连接有行走定位机构，所述行走定位机构包括功能管（5），所述功能管（5）的内壁与功能箱（1）的内壁固定连通；

所述功能箱（1）的表面固定连接有安装管（6），所述安装管（6）的内壁固定连接有翻转机构，所述翻转机构包括转动轴（7），所述转动轴（7）的一端通过轴承与安装管（6）的内底壁固定转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人，其特征在于：多个所述功能管（5）以功能箱（1）的轴心为中心呈环形阵列分布，所述功能管（5）的内壁滑动连接有活塞（501），所述活塞（501）的表面固定连接有功能杆（502）。

3.根据权利要求2所述的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人，其特征在于：所述功能杆（502）的一端贯穿并延伸至功能管（5）的表面，所述功能杆（502）的表面套接有弹簧（503），所述弹簧（503）的两端分别与活塞（501）的表面和功能管（5）的内顶壁固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人，其特征在于：多个所述功能杆（502）的一端均固定连接有橡胶接触块（504），其中三个所述功能杆（502）的一端固定连接有安装盘（505）。

5.根据权利要求4所述的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人，其特征在于：三个所述安装盘（505）以功能箱（1）的轴心为中心呈环形阵列分布，所述安装盘（505）的表面固定连接有移动轮架（506），所述移动轮架（506）的内壁固定安装有行走轮（507）。

6.根据权利要求5所述的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人，其特征在于：所述移动轮架（506）的表面固定安装有伺服马达（508），三个所述伺服马达（508）均通过电线与控制器（2）电性连接，所述伺服马达（508）的输出轴通过键与键槽与行走轮（507）固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人，其特征在于：所述功能箱（1）的内壁固定连接有分隔框（509），三个所述分隔框（509）分别与三个所述行走轮（507）相对应，所述分隔框（509）的表面与功能箱（1）的内壁设置有第一液压油腔（510），所述分隔框（509）的内壁与功能箱（1）的内壁设置有第二液压油腔（511），所述进油管（3）的内壁与第一液压油腔（510）的内壁固定连通，所述第二液压油腔（511）的内壁固定连通有控制管（512），三个所述控制管（512）的一端均贯穿并延伸至功能箱（1）的表面。

8.根据权利要求7所述的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人，其特征在于：所述控制管（512）的一端与进油管（3）的内壁固定连通，所述控制管（512）的表面固定装有第二电磁阀（513），所述第二电磁阀（513）通过电线与控制器（2）电性连接，所述第一液压油腔（510）和第二液压油腔（511）的内壁均固定安装有压力传感器（514），所述压力传感器（514）通过电线与控制器（2）电性连接。

9.根据权利要求1所述的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人，其特征在于：所述转动轴（7）的表面固定套接有从动齿轮（701），所述安装管（6）的内底壁通过轴承固定转动连接有主动轴（702），所述主动轴（702）的表面固定套接有主动齿轮（703），所述主动齿轮（703）的表面与从动齿轮（701）的表面啮合，所述安装管（6）的内壁固定连接有支撑板（704），两个所述支撑板（704）的一端均固定连接有安装框（705），所述安装框（705）的内壁固定连接有减速器（706），所述减速器（706）的动力输出端与主动轴（702）的一端固定连接，所述减速器（706）的表面固定安装有驱动电机（707），所述驱动电机（707）通过电线与控制器（2）电性连接，所述驱动电机（707）的输出轴与减速器（706）的动力输入端固定连接。

10.根据权利要求9所述的一种狭小钢板管道内壁具有翻转功能的机器人，其特征在于：所述安装管（6）的表面固定连接有密封板（708），所述密封板（708）的表面固定开设有滑槽（709），所述滑槽（709）的内壁呈圆形状，所述滑槽（709）的内壁滑动连接有转动环（710），所述转动环（710）的内壁固定连接有连接架（711），所述连接架（711）的表面与转动轴（7）的表面固定套接，所述转动环（710）的表面延伸至密封板（708）的表面，所述转动环（710）的表面通过螺栓固定连接有底座板（712），所述底座板（712）的表面固定安装有机械臂（713）。

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