CN113739000A - 一种自适应管径的管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管道探测器，公开了一种自适应管径的管道机器人，包括支撑龙骨、影像采集装置、前滚轮组、后滚轮组、联动装置以及驱动机构，其中，联动装置包括扩展机构和联动机构，扩展机构用于调节前支臂和支撑龙骨之间的角度，联动机构用于调节传动轴的长度，以使前轮和后轮的轮距能够根据管道内径进行自适应调节，驱动机构则用于驱使后轮旋转以推动管道机器人运动。本发明可伸缩式的前轮和后轮，能够根据管道直径调整前轮以及后轮跟支撑龙骨之间的距离，相比起贴地行进的机器人，可变轮高的机器人能够具有更好的越障能力，并且这样的机器人能够具有更好的拍摄视野，从而使得机器人能够更好地对管道进行探索。

Description

一种自适应管径的管道机器人

技术领域

本发明涉及管道探测器领域，尤其是涉及一种自适应管径的管道机器人。

背景技术

随着现代化和城市化的步伐加快，老旧小区存在的问题日益突出，由于老旧小区时间长远，地下管道空间状况复杂，施工难度和风险越来越大。在现实生活中，由于施工地下管道情况不明确造成的安全事故屡见不鲜，因此，明确地下管道分布情况尤为重要。

在这种情况下，科研工作者研发出了管道机器人用来帮助工作人员获知地下管道内部情况对于管道机器人来说，一般情况下主要包括机器人本体以及安装于机器人本体上用以驱动其行动的驱动轮，在此基础上，为了增强探索能力，会在机器人本体上安装例如摄像头、照明灯等辅助影像模块。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷：不同小区所铺设的管道直径可能是不同的，在这种情况下，为了保证管道机器人能够放入管道内，通常情况下需使得管道直径大于管道机器人的尺寸，对于大部分管道机器人来说，其驱动轮在机器人本体上的位置是固定的，这使得该管道机器人放入管道内后，基本是贴着管道的底部前进，当管道内存在障碍物时，由于这种管道机器人离地间隙过低，容易被障碍物阻挡，导致对管道的探索工作难以进行。

发明内容

为了提高管道机器人的越障能力，本发明提供一种自适应管径的管道机器人。

本发明提供的一种自适应管径的管道机器人采用如下的技术方案：

一种自适应管径的管道机器人，包括

支撑龙骨，作为承载主体；

影像采集装置，安装于支撑龙骨的一端，用于采集音像；

前滚轮组，包括前支臂以及前轮，其中，前支臂的一端铰接于支撑龙骨靠近影像采集装置的一端，前轮转动安装于前支臂的自由端；

后滚轮组，包括传动轴以及后轮，其中，传动轴通过一回型架与支撑龙骨相连，后轮转动安装于传动轴远离支撑龙骨的一端；

联动装置，包括扩展机构和联动机构，其中，扩展机构安装于支撑龙骨上，并与前支臂相连，用于调节前支臂和支撑龙骨之间的角度，联动机构连接于扩展机构与传动轴之间，用于调节传动轴的长度；

驱动机构，安装于支撑龙骨上，用于驱使后轮旋转以推动管道机器人运动。

通过采用上述技术方案，支撑龙骨用于供各部件安装，前滚轮组由于是可转动的铰接形式，因此在将机器人放入管道内时，前滚轮组能够在扩展机构的作用下，自动将前轮抵紧在管道的内壁上，而后滚轮组则在联动机构的作用下，根据前滚轮组展开角度的变化，改变传动轴的长度，使得自身后轮均也能够抵触在管道内壁上，从而使驱动机构的动力能够通过后轮带动机器人前进，最终借助影像采集装置获知管道内部情况。而由于前轮和后轮离支撑龙骨的距离是可根据管道直径自适应变化的，因此机器人在管道内并不是贴地运动，而是在前轮和后轮的支撑下大致处于管道的中心高度，这一方面使得机器人主体结构离地间隙相对较高，并且管道内径越大，机器人主体在管道内的离地高度也越大，因此这样的机器人具有较强的越障能力，另一方面，大致居中的拍摄位置也使得影像采集装置的拍摄视野更加合理，从而更有利于使用人员观察管道内部情况。

可选的，所述扩展机构包括

滑套，套设于支撑龙骨上，并沿支撑龙骨的轴向移动；

扩展连杆，一端铰接于滑套上，另一端铰接于前支臂上，用于将前支臂和滑套相连；

弹性扩展件，套设于支撑龙骨上，且位于滑套和影像采集装置之间，并对滑套产生推挤作用。

通过采用上述技术方案，扩展连杆和滑套将前支臂跟支撑龙骨进行连接，以限制前支臂可转过的角度，而弹性扩展件，则用于为滑套提供推动力，以驱使滑套朝向远离影像采集装置的一侧运动，在这个过程中，扩展连杆被滑套所带动，使前支臂具有向外撑开的趋势，使得在将机器人装入管道内的过程中，前支臂能够根据管道内径的大小，自动做适应性调整，以使前轮能够抵紧在管道内壁上，同时后轮在联动机构的作用下同样做出伸缩变化，从而使得机器人不管放入哪个管道，都能够自适应调整前轮及后轮离支撑龙骨的距离，使机器人主体大致处于管道的居中位置，以更好的对管道进行探索。

可选的，所述联动机构包括

中转块，铰接于回型架上；

调轴杆，一端铰接于传动轴上，另一端铰接于中转块上；

联动件，一端铰接于扩展连杆上，另一端铰接于中转块上，用于将扩展连杆随前支臂角度变化所带来的运动传递至中转块；

其中，联动件与中转块之间的铰接点、中转块与回型架之间的铰接点、调轴杆与中转块之间的铰接点在中转块上呈三角分布。

通过采用上述技术方案，当前支臂朝向支撑龙骨靠近时，通过联动件带动中转块和联动件相连的一端朝向远离影像采集装置的一侧转动，由于联动件与中转块之间的铰接点、中转块与回型架之间的铰接点、调轴杆与中转块之间的铰接点在中转块上呈三角分布，因此中转块在转动的过程中，会将调轴杆朝向支撑龙骨一侧拉动，使得传动轴收缩。而当前支臂朝向远离支撑龙骨一侧转动时，联动件带动中转块和联动件相连的一端朝向靠近影像采集装置的一侧转动，此时中转块在转动的过程中，会将调轴杆朝向远离支撑龙骨的一侧顶起，使得转动轴伸长，因此通过联动机构的作用，能够实现前轮和后轮之间的同步伸出或收缩，从而方便管道机器人的使用。

可选的，所述传动轴包括

基轴，一端穿设于回型架上，并与回型架形成转动连接关系，且在基轴穿入回型架内的一端固定有直齿轮；

中轴，套设于基轴外，其中心具有一用于供基轴插入的套接孔，所述套接孔的截面呈多边形，且中轴与基轴套接后形成伸缩关系；

外轴，套设于中轴外，并与中轴形成既可转动又可伸缩的活动连接关系，其远离支撑龙骨的一端安装有一供后轮安装的支架，且调轴杆远离中转块的一端铰接于外轴上；

其中，中轴穿过支架的一端固定有传动锥齿轮，后轮的转动轴上安装有驱动锥齿轮，传动锥齿轮和驱动锥齿轮相互啮合，用于为后轮传递旋转动力。

通过采用上述技术方案，基轴和中轴主要用于传递旋转力矩，并且伸缩式的连接关系使得基轴和中轴之间能够产生伸缩变化，这样既能够满足后轮伸出长度调整的要求，同时多边形的套合接触面又保证了基轴和中轴之间不容易产生相对旋转，以使力矩能够顺利传递到后轮上，而外轴主要有两方面作用，一是供后轮安装，二是为中轴提供支撑，在外轴、中轴和基轴形成相互套合后，相当于外轴借助基轴和回型架形成了一处连接，再通过调轴杆和中转块，外轴又和回型架形成了第二处连接，调轴杆和中转块对外轴的作用，限制了外轴的旋转运动，使得外轴上的支架不会在基轴和中轴力矩的作用下而旋转，进而确保了基轴和中轴的力矩能够通过传动锥齿轮和驱动锥齿轮作用于后轮的转动轴上，以带动后轮旋转，而外轴又可以在中转块和调轴杆的驱使下，产生伸缩运动，使得后轮既能保证动力传递，又能够进行伸缩调节，从而使得机器人能够根据管道变化自适应调整离地间距。

可选的，所述驱动机构包括

冠齿，套设于支撑龙骨上，以支撑龙骨为轴旋转，且与基轴上的直齿轮相啮合；

驱动齿轮，与冠齿相固定，并同样以支撑龙骨为轴旋转；

动力源，与驱动齿轮相联动，用于提供旋转力矩。

通过采用上述技术方案，动力源输出旋转力矩，而驱动齿轮则将动力源输出的力矩传递给冠齿，这再通过冠齿将力矩传给基轴，使得基轴能够产生旋转，而基轴在转动的过程中，又通过传动锥齿轮和驱动锥齿轮将力矩作用于后轮，从而使得后轮能够产生旋转。

可选的，所述联动件包括

起始杆，一端铰接于扩展连杆上，用于传递扩展连杆随前支臂转动时所带来运动；

伸缩套，套设于支撑龙骨上，且与起始杆远离扩展连杆的一端相铰接；

终端杆，一端铰接于伸缩套上，另一端铰接于中转块上；

其中，伸缩套进行伸缩调节时，引起起始杆和终端杆之间的距离发生变化。

通过采用上述技术方案，起始杆作为伸缩套和扩展连杆之间的中转桥梁，使得扩展连杆的运动能够更好的作用于伸缩套上，减少因伸缩套和扩展连杆不同位所带来的作用力死角，终端杆则作为伸缩套和中转块之间的中转桥梁，其作用是更好地传递伸缩套的运动。而将伸缩套设置为可伸缩结构，则使得前轮和后轮之间的同步伸缩变化量可进行调节，将伸缩套调长之后，由于伸缩套变长会引起中转块和终端杆相连的一端朝向远离影像采集装置的一侧转动，因此前支臂转动时，所引起的传动轴的伸缩变化量将会变大，而将伸缩套调短之后，相当于中转块和终端杆相连的一端朝向靠近影像采集装置的一侧转动，那么前支臂转动时，所引起的传动轴的伸缩变化量将会变小，通过调整伸缩套的长度，可调整前支臂和传动轴之间的变化量一致性，从而使前轮和后轮之间具有更高的伸缩同步性。

可选的，所述伸缩套包括

左调套，套设于支撑龙骨上，并与起始杆相铰接；

右调套，套设于支撑龙骨上，并与终端杆相铰接；

调节组件，用以连接左调套和右调套，并调节左调套和右调套之间的距离；

其中，左调套和右调套彼此相邻的一端均设置有插条，相邻两个插条之间形成有插槽，且组合后左调套和右调套上的插条相互插接。

通过采用上述技术方案，插接形式的左调套和右调套，在调节相互之间距离的时候不容易产生相对转动，而调节组件，既用于调节左调套和右调套之间的距离，又能够在调节后保持左调套和右调套之间的距离，从而使得前支臂和传动轴之间能够实现高效联动。

可选的，所述调节组件包括

套爪，分别卡箍于左调套和右调套上，且两个套爪之间通过一桥杆相连；

套环，分别螺纹连接于左调套和右调套上，并位于两个套爪之间，且两个套环相互面对的一侧均设置有啮合齿；

调节齿轮，转动安装于桥杆上，位于两个套环之间，并与两个套环同时啮合；

其中，调节齿轮的转动轴穿过桥杆的一端设置有调节头，调节头上设置有用于供工具嵌入以方便旋拧调节齿轮的调节槽。

通过采用上述技术方案，当需要调节左调套和右调套之间的距离时，通过拧转调节齿轮，可带动两个套环旋转，两个套环在转动的过程中，又通过螺纹带动左调套和右调套相互远离或靠近，从而达到调节伸缩套长度的目的。

可选的，所述支撑龙骨包括依次相连的

大轴段，与影像采集装置相连，并作为扩展机构以及联动机构的安装主体；

方轴段，位于大轴段远离影像采集装置的一端，作为回型架的安装主体，以限制回型架在支撑龙骨上的旋转；

小轴段，位于方轴段背离大轴段的一侧，作为驱动机构的安装主体；

其中，大轴段的截面尺寸大于方轴段，且方轴段的截面尺寸大于小轴段。

通过采用上述技术方案，将支撑龙骨设置为几段不同的结构，主要是使各部件能够更好地与支撑龙骨进行适配，使得各部件能够更精准地安装在支撑龙骨的对应位置，其中，回型架安装于方轴段上后，由于大轴段的截面尺寸大于方轴段，因此大轴段和方轴段之间台阶能够对回型架形成抵挡，以对回型架进行定位，而小轴段则用于供冠齿等部件安装，并且冠齿在安装后，能够对回型架的另一侧形成抵挡，进而将回型架限制在原位，从而使得机器人便于组装。

可选的，还包括机器外壳，机器外壳包括

前壳，套设于大轴段外，其端部与影像采集装置形成插接；

中壳，套设于方轴段和小轴段外，其端部与前壳形成插接；

后壳，套设于小轴段上，其上设置有插环，后壳通过插环与中壳形成插接；

其中，后壳中心设置有轴环，支撑龙骨的小轴段插设于轴环内，后壳与小轴段之间通过一紧固件穿透后壳并螺纹拧入小轴段的方式相连，前壳以及中壳在后壳和影像采集装置的支撑下罩设于支撑龙骨外，且前壳和中壳上均开设有轮杆槽口以分别供前支臂和传动轴穿过。

通过采用上述技术方案，机器外壳的作用一是增加机器人的整体美观度，二是对联动机构、传动部件等形成保护，防止机器人的关键部件受到直接撞击，从而使得机器人不容易发生损坏。

综上所述，可伸缩式的前轮和后轮，能够根据管道直径调整前轮以及后轮跟支撑龙骨之间的距离，相比起贴地行进的机器人，可变轮高的机器人能够具有更好的越障能力，并且这样的机器人能够具有更好的拍摄视野，从而使得机器人能够更好地对管道进行探索。

附图说明

图1是本发明自适应管径的管道机器人拆除机器外壳后的前视结构示意图；

图2是本发明自适应管径的管道机器人的支撑龙骨结构示意图；

图3是图1中位于A处的局部放大图；

图4是本发明自适应管径的管道机器人拆除机器外壳后的后视结构示意图；

图5是本发明自适应管径的管道机器人的联动件的结构示意图；

图6是本发明自适应管径的管道机器人的整体结构示意图。

附图标记说明：

1、支撑龙骨；11、大轴段；12、方轴段；13、小轴段；2、影像采集装置；21、承载板；3、前滚轮组；31、前支臂；32、前轮；4、后滚轮组；41、传动轴；411、基轴；412、中轴；413、外轴；414、直齿轮；415、支架；416、传动锥齿轮；42、后轮；421、驱动锥齿轮；43、回型架；5、联动装置；51、扩展机构；511、滑套；512、扩展连杆；513、弹性扩展件；52、联动机构；521、中转块；522、调轴杆；6、驱动机构；61、冠齿；62、驱动齿轮；63、动力源；631、输出齿轮；632、平衡齿轮；7、机器外壳；71、前壳；72、中壳；73、后壳；731、插环；732、轴环；74、轮杆槽口；75、调节孔；76、紧固件；8、联动件；81、起始杆；82、伸缩套；821、左调套；822、右调套；823、插条；824、插槽；83、终端杆；9、调节组件；91、套爪；92、套环；93、调节齿轮；94、啮合齿；95、调节头；96、调节槽。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本发明作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种自适应管径的管道机器人，参照图1，包括支撑龙骨1、影像采集装置2、前滚轮组3、后滚轮组4、联动装置5、驱动机构6以及机器外壳7，其中，支撑龙骨1作为支撑主体，供管道机器人的其余零部件安装，影像采集装置2用于抓取管道内部的音像信息，以帮助使用人员获知管道内部情况。前滚轮组3及后滚轮组4主要用于支撑在管道内壁上，并驱使管道机器人行进。联动装置5则将前滚轮组3和后滚轮组4进行联动，实现前滚轮组3和后滚轮组4之间的同时伸长或缩短，以使管道机器人能够根据管道直径自适应调节轮高。机器外壳7将以上部件包裹，用于提供碰撞保护，以降低管道机器人主体结构损坏的概率。

参照图2，具体的，支撑龙骨1包括大轴段11、方轴段12以及小轴段13，大轴段11和小轴段13呈圆棒状，方轴段12居中，大轴段11和小轴段13分别位于方轴段12的两侧，且大轴段11的截面尺寸大于方轴段12，同时方轴段12的截面尺寸大于小轴段13。

参照图1，影像采集装置2主要由摄像头进行影像采集，其上带有声音采集器，能够将声音一并采集，其通过一承载板21固定于大轴段11的端部。

前滚轮组3包括前支臂31以及前轮32，具体的，前支臂31设置有四根，前支臂31的一端铰接于承载板21上，且多根前支臂31之间围绕支撑龙骨1均匀分布。前轮32的数量与前支臂31相匹配，转动安装于前支臂31的自由端，通过前支臂31的转动，可以改变前轮32与支撑龙骨1之间的距离，以调节支撑龙骨1靠近前轮32一端的离地高度。

参照图1和图3，后滚轮组4包括传动轴41以及后轮42，其中，传动轴41包括基轴411、中轴412以及外轴413，支撑龙骨1的方轴段12上套设有一回型架43，基轴411的一端穿设于回型架43上，并与回型架43形成转动连接关系，此时基轴411与支撑龙骨1相垂直，同时为了方便传动，在基轴411穿入回型架43内的一端固定有直齿轮414，且基轴411位于回型架43外一端的横截面呈多边形，具体可为方型。中轴412外表面呈圆柱状，其中心具有一截面呈与基轴411相匹配的方形的套接孔（图中未展示），中轴412套设于基轴411外，且套接后中轴412与基轴411形成伸缩关系。

外轴413套设于中轴412外，并与中轴412形成既可转动又可伸缩的活动连接关系。在外轴413远离支撑龙骨1的一端安装有一支架415，后轮42转动安装于支架415上，并在后轮42的转动轴穿过支架415的一端固定有驱动锥齿轮421。为实现传动，中轴412远离回型架43的一端穿过支架415并进入驱动锥齿轮421所在空间，同时在中轴412穿过支架415的一端固定有一传动锥齿轮416，通过传动锥齿轮416和驱动锥齿轮421之间的啮合，能够实现对后轮42的旋转驱动。

联动装置5包括扩展机构51和联动机构52，其中，扩展机构51与前支臂31相连，用于调节前支臂31和支撑龙骨1之间的角度，联动机构52连接于扩展机构51与传动轴41之间，用于调节传动轴41的长度。

具体的，扩展机构51包括滑套511、扩展连杆512以及弹性扩展件513，其中，滑套511呈圆环状，套设于支撑龙骨1上，并可沿支撑龙骨1的轴向移动。扩展连杆512呈条杆状，一端铰接于前支臂31的中部，另一端铰接于滑套511上，且完成连接后，扩展连杆512和滑套511相连的一端朝向影像采集装置2一侧偏倾，使得扩展连杆512呈倾斜状。弹性扩展件513具体可选择弹簧，其套设于支撑龙骨1上，且位于滑套511和影像采集装置2之间，并对滑套511产生推挤作用，从而使得各前支臂31之间具有向外展开的运动趋势，以使得管道机器人放入管道后，前轮32能够自行抵紧在管道内壁上。

联动机构52包括中转块521、调轴杆522以及联动件8，其中，中转块521铰接于回型架43上，且位于回型架43朝向前支臂31的一侧，为了实现中转块521的运动传递，将中转块521设置成“7”字形，且中转块521与回型架43相连的部分为“7”字形的尖角。调轴杆522呈条杆状，其一端铰接于传动轴41上，另一端铰接于中转块521上，此时通过中转块521的旋转，能够顶起或拉下调轴杆522，实现后轮42与支撑龙骨1之间距离的调节。

参照图1和图4，联动件8为组合式结构，具体包括起始杆81、伸缩套82和终端杆83，其中，起始杆81呈弯折的弧状，其一端铰接于扩展连杆512上，用于传递扩展连杆512随前支臂31转动时所带来运动，并将该运动通过伸缩套82和终端杆83转移到中转块521上，以驱使中转块521旋转。

参照图5，伸缩套82同样为组合式结构，具体包括左调套821、右调套822以及调节组件9，左调套821和右调套822为管状结构，两者均套设于支撑龙骨1的大轴段11上，且位于滑套511和回型架43之间，左调套821和右调套822彼此相邻的一端均设置有插条823，相邻两个插条823之间形成有插槽824，且左调套821和右调套822上的插条823相互插接，以限制两者之间的相互转动。具体连接时，起始杆81远离扩展连杆512的一端铰接于左调套821上，而终端杆83的一端铰接于右调套 822上，另一端铰接于中转块521上，此时终端杆83与中转块521之间的铰接点、中转块521与回型架43之间的铰接点、调轴杆522与中转块521之间的铰接点分别位于中转块521的三个角上。

调节组件9包括套爪91、套环92以及调节齿轮93，套爪91设置有两个，两个套爪91之间通过一桥杆相连，且两个套爪91分别卡箍于左调套821和右调套822上。套环92亦设置有两个，分别螺纹连接于左调套821和右调套822上，并位于两个套爪91之间，且两个套环92相互面对的一侧均设置有啮合齿94；调节齿轮93转动安装于桥杆中部，并同时与两个套环92啮合，使得当调节齿轮93旋转时，能够带动两个套环92反向旋转，而两个套环92又被套爪91所阻挡，无法产生沿支撑龙骨1轴向的运动，故而在旋转的过程中，两个套环92通过螺纹能够驱使左调套821和右调套822相互靠近或远离。

为了方便驱使调节齿轮93旋转，在调节齿轮93的转动轴穿过桥杆的一端设置有调节头95，同时在调节头95上设置有用于供工具嵌入以方便旋拧调节齿轮93的调节槽96，具体的，调节槽96可为十字槽或一字槽，以方便通过螺丝刀旋拧调节齿轮93。

参照图4，驱动机构6包括冠齿61、驱动齿轮62以及动力源63，冠齿61和驱动齿轮62之间通过一根套管相固定，冠齿61和驱动齿轮62借助套管套设于支撑龙骨1的小轴段13上，并以支撑龙骨1为轴旋转，且冠齿61与基轴411上的直齿轮414相啮合。动力源63可以选择电机，在电机的转轴上固定有输出齿轮631，该输出齿轮631与驱动齿轮62相联动，用于提供旋转动力。

参照图6，机器外壳7包括前壳71、中壳72以及后壳73，前壳71和中壳72呈管套状，同时在前壳71和中壳72上均开设有轮杆槽口74，前壳71套设于大轴段11外，其端部与影像采集装置2所在的承载板21形成插接，以限制前壳71的转动，同时前支臂31穿设于前壳71的轮杆槽口74内，并且在前壳71上开设有一调节孔75，以方便螺丝刀等工具伸入对调节齿轮93进行旋拧。中壳72套设于方轴段12和小轴段13外，其端部与前壳71形成插接，同样使得中壳72不容易产生转动，且传动轴41穿设于中壳72的轮杆槽口74内。后壳73呈圆盘状，在后壳73上一体设置有插环731，后壳73通过插环731与中壳72形成插接，同时在后壳73的中心设置有轴环732，支撑龙骨1的小轴段13插设于轴环732内，同时轴环732抵触在驱动齿轮62上，以限制冠齿61和基轴411上的直齿轮414脱离啮合。后壳73与小轴段13之间，通过一紧固件76穿透后壳73并螺纹拧入小轴段13的方式相连，且紧固件76具体可选择螺钉或螺栓。

参照图4，动力源63具体可安装在中壳72内壁上，同时为了动力源63的转轴受力均衡，在中壳72上转动安装一平衡齿轮632，该平衡齿轮632与动力源63转轴上的输出齿轮631相啮合，且平衡齿轮632和驱动齿轮62分别位于输出齿轮631的两侧，进而使得动力源63在启动的过程中，其转轴不容易产生弯曲。

本申请实施例一种自适应管径的管道机器人的实施原理为：使用时，将管道机器人带有影像采集装置2的一端先放入管道内，在深入管道的过程中，前轮32与管道壁相接触后，会通过扩展连杆512对弹性扩展件513产生挤压，使前轮32朝向支撑龙骨1靠拢，以便前轮32之间的距离能够适配管道内径。而前支臂31在转动的过程中，又通过联动机构52带动外轴413朝向支撑龙骨1移动，使后轮42根据前轮32的伸缩进行同步调节，从而使得管道机器人进入管道后，前轮32以及后轮42均能够抵紧在管道内壁上。而由于是弹性的结构，前轮32和后轮42能够根据管道内径自适应调节轮距，以使管道机器人放入管道内后能够始终大致处于管道中心的位置，这样当管道的直径越大，那么机器人的离地间隙就越高，因此相较于贴地行走的机器人而言，能够具有更好的越障能力。

以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自适应管径的管道机器人，其特征在于：包括

支撑龙骨(1)，作为承载主体；

影像采集装置(2)，安装于支撑龙骨(1)的一端，用于采集音像；

前滚轮组(3)，包括前支臂(31)以及前轮(32)，其中，前支臂(31)的一端铰接于支撑龙骨(1)靠近影像采集装置(2)的一端，前轮(32)转动安装于前支臂(31)的自由端；

后滚轮组(4)，包括传动轴(41)以及后轮(42)，其中，传动轴(41)通过一回型架(43)与支撑龙骨(1)相连，后轮(42)转动安装于传动轴(41)远离支撑龙骨(1)的一端；

联动装置(5)，包括扩展机构(51)和联动机构(52)，其中，扩展机构(51)安装于支撑龙骨(1)上，并与前支臂(31)相连，用于调节前支臂(31)和支撑龙骨(1)之间的角度，联动机构(52)连接于扩展机构(51)与传动轴(41)之间，用于调节传动轴(41)的长度；

驱动机构(6)，安装于支撑龙骨(1)上，用于驱使后轮(42)旋转以推动管道机器人运动。

2.根据权利要求1所述的一种自适应管径的管道机器人，其特征在于：所述扩展机构(51)包括

滑套(511)，套设于支撑龙骨(1)上，并沿支撑龙骨(1)的轴向移动；

扩展连杆(512)，一端铰接于滑套(511)上，另一端铰接于前支臂(31)上，用于将前支臂(31)和滑套(511)相连；

弹性扩展件(513)，套设于支撑龙骨(1)上，且位于滑套(511)和影像采集装置(2)之间，并对滑套(511)产生推挤作用。

3.根据权利要求2所述的一种自适应管径的管道机器人，其特征在于：所述联动机构(52)包括

中转块(521)，铰接于回型架(43)上；

调轴杆(522)，一端铰接于传动轴(41)上，另一端铰接于中转块(521)上；

联动件(8)，一端铰接于扩展连杆(512)上，另一端铰接于中转块(521)上，用于将扩展连杆(512)随前支臂(31)角度变化所带来的运动传递至中转块(521)；

其中，联动件(8)与中转块(521)之间的铰接点、中转块(521)与回型架(43)之间的铰接点、调轴杆(522)与中转块(521)之间的铰接点在中转块(521)上呈三角分布。

4.根据权利要求3所述的一种自适应管径的管道机器人，其特征在于：所述传动轴(41)包括

基轴(411)，一端穿设于回型架(43)上，并与回型架(43)形成转动连接关系，且在基轴(411)穿入回型架(43)内的一端固定有直齿轮(414)；

中轴(412)，套设于基轴(411)外，其中心具有一用于供基轴(411)插入的套接孔，所述套接孔的截面呈多边形，且中轴(412)与基轴(411)套接后形成伸缩关系；

外轴(413)，套设于中轴(412)外，并与中轴(412)形成既可转动又可伸缩的活动连接关系，其远离支撑龙骨(1)的一端安装有一供后轮(42)安装的支架(415)，且调轴杆(522)远离中转块(521)的一端铰接于外轴(413)上；

其中，中轴(412)穿过支架(415)的一端固定有传动锥齿轮(416)，后轮(42)的转动轴上安装有驱动锥齿轮(421)，传动锥齿轮(416)和驱动锥齿轮(421)相互啮合，用于为后轮(42)传递旋转动力。

5.根据权利要求4所述的一种自适应管径的管道机器人，其特征在于：所述驱动机构(6)包括

冠齿(61)，套设于支撑龙骨(1)上，以支撑龙骨(1)为轴旋转，且与基轴(411)上的直齿轮(414)相啮合；

驱动齿轮(62)，与冠齿(61)相固定，并同样以支撑龙骨(1)为轴旋转；

动力源(63)，与驱动齿轮(62)相联动，用于提供旋转力矩。

6.根据权利要求3至5中任一所述的一种自适应管径的管道机器人，其特征在于：所述联动件(8)包括

起始杆(81)，一端铰接于扩展连杆(512)上，用于传递扩展连杆(512)随前支臂(31)转动时所带来运动；

伸缩套(82)，套设于支撑龙骨(1)上，且与起始杆(81)远离扩展连杆(512)的一端相铰接；

终端杆(83)，一端铰接于伸缩套(82)上，另一端铰接于中转块(521)上；

其中，伸缩套(82)进行伸缩调节时，引起起始杆(81)和终端杆(83)之间的距离发生变化。

7.根据权利要求6所述的一种自适应管径的管道机器人，其特征在于：所述伸缩套(82)包括

左调套(821)，套设于支撑龙骨(1)上，并与起始杆(81)相铰接；

右调套(822)，套设于支撑龙骨(1)上，并与终端杆(83)相铰接；

调节组件(9)，用以连接左调套(821)和右调套(822)，并调节左调套(821)和右调套(822)之间的距离；

其中，左调套(821)和右调套(822)彼此相邻的一端均设置有插条(823)，相邻两个插条(823)之间形成有插槽(824)，且组合后左调套(821)和右调套(822)上的插条(823)相互插接。

8.根据权利要求7所述的一种自适应管径的管道机器人，其特征在于：所述调节组件(9)包括

套爪(91)，分别卡箍于左调套(821)和右调套(822)上，且两个套爪(91)之间通过一桥杆相连；

套环(92)，分别螺纹连接于左调套(821)和右调套(822)上，并位于两个套爪(91)之间，且两个套环(92)相互面对的一侧均设置有啮合齿(94)；

调节齿轮(93)，转动安装于桥杆上，位于两个套环(92)之间，并与两个套环(92)同时啮合；

其中，调节齿轮(93)的转动轴穿过桥杆的一端设置有调节头(95)，调节头(95)上设置有用于供工具嵌入以方便旋拧调节齿轮(93)的调节槽(96)。

9.根据权利要求5所述的一种自适应管径的管道机器人，其特征在于：所述支撑龙骨(1)包括依次相连的

大轴段(11)，与影像采集装置(2)相连，并作为扩展机构(51)以及联动机构(52)的安装主体；

方轴段(12)，位于大轴段(11)远离影像采集装置(2)的一端，作为回型架(43)的安装主体，以限制回型架(43)在支撑龙骨(1)上的旋转；

小轴段(13)，位于方轴段(12)背离大轴段(11)的一侧，作为驱动机构(6)的安装主体；

其中，大轴段(11)的截面尺寸大于方轴段(12)，且方轴段(12)的截面尺寸大于小轴段(13)。

10.根据权利要求9所述的一种自适应管径的管道机器人，其特征在于：还包括机器外壳(7)，机器外壳(7)包括

前壳(71)，套设于大轴段(11)外，其端部与影像采集装置(2)形成插接；

中壳(72)，套设于方轴段(12)和小轴段(13)外，其端部与前壳(71)形成插接；

后壳(73)，套设于小轴段(13)上，其上设置有插环(731)，后壳(73)通过插环(731)与中壳(72)形成插接；

其中，后壳(73)中心设置有轴环(732)，支撑龙骨(1)的小轴段(13)插设于轴环(732)内，后壳(73)与小轴段(13)之间通过一紧固件(76)穿透后壳(73)并螺纹拧入小轴段(13)的方式相连，前壳(71)以及中壳(72)在后壳(73)和影像采集装置(2)的支撑下罩设于支撑龙骨(1)外，且前壳(71)和中壳(72)上均开设有轮杆槽口(74)以分别供前支臂(31)和传动轴(41)穿过。

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