CN114210670B - 一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人 - Google Patents

一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人，包括前舱、后舱，后舱外周设置有多组能够单向转动的第一行走轮，同一组的多个第一行走轮沿螺旋线排布，且第一行走轮的轴线与后舱轴线呈设定锐角，后舱靠近前舱的端部与推力轴承的第一止推垫片固定，推力轴承的第二止推垫片与连接件固定，连接件与位于前舱内的行走驱动件的输出轴连接，行走驱动件的壳体与前舱固定，连接件与前舱万向连接，前舱内安装有清理机构，本发明的机器人对管道形状适应能力强。

Description

一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
电缆线路入地工程，是预先将电缆排管随道路施工进程中铺设于地下，后需要增设电缆疏通线路时，直接将电缆线在地下的预设管路中穿过，实现线路铺设。电缆排管的大规模应用正成为主流。
这类预埋的施工方案在应用过程中也暴露出一些问题，最突出的就是电缆排管因异物进入堵塞不通导致不能正常使用或直接废弃的问题。常见的堵塞是由于在排管接口处管口错位、管口未完全对接、外部冲击等导致局部破损情况下异物进入。这些堵塞物的存在会严重影响排管的正常使用。
目前管道机器人作为一种新兴机器人设计领域，发展也相当迅猛。管道机器人可在大小管道内外管壁上实现吸附、固定以及爬行工作，在其上装备传感器、机械臂等作业装置，在预先设计的程序指示下自动执行或在操控技术人员的远程遥控下半自动执行管道内的作业任务，能够实现电缆排管内堵塞物的清理，目前使用的电缆排管疏通机器人采用较为成熟的蠕动式管道机器人，一般分为前舱和后舱，前舱和后舱之间通过气缸连接，气缸能够伸缩，从而带动整个机器人蠕动式前进，但发明人发现，此种方式的蠕动式机器人只适合于直线管道内的行进，自适应管道形状能力较差。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人，能够满足在弯曲管道内的行进需求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的实施例提供了一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人，包括前舱、后舱，后舱外周设置有多组能够单向转动的第一行走轮，同一组的多个第一行走轮沿螺旋线排布，且第一行走轮的轴线与后舱轴线呈设定锐角，后舱靠近前舱的端部与推力轴承的第一止推垫片固定，推力轴承的第二止推垫片与连接件固定，连接件与位于前舱内的行走驱动件的输出轴连接，行走驱动件的壳体与前舱固定，连接件与前舱万向连接，前舱安装有清理机构。
可选的，所述连接件包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部与推力轴承的第二止推垫片固定，第二连接部穿过推力轴承伸入后前舱内部，并与行走驱动件的输出轴连接。
可选的，所述连接件通过十字万向节与前舱万向连接。
可选的，所述第一行走轮通过第一单向轴承与第一轮叉转动连接，所述第一轮叉安装在后舱的舱壁。
可选的，所述前舱的外周面安装有多个第二轮叉，所述第二轮叉通过第二单向轴承与第二行走轮转动连接，第二单向轴承允许第二行走轮的转动方向与第一单向轴承允许第一行走轮的转动方向相同。
可选的，所述第一轮叉及第二轮叉均包括连接部，所述连接部的一端固定与两个耳板，两个耳板之间设有轮轴，第一轮叉的轮轴通过第一单向轴承与第一行走轮转动连接，第二轮叉的轮轴通过第二单向轴承与第二行走轮转动连接，连接部的另一端设有伸缩轴，第一轮叉的伸缩轴与后舱设置的支座伸缩连接，第二轮叉的伸缩轴与前舱设置的支座伸缩连接，支座与连接部之间设有弹性件。
可选的，所述弹性件采用弹簧，所述弹簧套在伸缩轴外周，弹簧的一端与连接部连接，另一端与支座连接。
可选的，所述伸缩轴采用方轴。
可选的，所述支座设有连接轴，所述连接轴通过后舱的舱壁设置的通孔插入后舱内部并螺纹连接有锁紧螺母，锁紧螺母压紧在后舱内侧面，将连接轴与后舱的舱壁锁紧固定，所述通孔的孔壁上设置有内齿圈，所述连接轴固定有与所述内齿圈相啮合的齿轮。
可选的，所述清理机构包括钻头，所述钻头与钻头电机连接，钻头电机与伸缩机构连接，伸缩机构与姿态调节机构连接，姿态调节机构能够调节钻头的朝向。
上述本发明的有益效果如下：
1.本发明的电缆排管疏通机器人，连接件一端与前舱万向连接，另一端与设置在后舱内的行走驱动件的输出轴连接，行走驱动件的外壳与后舱固定，行走驱动件能够带动后舱转动，由于后舱上的第一行走轮沿螺旋线排布，因此后舱的转动能够使得后舱沿管道行进，同时由于连接件与前舱万向连接，因此前舱能够自适应管道的形状，满足了整个机器人自适应管道形状的需求。
2.本发明的电缆排管疏通机器人，轮齿的伸缩轴与支座伸缩连接，且轮叉的连接部与支座之间设置有弹性件，使得第一行走轮和第二行走轮能够做远离或朝向管道管壁的运动，并利用弹性件使得第一行走轮和第二行走轮始终贴合管道内壁，实现了机器人的避障功能，增强了整个机器人对管道复杂情况的适应性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1是本发明实施例1整体结构示意图；
图2是本发明实施例1去除后舱后的整体结构示意图；
图3是本发明实施例1第一行走轮与第一轮叉装配示意图；
图4是本发明实施例1支座与后舱装配示意图；
图5是本发明实施例1内齿圈和齿轮装配示意图；
图6是本发明实施例1第一轮叉结构示意图；
其中，1.前舱，2.后舱，3.第一止推垫片，4.第二止推垫片，5.第一连接部，6.第二连接部，7.外转子电机，8.联轴器，9.窥孔，10.窥孔盖，11.第一行走轮，12.第一轮叉，12-1.连接部，12-2.耳板，12-3.转轴，12-4.伸缩轴，13.单向轴承，14.支座，15.弹簧，16.十字万向节，17.第二行走轮，18.钻头，19.伸缩机构，20.伸缩机构安装壳，21.第一电机，22.旋转壳，23.第二电机，24.转盘，25.连杆，26.滑套，27.第一杆，28.第二杆，29.铰接杆,30.连接轴，31.齿轮，32.锁紧螺母，33.内齿圈,34.刻线。
具体实施方式
实施例1
本实施例公开了一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人，如图1-图6所示，包括前舱1和后舱2，前舱位于机器人行进方向的前端，后舱位于机器人行进方向的后端，所述后舱安装驱动机构，作为机器人前进的动力源，所述前舱内安装有清理机构，用于对电缆排管内的堵塞物进行清理，由于采用蠕动式机器人时，无法实现对管道形状的自适应，因此本实施例未采用蠕动式驱动方式，前舱和后舱之间进行万向连接，利用后舱推动前舱运动，进而实现整个机器人的前进运动，同时由于前舱和后舱之间省去了气缸，缩短了整个机器人的长度，而且由于前舱和后舱之间采用万向连接，使得整个机器人能够自适应管道的形状。
本实施例中，所述前舱和后舱均采用圆柱型壳体结构，在其他一些实施例中，所述前舱和后舱也可采用立方体壳体结构或其他形状。
所述后舱靠近前舱的端面为前端面，另一侧端面为后端面，所述前舱靠近后舱一侧的端面为后端面，另一侧端面为前端面。
本实施例中，所述驱动机构包括行走驱动件、连接件、推力轴承等部件。
所述后舱的前侧设置有推力轴承，所述推力轴承采用现有结构即可，包括第一止推垫片3和第二止推垫片4及设置在第一止推垫片和第二止推垫片之间的多个钢球。
本实施例中，所述后舱的前侧端面与第一止推垫片3固定，第二止推垫片4固定有连接件。
所述连接件包括第一连接部5和设置在第一连接部中心的第二连接部6，所述第一连接部靠近后侧的侧面与第二止推垫片固定，所述第二连接部穿过推力轴承后伸入后舱内部，并与设置在后舱内部的行走驱动件的输出轴连接。
本实施例中，所述行走驱动件采用外转子电机7，所述外转子电机的输出轴通过联轴器8与第二连接部固定，所述外转子电机的外壳通过螺栓与后舱的舱壁固定连接。
外转子电机工作，由于外转子电机的输出轴与第二连接部固定，因为推力轴承的存在，连接件与后舱之间能够产生相对转动，因此在外转子电机外壳的带动下，后舱能够绕自身轴线转动。
所述后舱的舱壁上还设置有窥孔9，所述窥孔处安装有窥孔盖10，工作人员能够通过窥孔观察后舱内部的驱动机构的构造。
所述后舱的外周面上设置有多组第一行走轮11，所述第一行走轮只能够单向转动，所述第一行走轮能够贴合管道的内侧面，使得机器人沿管道行走。
为了实现后舱在绕自身轴线转动的同时，能够沿管道运动，同一组的多个第一行走轮沿螺旋线分布，且第一行走轮的轴线与后舱的轴线呈设定的锐角设置，所述锐角度数大小根据实际需要确定即可。
第一行走轮与管道内侧面贴合后，后舱绕自身轴线转动，能够在第一行走轮的作用下同时沿管道轴线方向运动。
后舱沿管道轴线方向运动，能够通过推力轴承推动前舱沿管道轴线方向运动。
进一步的，为了提高机器人的避障能力，所述第一行走轮通过第一轮叉12安装在后舱舱壁设置的支座上。
所述第一轮叉包括连接部12-1，所述连接部的一端设置有两个耳板12-2，两个耳板之间设置有转轴12-3，第一行走轮通过单向轴承13与转轴转动连接。连接部的另一端设置有伸缩轴12-4，所述伸缩轴与支座14伸缩连接，能够沿后舱的径向做伸缩运动，所述连接部与支座之间设置有弹性件，所述弹性件采用弹簧15，所述弹簧套在伸缩轴外周，所述弹簧的一端与连接部连接，另一端与支座连接。
当第一行走轮沿管道内侧面行走遇到障碍物时，由于伸缩轴与支座伸缩连接，所以第一行走轮能够朝向后舱方向运动，进而越过障碍物，实现了第一行走轮的避障功能，在弹簧的作用下，第一行走轮能够始终与管道内侧面贴合。
进一步的，为了防止伸缩轴产生绕自身轴线的转动，使得第一行走轮轴线与后舱轴线之间的锐角角度发生变化，所述伸缩轴采用方轴，即伸缩轴的截面为矩形或正方形。
进一步的，为了实现第一行走轮的轴线与后舱轴线之间角度的调节，所述支座底面同轴设置有连接轴30，所述支座的底面压在后舱的外表面，所述连接轴截面为圆形，所述连接轴通过后舱舱壁设置的圆形的通孔伸入后舱内部，并螺纹连接有锁紧螺母32，锁紧螺母压紧在后舱舱壁的内侧面，实现支座与后舱的固定连接，为了防止连接轴绕自身轴线的转动，所述通孔的孔壁上设置有内齿圈33，所述连接轴固定有齿轮31，所述齿轮和内齿圈相啮合，利用内齿圈和齿轮的啮合作用防止连接轴的转动，同时齿轮和内齿圈利用不同的齿和齿槽相啮合，能够实现第一行走轮轴线与后舱轴线之间夹角的调节。后舱的舱壁外表面设置有指向支座的刻线34。
所述连接件的第一连接部的靠近后舱的端面与第二止推垫片固定，另一侧端面的中心部位通过十字万向节16与前舱万向连接，前舱能够通过十字万向节相对后舱向任意方向改变朝向，进而满足自适应管道形状的需求。
所述前舱的外周面上设置有多个第二行走轮17，第二行走轮的轴线与前舱的轴线垂直，所述第二行走轮通过第二轮叉安装在前舱设置的支座上，所述第二轮叉的结构与第一轮叉的结构相同，第二轮叉与第二行走轮及支座的装配方式与第一轮叉与第一行走轮及支座的装配方式相同，在此不进行重复叙述，同样的，所述第二行走轮也具有避障功能。
所述前舱内安装有清理机构，清理机构用于对电缆排管内的堵塞物进行清理。
所述清理机构包括钻头18，所述钻头与钻头电机连接，钻头电机能够带动钻头绕自身轴线转动，所述钻头电机与伸缩机构19连接，伸缩机构能够带动钻头沿自身轴线做朝向或远离前舱的运动。
本实施例中，所述伸缩机构采用丝杠传动机构，包括与伸缩电机连接的丝杠，伸缩电机固定在伸缩机构安装壳20内部，丝杠上设置有滑块，滑块与伸缩机构安装壳上的导轨滑动连接，所述钻头电机固定在滑块上，钻头电机的输出轴与钻头连接。
所述伸缩机构与姿态调节机构连接，姿态调节机构能够调节钻头的朝向。
本实施例中，所述姿态调节机构包括与前舱同轴设置且固定在前舱内部的第一电机21，所述第一电机与旋转壳22连接，旋转壳伸出至前舱外部，第一电机能够带动旋转壳绕自身轴线方向转动。
所述旋转壳内固定有第二电机23，第二电机与第一电机同轴设置，第二电机的电机壳与旋转壳固定，其输出轴连接有转盘24，转盘的偏心位置处设有连杆25，连杆一端通过轴承与转盘转动连接，连杆的另一端设有滑套26，所述滑套中穿过有摆动连接件，所述摆动连接件采用U型杆，包括第一杆27和设置在第一杆两端的第二杆28，第一杆穿过滑套，第二杆的一端与第一杆一体式连接，另一端设有与其垂直的铰接杆29，两个铰接杆的一端与旋转壳通过轴承转动连接，另一端与伸缩机构安装壳20固定连接，伸缩机构安装壳内安装伸缩机构。
第二电机带动转盘转动，转盘能够利用连杆和摆动连接件带动伸缩机构安装壳的摆动，进而带动钻头摆动，配合第一电机能够带动整个旋转壳转动，进而实现了钻头朝任意方向的调节。
所述前舱上还安装有摄像头，用于采集电缆排管内的图像，所述摄像头与控制系统连接，能够将采集的图像传输给控制系统。
本实施例中的电机均与控制系统连接，由控制系统控制其工作，所述控制系统通过无线传输模块与远程监控平台连接，工作人员能够通过远程监控平台向
本实施例的工作方法为：
外转子电机工作，通过其外壳带动后舱绕自身轴线转动，在第一行走轮的作用下，后舱沿管道轴线方向运动，通过十字万向节推动前舱沿管道轴线方向运动，前舱内的清理机构工作，利用钻头对管道内的堵塞物进行清理。通过十字万向节，前舱能够根据管道实时调节朝向，满足了对管道形状的自适应需求。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人，其特征在于，包括前舱、后舱，后舱外周设置有多组能够单向转动的第一行走轮，同一组的多个第一行走轮沿螺旋线排布，且第一行走轮的轴线与后舱轴线呈设定锐角，后舱靠近前舱的端部与推力轴承的第一止推垫片固定，推力轴承的第二止推垫片与连接件固定，连接件与位于后舱内的行走驱动件的输出轴连接，行走驱动件的壳体与后舱固定，连接件与前舱万向连接，前舱安装有清理机构；
所述清理机构包括钻头，所述钻头与钻头电机连接，钻头电机与伸缩机构连接，伸缩机构与姿态调节机构连接，姿态调节机构能够调节钻头的朝向；
所述姿态调节机构包括与前舱同轴设置且固定在前舱内部的第一电机，所述第一电机与旋转壳连接，旋转壳伸出至前舱外部，第一电机能够带动旋转壳绕自身轴线方向转动；
所述旋转壳内固定有第二电机，第二电机与第一电机同轴设置，第二电机的电机壳与旋转壳固定，其输出轴连接有转盘，转盘的偏心位置处设有连杆，连杆一端通过轴承与转盘转动连接，连杆的另一端设有滑套，所述滑套中穿过有摆动连接件，所述摆动连接件采用U型杆，包括第一杆和设置在第一杆两端的第二杆，第一杆穿过滑套，第二杆的一端与第一杆一体式连接，另一端设有与其垂直的铰接杆，两个铰接杆的一端与旋转壳通过轴承转动连接，另一端与伸缩机构安装壳固定连接，伸缩机构安装壳内安装伸缩机构。
2.如权利要求1所述的一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人，其特征在于，所述连接件包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部与推力轴承的第二止推垫片固定，第二连接部穿过推力轴承伸入后舱内部，并与行走驱动件的输出轴连接。
3.如权利要求1所述的一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人，其特征在于，所述连接件通过十字万向节与前舱万向连接。
4.如权利要求1所述的一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人，其特征在于，所述第一行走轮通过第一单向轴承与第一轮叉转动连接，所述第一轮叉安装在后舱的舱壁。
5.如权利要求4所述的一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人，其特征在于，所述前舱的外周面安装有多个第二轮叉，所述第二轮叉通过第二单向轴承与第二行走轮转动连接，第二单向轴承允许第二行走轮的转动方向与第一单向轴承允许第一行走轮的转动方向相同。
6.如权利要求5所述的一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人，其特征在于，所述第一轮叉及第二轮叉均包括连接部，所述连接部的一端固定与两个耳板，两个耳板之间设有轮轴，第一轮叉的轮轴通过第一单向轴承与第一行走轮转动连接，第二轮叉的轮轴通过第二单向轴承与第二行走轮转动连接，连接部的另一端设有伸缩轴，第一轮叉的伸缩轴与后舱设置的支座伸缩连接，第二轮叉的伸缩轴与前舱设置的支座伸缩连接，支座与连接部之间设有弹性件。
7.如权利要求6所述的一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人，其特征在于，所述弹性件采用弹簧，所述弹簧套在伸缩轴外周，弹簧的一端与连接部连接，另一端与支座连接。
8.如权利要求6所述的一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人，其特征在于，所述伸缩轴采用方轴。
9.如权利要求6所述的一种能够自适应管道形状的电缆排管疏通机器人，其特征在于，所述支座设有连接轴，所述连接轴通过后舱的舱壁设置的通孔插入后舱内部并螺纹连接有锁紧螺母，锁紧螺母压紧在后舱内侧面，将连接轴与后舱的舱壁锁紧固定，所述通孔的孔壁上设置有内齿圈，所述连接轴固定有与所述内齿圈相啮合的齿轮。
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