CN114458868A - 履带式管道机器人及其运动控制方法 - Google Patents

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CN114458868A CN202210290157.7A CN202210290157A CN114458868A CN 114458868 A CN114458868 A CN 114458868A CN 202210290157 A CN202210290157 A CN 202210290157A CN 114458868 A CN114458868 A CN 114458868A
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Abstract

本发明公开了一种履带式管道机器人及其运动控制方法，履带式管道机器人包括变径机构、履带机构、感知机构和控制机构，三个履带机构压紧管道内壁且呈120度夹角分布在变径机构外侧，变径机构与三个履带机构连接，运动控制方法通过控制机器人前端中心点与管道中心轴的偏向距离实现行走姿态稳定。本发明履带机构可相对于变径机构展开或收缩，使机器人可以适用于不同管径的管道中；履带机构采用平行四边形履带机构，使机器人可以在弯管、变径管等复杂管道内移动，并具有越过一定尺寸障碍的能力；其运动控制方法解决了现有管道机器人运动过程中行走姿态调整能力差，容易卡死的问题。

Description

履带式管道机器人及其运动控制方法
技术领域
本发明属于机械制造领域，具体为机器人技术领域，更具体的说是一种能够在管道中自主爬行的履带式管道机器人及其运动控制方法。
背景技术
在一般工业、核设施、石油天然气、军事装备、市政设施等领域中，管道作为一种有效的物料输送方式而得到广泛的应用。管道的工作环境非常恶劣，容易发生腐蚀、疲劳破坏或使管道内部潜在的缺陷发展成破损而引起泄漏等事故。因此，为了延长管道的寿命、防止泄漏事故的发生，就必须对管道进行有效的检测维护、维修。
现实中管道复杂狭长，人工操作难以完成。管道机器人因为其较小的体积、可在管道中爬行、可携带多种传感器及操作机械以及可远程控制，被广泛应用于管道的检测、清理以及探伤。
现有技术中，管道机器人只能适用特定管径的管道，而且大多是采用轮子作为行走装置，轮子会在某一时刻离开管壁的表面，因此轮式不能很好地通过曲率半径较小的管道；管道机器人在通过复杂管道时会出现卡死和打滑的现象，限制了其转弯能力；管道机器人管径适应的范围较小，在遇到不规则管道和障碍时不能很好地越障。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、工作可靠的履带式管道机器人及其运动控制方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种履带式管道机器人，包括变径机构、履带机构、感知机构和控制机构，三个履带机构压紧管道内壁且呈120度夹角分布在变径机构外侧，变径机构与三个履带机构连接，履带机构可相对于变径机构展开或收缩，所述感知机构安装在变径机构上，感知机构与控制机构相连，控制机构与变径机构、履带机构相连。
上述履带式管道机器人，所述变径机构包括预紧电机、预紧电机座、联轴器、滚珠丝杠、丝杠支撑板、丝杠螺母、丝杠螺母底座、固定杆，所述滚珠丝杠左右两端通过第一轴承安装在两块丝杠支撑板上，滚珠丝杠外侧平行设置三根呈120度夹角分布的固定杆，固定杆的一端固定在其中一块丝杠支撑板上，固定杆的另一端穿过另一块丝杠支撑板后与预紧电机座固定连接，预紧电机固定安装在预紧电机座上，预紧电机的输出轴通过联轴器与滚珠丝杠一端连接，滚珠丝杠两侧对称设置两个丝杠螺母底座，两个丝杠螺母底座外侧套设于三根固定杆上且可沿固定杆滑动，每个丝杠螺母底座内侧均固定设有一个丝杠螺母，两个丝杠螺母分别螺纹连接于滚珠丝杠两端，三个履带结构均通过伸缩连接件与丝杠螺母底座连接。
上述履带式管道机器人，所述伸缩连接件包括滑动片、固定支撑板、支撑架、长折叠杆、短折叠杆和压簧，两块固定支撑板相对设置且均固定套设于三根固定杆的中部，每根支撑杆的两端均套设一个压簧，压簧的一端固定在对应的丝杠螺母底座上，压簧的另一端与一个套设于固定杆上的滑动片固定连接，每个滑动片的两端分别与两个长折叠杆的一端铰接，每个长折叠杆的中点位置均与一个短折叠杆的一端铰接，短折叠杆的另一端与固定设置在固定支撑板上的支撑架铰接，每个长折叠杆的另一端均铰接在对应的履带机构上。
上述履带式管道机器人，所述履带机构包括橡胶履带、同步主动轮、第一同步从动轮、第二同步从动轮、齿轮、支撑杆、第一同步轮挡板、第二同步轮挡板、凸台同步轮挡板、外挡板、电机外挡板、电机、第一小同步轮、第二小同步轮、小履带、转动轴、第一限位轴和第二限位轴，所述外挡板和电机外挡板通过支撑杆连接，与滑动片两端相连的两个长折叠杆的另一端分别铰接在外挡板和电机外挡板上，一个同步主动轮和一个第一同步从动轮通过第一限位轴安装在第一同步轮挡板和凸台同步轮挡板之间两端位置组成第一同步轮组，两个第二同步从动轮通过第二限位轴安装在两个第二同步轮挡板之间两端位置组成第二同步轮组；电机安装在电机外挡板外侧一端，电机的输出轴穿过电机外挡板与外挡板连接，第一同步轮组位于外挡板和电机外挡板之间靠近电机一侧且第一同步轮组的第一同步轮挡板和凸台同步轮挡板穿设于电机的输出轴上，电机的输出轴上固定设有齿轮，齿轮与同步主动轮侧齿啮合，第二同步轮组的两个第二同步轮挡板通过转动轴安装在外挡板和电机外挡板之间远离电机一侧，凸台同步轮挡板外侧的凸台穿过外挡板和第一小同步轮，转动轴一端穿过外挡板并外露，第二小同步轮安装在转动轴的外露端，第一同步轮组和第二同步轮组啮合连接橡胶履带，第一小同步轮和第二小同步轮外侧啮合连接小履带。
上述履带式管道机器人，所述感知机构包括红外测距仪、摄像头、倾角检测单元、霍尔测速单元和薄膜压力传感器，所述红外测距仪、摄像头和倾角检测单元安装在所述丝杠支撑板上，每个压簧和滑动片接触面上设置有薄膜压力传感器。
上述履带式管道机器人，所述控制机构包括控制器、无线传输单元、蓄电池，所述控制器、无线传输单元、蓄电池安装在两个固定支撑板之间，所述蓄电池与控制器电连接，所述控制器分别与感知机构、电机、预紧电机电连接。
上述履带式管道机器人，所述固定支撑板中心开孔，不与滚珠丝杠接触，所述同步主动轮和第一同步从动轮通过第二轴承与限位轴连接。
上述履带式管道机器人，所述电机输出轴通过第三轴承与电机外挡板以及第一同步轮组连接；所述凸台同步轮挡板的凸台通过第四轴承与外挡板固定连接；所述转动轴通过第五轴承与电机外挡板以及外挡板连接。
一种履带式管道机器人的运动控制方法，包括以下步骤：
步骤1：设定机器人的履带机构电机转速初值n0和卡死阈值K，作为给定值，发送给控制器，其中卡死阈值K为由机器人自身结构所决定的常值；
步骤2：控制器根据转速给定值，采用增量式PID算法，并对输出进行限幅处理，实现速度闭环控制，驱动履带机构的电机旋转；
步骤3：用红外测距仪和倾角检测单元实时采集机器人的行走姿态信息，红外测距仪测量在空间中三个履带机构前端中点到机体前端中心点的距离|OA|、|OB|、|OC|，倾角检测单元测量机器人中央机体与三个履带的相对角度θA、θB、θC，反馈给控制器；
步骤4：控制器把行走姿态信息进行计算处理，得到在管道截面上机体前端中心点与管道中心轴的偏向距离d以及偏向方向；
步骤5：在控制器中，将偏向距离d与卡死阈值K作比较，判断机器人是否有卡死的风险，偏向距离d大于卡死阈值K则有卡死的风险，如果有卡死的风险则执行步骤6，没有卡死的风险则返回步骤2；
步骤6：根据偏向距离d与卡死阈值K的偏差量和偏向方向，给出三个履带机构上电机各自新的转速给定值，进行差速控制，调整机器人行走姿态，重复步骤2至步骤5，控制偏向距离d始终小于等于卡死阈值K。
上述履带式管道机器人的运动控制方法，所述步骤4包括如下分步骤：
步骤4.1：对当前时刻行走姿态信息进行处理，将三个履带机构前端中点A、B、C与机体前端中心点O投影到点O所在的管道截平面上，利用如下公式在投影面上得到履带投影点a、b、c到机体前端中心投影点o的距离；
|oa|＝|OA|cos 2θA
|ob|＝|OB|cos 2θB
|oc|＝|OC|cos 2θC
步骤4.2：偏向方向由投影面上oa、ob、oc的距离大小确定，将oa、ob、oc的距离按从小到大顺序赋值给h1、h2、h3，利用如下公式计算出在投影面上机体前端中心点o与管道中心轴的偏向距离d；
Figure BDA0003559658270000051
式中，R表示管道内半径。
本发明的有益效果在于：本发明针对履带式管道机器人对管径变化适应性差和过弯控制复杂的问题，设计了自变径结构、平行四边形履带结构以及其运动控制方法，包括变径机构和呈120度夹角分布在变径机构外侧的三个履带机构，履带机构可相对于变径机构展开或收缩，使机器人可以适用于不同管径的管道中，履带机构采用平行四边形履带机构，使机器人可以在弯管、变径管等复杂管道内移动，并具有越过一定尺寸障碍的能力，其运动控制方法解决了现有管道机器人运动过程中行走姿态调整能力差，容易卡死的问题。
附图说明
图1为本发明的整体结构立体图。
图2为本发明中变径机构与履带机构的装配关系立体图。
图3为本发明中的变径机构结构立体图。
图4为本发明中的履带机构结构立体图。
图5为本发明中的履带机构各零件结构立体图。
图6为本发明中的运动控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1、图2所示，一种履带式管道机器人，包括变径机构1、履带机构2、感知机构3、控制机构4，三个履带机构2压紧管道内壁且呈120度夹角分布在变径机构1外侧，变径机构1与三个履带机构2连接，履带机构2可相对于变径机构1展开或收缩；所述感知机构3安装在变径机构1上，感知机构3与控制机构4相连，控制机构4与变径机构1、履带机构2相连。
如图3所示，所述变径机构1包括预紧电机1-1、预紧电机座1-2、联轴器1-3、滚珠丝杠1-4、丝杠支撑板1-5、丝杠螺母1-6、丝杠螺母底座1-7、固定杆1-10，所述滚珠丝杠1-4左右两端通过第一轴承安装在两块丝杠支撑板1-5上，滚珠丝杠1-4外侧平行设置三根呈120度夹角分布的固定杆1-10，固定杆1-10的一端固定在其中一块丝杠支撑板1-5上，固定杆1-10的另一端穿过另一块丝杠支撑板1-5后与预紧电机座1-2固定连接，预紧电机1-1固定安装在预紧电机座1-2上，预紧电机1-1的输出轴通过联轴器1-3与滚珠丝杠1-4一端连接，滚珠丝杠1-4两侧对称设置两个丝杠螺母底座1-7，两个丝杠螺母底座1-7外侧套设于三根固定杆1-10上且可沿固定杆1-10滑动，每个丝杠螺母底座1-7内侧均固定设有一个丝杠螺母1-6，两个丝杠螺母1-6分别螺纹连接于滚珠丝杠1-4两端，三个履带结构均通过伸缩连接件与丝杠螺母底座1-7连接。
所述伸缩连接件包括滑动片1-8、固定支撑板1-9、支撑架1-11、长折叠杆1-12、短折叠杆1-13和压簧1-14，两块固定支撑板1-9相对设置且均固定套设于三根固定杆1-10的中部，每根支撑杆的两端均套设一个压簧1-14，压簧1-14的一端固定在对应的丝杠螺母底座1-7上，压簧1-14的另一端与一个套设于固定杆1-10上的滑动片1-8固定连接，每个滑动片1-8的两端分别与两个长折叠杆1-12的一端铰接，每个长折叠杆1-12的中点位置均与一个短折叠杆1-13的一端铰接，短折叠杆1-13的另一端与固定设置在固定支撑板1-9上的支撑架1-11铰接，每个长折叠杆1-12的另一端均铰接在对应的履带机构2上。
如图4、图5所示，所述履带机构2包括橡胶履带2-1、同步主动轮2-2、第一同步从动轮2-3、第二同步从动轮、齿轮2-4、支撑杆2-5、第一同步轮挡板、第二同步轮挡板2-6、凸台同步轮挡板2-7、外挡板2-8、电机外挡板2-9、电机2-10、第一小同步轮、第二小同步轮2-11、小履带2-12、转动轴2-13、第一限位轴和第二限位轴2-14，所述外挡板2-8和电机外挡板2-9通过支撑杆2-5连接，与滑动片1-8两端相连的两个长折叠杆1-12的另一端分别铰接在外挡板2-8和电机外挡板2-9上，一个同步主动轮2-2和一个第一同步从动轮2-3通过第一限位轴安装在第一同步轮挡板和凸台同步轮挡板2-7之间两端位置组成第一同步轮组2-15，两个第二同步从动轮通过第二限位轴2-14安装在两个第二同步轮挡板2-6之间两端位置组成第二同步轮组2-16；电机2-10安装在电机外挡板2-9外侧一端，电机2-10的输出轴穿过电机外挡板2-9与外挡板2-8连接，第一同步轮组2-15位于外挡板2-8和电机外挡板2-9之间靠近电机2-10一侧且第一同步轮组2-15的第一同步轮挡板和凸台同步轮挡板2-7穿设于电机2-10的输出轴上，电机2-10的输出轴上固定设有齿轮2-4，齿轮2-4与同步主动轮2-2侧齿啮合，第二同步轮组2-16的两个第二同步轮挡板2-6通过转动轴2-13安装在外挡板2-8和电机外挡板2-9之间远离电机2-10一侧，凸台同步轮挡板2-7外侧的凸台穿过外挡板2-8和第一小同步轮，转动轴2-13一端穿过外挡板2-8并外露，第二小同步轮2-11安装在转动轴2-13的外露端，第一同步轮组2-15和第二同步轮组2-16啮合连接橡胶履带2-1，第一小同步轮和第二小同步轮2-11外侧啮合连接小履带2-12。
所述固定支撑板1-9中心开孔，不与滚珠丝杠1-4接触。所述同步主动轮2-2和第一同步从动轮2-3通过第二轴承与限位轴连接。所述电机2-10输出轴通过第三轴承与电机外挡板2-9以及第一同步轮组2-15连接。所述凸台同步轮挡板2-7的凸台通过第四轴承与外挡板2-8固定连接；所述转动轴2-13通过第五轴承与电机外挡板2-9以及外挡板2-8连接。
所述的感知机构3包括红外测距仪、摄像头、倾角检测单元、霍尔测速单元和薄膜压力传感器，所述红外测距仪、摄像头和倾角检测单元安装在所述丝杠支撑板1-5上，每个压簧1-14和滑动片1-8接触面上设置有薄膜压力传感器；霍尔测速单元是测量电机转速的，在运动控制方法里有用到。薄膜压力传感器是用于测量压簧1-14和滑动片1-8之间的压力；摄像头是根据实际工程需要加装的，用于显示管道内的实时图像。
所述的控制机构4包括控制器、无线传输单元、蓄电池，所述控制器、无线传输单元、蓄电池安装在两个固定支撑板1-9之间，所述蓄电池与控制器电连接，所述控制器分别与感知机构3、电机2-10、预紧电机1-1电连接。
一种履带式管道机器人的运动控制方法，包括以下步骤：
步骤1，设定机器人的履带机构电机转速初值n0和卡死阈值K，作为给定值，发送给控制器，其中卡死阈值K为由机器人自身结构所决定的常值。
步骤2，控制器根据转速给定值，采用增量式PID算法，并对输出进行限幅处理，实现速度闭环控制，驱动履带机构电机旋转。
步骤3：用红外测距仪和倾角检测单元实时采集机器人的行走姿态信息，由于过弯或者越障导致三个履带机构发生相对位移，造成机器人中央机体发生倾斜，不再与履带机构保持平行，红外测距仪测量在空间中三个履带机构前端中点到机体前端中心点的距离|OA|、|OB|、|OC|，倾角检测单元测量机器人中央机体与三个履带的相对角度θA、θB、θC，反馈给控制器；
步骤4，控制器把行走姿态信息进行计算处理，得到在管道截面上机体前端中心点与管道中心轴的偏向距离d以及偏向方向；
步骤4包括如下分步骤：
步骤4.1：对当前时刻行走姿态信息进行处理，将三个履带机构前端中点A、B、C与机体前端中心点O投影到点O所在的管道截平面上，利用如下公式在投影面上得到履带投影点a、b、c到机体前端中心投影点o的距离；
|oa|＝|OA|cos 2θA
|ob|＝|OB|cos 2θB
|oc|＝|OC|cos 2θC
步骤4.2，偏向方向由投影面上oa、ob、oc的距离大小确定，将oa、ob、oc的距离按从小到大顺序赋值给h1、h2、h3，利用如下公式计算出在投影面上机体前端中心点o与管道中心轴的偏向距离d；
Figure BDA0003559658270000091
式中，R表示管道内半径。
步骤5，在控制器中，将偏向距离d与卡死阈值K作比较，判断机器人是否有卡死的风险，偏向距离d大于卡死阈值K则有卡死的风险，如果有则执行步骤6，没有则返回步骤2。
步骤6，根据偏向距离d与卡死阈值K的偏差量和偏向方向，给出三个履带机构上电机各自新的转速给定值，进行差速控制，调整机器人行走姿态，重复2到5的步骤，控制偏向距离d始终小于等于卡死阈值K。
本发明的工作原理如下：
在直管内，机器人的履带机构2分布在120度的圆周上，因此它可以更好平稳地在管道中行走，同时利用丝杠螺母1-6的锁紧以及橡胶履带2-1和管道之间的摩擦力，可以让其能够在垂直管道中行走。机器人的履带机构2的第一同步轮组2-15和第二同步轮组2-16与管道的中心轴保持平行状态，每个履带机构2的电机2-10驱动齿轮2-4转动，齿轮2-4带动同步主动轮2-2转动，同步主动轮2-2带动橡胶履带2-1运动，驱动机器人在管道中行驶。
当遇到小范围的变径管、不规则管道和障碍时，该机器人的履带机构的第一同步轮组2-15在外力作用下摆动至与管道的中心轴成一夹角，第二同步轮组2-16在小履带2-12的带动下与第一同步轮组2-15保持平行；同时滑动片1-8在外力作用下压缩压簧1-14改变短折叠杆1-13和长折叠杆1-12之间夹角，从而调节该机器人直径。在机器人经过变径管、弯管和障碍后，在压簧1-14弹力作用下，使第一同步轮组2-15和第二同步轮组2-16与管道的中心轴重新保持平行状态，继续行驶。压簧1-14保证该机器人具有自动适应变径管、不规则管道和障碍的能力，并有减震作用。
当需要调节的管径变大时，预紧电机1-1的输出轴带动联轴器1-3转动，联轴器1-3转动带动滚珠丝杠1-4转动，滚珠丝杠1-4转动带动丝杠螺母1-6及丝杠螺母底座1-7移动一定的距离，丝杠螺母底座1-7移动带动滑动片1-8移动进而改变短折叠杆1-13和长折叠杆1-12之间夹角使得履带机构2向管道中心轴靠拢或张开来适应大范围的管径变化。
当机器人转向时，由于每个履带机构2的电机2-10都是相互独立控制的，因此控制机构4可以对每个履带机构2进行调节，达到不同履带机构2的不同速度，因此可以实现其主动转向的功能，可以达到通过弯道管道和T形管道。
由于采用了所述运动控制方法，机器人通过对每个履带机构2的电机2-10都的调节，实现差速控制，控制了偏向距离始终小于卡死阈值，极大降低了机器人在运动过程中卡死在管道中的可能性。

Claims (10)

1.一种履带式管道机器人，其特征在于，包括变径机构、履带机构、感知机构和控制机构，三个履带机构压紧管道内壁且呈120度夹角分布在变径机构外侧，变径机构与三个履带机构连接，履带机构可相对于变径机构展开或收缩，所述感知机构安装在变径机构上，感知机构与控制机构相连，控制机构与变径机构、履带机构相连。
2.根据权利要求1所述的履带式管道机器人，其特征在于，所述变径机构包括预紧电机、预紧电机座、联轴器、滚珠丝杠、丝杠支撑板、丝杠螺母、丝杠螺母底座、固定杆，所述滚珠丝杠左右两端通过第一轴承安装在两块丝杠支撑板上，滚珠丝杠外侧平行设置三根呈120度夹角分布的固定杆，固定杆的一端固定在其中一块丝杠支撑板上，固定杆的另一端穿过另一块丝杠支撑板后与预紧电机座固定连接，预紧电机固定安装在预紧电机座上，预紧电机的输出轴通过联轴器与滚珠丝杠一端连接，滚珠丝杠两侧对称设置两个丝杠螺母底座，两个丝杠螺母底座外侧套设于三根固定杆上且可沿固定杆滑动，每个丝杠螺母底座内侧均固定设有一个丝杠螺母，两个丝杠螺母分别螺纹连接于滚珠丝杠两端，三个履带结构均通过伸缩连接件与丝杠螺母底座连接。
3.根据权利要求2所述的履带式管道机器人，其特征在于，所述伸缩连接件包括滑动片、固定支撑板、支撑架、长折叠杆、短折叠杆和压簧，两块固定支撑板相对设置且均固定套设于三根固定杆的中部，每根支撑杆的两端均套设一个压簧，压簧的一端固定在对应的丝杠螺母底座上，压簧的另一端与一个套设于固定杆上的滑动片固定连接，每个滑动片的两端分别与两个长折叠杆的一端铰接，每个长折叠杆的中点位置均与一个短折叠杆的一端铰接，短折叠杆的另一端与固定设置在固定支撑板上的支撑架铰接，每个长折叠杆的另一端均铰接在对应的履带机构上。
4.根据权利要求3所述的履带式管道机器人，其特征在于，所述履带机构包括橡胶履带、同步主动轮、第一同步从动轮、第二同步从动轮、齿轮、支撑杆、第一同步轮挡板、第二同步轮挡板、凸台同步轮挡板、外挡板、电机外挡板、电机、第一小同步轮、第二小同步轮、小履带、转动轴、第一限位轴和第二限位轴，所述外挡板和电机外挡板通过支撑杆连接，与滑动片两端相连的两个长折叠杆的另一端分别铰接在外挡板和电机外挡板上，一个同步主动轮和一个第一同步从动轮通过第一限位轴安装在第一同步轮挡板和凸台同步轮挡板之间两端位置组成第一同步轮组，两个第二同步从动轮通过第二限位轴安装在两个第二同步轮挡板之间两端位置组成第二同步轮组；电机安装在电机外挡板外侧一端，电机的输出轴穿过电机外挡板与外挡板连接，第一同步轮组位于外挡板和电机外挡板之间靠近电机一侧且第一同步轮组的第一同步轮挡板和凸台同步轮挡板穿设于电机的输出轴上，电机的输出轴上固定设有齿轮，齿轮与同步主动轮侧齿啮合，第二同步轮组的两个第二同步轮挡板通过转动轴安装在外挡板和电机外挡板之间远离电机一侧，凸台同步轮挡板外侧的凸台穿过外挡板和第一小同步轮，转动轴一端穿过外挡板并外露，第二小同步轮安装在转动轴的外露端，第一同步轮组和第二同步轮组啮合连接橡胶履带，第一小同步轮和第二小同步轮外侧啮合连接小履带。
5.根据权利要求3所述的履带式管道机器人，其特征在于：所述感知机构包括红外测距仪、摄像头、倾角检测单元、霍尔测速单元和薄膜压力传感器，所述红外测距仪、摄像头和倾角检测单元安装在所述丝杠支撑板上，每个压簧和滑动片接触面上设置有薄膜压力传感器。
6.根据权利要求5所述的履带式管道机器人，其特征在于：所述控制机构包括控制器、无线传输单元、蓄电池，所述控制器、无线传输单元、蓄电池安装在两个固定支撑板之间，所述蓄电池与控制器电连接，所述控制器分别与感知机构、电机、预紧电机电连接。
7.根据权利要求4所述的履带式管道机器人，其特征在于，所述固定支撑板中心开孔，不与滚珠丝杠接触，所述同步主动轮和第一同步从动轮通过第二轴承与限位轴连接。
8.根据权利要求4所述的履带式管道机器人，其特征在于，所述电机输出轴通过第三轴承与电机外挡板以及第一同步轮组连接；所述凸台同步轮挡板的凸台通过第四轴承与外挡板固定连接；所述转动轴通过第五轴承与电机外挡板以及外挡板连接。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的履带式管道机器人的运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：设定机器人的履带机构电机转速初值n0和卡死阈值K，作为给定值，发送给控制器，其中卡死阈值K为由机器人自身结构所决定的常值；
步骤2：控制器根据转速给定值，采用增量式PID算法，并对输出进行限幅处理，实现速度闭环控制，驱动履带机构的电机旋转；
步骤3：用红外测距仪和倾角检测单元实时采集机器人的行走姿态信息，红外测距仪测量在空间中三个履带机构前端中点到机体前端中心点的距离|OA|、|OB|、|OC|，倾角检测单元测量机器人中央机体与三个履带的相对角度θA、θB、θC，反馈给控制器；
步骤4：控制器把行走姿态信息进行计算处理，得到在管道截面上机体前端中心点与管道中心轴的偏向距离d以及偏向方向；
步骤5：在控制器中，将偏向距离d与卡死阈值K作比较，判断机器人是否有卡死的风险，偏向距离d大于卡死阈值K则有卡死的风险，如果有卡死的风险则执行步骤6，没有卡死的风险则返回步骤2；
步骤6：根据偏向距离d与卡死阈值K的偏差量和偏向方向，给出三个履带机构上电机各自新的转速给定值，进行差速控制，调整机器人行走姿态，重复步骤2至步骤5，控制偏向距离d始终小于等于卡死阈值K。
10.根据权利要求9所述的履带式管道机器人的运动控制方法，其特征在于，所述步骤4包括如下分步骤：
步骤4.1：对当前时刻行走姿态信息进行处理，将三个履带机构前端中点A、B、C与机体前端中心点O投影到点O所在的管道截平面上，利用如下公式在投影面上得到履带投影点a、b、c到机体前端中心投影点o的距离；
|oa|＝|OA|cos2θA
|ob|＝|OB|cos2θB
|oc|＝|OC|cos2θC
步骤4.2：偏向方向由投影面上|oa|、|ob|、|oc|的大小确定，将oa、ob、oc的距离按从小到大顺序赋值给h1、h2、h3，利用如下公式计算出在投影面上机体前端中心点o与管道中心轴的偏向距离d；
Figure FDA0003559658260000041
式中，R表示管道内半径。
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