多驱动轴系带水检测机器人
技术领域
本发明涉及一种检测技术领域,尤其涉及的是一种带水检测机器人。
背景技术
管道在制造及投入运行等过程中都可能存在缺陷,及时对管道检测,准确了解管道的运行状况,可以保证管道的可靠安全运行。管道通常埋于地下,出现破损、堵塞等情况,传统的维护方式是维修人员进入管道进行排查维修,当管道内环境恶劣,存在大量有害气体,威胁维修人员的健康和安全,且人工检测速度慢、效率低。因此,目前通常采用管道检测机器人进行检测。
但排水管道内有满水、半水、无水,顺水、逆水及管道底部淤泥等工况,且工况多变;如在水位高或满水管道,检测前需要进行封堵、抽水等工序,工序复杂;如在管道内淤泥较多时,易倾翻。目前的大部分检测机器人均存在无法适应管道内多种工况,适应性差的问题。
如申请号:201010199641.6,一种轮式移动管道机器人,包括爬行器,其包括箱体、设置在所述箱体内的电机、传动齿轮系;轮组,其安装在所述箱体上并承载所述爬行器,以及固定安装在所述爬行器上的升降云台。该管道机器人虽然通过更换不同的轮组适应了不同管径的管道,但是对于管道内较为复杂的状况,如较高水位情况,该机器人不具有漂浮能力,无法适应多种工况,存在局限性。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于:如何解决现有技术的管道检测机器人无法适应管道内复杂多变的环境,适应性较差的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的:
多驱动轴系带水检测机器人,包括车体总成、驱动总成、车轮总成;所述驱动总成连接所述车体总成内,所述驱动总成的驱动端伸出所述车体总成后与所述车轮总成能够拆卸的连接;所述驱动总成包括位于不同高度的多个第一驱动轴以及多个第二驱动轴,多个第一驱动轴位于同一水平面并高于多个第二驱动轴所在的同一水平面;所述车轮总成包括多个第一车轮、多个第二车轮,所述第一车轮内具有空腔,所述第一车轮的直径大于所述第二车轮的直径;
当管道工况为高水位时,所述第一车轮连接所述第一驱动轴;当管道工况为低水位、无水或障碍物较多时,所述第一车轮连接所述第二驱动轴;当管道工况为无水、无障碍物时,所述第二车轮连接所述第二驱动轴。
本发明通过设置不同高度的第一驱动轴与第二驱动轴,当管道工况为高水位,直径较大的第一车轮连接所述第一驱动轴,加上第一车轮内部具有空腔,大径的第一车轮上部可以露出水面将产生较小后驱动力,下部产生较大前驱动力,前后驱动力差可满足机器人在高水位中的行走动力需求;当管道工况为低水位、无水或障碍物较多时,大径第一车轮安装在位置靠下的第二驱动轴上,机器人底部距离管道下壁面有较大间隙,可大幅提高越障能力;当管道工况为无水、无障碍物时,尺寸较小的第二车轮连接第二驱动轴上,可缩小机器人外轮廓尺寸,满足更小管径管道的检测及应用,扩展机器人的应用范围和场景。本发明可根据应用场景切换安装在第一驱动轴与第二驱动轴,可调节机器人离地高度,及行水高度,提高机器人越障能力及带水或满水检测能力;根据不同工况可选配不同尺寸的驱动轮,适应性强,同时可针对性满足不同工况的行走需求。
优选的,所述驱动总成还包括驱动电机、主动轴、主动轮、挠性传输带、第一从动轮、第二从动轮,所述驱动电机驱动连接所述主动轴,所述主动轮连接所述主动轴,所述第一从动轮连接所述第一驱动轴,所述第二从动轮连接所述第二驱动轴,所述主动轮与所述第一从动轮、第二从动轮通过所述挠性传输带连接。
优选的,所述主动轴与所述第二驱动轴位于同一水平面内;所述第二车轮与所述主动轴连接。
优选的,所述主动轮为皮带轮或齿轮,所述第一从动轮以及所述第二从动轮为皮带轮或齿轮,所述挠性传输带为皮带或链条。
通过少量驱动电机通过齿轮系或皮带轮系驱动车体总成两侧的车轮总成,实现动力传输。
优选的,还包括转向组件,所述驱动电机连接所述转向组件的一端,所述转向组件的另一端连接所述主动轴。
优选的,所述转向组件包括第一伞齿轮、第二伞齿轮,所述第一伞齿轮与所述驱动电机的输出端连接,所述第二伞齿轮与所述主动轴连接,所述第一伞齿轮与所述第二伞齿轮啮合。
转向组件可以便于驱动电机在车体总成内的布置方向,亦可以通过调节转向组件的尺寸实现减速功能。
优选的,所述驱动总成还包括多个涨紧轮,所述涨紧轮转动连接所述车体总成,所述涨紧轮与所述挠性传输带连接。
涨紧轮对挠性传输带进行张紧,提高传输的稳定性。
优选的,所车体总成的两侧包括第一支撑壁、第二支撑壁,所述第一支撑壁与所述第二支撑壁形成容纳腔,所述主动轴、所述第一驱动轴以及所述第二驱动轴的两端均转动连接所述第一支撑壁和所述第二支撑壁,所述挠性传输带、所述第一从动轮以及所述第二从动轮位于所述容纳腔内。
将所述主动轴、所述第一驱动轴以及所述第二驱动轴的两端支撑在第一支撑壁和第二支撑壁上,提高轴的稳定性,通常情况下,传输带与齿轮需要进行维护,将所述挠性传输带、所述第一从动轮以及所述第二从动轮位于所述容纳腔内,从而实现与车体总成内部模块的隔开,可以实现容纳腔的密封,再者,方便维护,仅需要拆解第二支撑壁即可。
优选的,所述第一车轮包括第一轮毂、第一叶片,所述第一轮毂为内部是空腔的扁状结构,所述第一叶片呈发散状连接所述第一轮毂的外侧;所述第二车轮包括第二轮毂、第二叶片,所述第二轮毂为内部是空腔或为实心的圆台形结构,所述第二叶片呈发散状连接所述第二轮毂的外侧。
第一轮毂、第二轮毂内为空腔,一方面可以降低整个机器人的自重,另一方面可以实现浮潜能力,第一叶片与第二叶片可以有水、淤泥里提高较大的驱动力。
优选的,还包括连接组件,所述第一车轮通过所述连接组件与所述第一驱动轴连接,所述第二车轮通过所述连接组件与所述第二驱动轴连接;所述连接组件包括轮座、压板,所述第一轮毂以及所述第二轮毂的中心处具有环形连接板,所述压板连接所述环形连接板的一侧,所述轮座连接所述环形连接板的另一侧,所述压板、所述环形连接板、所述轮座连接在一起,所述轮座的另一端与所述第一驱动轴或第二驱动轴连接。
通过轮座与压板实现第一车轮与第一驱动轴以及第二车轮与第二驱动轴的安装与拆卸,可以通过螺栓连接,便于拆卸、更换。
本发明的优点在于:
(1)本发明通过设置不同高度的第一驱动轴与第二驱动轴,当管道工况为高水位,直径较大的第一车轮连接所述第一驱动轴,加上第一车轮内部具有空腔,大径的第一车轮上部可以露出水面将产生较小后驱动力,下部产生较大前驱动力,前后驱动力差可满足机器人在高水位中的行走动力需求;当管道工况为低水位、无水或障碍物较多时,大径第一车轮安装在位置靠下的第二驱动轴上,机器人底部距离管道下壁面有较大间隙,可大幅提高越障能力;当管道工况为无水、无障碍物时,尺寸较小的第二车轮连接第二驱动轴上,可缩小机器人外轮廓尺寸,满足更小管径管道的检测及应用,扩展机器人的应用范围和场景。本发明可根据应用场景切换安装在第一驱动轴与第二驱动轴,可调节机器人离地高度,及行水高度,提高机器人越障能力及带水或满水检测能力;根据不同工况可选配不同尺寸的驱动轮,适应性强,同时可针对性的满足不同工况的行走需求;
(2)通过少量驱动电机通过齿轮系或皮带轮系驱动车体总成两侧的车轮总成,实现动力传输;
(3)转向组件可以便于驱动电机在车体总成内的布置方向,亦可以通过调节转向组件的尺寸实现减速功能;
(4)涨紧轮对挠性传输带进行张紧,提高传输的稳定性;
(5)第一轮毂、第二轮毂内为空腔,一方面可以降低整个机器人的自重,另一方面可以实现浮潜能力,第一叶片与第二叶片可以有水、淤泥里提高较大的驱动力;
(6)通过轮座与压板实现第一车轮与第一驱动轴以及第二车轮与第二驱动轴的安装与拆卸,可以通过螺栓连接,便于拆卸、更换。
附图说明
图1是本发明实施例多驱动轴系带水检测机器人(管道工况一)的结构示意图;
图2是本发明实施例多驱动轴系带水检测机器人(管道工况一)的主视简图;
图3是本发明实施例多驱动轴系带水检测机器人(管道工况一)的俯视简图;
图4是本发明实施例多驱动轴系带水检测机器人(管道工况一)的侧视简图;
图5是本发明实施例多驱动轴系带水检测机器人(管道工况一)工作示意图;
图6是本发明实施例多驱动轴系带水检测机器人(管道工况一)工作示意图;
图7是本发明实施例多驱动轴系带水检测机器人(管道工况二)的结构示意图;
图8是本发明实施例多驱动轴系带水检测机器人(管道工况二)的工作示意图;
图9是本发明实施例多驱动轴系带水检测机器人(管道工况二)的工作示意图;
图10是本发明实施例多驱动轴系带水检测机器人(管道工况三)的结构示意图;
图11是本发明实施例多驱动轴系带水检测机器人(管道工况三)的工作示意图;
图12是本发明实施例多驱动轴系带水检测机器人(管道工况三)的工作示意图;
图13是图1中A-A处的剖视图;
图14是本发明实施例第一支撑壁的结构示意图;
图15是图1的爆炸示意图;
图16是本发明实施例第一车轮的剖视图;
图17是本发明实施例第二车轮的剖视图;
图中标号:
1、车体总成;11、第一支撑壁;12、第二支撑壁;
2、驱动总成;21、第一驱动轴;22、第二驱动轴;23、驱动电机;24、主动轴;25、主动轮;26、挠性传输带;27、第一从动轮;28、第二从动轮;29、涨紧轮;
3、车轮总成;31、第一车轮;311、第一轮毂;312、第一叶片;32、第二车轮;321、第二轮毂;322、第二叶片;
4、转向组件;41、第一伞齿轮;42、第二伞齿轮;
5、连接组件;51、压板;52、轮座;
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一:
如图1、图7、图10所示,多驱动轴系带水检测机器人,包括车体总成1、驱动总成2、车轮总成3;所述驱动总成2连接所述车体总成1内,所述驱动总成2的驱动端伸出所述车体总成1后与所述车轮总成3能够拆卸的连接。
具体的,如图2、图3、图4所示,驱动总成2的一侧包括第一驱动轴21、第二驱动轴22、驱动电机23、主动轴24、主动轮25、挠性传输带26、第一从动轮27、第二从动轮28、涨紧轮29;所述驱动总成2为对称结构,一个驱动电机23驱动一侧的车轮转动,本实施例车体总成1的一侧包括两个第一驱动轴21、两个第二驱动轴22、两个第一从动轮27、两个第二从动轮28、两个涨紧轮29,其余为一个;其中两个第一驱动轴21的中心轴线位于同一水平面内,两个第二驱动轴22的的中心轴线位于同一水平面内,第一驱动轴21的高度高于第二驱动轴22的高度。
如图2中所示,左侧的第一驱动轴21与左侧的第二驱动轴22位于同一竖直面内,右侧的的第一驱动轴21与右侧的第二驱动轴22位于同一竖直面内,主动轴24所在竖直面与两侧第一驱动轴21所在竖直面的对称面重合,即主动轴24位于左右两侧的驱动轴的中间。
所述驱动电机23驱动连接所述主动轴24,所述主动轮25固定连接所述主动轴24,所述第一从动轮27固定连接所述第一驱动轴21,所述第二从动轮28固定连接所述第二驱动轴22,所述主动轮25与所述第一从动轮27、第二从动轮28通过所述挠性传输带26连接。其中,所述主动轮25为皮带轮或齿轮,所述第一从动轮27以及所述第二从动轮28为皮带轮或齿轮,所述挠性传输带26为皮带或链条。本实施例,优选齿轮,齿轮啮合稳定性更高。本实施例,通过少量驱动电机23以及齿轮系或皮带轮系驱动车体总成1两侧的车轮总成3,实现动力传输。
所述驱动总成2中的两个涨紧轮29沿主动轴24所在竖直面两侧对称安装,所述涨紧轮29转动连接所述车体总成1,所述涨紧轮29与所述挠性传输带26连接。涨紧轮29对挠性传输带26进行张紧,提高传输的稳定性。
如图3所示,本实施例,多驱动轴系带水检测机器人,还包括转向组件4,所述转向组件4包括第一伞齿轮41、第二伞齿轮42,所述第一伞齿轮41与所述驱动电机23的输出端连接,所述第二伞齿轮42与所述主动轴24的一端固定连接,第二伞齿轮42也可以与主动轴24呈一体结构;所述第一伞齿轮41与所述第二伞齿轮42啮合。转向组件4可以便于驱动电机23在车体总成1内的布置方向,若驱动电机23尺寸较大,竖直摆放跟有利于减小整个车体尺寸,则可以通过转向组件4实现驱动电机23的输出端与主动轴24的转向,本实施例中,第一伞齿轮41、第二伞齿轮42的倾角为45°;当然亦可以通过调节转向组件4的尺寸实现减速功能。
如图1所示,所述车轮总成3包括多个第一车轮31、多个第二车轮32,所述第一车轮31与所述第二车轮32内具有空腔,所述第一车轮31的直径大于所述第二车轮32的直径。本实施例中,第一车轮31的直径为125mm,第二车轮32的直径为60mm,当不限于该直径,可以根据实际情况定制。
在不同的管道工况,选择性的安装第一车轮31和/或第二车轮32,具体如下:
如图5、图6所示,管道工况一:高水位时,所述第一车轮31连接所述第一驱动轴21;第一车轮31的直径较大,加上第一车轮31内部具有空腔,大径的第一车轮31上部可以露出水面,露出的部分将产生较小后驱动力,下部产生较大前驱动力,前后驱动力差可满足机器人在高水位中的行走动力需求;此时,第二车轮32安装在主动轴24上,第二车轮32也可以提供部分驱动力。本实施例中的高水位通常指,水位超过管径的半径。
如图7、图8、图9所示,管道工况二:低水位、无水或障碍物较多时,所述第一车轮31连接所述第二驱动轴22;大径第一车轮31安装在位置靠下的第二驱动轴22上,机器人底部距离管道下壁面有较大间隙,可大幅提高越障能力;此时,第二车轮32安装在主动轴24上,第二车轮32也可以提高跨越障碍的能力。本实施例中的低水位通常指水位低于管径的半径,障碍物较多是指障碍物的高度高于1/4管径时,或者障碍物最高位置与最低位置存在较大高度差时。
如图10、图11、图12所示,管道工况三:当管道工况为无水、无障碍物时,ru在养护、修复完成的管道和新建管道中,管壁光滑清洁,几乎处于无水工况且没有障碍物;所述第二车轮32连接所述第二驱动轴22以及主动轴24上;尺寸较小的第二车轮32连接第二驱动轴22以及主动轴24上,可缩小机器人外轮廓尺寸,满足更小管径管道的检测及应用,扩展机器人的应用范围和场景。
本实施例可根据应用场景切换安装车轮总成3与第一驱动轴21和/或第二驱动轴22连接,可调节机器人离地高度,及行水高度,提高机器人越障能力及带水或满水检测能力;根据不同工况可选配不同尺寸的驱动轮,适应性强,同时可针对性满足不同工况的行走需求。
实施例二:
如图13、图14所示,本实施例在上述实施例一的基础上,所车体总成1包括下壳体,下壳体的两侧包括第一支撑壁11、第二支撑壁12,所述第一支撑壁11与所述第二支撑壁12形成容纳腔,所述主动轴24、所述第一驱动轴21以及所述第二驱动轴22的两端均通过轴承能够转动连接所述第一支撑壁11和所述第二支撑壁12,所述挠性传输带26、所述第一从动轮27、所述第二从动轮28、涨紧轮29均位于所述容纳腔内。
如图14所示,第一支撑壁11为车体总成1的下壳体向内凹陷形成,本实施例中,第一支撑壁11呈侧面开口的矩形盒装结构,第二支撑壁12与第一支撑壁11可以进行螺栓连接,或焊接等,当然需要保证密封性,减少污水、淤泥沿缝隙进入容纳腔;第一支撑壁11具有多个轴承孔,用于安装轴承,实现主动轴24等与第一支撑壁11的连接;同样的,第二支撑壁12上也具有多个轴承孔,轴承安装处需设置轴承盖、密封圈等结构,保证密封性。
将所述主动轴24、所述第一驱动轴21以及所述第二驱动轴22的两端支撑在第一支撑壁11和第二支撑壁12上,提高轴的稳定性,通常情况下,传输带与齿轮需要进行维护,将所述挠性传输带26、所述第一从动轮27、所述第二从动轮28、涨紧轮29均位于所述容纳腔内,从而实现与车体总成1内部模块的隔开,可以实现容纳腔的密封,再者,方便维护,仅需要拆解第二支撑壁12即可。在第一支撑壁11的顶端可以开设槽口,利于观察内部齿轮情况以及散热。
本实施例还提供第一车轮31与第一驱动轴21以及第二车轮32与第二驱动轴22之间固定方式。多驱动轴系带水检测机器人还包括连接组件5,如图13、图15所示,所述第一车轮31通过所述连接组件5与所述第一驱动轴21连接,所述第二车轮32通过所述连接组件5与所述第二驱动轴22连接。
如图13所示,参考图16、图17所示,所述连接组件5包括压板51、轮座52,所述第一轮毂311以及所述第二轮毂321的中心处具有环形连接板,环形连接板是法兰结构,所述压板51连接所述环形连接板的一侧,所述轮座52连接所述环形连接板的另一侧,所述压板51、所述环形连接板、所述轮座52连接在一起,所述轮座52的另一端与所述第一驱动轴21或第二驱动轴22连接。
其中,压板51与轮座52的结构可以有两种形式,如图15所示,第一车轮31与连接组件5采用的该种一种形式连接;具体为:压板51’为截面呈T型结构,边缘板上具有与环形连接板适配的螺纹孔,环形连接板上具有螺纹孔,压板51’具有向一侧延伸的筒状结构,轮座52’的一端具有与筒状结构适配的圆形槽,圆形槽的壁上具有与环形连接板螺纹孔对应的螺纹孔,因此,所述压板51’、所述环形连接板、所述轮座52’连接时,三者的螺纹孔对齐,压板51’的筒状结构可以穿过环形连接板后,插入圆形槽;所述轮座52’的另一端也具有筒状结构,该筒状结构具有与第一驱动轴21连接的固定孔。
如图15所示,也可以是在轮座52”的两端均具有筒状结构,远离第二驱动轴22的一端的筒状结构用于穿过环形连接板后与压板51”连接,压板51”则具有与筒状结构适配的圆形槽,轮座52”另一端的筒状结构与第二驱动轴22连接。第二车轮32与连接组件5采用的该种形式连接。
通过轮座52与压板51实现第一车轮31与第一驱动轴21以及第二车轮32与第二驱动轴22的安装与拆卸,可以通过螺栓连接,便于拆卸、更换。
实施例三:
如图13、图16、图17所示,本实施例在上述实施例一或实施例二的基础上,对第一车轮31和第二车轮32的具体结构进行说明。
如图15、图16所示,第一车轮31包括第一轮毂311、第一叶片312,所述第一轮毂311为内部是空腔的扁状结构,所述第一叶片312呈发散状连接所述第一轮毂311的外侧;第一轮毂311可以是以金属材质为基本骨架、外部包裹橡胶形成,具备较高强度。第一叶片312沿第一轮毂311的一侧或两侧圆周阵列,第一叶片312可以是弧形或扇形,所述第一叶片312靠近圆心的一端高度小于远离圆心的一端,第一叶片312的旋转,在水中或软泥中,能够产生较大的拨动,以便机器人适应漂浮工况和着陆时泥泞的工况。同时,实际生产中,使第一叶片312表面具备较低粗糙度,如在第一叶片312表面设置凹凸不平的结构,增加突刺等,可以使得淤泥附着力较小,在车轮旋转离心力和淤泥重力作用下具备较强自洁功能。
为提高抓地的性能,在第一轮毂311的外圈设有连续间隔布置的接地凸起花纹,部分接地凸起花纹与第一叶片312连接的侧面呈弧形实现光滑过渡。接地凸起花纹深度较大,可在较深潜入淤泥,产生较大驱动力,满足管道浅水或无水、淤泥工况下行走需求。
如图17所示,所述第二车轮32包括第二轮毂321、第二叶片322,所述第二轮毂321为内部是空腔或为实心的圆台形结构,本实施例以第二轮毂321为实心的圆台型结构,所述第二叶片322呈发散状连接所述第二轮毂321的外侧。第二轮毂321也采用金属材质为基本骨架、外部包裹橡胶形成。
因此第二叶片322主要用于管道工况三,因此第二叶片322的高度可以小于第一叶片312的高度。
第一轮毂311或/和第二轮毂321内为空腔,一方面可以降低整个机器人的自重,另一方面可以实现浮潜能力,第一叶片312与第二叶片322可以有水、淤泥里提高较大的驱动力。
上述实施例一至实施例二中,多驱动轴系可以应用在具有壳体的带水检测机器人上,不限于图1中所示的带水检测机器人,带水检测机器人的壳体上还可有相机模块、声纳模块、雷达模块,壳体内部设有电源模块、控制模块等。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。