CN115013637A - 一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，包括车身变结构模块、履带变结构模块、辅助吸附变结构模块。车身变结构模块和单个履带变结构模块通过三枚螺钉连接和一个扭簧连接，两者间可绕中间的螺钉有小范围的转动能力。通过三种模块各自的变结构功能的配合使用可保证机器人能够在存在管径变化、弯管和蝶阀等障碍的管道内稳定运动。履带变结构模块搭载的磁性履带链和辅助吸附变结构模块搭载的辅助吸附组件能使机器人牢固吸附在铁磁性管壁上，保证机器人可以实现各种运动状态下的爬壁运动。

Description

一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人
技术领域
本发明涉及管道机器人领域，具体涉及一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人。
背景技术
变结构履带式越障机器人是一种能够在复杂金属管道网络中运动并越过各类障碍的设备，其主要用于管道内部的探测。现存的履带式管道机器人存在一下缺点：(1)机器人整体尺寸过大，使其弯管通过性较差并且不具备通过蝶阀障碍的能力；(2)在整体尺寸满足通过蝶阀的情况下机器人重心过高，使其在竖直管壁的吸附能力较差，不利于机器人在竖直壁面爬行；(3)机器人在管径变化的管道中适应性较差，无法根据管径变化的情况同步改变机器人结构。
发明内容
为解决履带式管道机器人在复杂管道环境中越障能力不足的问题，本发明提出一种变结构履带式越障机器人，该机器人由可变结构的车身模块、履带模块以及辅助吸附模块共同组成，使得机器人在复杂管路中有较强的运动能力，为管内检测装置提供搭载平台，具有良好的应用前景。
为解决上述问题，本发明通过下述技术方案来实现：
一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，其特征在于，包括一组车身变结构模块、两组履带变结构模块以及两组辅助吸附变结构模块。所述的车身变结构模块为机器人主体模块，所述的两组履带变结构模块安装于车身模块左右两侧并呈镜像排布，所述的两组辅助吸附变结构模块安装于车身模块前后两端并呈镜像排布。
前述的一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，其特征在于，所述的车身变结构模块包括车身上板、车身底板、车身侧板、车身连接块、车身变结构模块。车身上板与车身底板通过车身连接块连成一体并为控制系统和检测系统的硬件部分提供搭载平台。
前述的一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，其特征在于，所述的车身变结构模块包括车身变结构驱动电机、电机安装板、锥齿轮组、轴承座1、轴承座2、丝杆1、丝杆2、螺母、滑轨滑块1、滑轨滑块2、滑块连接组件。所述的车身变结构模块通过两种轴承座以及滑轨滑块1连接在车身上板上方；所述的车身变结构模块通过滑轨滑块2与车身侧板连接；所述的车身变结构驱动电机通过电机安装板连接在车身上板下方；所述的丝杆安装在轴承座上；所述的滑块连接件连接两种滑轨上的滑块同时通过内部的螺母与丝杆连接。
前述的一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，其特征在于，所述的履带变结构模块包括履带模块内侧板、履带模块外侧板、磁吸履带链、履带驱动电机、主动轮组件、从动轮组件、两组负重轮组件以及两种弹簧组件。所述的磁吸履带链、主动轮组件、从动轮组件、负重轮组件以及弹簧组件安装在履带模块内侧板和履带模块外侧板之间；所述的履带驱动电机安装在履带模块外侧板之外并于主动轮组件连接；所述的磁吸履带链将主动轮、从动轮、负重轮环绕在内，同时链条上的凹槽与主动轮上的齿啮合；所述的弹簧组件1与从动轮组件相连并为从动轮组件提供张紧力；所述的两组负重轮组件通过弹簧组件2连接，同时弹簧组件2推动两组负重轮组件向外移动并张紧磁吸履带链。
前述的一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，其特征在于，所述的磁吸履带链包括履带永磁吸附模块、吸附单元连接件。所述的履带永磁吸附单元包括永磁体、厄铁、薄铁片、永磁体安装件。所述的单个吸附单元连接件与两个履带永磁吸附模块连接共同构成一个履带吸附单元；所述的多个履带吸附单元相互连接共同构成磁吸履带链。
前述的一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，其特征在于，所述的主动轮组件以及两组负重轮组件可以通过弹簧组件被动调节相对位置，从而使绕在各个组件外的磁吸履带链的路径发生改变来适应管道弯曲的壁面。
前述的一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，其特征在于，所述的车身变结构模块与履带变结构模块通过车身侧板与履带模块内侧板相连接。所述的车身侧板与履带模块内侧板通过三组螺钉以及扭簧相连接；所述的扭簧套在中间位置的螺钉上，其两端向外延伸分别穿透车身侧板与履带模块内侧板上的槽使得两种模块可以平稳的相对转动；所述的外侧的螺钉固定在履带模块内侧板上并穿透车身侧板上的槽；所述的车身变结构模块与履带变结构模块可以绕中间位置的螺钉改变之间的相对位置。
前述的一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，其特征在于，所述的辅助吸附变结构模块包括辅助磁吸组件、升降连接组件、辅助吸附驱动电机、辅助吸附连接件。所述的辅助吸附变结构模块通过升降连接组件、辅助吸附驱动电机、辅助吸附连接件安装在车身变结构模块上；所述的升降连接组件安装在车身底板上方并于辅助吸附驱动电机以及辅助磁吸组件相连；所述的辅助吸附驱动电机安装在车身上板上方；所述的辅助吸附连接件安装在车身连接块上并于辅助磁吸组件连接。
前述的一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，其特征在于，所述的辅助磁吸组件包括带孔永磁体、万向球轮、永磁体固定板。所述的带孔永磁体与万向球轮均安装在永磁体固定板上。
本发明提出的一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人的有益效果在于：与现有的管道机器人相比，本发明的机器人有更强的变结构能力来满足机器人在复杂管道内的越障及运动功能。在应对管道变径的情况时，通过车身变结构模块可以改变机器人两侧履带模块的相对位置，使得机器人履带与管壁达到较好的贴合状态，保证机器人在管内的平稳运行。在应对竖直管道时，通过磁吸履带以及辅助吸附变结构模块能使机器人牢固的吸附在管壁上运动。在遇到弯管时，通过控制机器人两侧履带变结构模块进行差速运动即可通过弯管。特别是在遇到蝶阀障碍时，机器人通过三种变结构模块相互配合可以使其在竖直管壁上实现中心转向运动，使得机器人有极强的侧移能力来保证机器人通过蝶阀障碍。
附图说明
图1为本发明的一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人的立
体结构图；
图2为本发明的车身变结构模块的立体结构图；
图3为本发明的车身变结构模块的主视图；
图4为本发明的履带变结构模块的立体结构图；
图5为本发明的履带变结构模块的右视图；
图6为本发明的车身变结构模块与履带变结构模块的连接结构图；
图7为本发明的履带吸附单元的立体结构图；
图8为本发明的辅助吸附变结构模块的立体结构图；
图9为本发明的辅助磁吸组件的立体结构图。
附图标记：100-车身变结构模块；200、400-履带变结构模块；300、500-辅助吸附变结构模块；101-车身侧板；102-车身上板；103-车身连接块；104-车身底板；105-螺母；106-滑块连接件1；107-滑块连接件2；108-滑块连接件3；109-滑轨滑块1；110-滑轨滑块2；111-轴承座1；112-轴承座2；113-车身变结构驱动电机；114-电机安装板；115-锥齿轮1；116-锥齿轮2；117-丝杆1；118-丝杆2；201-履带模块内侧板；202-磁吸履带链；203-履带模块外侧板；204-履带驱动电机；205-履带吸附单元；206-主动轮组件；207、209-负重轮组件；208-弹簧组件1；210-弹簧组件2；211-从动轮组件；212-吸附单元连接件；213-永磁体安装件；214-厄铁；215-永磁体；216-薄铁片；301-辅助吸附驱动电机；302-辅助吸附连接件；303-辅助磁吸组件；304-升降连接组件；305-永磁体固定板；306-万向球轮；307-带孔永磁体；401-扭簧；402-螺钉1；403-螺钉2；404-螺钉3。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
请参阅图1，所述的一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，由车身变结构模块100、右履带变结构模块200、左履带变结构模块400、前辅助吸附变结构模块300以及后辅助吸附变结构模块500这五个模块共同构成。
其中，车身变结构模块100为机器人主体，通过该模块将其他四个模块连接在一起，同时车身变结构模块100也是控制系统和检测系统的硬件部分的搭载平台；履带变结构模块200、400通过履带驱动电机204为机器人提供移动的动力，同时通过磁吸履带链202为机器人提供主要的吸附力，保证机器人能够在竖直管壁上运动；辅助吸附变结构模块300、500通过辅助磁吸组件303为机器人提供辅助吸附力，保证机器人在竖直管壁上运动时不会倾覆。
请参阅图2及图3，所述的车身变结构模块100通过控制搭载的车身变结构驱动电机113进行正反转来达到变结构效果，这种效果可使两侧的履带变结构模块200、400的相对位置发生改变从而适应管径变化的管道。
详细的，所述的车身变结构驱动电机113转动时会带动锥齿轮1115转动，锥齿轮1115的转动会带动两个锥齿轮2116做方向相反的转动。两个锥齿轮2116分别与丝杆1117以及丝杆2118通过螺钉紧固在一起，锥齿轮2116的转动带动丝杆1117以及丝杆2118做方向相反的转动。滑块连接组件由滑块连接件1106、滑块连接件2107、滑块连接件3108组成，其中，滑块连接件2107与滑块连接件3108的内部固定有螺母105。丝杆1117与丝杆2118做方向相反的转动时会带动安装在其上的螺母105同时向外侧或内侧对称移动。螺母105的移动会带动滑块连接组件整体移动，从而改变车身侧板101的与车身底板104的夹角，进而使与车身侧板101连接的履带变结构模块200、400的相对位置发生改变来达到适应管壁曲面变化的目的。
请参阅图1、图4及图5，机器人在过弯管时，通过控制履带变结构模块200、400上的履带驱动电机204来带动主动轮组件206进行差速转动，从而使磁吸履带链202环绕着主动轮组件206、从动轮组件211以及负重轮组件207、209进行差速转动来达到通过弯管的目的。
请参阅图4及图5，机器人在遇到蝶阀障碍时需要向侧边移动来找到合适位置通过蝶阀，此时磁吸履带链202与管壁接触面会发生变化，通过弹簧组件1208及弹簧组件2210可以调节从动轮组件211以及负重轮组件207、209的相对位置，使得磁吸履带链202自动适应变化的接触面来保证机器人侧移时的吸附力及运动的稳定性。
请参阅图6，机器人在侧移时，车身变结构模块100与履带变结构模块200、400需要转动一定的角度来保证磁吸履带链202与管壁实现良好接触。在此过程中履带变结构模块200、400会绕着螺钉1402进行转动，同时扭簧401会使两个模块转动相对平稳。螺钉2403及螺钉3404会限制连个模块的转动角度并保证两个模块的稳定连接。
请参阅图7及图9，机器人在竖直管壁上运动时需要有足够的吸附力使其附着在管壁上，本发明通过磁吸履带链202及辅助磁吸组件303提供的吸附力来保证机器人不从壁面上滑落或者倾覆。所述的每条磁吸履带链202由多个履带吸附单元205拼接而成。单个履带吸附单元205包括吸附单元连接件212、永磁体安装件213、厄铁214、永磁体215、薄铁片216，为机器人提供主要吸附力。所述的每个辅助磁吸组件303包括永磁体固定板305、万向球轮306、带孔永磁体307，为机器人提供辅助吸附力来保证机器人不倾覆。
请参阅图8，所述的辅助吸附变结构模块300、500包括辅助吸附驱动电机301、辅助吸附连接件302、辅助磁吸组件303及升降连接组件304。辅助吸附变结构模块300、500可以通过辅助吸附驱动电机301的转动控制升降连接组件304向上或向下移动。升降连接组件304与辅助磁吸组件303一侧相连，辅助吸附连接件302与辅助磁吸组件303另一侧相连并固定在车身连接块103上。升降连接组件304向上或向下移动时会带动辅助磁吸组件303绕着其与辅助吸附连接件302的连接处进行转动。这种运动能使辅助磁吸组件303适应机器人侧移时管壁曲面的变化，同时能减小辅助吸附力使机器人在水平管道运动时阻力减小。
以上所述仅为本发明的基本原理与特征。在不脱离本发明原理和特征的前提下，还可对本发明的机器人做出若干变形和改进，这些也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，其特征在于，机器人包括一组车身变结构模块、两组履带变结构模块、两组辅助吸附变结构模块，两组履带变结构模块安装于车身变结构模块左右两侧呈对称排布，两组辅助吸附变结构模块安装于车身变结构模块前后位置呈对称排布。
2.根据权利要求1所述的一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，其特征在于，所述的车身变结构模块可以通过一个电机控制左右两边的侧边同时向外或向内做对称运动。
3.根据权利要求1所述的一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，其特征在于，所述的履带变结构模块中的主动轮、从动轮及负重轮的相对位置可以发生改变，在张紧磁吸履带链的同时使其自主与管壁贴合。
4.根据权利要求2所述的一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，其特征在于，所述的磁吸履带链由履带吸附单元拼接而成，单个履带吸附单元由一个吸附单元连接件和两个履带永磁吸附模块组成。
5.根据权利要求1所述的一种用于铁磁性管道的变结构履带式越障机器人，其特征在于，所述的辅助吸附变结构模块可以通过一部辅助吸附驱动电机带动两侧的辅助磁吸组件绕其与辅助吸附连接件的连接处转动。
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