CN115214814A - 一种并联rrs爬管机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联RRS爬管机器人，包括顶部平台，所述顶部平台底端的位置处通过可调节并联机构与底部平台活动连接，所述顶部平台的底端和底部平台的顶端设置有抱紧旋转机构，所述顶部平台的顶部设置有卡合机构，所述底部平台底端设置有防脱机构。本方案通过顶部平台的顶部球头关节、上臂连杆和下臂连杆的配合，便于并联RRS爬管机器人攀爬弯曲管道或者不规则的管道，可以活动调节顶部平台和底部平台之间配合，便于并联RRS爬管机器人的爬升，减少了加工成本，便于控制，整体结构简单。

Description

一种并联RRS爬管机器人

技术领域

本发明涉及爬管机器人技术领域，具体为一种并联RRS爬管机器人。

背景技术

吸附式爬管机器人，需要背负较重的气瓶，导致重量较大，占用空间大。吸附式的运行方式导致运行的速度较慢，需要在一部分吸住管壁后另一部分才能爬行；

轮式爬管机器人，通过抱臂装置固定在管道上，依靠摩擦轮进行滚动。这种方式可以实现一定速度的爬行，但是弯管的通过率低，只能适应弯折程度较低的弯管，并且由于管壁两侧的粗糙和凸起程度不同，容易导致一侧速度快，一侧速度慢，产生速度差，从而机器人卡死；

并联式爬管机器人，采用Stewart平台，有6自由度，可以实现各种管道的攀爬。Stewart的并联结构需要采用气缸或者电动推杆，会限制工作空间，容易和弯管发生干涉。6自由度虽然可以实现爬管的功能，但是爬管动作本身不需要用到6个自由度，而使用6自由度会导致计算和控制复杂，降低运行速度。

传统的爬管机器人结构，采用并联结构完成直立爬行的动作，不具备RRS并联结构加底部平台的抱紧旋转的功能，无法进行多维度不同角度连续弯管的爬行，同时传统爬管机器人结构工作空间狭小和不具备较轻的质量上下臂连杆进行爬管，结构较为简单，并且不便于控制整体结构，降低机器人爬管的灵活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种并联RRS爬管机器人，以解决上述背景技术提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种并联RRS爬管机器人，包括顶部平台，所述顶部平台底端的位置处通过可调节并联机构与底部平台活动连接，所述顶部平台的底端和底部平台的顶端设置有抱紧旋转机构，所述顶部平台的顶部设置有卡合机构，所述底部平台底端设置有防脱机构；

所述抱紧旋转机构包括与顶部平台1的底部设置有上Z型杆，所述底部平台的顶部设置有下Z型杆，所述上Z型杆的顶端和下Z型杆的底端分别与第一小型驱动电机和第二小型驱动电机的传动端固定连接，所述上Z型杆和下Z型杆的一端均固定连接有摩擦轮，所述顶部平台和底部平台的顶部和底部分别设置有若干个第一伺服电机和若干个第二伺服电机，所述第一伺服电机和第二伺服电机的传动端均与固定轮的传动端固定连接。

为了使得顶部球头关节进行活动调节，作为本实用的一种优选方案：所述可调节并联机构包括与顶部平台的底端固定连接的若干个顶部球头关节，若干个所述顶部球头关节的底端对应活动连接有上臂连杆，若干根所述上臂连杆的一端分别通过中间旋转关节均连接有下臂连杆，所述下臂连杆的底端均通过底部旋转关节与底部平台的顶部固定连接。

为了使得第一链、第二链和第三链相互调节转动，作为本实用的一种优选方案：若干组所述上臂连杆、顶部球头关节和下臂连杆分别组成，第一链、第二链和第三链活动连接。

为了使得弹性弹簧进行伸缩，作为本实用的一种优选方案：所述卡合机构包括与顶部平台的边侧固定连接的若干个固定连接座，若干个所述固定连接座的一侧开设有两个滑槽，两个所述滑槽的内部滑动连接有移动座，所述移动座的中部通过导向杆与滑槽的内部穿插滑动连接，所述导向杆的外侧套设有弹性弹簧，所述移动座的顶部固定连接有活动座，所述活动座的顶部活动连接有活动滚轮。

为了使得防脱滚轮与管道滚动，作为本实用的一种优选方案：所述防脱机构包括与底部平台的底端固定连接有固定座，所述固定座的底端固定连接有电动推杆，所述固定座的一侧活动连接有活动连接臂，所述活动连接臂的一端设置有防脱滚轮。

为了使得偏心轮与管道滚动调节，作为本实用的一种优选方案：所述固定轮为一种偏心轮。

为了使得圆管槽对管道插接，作为本实用的一种优选方案：所述顶部平台和底部平台的板面板中部开设有圆管槽。

为了使得顶部平台和底部平台更加稳定，作为本实用的一种优选方案：所述顶部平台和底部平台的形状呈三角型。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）通过顶部平台底部的顶部球头关节、上臂连杆和下臂连杆的配合，便于并联RRS爬管机器人在攀爬弯曲管道或者不规则的管道时，可以活动调节顶部平部平台和底部平台之间配合，便于并联RRS爬管机器人的爬升，少了加工成本，便于控制整体结构简单。

2）通过底部固定轮转动，使得机器人底部平台固定在管道上，机器人上臂连杆和下臂连杆转动，同时带动机器人顶部平台爬升，然后顶部平台和底部平台第一伺服电机和第二伺服电机底部固定轮松开，顶部固定轮转动将机器人固定，机器人上臂连杆和下臂连杆转动，带动机器人底部平台爬升，以此往复。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图之一；

图3为本发明的卡合机构结构示意图；

图4为本发明的防脱机构结构示意图；

图5为本发明的摩擦轮结构示意图；

图6为本发明的固定轮结构示意图；

图7为本发明的底部平台结构示意图；

图8为本发明的底部平台结构示意图；

图9为本发明的上Z型杆结构示意图；

图10为本发明的下Z型杆结构示意图。

图中：1、顶部平台；11、底部平台；2、可调节并联机构；21、顶部球头关节；22、上臂连杆；23、第一链；24、第二链；25、第三链；26、中间旋转关节；27、下臂连杆；28、底部旋转关节；3、抱紧旋转机构；31、上Z型杆；32、下Z型杆；33、第一小型驱动电机；34、第一伺服电机；35、第二伺服电机；36、固定轮；4、卡合机构；41、固定连接座；42、滑槽；43、移动座；44、导向杆；45、弹性弹簧；46、活动座；47、活动滚轮；48、摩擦轮；5、防脱机构；51、固定座；52、电动推杆；53、活动连接臂；54、防脱滚轮；6、圆管槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：一种并联RRS爬管机器人，包括顶部平台1，顶部平台1底端的位置处通过可调节并联机构2与底部平台11活动连接，顶部平台1的底端和底部平台11的顶端设置有抱紧旋转机构3，顶部平台1的顶部设置有卡合机构4，底部平台11底端设置有防脱机构5；

抱紧旋转机构3包括与顶部平台1的底部设置有上Z型杆31，底部平台11的顶部设置有下Z型杆32，上Z型杆31的顶端和下Z型杆32的底端分别与第一小型驱动电机33和第二小型驱动电机35的传动端固定连接，上Z型杆31和下Z型杆32的一端均固定连接有摩擦轮48，顶部平台1和底部平台11的顶部和底部分别设置有若干个第一伺服电机34和若干个第二伺服电机35，第一伺服电机34和第二伺服电机35的传动端均与固定轮36的传动端固定连接。

具体使用时，首先底部固定轮36配合螺杆转动，将机器人底部平台11固定在管道上，机器人上臂连杆22和下臂连杆27相互之间进行转动，带动机器人顶部平台1爬升，然后底部固定轮36松开，顶部固定轮36和第一伺服电机34配合，同时底部的固定轮36和第二伺服电机35配合，从而转动将机器人固定，机器人上臂连杆22和下臂连杆27转动，带动机器人底部平台11爬升，以此往复，当遇到弯管时，根据弯管角度计算出上臂连杆22和下臂连杆27的转动的角度，然后底部平台11固定，顶部平台1转动到合适位置，然后顶部平台1固定，底部平台11爬升，到了合适的高度底部平台11转动，当底部平台11转到与管垂直的角度后，变为直线爬行，如果是连续弯管，使用抱紧旋转机构3上的整体转动机器人，保证顶部平台1和弯管轴线所在平台重合即可实现不同方向的弯管爬行，同时通过设置的第一小型驱动电机33和第二小型驱动电机35之间的配合，便于摩擦轮48对管道之间配合爬升。

可调节并联机构2包括与顶部平台1的底端固定连接的若干个顶部球头关节21，若干个顶部球头关节21的底端对应活动连接有上臂连杆22，若干根上臂连杆22的一端分别通过中间旋转关节26均连接有下臂连杆27，下臂连杆27的底端均通过底部旋转关节28与底部平台11的顶部固定连接。

具体使用时，在并联RRS爬管机器人进行爬行的过程中，通过顶部平台1底部的顶部球头关节21、上臂连杆22和下臂连杆27的配合，便于并联RRS爬管机器人在攀爬弯曲管道或者不规则的管道时，可以活动调节顶部平台1和底部平台11之间配合，便于并联RRS爬管机器人的爬升。

若干组上臂连杆22、顶部球头关节21和下臂连杆27分别组成，第一链23、第二链24和第三链25活动连接。

具体使用时，通过上臂连杆22、顶部球头关节21和下臂连杆27之间组成的第一链23、第二链24和第三链25便于在爬管机器人在管道上爬行时，通过第一链23、第二链24和第三链25其中一个进行调节，调整顶部平台1和底部平台11在爬管过程中进行爬行姿势的调整。

卡合机构4包括与顶部平台1的边侧固定连接的若干个固定连接座41，若干个固定连接座41的一侧开设有两个滑槽42，两个滑槽42的内部滑动连接有移动座43，移动座43的中部通过导向杆44与滑槽42的内部穿插滑动连接，导向杆44的外侧套设有弹性弹簧45，移动座43的顶部固定连接有活动座46，活动座46的顶部活动连接有活动滚轮47。

具体使用时，在并联RRS爬管机器人在管道上进行爬行时，通过若干组固定连接座41上的两个滑槽42内部的弹性弹簧45的伸缩，便于推动移动座43在滑槽42内部上的导向杆44上进行穿插滑动，根据管道的粗细时两个移动座43之间的移动座43进行滑动调节，使得两个移动座43上之间配合的活动滚轮47进行滚动，方便与管道夹取滚动卡合爬行。

防脱机构5包括与底部平台11的底端固定连接有固定座51，固定座51的底端固定连接有电动推杆52，固定座51的一侧活动连接有活动连接臂53，活动连接臂53的一端设置有防脱滚轮54。

具体使用时，在并联RRS爬管机器人进行爬管时，通过设置的电动推杆52伸缩推动调节活动连接臂53，同时推动防脱滚轮54与管道进行攀爬滚动。

固定轮36为一种偏心轮。

具体使用时，通过设置的机器人的具体运动爬管的过程中，通过首先底部固定轮36转动，将机器人底部平台11固定在管道上，机器人上臂连杆22和下臂连杆27转动，带动机器人顶部平台1爬升，然后顶部平台1和底部平台11第一伺服电机34和第二伺服电机35底部固定轮36松开，顶部固定轮36转动将机器人固定，机器人上臂连杆22和下臂连杆27转动，带动机器人底部平台11爬升，以此往复。

顶部平台1和底部平台11的板面板中部开设有圆管槽6。

具体使用时，通过顶部平台1和底部平台11上的圆管槽6便于套设在管道上，进行并联爬管机器人在管道进行爬行。

顶部平台1和底部平台11的形状呈三角型。

具体使用时，通过设置的呈三角型形状的顶部平台1和底部平台11便于并联爬管机器人在攀爬管道的稳定调节。

工作原理：顶部平台1和底部平台11均安装有固定轮36和抱紧旋转机构3，固定轮36采用偏心配置，由螺栓固定在顶部平台1和底部平台11，用于将机器人固定在管道上，抱紧旋转机构3由摩擦轮48与上Z型杆31和下Z型杆32组成，当上Z型杆31和下Z型杆32转动后，摩擦轮48紧贴着管道，通过摩擦力，实现机器人绕管道旋转；

首先在进爬行时，底部固定轮36转动，将机器人底部平台11固定在管道上，机器人上臂连杆22和下臂连杆27转动，带动机器人顶部平台1爬升，然后底部固定轮36松开，顶部固定轮36转动将机器人固定，机器人上下臂连杆27转动，带动机器人底部平台11爬升，以此往复；

当遇到弯管时，根据弯管角度计算出下臂连杆27转动的角度，然后底部平台11固定，顶部平台1转动到合适位置，然后顶部平台1固定，底部平台11爬升，到了合适的高度底部平台11转动，当底部平台11转到与管垂直的角度后，变为直线爬行，如果是连续弯管，使用抱紧旋转机构3整体转动机器人，保证顶部平台1和弯管轴线所在平台重合即可实现不同方向的弯管爬行。

本说明中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种并联RRS爬管机器人，包括顶部平台（1），其特征在于，所述顶部平台（1）底端的位置处通过可调节并联机构（2）与底部平台（11）活动连接，所述顶部平台（1）的底端和底部平台（11）的顶端设置有抱紧旋转机构（3），所述顶部平台（1）的顶部设置有卡合机构（4），所述底部平台（11）底端设置有防脱机构（5）；

所述抱紧旋转机构（3）包括与顶部平台（1）的底部设置有上Z型杆（31），所述底部平台（11）的顶部设置有下Z型杆（32），所述上Z型杆（31）的顶端和下Z型杆（32）的底端分别与第一小型驱动电机（33）和第二小型驱动电机（34）的传动端固定连接，所述上Z型杆（31）和下Z型杆（32）的一端均固定连接有摩擦轮（48），所述顶部平台（1）和底部平台（11）的顶部和底部分别设置有若干个第一伺服电机（34）和若干个第二伺服电机（35），所述第一伺服电机（34）和第二伺服电机（35）的传动端均与固定轮（36）的传动端固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种并联RRS爬管机器人，其特征在于：所述可调节并联机构（2）包括与顶部平台（1）的底端固定连接的若干个顶部球头关节（21），若干个所述顶部球头关节（21）的底端对应活动连接有上臂连杆（22），若干根所述上臂连杆（22）的一端分别通过中间旋转关节（26）均连接有下臂连杆（27），所述下臂连杆（27）的底端均通过底部旋转关节（28）与底部平台（11）的顶部固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种并联RRS爬管机器人，其特征在于：若干组所述上臂连杆（22）、顶部球头关节（21）和下臂连杆（27）分别组成，第一链（23）、第二链（24）和第三链（25）活动连接。

4.根据权利要求1所述的一种并联RRS爬管机器人，其特征在于：所述卡合机构（4）包括与顶部平台（1）的边侧固定连接的若干个固定连接座（41），若干个所述固定连接座（41）的一侧开设有两个滑槽（42），两个所述滑槽（42）的内部滑动连接有移动座（43），所述移动座（43）的中部通过导向杆（44）与滑槽（42）的内部穿插滑动连接，所述导向杆（44）的外侧套设有弹性弹簧（45），所述移动座（43）的顶部固定连接有活动座（46），所述活动座（46）的顶部活动连接有活动滚轮（47）。

5.根据权利要求1所述的一种并联RRS爬管机器人，其特征在于：所述防脱机构（5）包括与底部平台（11）的底端固定连接有固定座（51），所述固定座（51）的底端固定连接有电动推杆（52），所述固定座（51）的一侧活动连接有活动连接臂（53），所述活动连接臂（53）的一端设置有防脱滚轮（54）。

6.根据权利要求1所述的一种并联RRS爬管机器人，其特征在于：所述固定轮（36）为一种偏心轮。

7.根据权利要求1所述的一种并联RRS爬管机器人，其特征在于：所述顶部平台（1）和底部平台（11）的板面板中部开设有圆管槽（6）。

8.根据权利要求1所述的一种并联RRS爬管机器人，其特征在于：所述顶部平台（1）和底部平台（11）的形状呈三角型。

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