CN116293203A - 一种管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道机器人，包括主动机构，该主动机构包括环状的第一壳体、以及设置于所述第一壳体内的变径组件；所述第一壳体的外壁沿圆周方向设置有多个支撑组件，所述支撑组件包括转动轴和具有弹性的支撑件，所述转动轴用于带动支撑件相对于第一壳体的外壁转动；所述变径组件包括传动电机和环状齿轮，所述环状齿轮的内侧和外侧分别设置有内齿带和外齿带，所述转动轴的一端通过齿轮与所述外齿带啮合传动，所述传动电机的输出端通过齿轮与所述内齿带啮合传动。该管道机器人在第一壳体内设置变径组件，通过其传动电机、环状齿轮和转动轴之间的啮合传动，带动第一壳体上的支撑件转动，改变管道机器人的直径，可适应多种不同直径的管道。

Description

一种管道机器人

技术领域

本发明涉及机器人的技术领域，特别是涉及一种管道机器人。

背景技术

管道在石油、天然气、化工原料及市政给排水工程等各个方面发挥着重要作用。在线运行管道随着使用时间的增长，会出现各种问题，如腐蚀、裂缝、淤积等，对管道的正常使用会产生严重的影响。为了提高管道的使用效率和延长管道的寿命，需要对在线运行管道进行定期的检测或其它作业。检测装置自身无法进入管道，现有的技术中，最常用的是通过机器人进入到管道内部，运用各种无损检测方法对管道进行检测。管道机器人作为一种管道内移动的智能载体，通常可携带各种检测设备或作业工具。近年来，随着研究的不断深入，管道机器人的发展进入崭新的阶段，主要应用在石油、化工、天然气及核工业等领域中，完成检测探伤、清理和维护管道的工作。

目前管道机器人结构复杂，需要特定的传动机构，如采用车轮或履带作为驱动部件，导致机器人体积较大。而有的管道机器人采用谐振原理驱动，由微型电机带动偏心轮旋转作为激励源，利用柔性足与管壁碰撞产生向前运动趋势,简化了传动机构。但是靠柔性足支撑管壁，不能适用多种不同直径的管道，且运动速度缓慢。

发明内容

基于此，本发明克服现有技术的缺点和不足，提供一种管道机器人，以适应多种不同直径管道的检测需求。

本发明提供一种管道机器人，包括：

主动机构，所述主动机构包括环状的第一壳体、以及设置于所述第一壳体内的变径组件；

所述第一壳体的外壁沿圆周方向设置有多个支撑组件，所述支撑组件包括转动轴和具有弹性的支撑件，所述转动轴沿所述第一壳体的轴向方向设置；所述支撑件的一端套设于所述转动轴上，所述支撑件的另一端具有用于抵接管道内壁的抵接部，所述转动轴用于带动所述支撑件相对于所述第一壳体的外壁转动；

所述变径组件包括传动电机和环状齿轮，所述环状齿轮与所述第一壳体同轴设置于所述第一壳体内并且可相对于所述第一壳体转动，所述环状齿轮的外侧设置有外齿带，所述转动轴的一端通过齿轮与所述外齿带啮合传动，所述环状齿轮的内侧设置有内齿带，所述传动电机的输出端通过齿轮与所述内齿带啮合传动。

进一步的，所述支撑件的另一端设置具有弹性的支撑横板，所述支撑横板靠近管壁的板面为弧形面，用于抵接贴合管道的管壁。

进一步的，所述第一壳体的外壁沿圆周方向在所述支撑件下方设置有多个卡槽，所述转动轴设置于对应的所述卡槽内，所述转动轴用于带动所述支撑件的所述抵接部转动至容置于所述卡槽内，或转动至所述第一壳体的外部。

进一步的，所述支撑件的内侧设置有加强筋，所述加强筋沿平行于所述支撑件的转动方向设置。

进一步的，所述传动电机为舵机。

进一步的，还包括设置于所述第一壳体内的驱动组件，所述驱动组件包括安装架、振动电机和偏心轮，所述振动电机设置于所述安装架上，所述振动电机的输出轴固定有偏心轮，所述振动电机驱动所述偏心轮转动产生激振力，使所述支撑件碰撞管壁产生向前运动趋势。

进一步的，所述振动电机的前后两端分别设置有输出轴，所述偏心轮分别固定于所述振动电机的前后两端。

进一步的，所述第一壳体内设置有中空腔室，所述中空腔室内部可用于安装检测、清洗等功能部件。

进一步的，还包括从动机构，所述从动机构包括第二壳体和所述变径组件，所述第二壳体的外壁对应的沿圆周方向设置有多个所述转动轴和多个具有弹性的所述支撑件；

弹性件，所述第一壳体通过所述弹性件与所述第二壳体连接，并且所述第一壳体与所述第二壳体相互平行设置。

与现有技术相比，本发明的一种管道机器人的有益效果如下：

1、本发明的一种管道机器人，在第一壳体内设置变径组件，通过其传动电机、环状齿轮和转动轴之间的啮合传动，带动第一壳体上的支撑件转动，改变管道机器人的直径，此机构占用空间小，可适应多种不同直径的管道。

2、本发明的一种管道机器人，在支撑件的另一端设置具有弹性的支撑横板，用于抵接贴合管道的管壁，增强支撑件对管壁的贴合，使管道机器人具有良好的自适应能力，避免行走时倾倒和侧翻。

3、本发明的一种管道机器人，在主动机构与从动机构之间设置弹簧，当振动电机的振动频率与整个弹簧系统的固有频率一致时，达到共振可大大增加机器人的行进速度。

附图说明

图1为本发明一个实施例的管道机器人的结构示意图；

图2为图1的主动机构的剖视图；

图3为图1的支撑件的结构示意图；

图4为图1的从动机构的结构示意图；

图中：1、主动机构；2、弹簧；3、从动机构；10、第一壳体；11、支撑件；111、支撑横板；112、加强筋；12、环状齿轮；121、外齿带；122、内齿带；13、振动电机；14、偏心轮；15、腔室；16、传动电机；17、转动轴；18、安装架；19、卡槽；31、第二壳体。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以是直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

针对背景技术中使用一般的管道机器人不能适用多种不同直径管道，且运动方式缓慢的技术问题，本发明实施例提供一种管道机器人，如图1和2所示，在一个实施例中，管道机器人包括主动机构1，该主动机构1包括环状的第一壳体10、以及设置于第一壳体10内的变径组件和驱动组件。第一壳体10的外壁沿圆周方向设置有多个支撑组件，支撑组件包括转动轴17和具有弹性的支撑件11，转动轴17沿第一壳体的轴向方向设置，支撑件11的一端套设于转动轴17上，支撑件11的另一端具有用于抵接管道内壁的抵接部，转动轴17用于带动支撑件11相对于第一壳体10的外壁转动。在本实施例中，驱动组件用来产生激振力，使支撑件11持续碰撞管壁，以产生向前运动趋势，当管壁与支撑件11之间的作用力大于最大静摩擦力时，接触力克服接触点摩擦力，管道机器人开始滑动。

变径组件包括传动电机16和环状齿轮12，环状齿轮12沿第一壳体的轴向方向设置于第一壳体10内并且可相对于第一壳体10转动，环状齿轮12的外侧设置有外齿带121，转动轴17的一端通过齿轮与外齿带121啮合传动，环状齿轮12的内侧设置有内齿带122，传动电机16的输出端通过齿轮与内齿带122啮合传动。工作时，传动电机16驱动环状齿轮12转动，从而带动第一壳体10上多个支撑件11转动，使得管道机器人整体的半径增大或者减少。

优选的，如图3所示，支撑件11的另一端设置有具有弹性的支撑横板111，支撑横板111靠近管壁的板面为弧形面，用于抵接贴合管道的管壁，增强支撑件11对管壁的贴合，使管道机器人具有良好的自适应能力，避免行走时倾倒和侧翻。

更优选的，如图1和3所示，第一壳体10的外壁沿圆周方向在支撑件11下方设置有多个卡槽19，卡槽19的形状与支撑件11的形状相匹配，转动轴17设置于对应的卡槽19内，转动轴17用于带动支撑件11的抵接部转动至容置于卡槽19内，或转动至第一壳体10的外部。支撑件11的内侧设置有加强筋112，加强筋112沿平行于支撑件11的转动方向设置，加强筋112可增强支撑件11的整体结构强度，延长支撑件11的使用寿命。

在其中一个实施例中，传动电机16具体为舵机，舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统，如本申请的管道机器人。在其他的例子中，传动电机16还可以选用其他类型的伺服电机。

在其中一个实施例中，如图1和2所示，驱动组件包括安装架18、振动电机13和偏心轮14，振动电机13设置于安装架18上，振动电机13的输出轴固定有偏心轮14，振动电机13驱动偏心轮14高速旋转产生离心力得到激振力，使支撑件11碰撞管道管壁产生向前运动趋势。

优选的，振动电机13的前后两端分别设置有输出轴，偏心轮14分别固定于振动电机13的前后两端，用于增强对第一壳体10的内壁振动，便于使管道机器人产生向前运动趋势。

在其中一个实施例中，如图1所示，第一壳体10内设置有中空圆柱形腔室15，传动电机16和环状齿轮12设置于该腔室15的外壁，中空腔室15内部可用于安装检测、清洗等功能部件。

在其中一个实施例中，如图4所示，管道机器人还包括从动机构3和弹性件，从动机构3包括第二壳体31和上述的变径组件，第二壳体31的外壁对应的沿圆周方向设置有多个支撑组件。第一壳体10通过弹性件与第二壳体31连接，并且第一壳体10与第二壳体31相互平行设置，在本实施例中，弹性件具体为弹簧2，第一壳体10、弹簧2与第二壳体31形成一整体的弹簧系统。

当第一壳体10内的振动电机13的振动频率与整个弹簧系统的固有频率一致时，力的作用方向和弹簧2运动方向一直保持一致，激励力对弹簧2做功永远为正，于是弹簧2能量会越来越大，达到共振现象，大大增加机器人的行进速度。

本发明实施例的管道机器人的工作原理如下：

传动电机16驱动环状齿轮12转动，从而带动多个圆周均布的支撑件11旋转增大直径，支撑件11与管道的管壁贴合。与管壁贴合时，当振动电机13的转速超过一定临界值时，管壁与支撑件11之间的作用力大于最大静摩擦力时，接触力克服接触点摩擦力，管道机器人开始滑动。

与现有技术相比，本发明实施例的一种管道机器人的有益效果如下：

1、本发明实施例的一种管道机器人，在第一壳体内设置变径组件，通过其传动电机、环状齿轮和转动轴之间的啮合传动，带动第一壳体上的支撑件转动，改变管道机器人的直径，此机构占用空间小，可适应多种不同直径的管道。

2、本发明实施例的一种管道机器人，在支撑件的另一端设置具有弹性的支撑横板，用于抵接贴合管道的管壁，增强支撑件对管壁的贴合，使管道机器人具有良好的自适应能力，避免行走时倾倒和侧翻。

3、本发明实施例的一种管道机器人，在主动机构与从动机构之间设置弹簧，当振动电机的振动频率与整个弹簧系统的固有频率一致时，达到共振可大大增加机器人的行进速度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种管道机器人，其特征在于，包括：

主动机构，所述主动机构包括环状的第一壳体、以及设置于所述第一壳体内的变径组件；

所述第一壳体的外壁沿圆周方向设置有多个支撑组件，所述支撑组件包括转动轴和具有弹性的支撑件，所述转动轴沿所述第一壳体的轴向方向设置；所述支撑件的一端套设于所述转动轴上，所述支撑件的另一端具有用于抵接管道内壁的抵接部，所述转动轴用于带动所述支撑件相对于所述第一壳体的外壁转动；

所述变径组件包括传动电机和环状齿轮，所述环状齿轮与所述第一壳体同轴设置于所述第一壳体内并且可相对于所述第一壳体转动，所述环状齿轮的外侧设置有外齿带，所述转动轴的一端通过齿轮与所述外齿带啮合传动，所述环状齿轮的内侧设置有内齿带，所述传动电机的输出端通过齿轮与所述内齿带啮合传动。

2.根据权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于：

所述支撑件的另一端设置具有弹性的支撑横板，所述支撑横板靠近管壁的板面为弧形面，用于抵接贴合管道内壁。

3.根据权利要求2所述的一种管道机器人，其特征在于：

所述第一壳体的外壁沿圆周方向在所述支撑件下方设置有多个卡槽，所述转动轴设置于对应的所述卡槽内，所述转动轴用于带动所述支撑件的所述抵接部转动至容置于所述卡槽内，或转动至所述第一壳体的外部。

4.根据权利要求3所述的一种管道机器人，其特征在于：

所述支撑件的内侧设置有加强筋，所述加强筋沿平行于所述支撑件的转动方向设置。

5.根据权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于：

所述传动电机为舵机。

6.根据权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于：

还包括设置于所述第一壳体内的驱动组件，所述驱动组件包括安装架、振动电机和偏心轮，所述振动电机设置于所述安装架上，所述振动电机的输出轴固定有偏心轮，所述振动电机驱动所述偏心轮转动产生激振力，使所述支撑件碰撞管壁产生向前运动趋势。

7.根据权利要求6所述的一种管道机器人，其特征在于：

所述振动电机的前后两端分别设置有输出轴，所述偏心轮分别固定于所述振动电机的前后两端。

8.根据权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于：

所述第一壳体内设置有中空腔室，所述中空腔室内部可用于安装检测、清洗等功能部件。

9.根据权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于：

还包括从动机构，所述从动机构包括第二壳体和所述变径组件，所述第二壳体的外壁对应的沿圆周方向设置有多个所述转动轴和多个具有弹性的所述支撑件；

弹性件，所述第一壳体通过所述弹性件与所述第二壳体连接，并且所述第一壳体与所述第二壳体相互平行设置。

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