CN116505440A - 一种线缆敷设穿管机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线缆敷设穿管机器人，涉及管道穿线装置技术领域；现有的穿线机器人难以在已穿设多根线缆的管道中工作；本发明包括架体，架体包括三个与机体端部球接的伸缩件以及控制下方两个伸缩件支撑角度的调节件；转动设于对应伸缩件端部的轮毂架；行进组件包括胶圈带以及驱动组件二，胶圈带套设在轮毂架的双层轮圈上，若干个胶圈带呈环状分布；以及设于机体后端用于夹持线缆端的锁件。本技术方案实现机器人在已敷设线缆管道内穿行时不易陷入已敷设线缆间的间隙内，胶圈带能牢牢抓在两侧的线缆绝缘皮上，当遇到已敷设线缆交错、抬升或管道转弯时，通过驱动组件一来控制轮毂架转动，实现垂直管道轴向的方向侧移，具备良好的脱困能力。

Description

一种线缆敷设穿管机器人

技术领域

本发明涉及管道穿线装置技术领域，具体涉及一种线缆敷设穿管机器人。

背景技术

通过将线缆穿设在管道中，可以提供额外的保护，防止外界物体、化学物质或环境条件对线缆的损害。管道可以减少线缆接触到潮湿、腐蚀、磨损、UV辐射等不利因素的机会，延长线缆的使用寿命。

线缆保护管道的直径应根据具体的设计规范、线缆尺寸和要求进行评估，并考虑线缆的布线密度、散热要求以及未来维护和更换的可行性，一般来说，对于大量的电缆或较大直径的电缆，如高压电力线缆、沉管电缆等，通常需要使用更宽敞的保护管道，直径可能达到200毫米以上，在建筑行业中，一般推荐的线缆充盈率为30%至50%之间，这意味着管道的总截面积中，约有30%至50%的空间被线缆所占据，剩余空间可用于未来的维护、添加和调整。

对于短距离的线缆穿设作业，一般采用推线棒进行辅助推进穿设，对于长距离的线缆穿设作业，一般采用机器人牵引线缆，机器人牵引长距离线缆在提高工作效率、保障线缆质量和操作安全方面具有明显的优势，因此被广泛应用于穿管敷设作业中。

然而现有的穿管机器人如中国发明专利申请号：

CN201410391651.8所提出一种管道穿管机器人，包括主体及与其连接的三个结构相同的足部，且三个足部均匀布置，两两相互成120°夹角；

中国实用新型专利申请号CN202021196036.9所提出一种管道穿线用机器人，包括固定座的顶部固定安装有第一电机，第一电机的输出轴上固定连接有蜗杆的顶端，固定座的内侧开设有通槽，蜗杆的底端延伸至通槽内并转动安装在通槽的底部内壁上，通槽内转动安装有螺纹杆，螺纹杆的外侧固定安装有蜗轮，蜗杆与蜗轮相啮合；

上述穿管机器人普遍存在的问题在于，一方面当管道内已经敷设部分线缆，线缆的隆起部分会阻碍主体移动或与足部抵触，尤其是已经敷设多根线缆后，线缆出现交错状态，一旦足部行驶在线缆间隙间，到交叉点会直接阻断机器人行进；另一方面由于线缆管道还可能存在弯曲的情况，位于弯曲段的管道水平直径和垂直直径都会发生变化，穿设的线缆相对来说更容易出现移位、错乱，对于穿线机器人的多方位移动、脱困有着更高的要求。

基于以上问题，本发明提出一种线缆敷设穿管机器人。

发明内容

针对上述技术背景中的问题，本发明目的是提供一种线缆敷设穿管机器人，一方面能够满足在已穿设多根线缆的情况下在管道内穿行，另一方面能够在错位、交错的线缆管道中进行多向移动脱困，解决了背景技术中所提出现有的穿线机器人在面对已穿设多根线缆的管道进行持续作业时容易被线缆阻碍、阻断行进以及脱困能力不足的问题。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种线缆敷设穿管机器人，包括机体，机体内安装有电池以及电控系统，还包括：对称设于机体两端的架体，架体包括三个与机体端部球接的伸缩件以及控制下方两个伸缩件支撑角度的调节件，调节件为两个；轮毂架，为水平横置双层轮圈结构，转动设于对应伸缩件的端部，伸缩件上还设有控制轮毂架转动的驱动组件一；行进组件，为若干个，包括胶圈带以及控制胶圈带转动的驱动组件二，胶圈带以双层轮圈轴向转动套设在双层轮圈上，若干个胶圈带呈环状分布；以及设于机体后端用于夹持线缆端的锁件。

在使用前，将线缆端部通过锁件固定在机体后端，然后通过控制两侧调节件来调节两侧伸缩件的支撑角度，同时伸缩件的伸展长度也可以进行调节，尤其是位于顶部的伸缩件，通过调节其伸展长度来实现控制轮毂架上胶圈带与管道内顶壁抵接，在行进时，通过驱动组件二来控制水平横置双层轮圈上的多个胶圈带转动，与线缆或管道侧壁接触的胶圈带在摩擦力的作用下推动机体整体向前移动，此种水平横置双层轮圈以及其上安装的多个胶圈带的优点在于，一方面不易陷入已敷设线缆间的间隙内，同时水平横置双层轮圈在间隙上行走时，多个环状分布的胶圈带也能够牢牢地抓在两侧的线缆绝缘皮上，另一方面，当遇到已敷设线缆交错、抬升或管道转弯时，通过驱动组件一来控制轮毂架转动，实现垂直管道轴向的方向侧移，此时胶圈带不转动，可以起到防止轮毂架空转情况发生，增加轮毂架与线缆、管道侧壁抵接摩擦的稳定性，在管道转弯时，胶圈带还能够进行微变形来适应管道的形变，增加穿越牵引时的越障能力。

在上述技术方案中，进一步的，轮毂架包括两个轮圈，轮圈内侧安装有多个定位座，定位座沿着轮圈轴向一侧安装有连接架，两侧连接架相向设置，且通过连接杆连接，连接杆与连接架球接，两个轮圈背向侧的定位座上还安装有转动筒。

在上述技术方案中，更进一步的，相邻定位座间靠近胶圈带内侧设有间隙，同时相邻定位座间设有转动槽，对应间隙处的轮圈上设有定位槽，胶圈带转动套设在两个轮圈对应的两个定位槽上。

在上述技术方案中，更进一步的，胶圈带内侧具有弧形凸起，胶圈带外侧中心设有让位槽，让位槽两侧的胶圈带上均匀设有齿槽。

在上述技术方案中，更进一步的，驱动组件二为两组，包括涡轮以及涡轮两侧同轴连接的驱动齿轮，涡轮和两个驱动齿轮转动设于转动槽内，且驱动齿轮与齿槽配合，转动筒内还安装有电机二，电机二输出端连接有蜗杆，蜗杆与多个涡轮配合。

在上述技术方案中，更进一步的，伸缩件端部设有转动套环，转动筒上通过设有两个卡环来连接转动套环，调节件为螺纹安装的双向内螺纹筒和两个螺纹反向的螺纹杆，两个调节件所包括两个螺纹杆的端部与其中一个伸缩件球接，两个调节件所包括另外两个螺纹杆的端部分别与另外两个伸缩件球接。

在上述技术方案中，更进一步的，驱动组件一包括通过角板安装在伸缩件端部外侧的电机一，电机一的输出端连接有皮带轮一，转动筒的外侧端部安装有皮带轮二，皮带轮一和皮带轮二通过皮带连接。

在上述技术方案中，更进一步的，伸缩件端部外侧还设有防护罩，防止驱动组件一与线缆、管道侧壁发生触碰，增加结构运转的稳定性。

在上述技术方案中，进一步的，机体后端设有线缆孔，锁件由机体侧壁插入线缆孔，锁件与机体间螺纹安装。

在上述技术方案中，更进一步的，机体前端还设有摄像头和探照灯，通过电控系统来中继传输管道内的实时画面，便于人员远程操控，电控系统为现有的控制、处理、通讯组件，在此不做赘述。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过在机体两端对称设有架体，架体包括三个与机体端部球接的伸缩件以及控制下方两个伸缩件支撑角度的调节件，调节件为两个；轮毂架，为水平横置双层轮圈结构，转动设于对应伸缩件的端部，伸缩件上还设有控制轮毂架转动的驱动组件一；行进组件，为若干个，包括胶圈带以及控制胶圈带转动的驱动组件二，胶圈带以双层轮圈轴向转动套设在双层轮圈上，若干个胶圈带呈环状分布；以及设于机体后端用于夹持线缆端的锁件；

在使用前，将线缆端部通过锁件固定在机体后端，然后通过控制两侧调节件来调节两侧伸缩件的支撑角度，同时伸缩件的伸展长度也可以进行调节，尤其是位于顶部的伸缩件，通过调节其伸展长度来实现控制轮毂架上胶圈带与管道内顶壁抵接，在行进时，通过驱动组件二来控制水平横置双层轮圈上的多个胶圈带转动，与线缆或管道侧壁接触的胶圈带在摩擦力的作用下推动机体整体向前移动，此种水平横置双层轮圈以及其上安装的多个胶圈带的优点在于，一方面不易陷入已敷设线缆间的间隙内，同时水平横置双层轮圈在间隙上行走时，多个环状分布的胶圈带也能够牢牢地抓在两侧的线缆绝缘皮上，另一方面，当遇到已敷设线缆交错、抬升或管道转弯时，通过驱动组件一来控制轮毂架转动，实现垂直管道轴向的方向侧移，此时胶圈带不转动，可以起到防止轮毂架空转情况发生，增加轮毂架与线缆、管道侧壁抵接摩擦的稳定性，在管道转弯时，胶圈带还能够进行微变形来适应管道的形变，增加穿越牵引时的越障能力。

附图说明

图1为本发明的穿管机器人立体图一。

图2为本发明的穿管机器人立体图二。

图3为本发明的穿管机器人局部分解立体图。

图4为本发明的轮毂架与行进组件安装局部剖立体图。

图5为本发明的轮毂架与行进组件局部安装立体图。

图6为本发明的轮毂架立体图。

图7为本发明的轮圈与定位座、涡轮、蜗杆安装立体图。

图8为本发明的涡轮与蜗杆连接立体图。

图9为本发明的胶圈带立体图。

图中：10、机体；11、线缆孔；12、摄像头；13、探照灯；

20、架体；21、伸缩件；211、转动套环；22、调节件；

30、轮毂架；31、轮圈；311、定位槽；32、定位座；321、转动槽；33、连接架；34、连接杆；35、转动筒；351、卡环；

40、驱动组件一；41、电机一；42、皮带轮一；43、皮带；44、皮带轮二；

50、行进组件；51、胶圈带；511、让位槽；512、齿槽；52、涡轮；53、驱动齿轮；54、电机二；55、蜗杆；

60、锁件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

相较于传统三足式的穿管机器人，在面对已敷设线缆的管道进行牵引穿线时容易受阻、脱困能力不足的情况，本发明所提出的机器人如图1-9所示，包括机体10，机体10呈柱状，两端对称球接有架体20，具体的，架体20包括三个伸缩件21和两个调节件22，伸缩件21为伸展长度可调节的伸缩筒，伸缩件21的一端通过球体与机体10的端部球接，三个伸缩件21与机体10的球接点夹角为120度，位于顶部的伸缩件21一侧球接有两个调节件22，调节件22包括双向内螺纹筒和两个螺纹反向的螺纹杆，两个螺纹杆分别螺纹安装在双向内螺纹筒的两端，两个调节件22所包括两个螺纹杆的端部与其中一个伸缩件21球接，两个调节件22所包括另外两个螺纹杆的端部分别与另外两个伸缩件21球接，即通过控制两个双向内螺纹筒转动收缩其上所安装的两个螺纹杆，即可控制位于下方的两个伸缩件21的支撑角度的功能，通过支撑角度的调节配合伸缩件21的伸展长度来适配不同内径的管道，也可以来控制机体10底部平面的支撑高度；

其中，伸缩件21的高度调节方式为通过其上安装固定锁紧螺丝来控制；

具体的，伸缩件21的端部通过设有转动套环211来转动连接轮毂架30，轮毂架30包括两个轮圈31，两个轮圈31水平横置，轮圈31内侧通过螺栓扣装有多个定位座32，相邻定位座32间靠近轮圈31内侧设有一定的间隙，用于穿过胶圈带51，相邻定位座32间的轮圈31上设有定位槽311，胶圈带51内侧具有凸起，能够实现稳定的扣装在两个轮圈31上对应的两个定位槽311上，胶圈带51具有一定韧性，在安装时可以涂抹一些润滑油来降低胶圈带51与轮圈31的磨损；

定位座32上还安装有连接架33，两侧的连接架33相向设置，连接架33由若干个顶板中心重合的门式架组成，且连接架33间通过球接连接杆34进行连接，此种设计的功能在于，当胶圈带51与管道侧壁抵接时，即管道弯曲时，抵接的胶圈带51能够变形进行迎合，两个轮圈31也会由平行状态变成具备一定夹角，确保接触面足够，即增加行驶的稳定性，在复位后，由于环状分布的胶圈带51的张力作用能够自动复位，两个轮圈31也会回复平行状态，定位座32的另一侧面还安装有转动筒35，转动筒35上通过设有两个卡环351来与伸缩件21端部设有的转动套环211转动连接；

如图5-图9所示，胶圈带51的外侧面中部内凹设有让位槽511，让位槽511两侧的胶圈带51的外侧面上还均匀设有齿槽512，相邻定位座32间还设有转动槽321，转动槽321与间隙和定位座32内侧连通，行进组件50还包括若干个涡轮52、若干个驱动齿轮53、电机二54以及蜗杆55，涡轮52两侧同轴对称连接驱动齿轮53，且涡轮52与两侧的驱动齿轮53转动安装在转动槽321内，使得驱动齿轮53与齿槽512配合安装，外侧凸起的涡轮52部分插入让位槽511内，电机二54通过架体安装在转动筒35内，其输出端通过联轴器连接有蜗杆55，蜗杆55与若干个涡轮52配合，最终实现通过电机二54带动蜗杆55转动，蜗杆55带动若干个涡轮52转动，涡轮52在转动过程中通过两侧的驱动齿轮53来控制胶圈带51转动，此种结构设计的优点在于不易陷入已敷设线缆间的间隙内，同时水平横置双层轮圈在间隙上行走时，多个环状分布的胶圈带也能够牢牢地抓在两侧的线缆绝缘皮上；

其中，每一个轮毂架30两端均对称安装有电机二54、蜗杆55，通过反向控制转动，能够实现胶圈带51稳定转动的效果，且两端锁合驱动，不易松脱，连接架33朝向蜗杆55的一侧还可以设有轴套，蜗杆55的另一端可以通过设有延伸的转轴来转动设于轴套上，增加蜗杆55转动的稳定性。

如图1-图5所示，具体的，胶圈带51的设置数量根据轮圈31大小以及胶圈带51的宽度、厚度而定，一般来说，不宜小于8条；

如图1-图3所示，伸缩件21端部外侧还安装有驱动组件一40，包括电机一41、皮带轮一42、皮带43和皮带轮二44，电机一41通过两个角板固定安装，电机一41的输出端通过联轴器连接皮带轮一42，转动筒35的外侧端部安装有皮带轮二44，皮带轮一42和皮带轮二44通过皮带43连接，即通过电机一41带动皮带轮一42和皮带轮二44转动，最终实现带动转动筒35，即轮毂架30转动，此种转动的作用在于，当遇到已敷设线缆交错、抬升或管道转弯时，通过电机一41来控制轮毂架30转动，实现垂直管道轴向的方向侧移，此时胶圈带51不转动，可以起到防止轮毂架30空转情况发生，增加轮毂架与线缆、管道侧壁抵接摩擦的稳定性。

其中，伸缩件21端部外侧还设有防护罩，防止驱动组件一与线缆、管道侧壁发生触碰，增加结构运转的稳定性。

如图1、图2所示，机体10后端设有线缆孔11，锁件60由机体侧壁插入线缆孔11，锁件60与机体10间螺纹安装，实现线缆端便捷卡装；

机体10前端还设有摄像头12和探照灯13，通过电控系统来中继传输管道内的实时画面，便于人员远程操控，电控系统为现有的控制、处理、通讯组件，在此不做赘述。

综上所述，在线缆穿管敷设过程中，一般推荐的线缆充盈率为30%至50%之间。这意味着管道的总截面积中，约有30%至50%的空间被线缆所占据，通过本发明所提出的穿管机器人能够有效的在30%至50%的空间被线缆占据的情况下仍然能够保持良好的牵引、穿越，越障以及脱困能力较佳。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种线缆敷设穿管机器人，包括机体（10），机体（10）内安装有电池以及电控系统，其特征在于，还包括：

对称设于机体（10）两端的架体（20），架体（20）包括三个与机体（10）端部球接的伸缩件（21）以及控制下方两个伸缩件（21）支撑角度的调节件（22），调节件（22）为两个；

轮毂架（30），为水平横置双层轮圈结构，转动设于对应伸缩件（21）的端部，伸缩件（21）上还设有控制轮毂架（30）转动的驱动组件一（40）；

行进组件（50），为若干个，包括胶圈带（51）以及控制胶圈带（51）转动的驱动组件二，胶圈带（51）以双层轮圈轴向转动套设在双层轮圈上，若干个胶圈带（51）呈环状分布；

以及设于机体（10）后端用于夹持线缆端的锁件（60）。

2.根据权利要求1所述的一种线缆敷设穿管机器人，其特征在于，轮毂架（30）包括两个轮圈（31），轮圈（31）内侧安装有多个定位座（32），定位座（32）沿着轮圈（31）轴向一侧安装有连接架（33），两侧连接架（33）相向设置，且通过连接杆（34）连接，连接杆（34）与连接架（33）球接，两个轮圈（31）背向侧的定位座（32）上还安装有转动筒（35）。

3.根据权利要求2所述的一种线缆敷设穿管机器人，其特征在于，相邻定位座（32）间靠近胶圈带（51）内侧设有间隙，同时相邻定位座（32）间设有转动槽（321），对应间隙处的轮圈（31）上设有定位槽（311），胶圈带（51）转动套设在两个轮圈（31）对应的两个定位槽（311）上。

4.根据权利要求3所述的一种线缆敷设穿管机器人，其特征在于，胶圈带（51）内侧具有弧形凸起，胶圈带（51）外侧中心设有让位槽（511），让位槽（511）两侧的胶圈带（51）上均匀设有齿槽（512）。

5.根据权利要求4所述的一种线缆敷设穿管机器人，其特征在于，驱动组件二为两组，包括涡轮（52）以及涡轮（52）两侧同轴连接的驱动齿轮（53），涡轮（52）和两个驱动齿轮（53）转动设于转动槽（321）内，且驱动齿轮（53）与齿槽（512）配合，转动筒（35）内还安装有电机二（54），电机二（54）输出端连接有蜗杆（55），蜗杆（55）与多个涡轮（52）配合。

6.根据权利要求5所述的一种线缆敷设穿管机器人，其特征在于，伸缩件（21）端部设有转动套环（211），转动筒（35）上通过设有两个卡环（351）来连接转动套环（211），调节件（22）为螺纹安装的双向内螺纹筒和两个螺纹反向的螺纹杆，两个调节件（22）所包括两个螺纹杆的端部与其中一个伸缩件（21）球接，两个调节件（22）所包括另外两个螺纹杆的端部分别与另外两个伸缩件（21）球接。

7.根据权利要求6所述的一种线缆敷设穿管机器人，其特征在于，驱动组件一（40）包括通过角板安装在伸缩件（21）端部外侧的电机一（41），电机一（41）的输出端连接有皮带轮一（42），转动筒（35）的外侧端部安装有皮带轮二（44），皮带轮一（42）和皮带轮二（44）通过皮带（43）连接。

8.根据权利要求7所述的一种线缆敷设穿管机器人，其特征在于，

伸缩件（21）端部外侧还设有防护罩。

9.根据权利要求1所述的一种线缆敷设穿管机器人，其特征在于，机体（10）后端设有线缆孔（11），锁件（60）由机体（10）侧壁插入线缆孔（11），锁件（60）与机体（10）间螺纹安装。

10.根据权利要求9所述的一种线缆敷设穿管机器人，其特征在于，机体（10）前端还设有摄像头（12）和探照灯（13）。