CN117128391B - 一种管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道机器人，包括第一前摆臂，第一前摆臂通过第一扭矩总装与第一中摆臂的一端转动连接，使得第一前摆臂能够通过第一扭矩总装与第一中摆臂自由转动，第一中摆臂的另一端通过第二扭矩总装与第二中摆臂的一端转动连接，第二中摆臂的另一端通过第三扭矩总装与第一后摆臂转动连接，使得前摆臂组件通过扭矩总装依次串联安装第一中摆臂、第二中摆臂及后摆臂组件形成管道机器人，第一前摆臂和第一后摆臂在扭矩总装驱动下能够使驱动总装产生对管道内壁的正压力。有益效果是：能够在管道的轴线方向实现伸缩调节，提高对各种管道的适应性，并可确保管道机器人能够在弯角管道中自由转向和旋转。

Description

一种管道机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种管道机器人。

背景技术

管道机器人是一种可沿细小管道内部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。现有的管道机器人由于自身结构限制，在实际应用中存在如下问题：第一、对管道的适应性差，由于机械结构的限制，管道机器人的尺寸不可能做得过小，难以在管径很小的管道中应用；第二、在管道内转弯困难，特别是T字路口的转弯；第三、管道内的异物或者是管道本身发生变形，这些都将阻碍管道机器人的运动，甚至导致所述管道机器人侧翻或者卡死等问题。寻求一种能灵活应用于各种管道检测与维护等工作中的管道机器人，且管道机器人可适应管道之形状，并进行转弯行走的管道机器人已成为本领域亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种管道机器人，能够在管道的轴线方向实现伸缩调节，提高对各种管道的适应性，并在多个扭矩总装的驱动下能够使驱动总装产生对管道内壁的正压力，确保管道机器人能够在弯角管道中自由转向和旋转。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种管道机器人，包括第一前摆臂及与其配合安装的第二前摆臂，所述第一前摆臂的前端安装有前导轮组件。

第一中摆臂，所述第一中摆臂的一端安装有第一扭矩总装，并通过第一扭矩总装与所述第一前摆臂转动连接。

第二中摆臂，所述第二中摆臂的一端安装有第二扭矩总装，并通过第二扭矩总装与第一中摆臂的另一端转动连接。

第一后摆臂及与其配合安装的第二后摆臂，所述第一后摆臂的后端安装有后导轮组件，所述第二中摆臂的另一端安装有第三扭矩总装，并通过所述第三扭矩总装与第一后摆臂转动连接。

所述第一中摆臂和第二中摆臂的外侧安装有电机抱夹臂，所述电机抱夹臂、第二前摆臂及第二后摆臂上安装有驱动总装，所述第一前摆臂和第一后摆臂在第一扭矩总装、第二扭矩总装、第三扭矩总装的驱动下能够使驱动总装产生对管道内壁的正压力。

进一步的，所述第一扭矩总装、第二扭矩总装及第三扭矩总装均包括与第一中摆臂、第二中摆臂固定连接的扭矩外轮。

所述扭矩外轮内转动设有与第一前摆臂、第一后摆臂及第一中摆臂连接的扭矩内轮，所述扭矩内轮上安装有扭簧。

进一步的，所述扭簧包括内末端、外末端及位于内末端与外末端之间的变形区段。

所述内末端与扭矩内轮侧面的卡块组件卡嵌配合，所述外末端与扭矩内轮上周向布置的导槽可分离式卡接配合，所述变形区段绕设在卡块组件外周。

进一步的，所述卡块组件包括对称布置在扭矩内轮侧面的卡块和卡块，卡块与卡块之间形成有用于卡设内末端的卡槽。

进一步的，所述驱动总装包括对应安装在电机抱夹臂、第二前摆臂及第二后摆臂上的驱动电机，所述驱动电机的输出端通过连接板安装有全向轮。

进一步的，所述前导轮组件包括安装在第一前摆臂上的第一导向电机，所述第一导向电机的输出端连接有前导轮座，所述前导轮座通过前导轮轴配合轴承安装有前导轮。

进一步的，所述第一前摆臂上还设有摄像头安装座，并通过摄像头安装座可拆卸安装有摄像头。

进一步的，所述后导轮组件包括安装在第一后摆臂上的第二导向电机，所述第二导向电机的输出端连接有后导轮座，所述后导轮座通过后导轮轴配合轴承安装有后导轮。

进一步的，所述第一后摆臂上还安装有快插座，并通过快插座安装有线缆组件。

本发明的有益效果是：前摆臂组件通过扭矩总装依次串联安装第一中摆臂、第二中摆臂及后摆臂组件形成管道机器人，并在第一扭矩总装、第二扭矩总装和第三扭矩总装的作用下，使得前摆臂组件、第一中摆臂、第二中摆臂及后摆臂组件能够在管道的轴线方向实现伸缩调节，提高对各种管道的适应性，且第一前摆臂和第一后摆臂在第一扭矩总装、第二扭矩总装、第三扭矩总装的驱动下能够使驱动总装产生对管道内壁的正压力，确保管道机器人能够在弯角管道中自由转向和旋转。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为管道机器人的主视图；

图2为管道机器人的斜视图；

图3为管道机器人另一方向的斜视图；

图4为图1方向的爆炸图；

图5为管道机器人的俯视爆炸图；

图6为扭矩总装的爆炸图；

图7为扭矩总装的结构示意图；

图8为驱动总装的爆炸图；

图9为驱动总装的示意图；

图10为机器人在第一管道内行走的示意图；

图11为机器人在第一管道内要转向的示意图；

图12为机器人由第一管道转向第二管道的示意图；

图13为机器人由第一管道转向第二管道另一状态下的示意图；

图14为机器人在T型管道内的示意图；

图15为机器人在管道内翻转的示意图。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。

参照附图1-图15所示，根据本发明实施例的管道机器人，包括第一前摆臂1及与其配合安装的第二前摆臂2，第一前摆臂1与第二前摆臂2相配合组成前摆臂组件。第一前摆臂1通过第一扭矩总装5与第一中摆臂4的一端转动连接，使得第一前摆臂1能够通过第一扭矩总装5与第一中摆臂4自由转动，且在第一前摆臂1的前端安装有前导轮组件3。

第一中摆臂4的另一端通过第二扭矩总装7与第二中摆臂6的一端转动连接，使得第一中摆臂4能够通过第二扭矩总装7与第二中摆臂6自由转动。第二中摆臂6的另一端通过第三扭矩总装11与第一后摆臂8转动连接，使得第一后摆臂8能够通过第三扭矩总装11与第二中摆臂6自由转动，第一后摆臂8远离第二中摆臂6的一侧设有与其配合安装的第二后摆臂9，第一后摆臂8与第二后摆臂9相配合组成后摆臂组件，第一后摆臂8的后端安装有后导轮组件10，使得前摆臂组件通过扭矩总装依次串联安装第一中摆臂4、第二中摆臂6及后摆臂组件形成管道机器人。

第一中摆臂4和第二中摆臂6的外侧安装有电机抱夹臂12，电机抱夹臂12、第二前摆臂2及第二后摆臂9上安装有驱动总装13，使得第一前摆臂1和第一后摆臂8在第一扭矩总装5、第二扭矩总装7、第三扭矩总装11的驱动下能够使驱动总装13产生对管道内壁的正压力。

在本发明的实施例中，第一前摆臂1能够通过第一扭矩总装5调节与第一中摆臂4之间的夹角；同理，第一后摆臂8能够通过第三扭矩总装11调节与第二中摆臂6之间的夹角，在调节第一前摆臂1和第一后摆臂8的时候，第一中摆臂4与第二中摆臂6之间的夹角在第二扭矩总装7的作用下也会随之改变，直至电机抱夹臂12、第二前摆臂2及第二后摆臂9上安装有驱动总装13能够与管道的内壁相接触。

由于前摆臂组件通过扭矩总装依次串联安装第一中摆臂4、第二中摆臂6及后摆臂组件形成管道机器人，并在第一扭矩总装5、第二扭矩总装7和第三扭矩总装11的共同作用下，使得前摆臂组件、第一中摆臂4、第二中摆臂6及后摆臂组件能够在管道的轴线方向实现伸缩调节，提高对各种管道的适应性。

在一个具体的实施例中，如图6-图7所示，第一扭矩总装5、第二扭矩总装7及第三扭矩总装11均包括与第一中摆臂4、第二中摆臂6固定连接的扭矩外轮14，扭矩外轮14内转动设有与第一前摆臂1、第一后摆臂8及第一中摆臂4连接的扭矩内轮15，使得第一前摆臂1、第一后摆臂8及第一中摆臂4能够通过扭矩内轮15自由转动。

可以理解的是，第一前摆臂1与第一中摆臂4、第一后摆臂8与第二中摆臂6能够在悬空状态下相对转动。

扭矩内轮15上安装有扭簧16，扭簧16包括内末端16a、外末端16b及位于内末端16a与外末端16b之间的变形区段16c。内末端16a与扭矩内轮15侧面的卡块组件卡嵌配合，外末端16b与扭矩内轮15上周向布置的导槽19可分离式卡接配合，变形区段16c绕设在卡块组件外周。

具体地，卡块组件包括对称布置在扭矩内轮15侧面的卡块a和卡块b，卡块a与卡块b之间形成有用于卡设内末端16a的卡槽18，内末端16a通过卡槽18卡接在卡块a与卡块b所形成的卡槽18内，外末端16b可分离式卡接在扭矩内轮15上周向布置的导槽19内。

工作时，第一前摆臂1和第一后摆臂8在转动时，能够带动与其固定连接的扭矩内轮15在扭矩内轮14内转动，扭矩内轮15在转动的过程中，会带动绕设在其上的扭簧16发生转动，使变形区段16c蜷缩，外末端16b与扭矩内轮15上的导槽19分离，直至调节到合适的角度（即驱动总装13能够与管道的内壁接触）以使外末端16b与扭矩内轮15上的导槽19再次卡接限位。

如图8和图9所示，驱动总装13包括驱动电机13a，驱动电机13a分别对应安装在电机抱夹臂12、第二前摆臂2及第二后摆臂9上，驱动电机13a的输出端通过连接板安装有全向轮13b，并带动全向轮13b在管道内转动行走。

如图10-图13所示，为机器人在管道内的转向示意图。具体地，该管道包括第一管道m和第二管道n，在机器人由第一管道m转至第二管道n内时，第一前摆臂1会在第一扭矩总装5的作用下发生自由转动，直至安装在第二前摆臂2及电机抱夹臂12上安装的驱动总装13在管道转弯段X处接触，完成前摆臂组件的转向。

接着前摆臂组件通过驱动总装13继续在第一管道m和第二管道n的转弯段X进行转动。此时，后摆臂组件仍然在第一管道m内行走，第二中摆臂6及第二后摆臂9上的驱动总装始终与第一管道m的内壁接触，直至第一中摆臂4与第二中摆臂6的夹角增大（图12）。

如图13所示，在第一中摆臂4与第二中摆臂6的夹角逐渐增大的过程中，前摆臂组件会处于悬空状态，直至后摆臂组件到达第一管道m和第二管道n的转弯段X，第一前摆臂1在第一扭矩总装5作用下发生自由转动，使得前导向轮组件3接触到第二管道n的内壁，完成机器人在管道内转向。同理，机器人可以实现在T型管道内的转向运动，且不需要工作人员控制，实现自行转动（图14）。

如图15所示，在第一管道m或第二管道n内，通过驱动前导论组件3和后导论组件10能够实现机器人在管道内旋转，可以实现越障运动。

在一个具体地实施例中，如图5所示，前导轮组件3包括安装在第一前摆臂1上的第一导向电机3a，第一导向电机3a的输出端连接有前导轮座3b，前导轮座3b通过前导轮轴3c配合轴承安装有前导轮3d。后导轮组件10包括安装在第一后摆臂8上的第二导向电机10a，第二导向电机10a的输出端连接有后导轮座10b，后导轮座10b通过后导轮轴10c配合轴承安装有后导轮10d。

工作时，同步开启第一导向电机3a和第二导向电机10a，使得第一导向电机3a通过前导轮座3b带动前导轮3d旋转，第二导向电机10a通过后导轮座10b带动后导轮10d，完成机器人在管道内旋转。同时启动驱动总装13，使得机器人在管道内旋转前进，在旋转前进的过程中，全向轮13b始终与管道的内壁抵接，保证机器人在管道内旋转前进的稳定性，避免出现侧翻。

在一个实施例中，如图1-图5所示，在第一前摆臂1上还设有摄像头安装座20，并通过摄像头安装座20可拆卸安装有摄像头21，通过摄像头21可以实时监测管道内的情形，可以方便检查管道及越障行动。

在第一后摆臂8上安装有快插座22，并通过快插座22安装有线缆组件23，内管道内的机器人进行远程操控。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种管道机器人，其特征在于，包括

第一前摆臂（1）及与其配合安装的第二前摆臂（2），所述第一前摆臂（1）的前端安装有前导轮组件（3）；

第一中摆臂（4），所述第一中摆臂（4）的一端安装有第一扭矩总装（5），并通过第一扭矩总装（5）与所述第一前摆臂（1）转动连接；

第二中摆臂（6），所述第二中摆臂（6）的一端安装有第二扭矩总装（7），并通过第二扭矩总装（7）与第一中摆臂（4）的另一端转动连接；

第一后摆臂（8）及与其配合安装的第二后摆臂（9），所述第一后摆臂（8）的后端安装有后导轮组件（10），所述第二中摆臂（6）的另一端安装有第三扭矩总装（11），并通过所述第三扭矩总装（11）与第一后摆臂（8）转动连接；

所述第一中摆臂（4）和第二中摆臂（6）的外侧安装有电机抱夹臂（12），所述电机抱夹臂（12）、第二前摆臂（2）及第二后摆臂（9）上安装有驱动总装（13），所述第一前摆臂（1）和第一后摆臂（8）在第一扭矩总装（5）、第二扭矩总装（7）、第三扭矩总装（11）的驱动下能够使驱动总装（13）产生对管道内壁的正压力。

2.根据权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于，所述第一扭矩总装（5）、第二扭矩总装（7）及第三扭矩总装（11）均包括与第一中摆臂（4）、第二中摆臂（6）固定连接的扭矩外轮（14）；

所述扭矩外轮（14）内转动设有与第一前摆臂（1）、第一后摆臂（8）及第一中摆臂（4）连接的扭矩内轮（15），所述扭矩内轮（15）上安装有扭簧（16）。

3.根据权利要求2所述的一种管道机器人，其特征在于，所述扭簧（16）包括内末端（16a）、外末端（16b）及位于内末端（16a）与外末端（16b）之间的变形区段（16c）；

所述内末端（16a）与扭矩内轮（15）侧面的卡块组件卡嵌配合，所述外末端（16b）与扭矩内轮（15）上周向布置的导槽（19）可分离式卡接配合，所述变形区段（16c）绕设在卡块组件外周。

4.根据权利要求3所述的一种管道机器人，其特征在于，所述卡块组件包括对称布置在扭矩内轮（15）侧面的卡块（a）和卡块（b），卡块（a）与卡块（b）之间形成有用于卡设内末端（16a）的卡槽（18）。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种管道机器人，其特征在于，所述驱动总装（13）包括对应安装在电机抱夹臂（12）、第二前摆臂（2）及第二后摆臂（9）上的驱动电机（13a），所述驱动电机（13a）的输出端通过连接板安装有全向轮（13b）。

6.根据权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于，所述前导轮组件（3）包括安装在第一前摆臂（1）上的第一导向电机（3a），所述第一导向电机（3a）的输出端连接有前导轮座（3b），所述前导轮座（3b）通过前导轮轴（3c）配合轴承安装有前导轮（3d）。

7.根据权利要求1或6所述的一种管道机器人，其特征在于，所述第一前摆臂（1）上还设有摄像头安装座（20），并通过摄像头安装座（20）可拆卸安装有摄像头（21）。

8.根据权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于，所述后导轮组件（10）包括安装在第一后摆臂（8）上的第二导向电机（10a），所述第二导向电机（10a）的输出端连接有后导轮座（10b），所述后导轮座（10b）通过后导轮轴（10c）配合轴承安装有后导轮（10d）。

9.根据权利要求8所述的一种管道机器人，其特征在于，所述第一后摆臂（8）上还安装有快插座（22），并通过快插座（22）安装有线缆组件（23）。