CN1680078A - 管内机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机电一体化产品，确切讲，涉及一种在管道内完成生产作业的管内机器人，由便携式机器人、定位器、行走机构、操作盒小车、动力电源组成。该管内机器人使用在水利电力、石油化工企业，对输送液体、原油、天然气、化工介质的管道进行维护保养、自动焊接、自动探伤等生产作业。在水利电力、石油化工企业管道系统中有着实质性的使用价值。

Description

管内机器人

技术领域

本发明涉及一种机电一体化产品，确切讲，涉及一种在管道内完成生产作业的管内机器人。该管内机器人使用在水利电力、石油化工企业，对输送液体、原油、天然气、化工介质的管道进行维护保养、自动焊接、自动探伤等生产作业。在水利电力、石油化工企业管道系统中有着实质性的使用价值。

技术背景

目前，水利电力、石油化工企业的管道系统，正在向着大口径(大于1000毫米)、厚壁(大于21毫米)方向发展，输送的压力也在逐年增加，现已达10Mpa。为保证安全输送：一方面需要对管道内部进行维护保养，清除管壁的附着物。但输送的石油天然气、化工介质有些对人体是有害的，不能由生产工人直接去清除；另一方面在管道组装焊接时，必须保证焊接质量，由于焊接组装中的管道不能旋转，对管道环焊缝的自动焊接、自动探伤，都采用管道固定，焊枪围绕管道外圆周旋转的方式进行自动焊接和自动探伤。所使用的设备是自动焊机和自动探伤机，由焊接机头或探伤机头+行走导轨+控制系统组成。单纯采用从管道外圆周进行焊接的方法对焊接质量带来很大的影响：从管道外圆周进行焊接，采用的是单面焊双面成型全位置焊工艺，在仰焊位置，焊缝的成形比较困难，焊接质量缺陷多数发生在这个部位；由于厚壁，管子焊接分层增加，焊接的层数增多，焊口加热时间长，热变形增大，焊接内应力增大，既影响管道的安全使用，又增加焊接工人的焊接工作量和劳动强度，以及管道焊接安装工期。

对大口径、厚壁管道的焊接，可以采用从管外和管内交错进行自动焊接的方式。采用管外、管内交错焊接方式，管外的仰焊位置正是管内的平焊位置，管内的仰焊位置正是管外的平焊位置，而平焊是容易保证焊接质量的焊接位置；管外、管内同时焊接，焊口加热时间短，可降低热变形和焊接内应力。管外自动焊接可以使用“管道自动焊机”，管道自动焊机一般由机械系统、控制系统、驱动系统组成。其中机械系统包括焊接机头、行走导轨；控制系统的微型计算机分为两部分，一部分是主控微型计算机，另一部分是从微型计算机或单片微型计算机；驱动系统一般为电动驱动。管道自动焊机，其机械系统、控制系统都是单独自成一体。尤其是基于微型计算机的控制系统，一般都由主机、键盘、显示器、输入设备、输入输出接口、控制柜组成，而控制柜则由输出功率驱动电路和控制焊枪位置的各种模板组成。自动焊接软件是根据焊接工艺，预先编程并存储在软盘或硬盘上。焊接时，在微型计算机系统软件的支持下，从软盘或硬盘上调入计算机内存执行。微型计算机输出的控制信号通过输出接口输送到控制柜，经功率放大后驱动焊接机头进行自动焊接。这样的结构方式，导致了管道自动焊机不仅结构复杂，价格贵，而且整机体积大、重量重。很显然，采用上述技术的管道自动焊机，不能在管道内自动焊接中使用。

限于上述原因，一方面造成对输送石油天然气、化工介质的管道，不能采用行之有效的机械设备和施工方法，对管道内部进行正常的维护保养，形成了安全隐患。另一方面，为保证自动焊接质量，尤其是仰焊位置的焊接质量，只能采用结构复杂，价格昂贵的国外“自动根焊机”焊接焊缝底层，管道自动焊机或半自动焊枪进行焊缝填充焊和盖面焊的方式进行焊接。采用这种焊接方式，需要购置结构复杂，价格昂贵的国外“自动根焊机”，增加了焊接成本；使用半自动焊枪焊接，不仅焊接生产条件差，工人劳动强度大，且焊接质量波动大，易受工人技术状况、心理情绪的影响；由于焊接的层数多，焊口加热时间长，热变形大，焊接内应力大，对特殊焊接部位需作热处理，延长了管道建设工期。

发明内容

本发明是针对目前缺乏管内自动生产作业设备，和采用现有技术的管道自动焊机，不能在管内自动焊接中使用的不足，提供一种“管内机器人”，其主要目的是：实现管内维护保养自动化，管内焊接自动化，管内探伤自动化，在提高管内维护保养质量、焊接质量、探伤质量和生产效率的同时，降低管内维护保养成本、焊接成本，缩短管内维护保养工期和安装工期。

木发明的上述目的是这样实现的：由便携式机器人、定位器、行走机构、操作盒小车、动力电源组成管内机器人。其中，便携式机器人、定位器、行走机构、机器人控制器为模块结构，可根据管道的直径选择各规格的模块部件装配。进行生产作业时，将管内机器人放置在待管道内，操作操作盒面板上的按钮，启动管内机器人，行走机构驱动管内机器人在管内运动，待便携式机器人检测到生产作业位置时，行走机构停止运动；行走机构的电磁制动器动作，以摩擦力将管内机器人暂时固定在管道内；随即操作定位器的定位电机旋转，将定位块推出，定位块与管壁之间的摩擦力将管内机器人固定在管道内；安装在导轨里(导轨固定在定位器上)的便携式机器人，握持生产工具进行生产作业。在自动完成生产作业的过程中，便携式机器人绕导轨转动，生产作业工具沿管道内表面移动，实现管道内生产作业自动化。

采用本发明的管内机器人，分体重量轻、便于移动，装配后结构紧凑，可根据管道的直径改变管内机器人的组成，使完成生产作业柔性化。实现了管道内生产作业自动化，提高了生产作业质量和效率，降低了生产成本；有利于改善生产劳动条件，把工人从繁重的劳动中解脱出来，降低工人的劳动强度；以固化在机器人控制器内的控制软件，控制管内机器人自动进行生产作业，降低了管内机器人的价格，使这一具有较高科技含量的低成本自动化项目能在工厂企业得到广泛的应用和推广。

附图说明

以下结合附图对木发明的实施例进行具体描述：

图1是采用本发明的管内机器人的主视图。

图2是采用本发明的管内机器人的左视图。

图3是采用本发明的管内机器人操作盒小车的主视图。

图4是采用本发明的便携式机器人的放大主视图。

图1中1是操作盒连接铰链，2是动力电源，3是行走电机，4是定位电机，5是压紧轮，6是电磁制动器，7是行走轮，8是连接短套，9是定位盘，10是定位块，11是齿轮安装板，12是便携式机器人，13是管道，14是导向轮。

图2中10是定位块，9是定位盘，8是连接短套，5是压紧轮，2是动力电源，4是定位电机，7是行走轮，13是管道，14是导向轮。

图3中15是操作盒，16是小车行走轮，17是小车平板，19是生产作业设备。

图4中20是机器人导轨，21是机器人行走电机，22是机器人腰部，23是机器人大臂，24是机器人小臂，25是生产作业工具，26是手腕，27是机器人肩部。

具体实施方式

如图1所示，操作盒小车与定位电机安装板铰链链接，小车上安装进行生产作业的设备(如空气压缩机、电焊机、探伤机)，操作盒安装在小车上，操作盒控制电缆沿小车分别与行走电机、定位电机、电磁铁、机器人控制器连接。由图可见，定位器是管内机器人的承载机体，由转盘电机、减速齿轮组、转盘、齿轮安装板、定位块、弹簧、定位块导管、定位盘、凸轮盘、定位螺纹花键轴、滚动轴承、连接短套、定位电机组成。行走机构由导向轮、压紧轮、行走轮、行走电机、行走减速器、电磁制动器组成。导向轮安装在定位器的前端，压紧轮安装在定位器的后端，行走轮安装在行走减速器输出轴的两端，固定在定位电机安装板的下面，电磁制动器安装在定位电机的上面。动力电源安装在定位电机安装板的上面。管内机器人完成生产作业的部件是便携式机器人，便携式机器人由关节型手臂、腰部、行走机构、机器人控制器、控制电源组成，便携式机器人的行走机构安装在定位器上。

便携式机器人采用可以折叠的关节型手臂，关节型手臂由肩部、大臂、小臂、手部组成。肩部和大臂之间由肩关节轴铰链，大臂与小臂之间由肘关节轴铰链，小臂与手部之间由腕关节轴铰链。肩部、大臂、小臂、手部为模块结构，可根据生产作业的需要，选择各规格模块方便地换装。

便携式机器人的手部由手腕直流电机、手腕步进电机、减速齿轮、导向环、动环、止环、导环、滑板、箱体组成。箱体后端安装的铰链孔与手腕关节轴铰链连接，使箱体可以绕手腕关节轴转动；手腕直流电机安装在箱体的后端，手腕直流电机轴与齿轮连接，手腕步进电机的安装滑板和齿条连接，齿轮与齿条啮合，经齿条传动使手腕步进电机由箱体前端导向作微小往复运动，带动手腕步进电机也同样作微小往复运动；手腕步进电机安装在滑板上，轴线垂直于手腕关节轴，手腕步进电机轴经减速齿轮连接动环操作动环上安装的生产工具绕步进电机轴线转动，由导向环、止环支承动环并导向。

便携式机器人的肩部、大臂、小臂具有相同的机械和电气结构，都是机、电一体的功能化模块，由减速器箱体、步进电机、减速齿轮组、连接支承、支承柱、电气箱装配成。具体结构是：减速器箱体和减速齿轮组装配成减速器，步进电机安装在减速器箱体上，步进电机的输出轴端安装旋转手轮；光电藕合检测器的电气部分和输出功率驱动单元电路安装在电气箱内，电气箱通过定位孔套装在步进电机的机体上，通过支承柱、螺钉和减速器箱体联为一体，输出功率驱动单元电路输出与步进电机连接。连接支承安装在步进电机端的臂上，连接支承一端从内孔中分面分开，用螺栓连接，内孔加工有齿形。步进电机的输出轴齿轮与减速齿轮组的一级齿轮啮合，减速齿轮组的末级齿轮输出轴即是关节轴，关节轴的中部加工有齿形。减速齿轮组的各齿轮轴安装向心球轴承支撑，关节轴安装向心球轴承支撑。减速齿轮均采用双列齿轮、螺钉紧固的消啮合间隙机构。在末级减速齿轮轴的一端插入电气箱，轴上安装光电藕合检测器的机械盘，机械盘上加工小孔，配合光电藕合检测器的电气部分检测关节轴的转动角度。

便携式机器人的腰部是机、电一体的功能化模块：由减速器箱体、步进电机、减速齿轮组、电气盒组成。减速器箱体和减速齿轮组装配成减速器，步进电机安装在减速器箱体上，步进电机的输出轴端安装旋转手轮，箱体后端加工安装行走直流电机的螺纹孔。光电藕合检测器的电气部分和输出功率驱动单元电路安装在电气箱内，电气箱通过支承柱、螺钉和减速器箱体联为一体，输出功率驱动单元电路输出与步进电机连接。步进电机的输出轴齿轮与减速齿轮组的一级齿轮啮合，减速齿轮组的末级齿轮输出轴即是关节轴。减速齿轮组的各齿轮轴安装向心球轴承支撑，关节轴安装向心球轴承支撑。减速齿轮均采用双列齿轮、螺钉紧固的消啮合间隙机构。在末级减速齿轮轴的一端插入电气箱，轴上安装光电藕合检测器的机械盘，机械盘上加工小孔，配合光电藕合检测器的电气部分检测关节轴的转动角度。

便携式机器人的行走机构由行走直流电机，导轨组成。导轨由底板、导向条组成。底板为圆筒形，导向条为分段圆弧，两层结构。底层截面形状为矩形，导向条一的底层一侧面加工有齿形，另一层截面形状加工为平V形，导向条一用螺钉安装在底板上。导向条二的结构和导向条一相同，只是没有加工齿形，导向条二用螺钉安装在底板上。行走直流电机安装在机器人的腰部，电机轴端安装的齿轮与导向条侧的齿形啮合。

便携式机器人的机器人控制器由单片机系统、输入接口电路、输出功率驱动电路组成。实施例中，单片机系统的单片机芯片选用8031，可编程输入输出接口芯片选用8255，地址锁存器选用74LS373，地址译码器选用74LS138，程序存贮器选用2764。输入接口电路四组，以一组为例，光电藕合隔离选用4N25，输入端口光电检测选用TIO20，输入插口选用单列三脚插座。输出功率驱动电路十组，以一组为例，光电藕合隔离选用两只4N25，集成驱动选用74LS06和74LS07，功率放大管选用四只TIP126，开关控制管选用TIP127，输出插口选用单列五脚插座。设置启动、停止按钮，两只指示灯，一只接入单片机系统，一只接入输出功率驱动系统。单片机系统，四组光电检测器的输入接口电路，两组双列二十四脚插座制作在主电路板上，安装在关节型手臂的肩部内。四组光电检测器的输入接口电路，两组直流电机，两组开关控制、六组步进电机的输出功率驱动电路，都分别单独制作单元电路板。为使单元电路板具有可换性，方便维修。两组直流电机和两组开关控制输出功率驱动电路板，都按步进电机功率驱动电路板制作。两组直流电机、两组开关控制、六组步进电机的单元电路板，分别安装在关节型手臂的肩部、大臂、小臂的电气盒内构成机电一体模块结构。在选定单片机芯片、输入输出接口芯片、地址锁存器、地址译码器、程序存贮器后，地址总线、数据总线、控制总线、片选信号连接，本专业的技术人员可按规定连接。仅对可编程输入输出接口8255的地址分配，和输入接口、输出功率驱动单元电路作说明。8255的每一路输入、输出端口均经光电藕合隔离与外围电路连接。8255的PA0、PA1口接手腕直流电机，PA2、PA3接行走直流电机，PA4、PA5口接手腕步进电机。PB0、PB1口接肩部步进电机，PB2、PB3口接大臂步进电机，PB4、PB5口接小臂步进电机，PB6、PB7口接腰部步进电机。PC0口接入肩部步进电机，和手腕步进电机的驱动电源回路作开关控制；PC1口接入大臂步进电机，小臂步进电机、腰部步进电机的驱动电源回路作开关控制；PC2口接入腰部光电藕合检测器，PC4口接入肩部光电藕合检测器，PC5口接入大臂光电藕合检测器，PC6口接入小臂光电检测器分别检测各关节轴的转动角度，PC7口预留给光电检测器，PC3口开关控制预留，8255的PA6、PA7口预留。输出功率驱动单元电路板，都具有相同的电路结构。以控制肩部步进电机为例：8255的PB0口输出的信号接光电藕合4N25，经隔离后的信号接集成驱动74LS06的一个单元，和74LS07的一个单元。PB1口输出的信号接另一只光电藕合4N25，经隔离后的信号接集成驱动74LS06的另一个单元，和74LS07的另一个单元。四个单元的输出信号分别推动四只功率放大管TIP126，放大后的电流直接驱动肩部步进电机转动。PC0口输出的信号接光电藕合4N25，经隔离后的信号接集成驱动74LS06的一个单元，其输出信号推动开关控制管TIP127，控制肩部步进电机接入高电压。控制直流电机时，将输出功率驱动单元电路板中的74LS06换为74LS07即可。两组开关控制可选输出功率驱动单元电路板中的两路即可。控制方案是基于单片机的全软件开环控制。由固化的自动软件控制，机器人控制器具有两种功能：作可编程控制器对完成生产作业的过程依次作顺序控制；在各个工序中，对执行元件作小信号输出控制，作步进电机的加、减速、换相、相序分配、正转、反转控制，直流电机正转、反转控制。机器人控制器还具有另一种功能：输入信号经输入接口电路输入单片机系统，单片机系统输出的控制信号，经输出功率驱动电路直接驱动步进电机，或经输出功率驱动直接驱动直流电机。

便携式机器人控制电源采用两组蓄电池分别供电，安装在机器人腰部电气盒内，两只指示灯，安装在腰部电气盒壁上，启动、停止按钮安装在腰部电气盒壁上。一组电压为6V的蓄电池供单片机系统，一组电压为12V的蓄电池供输入接口电路、输出功率驱动电路，将单片机系统和输入接口电路、输出功率驱动电路从电路上分隔开。

便携式机器人的装配如图3所示：机器人肩部和大臂之间由肩关节轴铰链，大臂与小臂之间由肘关节轴铰链，小臂与手部之间由腕关节轴铰链组成关节型手臂。单片机系统，四组光电检测器的输入接口电路，两组双列二十四脚插座制作在主电路板上，安装在关节型手臂的肩部内。关节型手臂安装在机器人腰部的关节轴上，控制电源安装在机器人腰部的电气盒内，机器人腰部安装在机器人行走机构的导轨里组装成便携式机器人。单片机系统经两组双列二十四脚插座、插头与电缆，分别和机器人肩部、大臂、小臂、手腕机电模块电气盒内的输入接口电路输出端，输出功率驱动电路的输入端连接。

定位器由转盘电机、减速齿轮组、转盘、齿轮安装板、定位块、弹簧、定位块导管、定位盘、凸轮盘、滚动轴承、定位螺纹花键轴、连接短套、定位电机组成。

转盘电机、定位电机采用直流电机，采用符合国家电气标准的元件。

减速齿轮组采用钢质材料加工，六组均为平面直齿外圆齿轮。

转盘采用钢质材料加工，形状为圆板形，为平面直齿内圆齿轮。

齿轮安装板采用钢质材料加工，形状为圆板形，圆板中心加工安装滚动轴承的孔，同半径小圆周上加工三个对称的齿轮轴滚动轴承孔(行星结构)，同半径大圆周上加工三个对称的齿轮轴滚动轴承孔(行星结构)。

定位块采用钢质材料加工，上部截面形状为矩形，下部为圆柱形，套装弹簧后安装在定位导管内。

弹簧采用锰钢丝绕制。

定位导管采用钢质材料加工，截面形状为矩形，用螺栓安装定位盘上。

定位盘采用钢质材料加工，形状为圆板形，圆板上加工安装定位导管的螺纹孔，与齿轮安装板连接的螺纹孔。

凸轮盘采用钢质材料加工，形状为圆板形，凸轮盘内孔加工花键，外圆周对称加工成具有20个凸轮的弧面。

滚动轴承为推力轴承，采用国家标准元件。

定位螺纹花键轴采用钢质材料加工，前端加工安装推力轴承的凸肩，内孔加工键槽，紧接加工一段螺纹，一段外花键，一段安装轴承的轴和一段锁紧轴承的外螺纹。

连接短套采用钢质材料加工，套内加工安装推力轴承的孔，和定位螺母外花键滑动连接的内花键。

定位器的装配：齿轮安装板是一个安装基体，在齿轮安装板中心轴承安装孔内装入滚动轴承，三个对称的齿轮轴装配到滚动轴承里，滚动轴承安装到同半径小圆周上加工的轴承孔里，在齿轮轴的两端经键连接安装上齿轮。三个对称的齿轮轴装配到滚动轴承里，滚动轴承安装到同半径大圆周上加工的轴承孔里，在齿轮轴的两端经键连接安装上齿轮。齿轮安装板中心安装转盘电机，转盘电机轴上安装的齿轮和同半径小圆周上安装的齿轮啮合，同半径大圆周上安装的齿轮和齿轮盘内齿啮合。定位盘是另一个安装基体，定位导管用螺栓安装在定位盘上，定位块套装弹簧后安装在定位导管内。连接短套用螺栓安装到定位盘上，推力轴承安装到连接短套的安装孔里，定位螺纹花键轴安装到推力轴承内，定位螺纹花键轴上安装凸轮盘，20个凸轮弧面与定位块接触，定位电机经键连接插入定位螺纹花键轴端的内孔键槽内，定位电机外圆周盘用螺栓与连接短套连接。定位盘与齿轮安装板采用止扣对中螺栓连接，连接时，定位螺纹花键轴另一端插入齿轮安装板上安装的滚动轴承内，用螺母锁住。

定位器行走机构由导向轮、压紧轮、行走轮、行走电机、行走减速器、电磁制动器组成，行走电机、电磁铁采用国家标准元件。

导向轮由轮子、轮子支架支架组成，轮子外圆为圆弧形，外包橡胶。导向轮支架分别安装在定位盘上。

行走轮由轮子、轮子支架、滚动轴承、行走电机、行走减速器组成。行走减速器为蜗轮、蜗杆结构，蜗轮为双输出轴。轮子支架安装在定位电机安装板上，中心孔处内嵌滚动轴承，蜗轮的双输出轴插入滚动轴承后经键连接安装轮子。轮子外圆为圆弧形，外包橡胶。行走电机安装定位电机安装板上，电机轴与蜗杆经花键连接。

压紧轮由轮子、轮子支架、光杆、弹簧、螺母组成。轮子外圆为圆弧形，外包橡胶。螺杆一端焊接在轮子支架上，光杆的另一端加工螺纹，弹簧套装在光杆上，用螺母锁住。四个压紧轮支架分别安装在定位电机上。

电磁制动器由电磁铁、刹瓦、电磁铁支架组成。电磁铁装入电磁铁支架内，电磁铁支架用螺栓安装在定位电机上，刹瓦外表面粘贴刹车带用螺钉安装在电磁铁的活动衡铁上。

动力电源由两组12V蓄电池组成，安装在定位电机安装板的下面。蓄电池的正、负极经电缆接入操作盒。

操作盒小车由小车行走机构、小车平板、操作盒组成。小车行走机构与定位器的行走机构相同安装在小车平板下，小车平板为框形结构，一端与定位电机安装板铰链连接。操作盒为矩形立体体，面板与盒体铰链连接。面板上部安装电源、行走电机正转、行走电机反转、电磁铁、定位电机正转、定位电机反转、机器人工作指示灯，面板下部对应安装电源、行走电机正转、行走电机反转、电磁铁、定位电机正转、定位电机反转、机器人按钮，其中电源、机器人按钮带自锁。盒体内安装两只旋入式保险器，行走电机正转、反转接触器各一只，定位电机正转、反转接触器各一只。操作盒主电路接线是：动力蓄电池的正、负极经电缆进入操作盒，正、负极分别接旋入式保险器的一端，旋入式保险器的另一端依次分别接行走电机正转、反转接触器、定位电机正转、反转接触器的主触头的一端，主触头的一端依次分别接行走电机、定位电机，其中反转接触器接线需正、负极交叉接。电磁铁线圈经行走电机正转、反转接触器的辅助触头串联接入动力蓄电池的正、负极。操作盒控制电路接线是：电源按钮的一端接动力蓄电池的正极，另一端作为控制正极。行走电机正转、反转接触器，定位电机正转、反转接触器的线圈，分别串联常开按钮连接于控制正极和动力蓄电池负极之间；机器人控制器串联常开按钮连接于控制正极和动力蓄电池负极之间。电源指示灯连接控制正极和动力蓄电池的负极；行走电机正转、反转指示灯，定位电机正转、定位电机反转指示灯，分别并联在行走电机正转、反转，定位电机正转、反转接触器线圈的两端；电磁铁指示灯并联在电磁铁线圈两端；机器人控制器指示灯并联在机器人控制器的两端。因行走电机正转、反转，定位电机正转、反转都是单步操作，控制电路上不设置互锁电路。

根据管内机器人完成的生产作业的需要，在PC微型计算机上，以离线编程方式开发便携式机器人控制软件，固化在机器人控制器内。按照便携式机器人的结构参数和生产作业工艺要求，编写程序仿真便携式机器人的运动，计算便携式机器人各个关节轴的角度运动数据。依照仿真和计算的数据，编写自动控制程序，交叉汇编自动控制程序，汇编后的自动控制程序，通过PC微型计算机的通讯接口输入到机器人控制器内进行实际调试，调试正确的自动控制程序，固化在机器人控制器内，完成便携式机器人自动控制软件的开发。便携式机器人的结构参数改变和生产作业工艺作改进后，可修改自动控制程序，经汇编、调试正确后，重新固化在机器人控制器内，完成便携式机器人控制软件的再次开发，使便携式机器人的完成生产作业柔性化。

进行生产作业时，将管内机器人放置在管道内，生产作业设备(电焊机、探伤机)放置在操作盒小车上。按电源按钮，电磁制动器得电动作，使管内机器人制动；按行走电机正转按钮，电磁制动器失电不制动，管内机器人移动到生产作业处，电磁制动器重新得电动作，使管内机器人制动；按定位电机正转按钮，定位器上的定位块伸出，定位块与管壁之间的摩擦力将管内机器人固定在管内；按机器人控制器按钮，便携式机器人在固化的软件控制下进行生产作业。生产作业完成后，便携式机器人自动停止，按定位电机反转按钮，定位器上的定位块收回，按行走电机反转按钮，电磁制动器失电不制动，管内机器人从管内退出。

在另一个实施例，不使用凸轮盘，使用锥形定位盘、定位螺母。卸下凸轮盘，在定位螺纹花键轴上安装上凸轮盘。

锥形定位盘采用钢质材料加工，内孔加工花键。

定位螺母采用铜质材料加工，外圆面加工花键。

在另一个实施例，便携式机器人安装在定位器驱动盘上，由驱动盘电机驱动，便携式机器人手腕处安装生产作业工具沿管道内表面移动，实现管道内生产作业自动化。

以上所述的仅是采用本发明原理，实现管道内生产作业自动化的优化实施例。应当指出，对于本领域的技术人员来说，  在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，以至开发出其它的机电一体化产品，也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种便携式机器人，所述的便携式机器人包括关节型手臂、腰部，其特征是还具有行走机构、固化了控制软件的机器人控制器、控制电源；机器人肩部和大臂之间由肩关节轴铰链，大臂与小臂之间由肘关节轴铰链，小臂与手部之间由腕关节轴铰链组成关节型手臂，关节型手臂安装在机器人腰部的关节轴上，控制电源安装在机器人腰部的电气盒内，机器人腰部安装在机器人行走机构的导轨里，单片机系统经两组双列二十四脚插座、插头与电缆，分别和机器人肩部、大臂、小臂、手腕机电模块电气盒内的输入接口电路输出端，输出功率驱动电路的输入端连接。

2、如权利要求1所述的便携式机器人，其特征是便携式机器人手部由手腕直流电机、手腕步进电机、减速齿轮、导向环、动环、止环、导环、滑板、箱体组成。箱体后端安装的铰链孔与手腕关节轴铰链连接，使箱体可以绕手腕关节轴转动；手腕直流电机安装在箱体的后端，手腕直流电机轴与齿轮连接，手腕步进电机的安装滑板和齿条连接，齿轮与齿条啮合，经齿条传动使手腕步进电机由箱体前端导向作微小往复运动，带动手腕步进电机作微小往复运动；手腕步进电机安装在滑板上，轴线垂直于手腕关节轴，手腕步进电机轴经减速齿轮连接动环操作动环上安装的生产工具绕步进电机轴线转动，由导向环、止环支承动环并导向。

3、如权利要求1所述的便携式机器人，其特征是便携式机器人肩部、大臂、小臂具有相同的机械和电气结构，都是机、电一体的功能化模块，由减速器箱体、步进电机、减速齿轮组、连接支承、支承柱、电气箱装配成。具体结构是：减速器箱体和减速齿轮组装配成减速器，步进电机安装在减速器箱体上，步进电机的输出轴端安装旋转手轮：光电藕合检测器的电气部分和输出功率驱动单元电路安装在电气箱内，电气箱通过定位孔套装在步进电机的机体上，通过支承柱、螺钉和减速器箱体联为一体，输出功率驱动单元电路输出与步进电机连接。连接支承安装在步进电机端的臂上，连接支承一端从内孔中分面分开，用螺栓连接，内孔加工有齿形。步进电机的输出轴齿轮与减速齿轮组的一级齿轮啮合，减速齿轮组的末级齿轮输出轴即是关节轴，关节轴的中部加工有齿形。减速齿轮组的各齿轮轴安装向心球轴承支撑，关节轴安装向心球轴承支撑。减速齿轮均采用双列齿轮、螺钉紧固的消啮合间隙机构。在末级减速齿轮轴的一端插入电气箱，轴上安装光电藕合检测器的机械盘，机械盘上加工小孔，配合光电藕合检测器的电气部分检测关节轴的转动角度。

4、如权利要求1所述的便携式机器人，其特征是便携式机器人腰部是机、电一体的功能化模块：由减速器箱体、步进电机、减速齿轮组、电气盒组成。减速器箱体和减速齿轮组装配成减速器，步进电机安装在减速器箱体上，步进电机的输出轴端安装旋转手轮，箱体后端加工安装行走直流电机的螺纹孔。光电藕合检测器的电气部分和输出功率驱动单元电路安装在电气箱内，电气箱通过支承柱、螺钉和减速器箱体联为一体，输出功率驱动单元电路输出与步进电机连接。步进电机的输出轴齿轮与减速齿轮组的一级齿轮啮合，减速齿轮组的末级齿轮输出轴即是关节轴。减速齿轮组的各齿轮轴安装向心球轴承支撑，关节轴安装向心球轴承支撑。减速齿轮均采用双列齿轮、螺钉紧固的消啮合间隙机构。在末级减速齿轮轴的一端插入电气箱，轴上安装光电藕合检测器的机械盘，机械盘上加工小孔，配合光电藕合检测器的电气部分检测关节轴的转动角度。

5、如权利要求1所述的便携式机器人，其特征是便携式机器人行走机构由行走直流电机，导轨组成；导轨由底板、导向条组成，底板为圆筒形，导向条为分段圆弧，两层结构，底层截面形状为矩形，导向条一的底层一侧面加工有齿形，另一层截面形状加工为平V形，导向条一用螺钉安装在底板上，导向条二的结构和导向条一相同，只是没有加工齿形，导向条二用螺钉安装在底板上，行走直流电机安装在机器人的腰部，电机轴端安装的齿轮与导向条一侧面的齿形啮合。

6、如权利要求1所述的便携式机器人，其特征是便携式机器人控制器由单片机系统、输入接口电路、输出功率驱动电路组成，固化了控制软件；输入信号经输入接口电路输入单片机系统，单片机系统输出的控制信号，经输出功率驱动电路直接驱动各执行元件；单片机系统和四组光电藕合检测器的输入接口电路，两组双列二十四脚插座制作在主电路板上，安装在关节型手臂的肩部内；两组直流电机，和两组开关控制，以及六组步进电机的输出功率驱动电路，分别单独制作单元模块电路板，分别安装在关节型手臂的肩部、大臂、小臂、腰部的电气盒内构成机电一体模块结构。

7、如权利要求1所述的便携式机器人，其特征是便携式机器人控制电源采用两组蓄电池分别供电，安装在机器人腰部电气盒内，两只指示灯，安装在腰部电气盒壁上，启动、停止按钮安装在腰部电气盒壁上；一组电压为6V的蓄电池供单片机系统，一组电压为12V的蓄电池供输入接口电路、输出功率驱动电路，将单片机系统和输入接口电路、输出功率驱动电路从电路上分隔开。

8、一种管内机器人，所述的管内机器人包括定位器、行走机构、操作盒小车、动力电源，其特征是安装有如权利要求1所述的便携式机器人；定位器、行走机构、便携式机器人为模块结构，可根据管道的直径选择各规格的模块部件装配；定位器由转盘电机、减速齿轮组、转盘、齿轮安装板、定位块、定位块导管、定位盘、凸轮盘、定位螺纹花键轴、滚动轴承、连接短套、定位电机组成，定位器的齿轮安装板是一个安装基体，在齿轮安装板中心轴承安装孔内装入滚动轴承，三个对称的齿轮轴装配到滚动轴承里，滚动轴承安装到同半径小圆周上加工的轴承孔里，在齿轮轴的两端经键连接安装上齿轮，三个对称的齿轮轴装配到滚动轴承里，滚动轴承安装到同半径大圆周上加工的轴承孔里，在齿轮轴的两端经键连接安装上齿轮，齿轮安装板中心安装转盘电机，转盘电机轴上安装的齿轮和同半径小圆周上安装的齿轮啮合，同半径大圆周上安装的齿轮和齿轮盘内齿啮合，定位器的定位盘是另一个安装基体，定位导管用螺栓安装在定位盘上，定位块套装弹簧后安装在定位导管内，连接短套用螺栓安装到定位盘上，推力轴承安装到连接短套的安装孔里，定位螺纹花键轴安装到推力轴承内，定位螺纹花键轴上安装凸轮盘，20个凸轮弧面与定位块接触，定位电机经键连接插入定位螺纹花键轴端的内孔键槽内，定位电机外圆周盘用螺栓与连接短套连接，定位盘与齿轮安装板采用止扣对中螺栓连接，连接时，定位螺纹花键轴另一端插入齿轮安装板上安装的滚动轴承内，用螺母锁住；行走机构由导向轮、压紧轮、行走轮、行走电机、行走减速器、电磁制动器组成，导向轮安装在定位器的前端，压紧轮安装在定位器的后端，行走轮安装在行走减速器的输出轴两端，固定在定位电机安装板的下面，电磁制动器安装定位电机的上面；动力电源安装在定位电机安装板的上面。

9、如权利要求8所述的管内机器人，其特征是管内机器人定位器齿轮安装板采用钢质材料加工，圆板中心加工安装滚动轴承的孔，同半径小圆周上加工三个对称的齿轮轴滚动轴承孔(行星结构)，同半径大圆周上加工三个对称的齿轮轴滚动轴承孔(行星结构；定位器定位螺纹花键轴采用钢质材料加工，前端加工安装推力轴承的凸肩，内孔加工键槽，紧接加工一段螺纹，一段外花键，一段安装轴承的轴和一段锁紧轴承的外螺纹；定位器凸轮盘采用钢质材料加工，形状为圆板形，外圆周对称加工成具有20个凸轮的弧面，安装在定位器定位螺纹花键轴上。

10、如权利要求8所述的管内机器人，其特征是管内机器人定位器行走机构由导向轮、压紧轮、行走轮、行走电机、行走减速器、电磁制动器组成；导向轮由轮子、轮子支架支架组成，轮子外圆为圆弧形，外包橡胶，导向轮支架分别安装在定位盘上；行走轮由轮子、轮子支架、滚动轴承、行走电机、行走减速器组成；行走减速器为蜗轮、蜗杆结构，蜗轮为双输出轴，轮子支架安装在定位电机安装板上，中心孔处内嵌滚动轴承，蜗轮的双输出轴插入滚动轴承后经键连接安装轮子，轮子外圆为圆弧形，外包橡胶，行走电机安装定位电机安装板上，电机轴与蜗杆经花键连接；压紧轮由轮子、轮子支架、光杆、弹簧、螺母组成；轮子外圆为圆弧形，外包橡胶；螺杆一端焊接在轮子支架上，光杆的另一端加工螺纹，弹簧套装在光杆上，用螺母锁住，四个压紧轮支架分别安装在定位电机上；电磁制动器由电磁铁、刹瓦、电磁铁支架组成，电磁铁装入电磁铁支架内，电磁铁支架用螺栓安装在定位电机上，刹瓦外表面粘贴刹车带用螺钉安装在电磁铁的活动衡铁上。

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