CN201363508Y - 地下管道机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地下管道机器人，包括有两个行走载体单元、连接脊板和三自由度云台，所述两个行走载体单元分别固定连接在连接脊板的两端，所述三自由度云台固定安装在连接脊板上；所述行走载体单元包括有密闭的箱体、单边带翼板链条、主动轮和从动轮，所述单边带翼板链条缠绕在主动轮和从动轮上；所述箱体内设有电机，所述电机与主动轮轴连接。本实用新型通过更换相匹配的连接脊板调节径向尺寸，使其能适应不同的管道直径。另外通过增设的摆动机构，可以保证装置在行走过程中与管道内壁充分接触，提高运动的可靠性，具有自适应变径管的能力。该装置可以通过三自由度云台带动摄像头实现对管道的全方位内窥检测。

Description

地下管道机器人

技术领域

本实用新型涉及一种地下管道机器人。

背景技术

随着城市规模的不断扩大，作为市政重要设施的地下管网建设也日趋复杂，其疏通清理以及检测修复变得越来越重要。就现有技术而言，国外对地下管道的疏通主要是采用高压水射流和吸泥车相结合的办法，由于其作业成本高、价格昂贵，以及我国地下管道多为水泥管，高压冲刷会加剧其破损和老化等原因，这一技术未能在我国各级城市普及使用。目前，我国城市地下管道的清淤工作主要还是靠人工作业，普遍采用的是绞车清淤法，采用竹条穿过待疏通的管道段，竹条一端系上钢丝绳，绳上系住疏通工具的一端。在管道两端的沉淤井口分别架设一台绞车，当竹条穿过管道后，将钢丝绳系在一台绞车上，疏通工具的另一端通过钢丝绳系在另一台绞车上，然后利用绞车来回往复运动拉动钢丝绳，带动管道内的疏通工具进行清淤。该方法最大的缺点是竹条穿过管道的过程中效率很低，尤其是在沉淤井过深时，人工很难实施。此时，则需要工人下到井中，或只能将排水管道完全挖开来进行疏通清理，不仅体力繁重，效率低，恶劣的环境以及毒气、毒液将给工人身体造成很大危害，甚至发生事故。

根据实际情况，绞车清淤比较适应我国国情，只要解决了钢丝绳的穿越问题，这种方法还是比较有效的。现在一些科研机构也在开展管道机器人装置的研究，但主要针对管道的检测问题，且大都采用整体式结构，不能适应管道直径的变化，即使能够通过尺寸调整适应不同管道，其调整机构也多采用丝杠螺母及连杆等比较复杂的设计，并且不能适应一次吊放中存在变径管的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种地下管道机器人，通过自身的驱动和行走系统来代替竹条，实现沉淤井过深时人不能完成的地下管道钢丝绳穿越问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所提供的技术方案是：一种地下管道机器人，包括有两个行走载体单元、连接脊板和三自由度云台，所述两个行走载体单元分别固定连接在连接脊板的两端，所述三自由度云台固定安装在连接脊板上；所述行走载体单元包括有密闭的箱体、单边带翼板链条、主动轮和从动轮，所述单边带翼板链条缠绕在主动轮和从动轮上；所述箱体内设有电机，所述电机与主动轮轴连接。

所述单边带翼板链条侧面上设有带圆弧的连接块。

所述行走载体单元与连接脊板之间设有摆动机构，所述摆动机构的两端分别铰连在行走载体和连接脊板上。

所述三自由度云台包括有底座、电机、齿轮、圆柱销、蜗杆轴、蜗轮轴和转台，所述底座与连接脊板固定连接，所述电机固定安装在底座上，与齿轮啮合连接；所述齿轮与蜗杆轴为同轴结构，通过圆柱销连接；所述蜗杆轴与蜗轮轴啮合连接，所述蜗轮轴和转台固定连接。

本实用新型具有的优点：利用模块化设计，通过更换相匹配的连接脊板调节径向尺寸，使其能适应不同的管道直径。另外通过增设的摆动机构，可以保证装置在行走过程中与管道内壁充分接触，提高运动的可靠性，并具有自适应变径管的能力。同时，装置可以通过三自由度云台带动摄像头实现对管道的全方位内窥检测。必要时，可以携带简单的工具对管道进行初步修复。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为三自由度云台的结构示意图。

具体实施方式：

参见图1和图2，行走载体采用模块化设计，左右两个单元独立驱动，均由两个T形箱体3和4组成。电机18置于箱体内槽中，电机的运动经过由链轮10、链条11和链轮12构成的中间传动系统传递到主动轴14上从而产生牵引力，牵引力经过主动轮13、单边带翼板链条9、辅助轮2以及从动轮8构成运动闭环，并通过调节螺母5可以改变链条的张紧程度。

由于本实用新型在行进过程中是与管道内壁接触，为了保证运动的稳定性和可靠性，在链条9上安装了侧面带圆弧的连接块21，使其与管壁充分接触，同时为了增大摩擦力，在接触面上采用带凹凸纹路的橡胶面，能最大可能地提供装置前进的推进力。

地下管道的工作环境比较恶劣，多数工作都是在污水存在的条件下进行，为了避免腐蚀，本实用新型采用防锈铝材料，同时采用全密闭式设计，图中T形箱体3和4是通过异形密封圈17实现静密封，主动轮和从动轮分别通过O形圈15和7实现静密封，而主动轴则采用斯特封密封圈16实现动密封。

由于左右两行走单元采用独立驱动，为了提高在管道内运动的平稳性和可靠性，本实用新型利用连接脊板19将左右两行走单元组合成为整体，从而增大装置与管内壁的接触面积，同时可以通过连接脊板19两侧驱动速度的不同实现装置的转弯。为了能适应不同直径的地下管道，尤其是为了防止装置在管道内行走过程中发生侧倾，本产品可以通过更换与管径相匹配的连接脊板19来改变装置的径向结构尺寸，以满足直径变化的地下管道工况。

通过行走单元与连接脊板之间增加的摆动机构20，摆动机构20的两端分别铰连在行走载体和连接脊板19上，通过轴与孔之间的相对运动实现摆动。可以保证装置在工作时与管道内壁成自然贴合状态，从而降低装置的重心，并对于一次吊放中存在变径管的情况，可以达到自适应变径的目的。

为了使装置在行进过程中可以对管道实施全方位的内窥检查，本实用新型在连接脊板19上设计安装了三自由度云台，它由三个电机独立驱动，可以通过它们带动摄像头实现升降、旋转和俯仰动作。图1所示为由双列二级剪式机构所构成的升降运动部分，图中电机23带动丝杠22旋转，经螺纹将运动传递到与之配合的螺母1上，由于螺母旋转运动被限制，故其只能沿丝杠作轴向移动，再经过一系列由销轴连接的连杆24所构成的二级剪式机构，螺母的移动则演变为顶板25的升降运动。为了保证升降过程的平稳以及提高负载承受能力，将螺母1设计成轴的形式，并在其两侧对称布置一个二级剪式机构，构成双列形式。

参见图3，图中所示为三自由度云台的旋转和俯仰运动部分，底座26是和顶板25固联的，电机28的运动经过一级减速后传递给齿轮36，由于此时转速仍较高，后者通过圆柱销37将运动进一步传递给蜗杆轴29，与之啮合的蜗轮轴30是通过螺栓和转台31固联的，利用蜗轮蜗杆机构传动比大，结构紧凑的特点，电机运动演变为转台31绕竖直方向的旋转运动，且速度较低。为了对转台旋转运动进行限位和导向，在转台31外侧圆柱面上开了方槽，在其圆周方向呈120°对称布置了3个滚子40，当转台旋转时，通过方槽与滚子的相互作用，保证了运动的可靠。为了减小转台31与底座26的摩擦，在两者接触面上各开有半圆弧槽，中间置有无数钢珠27，将接触处的滑动摩擦变为了滚动摩擦。

电机33的运动经由齿轮轴35传递给齿轮34，齿轮34为半圆状，它与固定摄像头的平台做成一体，将其支撑在箱体32上，通过它绕水平轴线的往复旋转可以实现摄像头的俯仰动作。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (4)

1、一种地下管道机器人，其特征在于：包括有两个行走载体单元、连接脊板和三自由度云台，所述两个行走载体单元分别固定连接在连接脊板的两端，所述三自由度云台固定安装在连接脊板上；

所述行走载体单元包括有密闭的箱体、单边带翼板链条、主动轮和从动轮，所述单边带翼板链条缠绕在主动轮和从动轮上；所述箱体内设有电机，所述电机与主动轮轴连接。

2、根据权利要求1所述的地下管道机器人，其特征在于：所述单边带翼板链条侧面上设有带圆弧的连接块。

3、根据权利要求1所述的地下管道机器人，其特征在于：所述行走载体单元与连接脊板之间设有摆动机构，所述摆动机构的两端分别铰连在行走载体和连接脊板上。

4、根据权利要求1所述的地下管道机器人，其特征在于：所述三自由度云台包括有底座、电机、齿轮、圆柱销、蜗杆轴、蜗轮轴和转台，所述底座与连接脊板固定连接，所述电机固定安装在底座上，与齿轮啮合连接；所述齿轮与蜗杆轴为同轴结构，通过圆柱销连接；所述蜗杆轴与蜗轮轴啮合连接，所述蜗轮轴和转台固定连接。

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