CN201513672U - 模块化管道内机器人 - Google Patents

Abstract

一种模块化管道内机器人，包括载体子模块，所述载体子模块包括主体支撑管和三组小车，所述三组小车通过连接机构安装在所述主体支撑管的外壁，所述连接机构包括连板、弹簧和连接块，所述连接块固定安装在所述主体支撑管的外壁，所述弹簧的一端安装在所述连接块上，所述弹簧的另一端安装在所述小车上，所述连板的一端通过第一铰链与所述连接块连接，所述连板的另一端通过第二铰链与所述小车连接。本实用新型提供一种结构简单、使用方便、满足不同应用场合的要求的模块化管道内机器人。

Description

模块化管道内机器人

技术领域

本实用新型涉及一种管道内机器人。

背景技术

移动方式有车轮式履带式、尺蠖蠕动式等等。大部分管道内机器人还只能适应一般的直型管道，都难以完全克服如下障碍：(1)空间上任意布置的垂直、非水平管道；(2)弯道；(3)三通管；(4)变径管道。上述结构是管道系统中最常见结构，也是所有管道内机器人研究需要解决的难题。目前，用于管道内行走的机器人结构都比较复杂，控制比较困难，价格相对昂贵；且从使用功能上看，多数管道内机器人的功能单一，应用面窄且使用不方便。从文献资料的分析可知，还没有一种简单可靠的管道内机器人能较好的完全克服上述这些问题。

发明内容

为了克服已有的管道内机器人的结构复杂、功能单一、使用不方便的不足，本实用新型提供一种结构简单、使用方便、满足不同应用场合的要求的模块化管道内机器人。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种模块化管道内机器人，包括载体子模块，所述载体子模块包括主体支撑管和三组小车，所述三组小车通过连接机构安装在所述主体支撑管的外壁，所述连接机构包括连板、弹簧和连接块，所述连接块固定安装在所述主体支撑管的外壁，所述弹簧的一端安装在所述连接块上，所述弹簧的另一端安装在所述小车上，所述连板的一端通过第一铰链与所述连接块连接，所述连板的另一端通过第二铰链与所述小车连接。

作为优选的一种方案：所述模块化管道内机器人还包括引导功能模块，所述引导功能模块包括基架，电机与电机支架固定，电机支架与基架固定，旋转轴与电机的输出轴联接，旋转轴安装在基架上，蜗杆电机与基架固定，蜗杆与蜗杆电机的输出轴联接，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮与引导臂的一端固定，引导轮安装在引导臂的另一端；所述基架与所述主体支撑管固定连接。

再进一步，所述主体支撑管上安装双万向节，所述双万向节与功能子模块连接，所述功能子模块为动力载体模块、疏通功能模块或者清洁功能模块。

本实用新型的技术构思为：采用动力载体模块、引导功能模块和功用载体模块等多种不同功能模块的组合，较好的解决了弯道、非水平管道和三通复杂管道内通行问题，同时满足了不同应用场合的使用要求。其特征在于：

本发明所述的模块化管道内机器人的载体子模块是模块化管道内机器人所有模块的共有模块，作为子模块与其它的功能相互组合，可形成不同功能的模块，如动力载体模块、清洁载体模块、探测模块等。载体子模块作为管道内机器人不同功能模块的载体，主要由三组小车、连板、连接块、弹簧和一个主体支撑管等零件组成。连板、连接块和弹簧构成支架，通过支架将小车固定在主体支撑管的外圆周上，三组互成120°，载体子模块与驱动子模块组合，可以实现在非水平、垂直的管道内通行。连板结构约束了小车左右方向上的自由度，保证了小车与连接块之间的径向位置不变，实现了小车在管道内的直线行走功能。连板采用铰链连接允许小车做一定范围的前后倾斜，这样提高了支架的过弯灵活性，对机器人越过小障碍等有很大的作用。连板铰链连接及弹簧内支撑，可以适应一定范围内管道内径的变化。

引导功能模块由基架、旋转电机、旋转电机支架、旋转轴、旋转基架、蜗杆电机、蜗杆、蜗轮、引导臂和引导轮组成。基架与动力载体模块相对固定，旋转电机与旋转电机支架固定，旋转电机支架与基架固定，旋转轴与旋转电机固定，旋转基架与旋转轴固定，蜗杆电机与旋转基架固定。蜗杆与蜗杆电机固定，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮与引导臂固定，引导轮在引导臂的一端。三通引导功能模块由旋转电机控制引导臂的方向，蜗杆电机控制引导臂的摆动，引导动力载体模块进入的管道三通的支管。

功用载体模块，是在通用的载体子模块上加装按实际使用环境而设计的满足管道内机器人使用要求的功能子模块。这些功能子模块类似于动力载体模块，如监控功能载体模块、疏通功能载体模块、控制功能模块和清洁功能载体模块等。多种不同类型功能的功用载体模块有机的组合，可以满足各种不同场合的需要，组成不同功用的模块化管道内机器人。

载体模块联接装置是联接各种不同载体模块的机构，由双万向节、主体支撑管管盖、轴承、卡簧组成。主体支撑管管盖可以和主体支撑管组合或拆分，轴承与主体支撑管管盖固定，万向节与主体支撑管管盖可以组合和拆分，万向节由紧定螺钉连接。该结构能满足机器人整体过弯道、三通等功能要求。

本实用新型的有益效果主要表现在：结构简单、使用方便、满足不同应用场合的要求。

附图说明

图1是本发明的模块化管道内机器人总装图；

图2是载体子模块结构图；

图3是图2的侧视图；

图4是三通引导功能模块结构图；

图5是载体模块联接装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1～图5，一种模块化管道内机器人，包括载体子模块，所述载体子模块包括主体支撑管3和三组小车1，所述三组小车1通过连接机构安装在所述主体支撑管3的外壁，所述连接机构包括连板2、弹簧5和连接块4，所述连接块4固定安装在所述主体支撑管3的外壁，所述弹簧5的一端安装在所述连接块4上，所述弹簧5的另一端安装在所述小车1上，所述连板2的一端通过第一铰链与所述连接块4连接，所述连板2的另一端通过第二铰链与所述小车1连接。

所述模块化管道内机器人还包括引导功能模块，所述引导功能模块包括基架9，旋转电机6与电机支架10固定，电机支架10与基架9固定，旋转轴14与旋转电机15的输出轴联接，旋转轴14安装在旋转支架13上，蜗杆电机8与基架9固定，蜗杆7与蜗杆电机8的输出轴联接，蜗杆7与蜗轮12啮合，蜗轮12与引导臂6的一端固定，引导轮11安装在引导臂6的另一端；所述基架9与所述主体支撑管8固定连接。

所述主体支撑管3上安装双万向节16，所述双万向节2与功能子模块连接，所述功能子模块为动力载体模块、疏通功能模块或者清洁功能模块。

载体子模块的结构和工作原理：

(1)弹簧内支撑，实现在非水平管道内行进。

在图2载体子模块中的弹簧5的作用下，可以保证小车1的轮子对管道内壁保持一定压力，通过选用合适的弹簧，可以保证机器人在非水平的管道内爬行。此外实践表明，采用3组小车沿管道内均布，机器人行走稳定性能最佳。

(2)连板及其铰链连接，保证了小车行走方向和过弯灵活性。

如图2和图3所示，载体子模块中连板2结构约束了小车1左右方向上的自由度，保证了小车1与连接块4之间的径向位置不变，实现了小车1在管道内的直线行走功能；连板2与小车1和连接块4采用铰链连接，允许小车1做一定范围的前后倾斜，这样提高了载体子模块的过弯灵活性。

(3)连板2铰链连接及弹簧5的内支撑，可以适应一定范围内变内径的管道内行进。

在图2载体子模块中，连板2与小车1和连接块4采用铰链连接，可以摆动，在弹簧5的共同作用下，小车和连接块之间的径向距离可在一定的范围内变化，可以适应一定范围内的管道内径变化要求。

三通引导功能模块的结构和工作原理：三通引导功能模块结构如图4所示，基架4与载体子模块固定，旋转电机15与电机支架10固定，电机支架10与基架9固定，旋转轴14与旋转电机15的输出轴联接，旋转轴14安装在旋转支架13上，蜗杆电机8与基架9固定，蜗杆7与蜗杆电机8的输出轴联接，蜗杆7与蜗轮12啮合，蜗轮12与引导臂6的一端固定，引导轮11安装在引导臂6的另一端。三通引导功能模块由旋转电机10控制引导臂6的方向，蜗杆电机8控制引导臂6的摆动，通过顶和压，使载体子模块转向，从而帮助机器人进入的三通的支管。

三通引导功能模块的工作过程：一个装有三通引导功能模块的载体子模块将从直管道A进入B管道，当即将到达三通部位时，三通引导功能模块由旋转电机10控制调整引导臂6的方向，同时将引导臂6略转向B管道的方向。当动力载体模块的一部分到达B管口时，由于弹簧的作用，模块会向B管道倾斜。同时让引导轮11顶住B管道壁的一侧。模块前进的同时，引导臂6顺时针旋转顶压B管道，由于B管对引导轮11的反作用力对整个模块所产生逆时针的扭矩比管道壁对所有轮子产生的摩擦力对整个模块产生的顺时针的扭矩要大，所以载体子模块在引导臂6的顶压的过程中逐渐转入B管道，使图中左侧的轮子进入B管道。当载体子模块的大部分进入B管道时，引导臂6调整为初始状态，小车的车轮进入B管道。

载体子模块联结装置的结构和工作原理：载体子模块联接装置是联接各种不同载体模块的机构，该装置的结构如图5所示，主体支撑管管盖17、双向万向节16、万向节接头块18、万向接头19和滚动轴承20组成。主体支撑管管盖17可以和主体支撑管组合或拆分，滚动轴承20与主体支撑管管盖17固定，万向节16与主体支撑管管盖17可以组合和拆分，双向万向节16由销钉、万向节接头块18和万向接头19连接，万向接头19一头与轴承固定，形成双万向节联接。采用双万向节联接，能满足机器人整体过弯道、三通等功能要求。此外，在整个联接装置中间全部打孔留出导线通道。

本发明可在通用的载体子模块上加装按实际使用环境而设计的满足管道内机器人使用要求的功能子模块，如图1所示。

这些功能子模块类似于动力载体模块，如疏通功能载体模块、清洁功能载体模块和控制功能模块等。多种不同类型功能的功用载体模块有机的组合，可以满足各种不同场合的需要，组成不同功用的模块化管道内机器人。

本发明的标准化和系列化设计：广泛采用了标准化和系列化设计，具体包括以下主要几个方面：

(1)所有模块的主体支撑管外径和管盖内径的基本尺寸一致，并且功能模块和主体支撑管的配合标准化。

(2)万向节通过和主体支撑管管盖中轴承进行装配，轴承内径和万向节外径的基本尺寸为一致，并采用相同的标准。

(3)所有的万向节统一通过一个立方体的零件连接万向节，采用相同的连接标准。

(4)功用载体模块与所有的其它模块拥有相同的标准接口连接方式，可以按需要任意组合或更换相应的功能载体模块。

(5)系列化设计保证管道内机器人能够适应不同标准化管道内径的要求。

本实施例采用标准接口，使模块化管道内机器人具有较好的开放性，可以根据客户的要求在产品上安装不同的功能模块，以满足多种环境下的使用要求；采用标准化接口，为新开发的不同的功能载体模块提供了便利；系列化设计能够适应不同标准化管道内径的使用要求。

Claims (3)

1.一种模块化管道内机器人，其特征在于：所述模块化管道内机器人包括载体子模块，所述载体子模块包括主体支撑管和三组小车，所述三组小车通过连接机构安装在所述主体支撑管的外壁，所述连接机构包括连板、弹簧和连接块，所述连接块固定安装在所述主体支撑管的外壁，所述弹簧的一端安装在所述连接块上，所述弹簧的另一端安装在所述小车上，所述连板的一端通过第一铰链与所述连接块连接，所述连板的另一端通过第二铰链与所述小车连接。

2.如权利要求1所述的模块化管道内机器人，其特征在于：所述模块化管道内机器人还包括引导功能模块，所述引导功能模块包括基架，电机与电机支架固定，电机支架与基架固定，旋转轴与电机的输出轴联接，旋转轴安装在基架上，蜗杆电机与基架固定，蜗杆与蜗杆电机的输出轴联接，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮与引导臂的一端固定，引导轮安装在引导臂的另一端；所述基架与所述主体支撑管固定连接。

3.如权利要求1或2所述的模块化管道内机器人，其特征在于：所述主体支撑管上安装双万向节，所述双万向节与功能子模块连接，所述功能子模块为动力载体模块、疏通功能模块或者清洁功能模块。

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