CN202598023U

CN202598023U - 可变径轮式管道机器人

Info

Publication number: CN202598023U
Application number: CN 201220013914
Authority: CN
Inventors: 李倩; 成钰龙
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2022-01-06

Abstract

一种可变径轮式管道机器人，属于管道机器人技术领域。其结构主要包括行走驱动机构、行走机构、变径驱动机构、变径机构、摄像头。行走驱动电机通过行走传动机构与行走机构连接，变径驱动电机通过变径传动机构与变径机构连接。行走传动机构采用蜗轮蜗杆，具有良好的自锁功能；变径机构采用通过单连杆连接的丝杠螺母和四连杆调节机构，具有自适应能力强、变径范围大的优点；摄像头用于对管内状况进行观测。根据摄像头提供的管内情况，使行走机构和变径机构相互配合，从而实现本实用新型的在直径变化的复杂管道内顺利运行。

Description

可变径轮式管道机器人

技术领域

本实用新型涉及一种管道机器人，特别是一种可变径轮式管道机器人，主要用于机器人在直径变化的复杂管道内顺利运行，对管道进行检测。

背景技术

目前，随着交通、能源、石油、化工以及城市建设的高速发展，管道的应用也越来越广泛，管道机器人应运而生。已研制出的管道机器人包括压电冲击式、蠕动式、足式、轮式等。压电冲击式管道机器人具有体积小、能量效率高、响应速度快和分辨率高等优点，但牵引力太小。蠕动式管道机器人可很好适应管径及曲率的变化，但结构复杂，且移动速度缓慢，难以满足工程中的需要。足式管道机器人具有最大的自由度，通过性最好，但控制复杂、鲁棒性不好且耗能太大。轮式管道机器人速度快，运动平稳、负载能力强，被广泛应用于管道机器人中。但当遇到直径变化的管道时，其固定式的结构就不能很好的适应了。现有管道机器人的变径方法有弹簧预紧变径、蜗杆预紧变径和升降机预紧变径等。弹簧预紧变径在小范围内具有自适应能力，但随着弹簧尺寸变化预紧力也发生变化。蜗杆预紧变径方可以实现较大范围变径，但所需驱动力较大，一般较少使用。升降机预紧变径机构在轴向和径向结构比较紧凑，使机器人的空间尺寸大大缩小，但当管道直径较大时所需的推动力较大，对机构的强度的要求较高。所以对于可变径管道机器人，尤其是可变径轮式管道机器人，缺少较好的执行方案。

实用新型内容

本实用新型为了克服管道机器人的以上缺点，提出并设计了一种由多电机驱动的可变径轮式管道机器人，该设计实现了管道机器人的大范围变径。

本实用新型采用的技术方案是：包括行走部分、变径部分和摄像头。行走部分由行走轮、驱动电机、传动机构组成，行走轮分驱动轮和随动轮两种，驱动电机通过传动机构与驱动轮相连；变径部分由驱动电机、传动机构、通过单连杆连接的丝杠螺母和四连杆机构组成，驱动电机通过传动机构与丝杠螺母相连，对平行四边形四连杆机构进行调节，从而改变机器人直径；摄像头安装在机器人的头部。

所述的行走部分的行走轮共有三排，沿圆周均布于机器人壳体外部，驱动电机共三个，分别布置在三个行走架上，驱动三排行走轮。每个行走架上安装三个行走轮，其中中间的是驱动轮，两侧的是从动轮，三个轮在一条直线上。行走部分的传动机构为蜗轮蜗杆，分三组分别安装在管道机器人的三个行走架上，驱动轮由电机通过蜗轮蜗杆驱动。所述变径部分包括驱动电机、一级传动齿轮、丝杠螺母、平行四边形四连杆机构及连杆。驱动电机和一级传动齿轮封装在机器人壳体内，变径部分的减速器为圆柱直齿轮减速器，变径机构采用通过单连杆连接的丝杠螺母和四连杆。驱动电机通过齿轮传动机构和丝杠螺母传动机构相连，再通过丝杠螺母同时与三个平行四边形四连杆机构相连。三个平行四边形四连杆机构分别与三个行走架相连，从而实现三排行走轮同时改变直径。

本实用新型采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：

1、本实用新型的可变径管道机器人，驱动轮部分采用独立电机驱动，使各驱动轮相互独立，互不影响，从而增加了机器人行走的灵活性。与单电机驱动的管道机器人相比，增加了其弯管通过性。另外，驱动轮通过蜗轮蜗杆驱动，有良好的自锁功能，增加了机器人行走稳定性。

2、本实用新型从变径结构来看，采用了通过单连杆连接的丝杠螺母和四连杆调节机构，对管道变形的自适应能力较同类产品相比，有了很大的提高，机器人适应管道内径尺寸变化率的范围达30％，可以良好适应不同直径的管道，当然也可以良好地适应管道因制造误差、受载变形等原因所引起的内壁形状和尺寸变化。

3、本实用新型从总体结构来看，采用轴对称的结构设计，使机器人具有稳固的结构和良好的稳定性。这样的对称结构有助于机器人各轮腿在行走过程中都与管道内壁接触，通过更换不同材料的车轮，可以实现机器人在不同倾角的管道甚至是竖直管道内行走。

附图说明

图1是可变径管道机器人轴向结构图。

图2是图1的A-A截面图。

图3是图2的B-B截面图。

图4是可变径管道机器人变径机构示意图。

图中1、管道，2、9、从动轮，3、行走架，4、5、蜗轮蜗杆，6、驱动轮，7、23、联轴器，8、22、驱动电机，10、平行四边形四连杆机构，11、壳体，12、摄像头，13、丝杠保护套，14、连杆，15、丝杠挡环，16、丝杠，17、螺母，18、19、连杆底座，20、25、直齿轮，21、预留电控部分，24、齿轮轴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：

如图1、2、3所示，本实用新型所述的可变径轮式管道机器人由行走机构和变径机构组成。

所述行走机构主要由驱动轮(6)、从动轮(2)和(9)、驱动电机(8)、联轴器(7)与固定在行走架(3)上的蜗轮(5)、蜗杆(4)相互连接而成。

所述变径机构主要由平行四边形四连杆机构(10)通过连杆(14)及连杆底座(18)、(19)与丝杠(16)、螺母(17)相连而成，并由驱动电机(22)、联轴器(23)、直齿轮组(20)、(24)、(25)相互连接进行驱动，丝杠保护套(13)用来保护丝杠(16)、螺母(17)。

壳体(11)用于支撑外部的行走机构，并保护内部的变径驱动机构，摄像头(12)用于观察管道(1)内的状况，丝杠挡环(15)用于防止螺母(17)从丝杠(16)脱落，预留电控部分(21)可用来布置控制电路。

工作时，控制周向均布的三个驱动电机，带动机器人在管道内前进或后退。当机器人遇到弯管时，调节三个驱动电机，从而改变三排行走轮的行走速度，使之顺利通过弯管。当遇到管道直径发生变化时，可以调节壳体内的驱动电机，经过直齿轮组带动丝杠转动，从而带动在圆周方向相对固定的螺母来回移动，连杆随之摆动，驱使平行四边形四连杆机构绕壳体上的固定铰支座转动，从而调节三排行走轮同时伸缩，改变机器人直径以适应不同的管径。当机器人遇到竖直管道时，可以通过更换摩擦力更大的行走轮胎，并调节变径机构使行走轮始终紧撑紧在管道内壁，靠电机提供足够的牵引力实现直上直下。若机器人在管内行走过程中，其中某个车轮因遇障碍物而被卡死，可调节变径驱动电机，使平行四边形四连杆机构收缩，车轮与管壁间的间距增大，越过障碍物后，调节电机使平行四边形四连杆机构回到越障前的状态，机器人恢复正常工作。

Claims

1.一种可变径轮式管道机器人包括行走部分、变径部分和摄像头，其特征是：行走部分由行走轮、驱动电机、传动机构组成，行走轮分驱动轮和随动轮两种，驱动电机通过传动机构与驱动轮相连；变径部分由驱动电机、传动机构、通过单连杆连接的丝杠螺母和四连杆机构组成，驱动电机通过传动机构与丝杠螺母相连，对平行四边形机构进行调节，从而改变机器人直径；摄像头安装在机器人的头部。

2.按照权利要求1所述的可变径轮式管道机器人，其特征是：行走部分的行走轮共有三排，沿圆周均布于机器人壳体外部，驱动电机共三个，分别布置在三个行走架上，驱动三排行走轮。

3.按照权利要求1所述的可变径轮式管道机器人，其特征是：变径部分的驱动电机通过齿轮传动机构和丝杠螺母传动机构相连，再通过丝杠螺母同时与三个平行四边形机构相连。

4.按照权利要求1或2所述的可变径轮式管道机器人，其特征是：行走部分的传动机构为蜗轮蜗杆，分三组分别安装在管道机器人的三个行走架上。

5.按照权利要求1或3所述的可变径轮式管道机器人，其特征是：变径部分的减速器为圆柱直齿轮减速器，变径机构采用通过单连杆连接的丝杠螺母和四连杆。