CN205278673U - 锥齿轮直驱式管道检测机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了锥齿轮直驱式管道检测机器人。现有管道机器人各有缺点。本实用新型包括驱动系统、前置红外摄像头、周转电机、倾角传感器、后置红外摄像头、周转系统和驱动电机；驱动系统包括驱动轮腿机构和驱动分动装置；驱动电机带动驱动分动装置；驱动分动装置同步驱动三个驱动轮腿机构；周转系统包括周转轮腿机构和周转分动装置；周转电机驱动周转分动装置；周转分动装置同步驱动三个周转轮腿机构；驱动轮腿机构上固定的同步带轮与周转轮腿机构上固定的同步带轮通过同步带连接。本实用新型的轮腿绕自身周转采用锥齿轮直驱式驱动，不仅实现轮腿周转的连续变化，还可实现机器人在管道内螺旋式前进，能够高效、灵活地避开凹坑、碎石等障碍。
Description
技术领域
本实用新型属于机器人技术领域，涉及一种管道机器人，具体涉及一种锥齿轮直驱式管道检测机器人。
背景技术
日常生活中管道应用非常广泛，在长期使用过程中，难免出现裂纹、泄漏等现象，使得管道使用寿命变短，造成资源浪费，为了避免诸类问题，使管道的寿命变长，利用率变高，就必须检测管道裂纹、泄漏等问题，而采用管道机器人能够高效地检测诸如此类的问题。
现有的管道机器人在管道内驱动方式多样，大致可分为蠕动式、脚式、轮式和履带式等几种，蠕动式管道机器人通过模拟蚯蚓等尺蠖类动物自身的伸缩运动实现在管道内移动，但其缺点是在管道内移动速度过慢，波动大，且避障能力差；脚式管道机器人是通过多足行走方式在管道内行走，但机器人结构复杂，研究成本和制造成本高；轮式管道机器人运动稳定性好，一般有变径机构，一定范围内适应不同管径，但其变径机构采用平行四边形结构，使得前后轮子伸缩量相同，易造成轮空，不利于在管道内平衡；履带式管道机器人依靠履带在管道内运动，具有优越的越障能力，但驱动机构复杂，机械结构尺寸较大，自身重量重，在管道内不易调整姿态。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种锥齿轮直驱式管道检测机器人。
本实用新型包括驱动系统、支撑框架、盖板、前置红外摄像头、红外摄像头支架、周转电机、倾角传感器、后置红外摄像头、连杆、周转系统、同步带和驱动电机；所述的驱动系统和周转系统分别支撑在前、后支撑框架上；两个支撑框架通过多根连杆固定连接；两个支撑框架外端均固定盖板；后面支撑框架的侧壁上设置倾角传感器；两个红外摄像头支架固定在两个盖板上；所述的前置红外摄像头和后置红外摄像头分别固定在前、后红外摄像头支架上；所述的驱动电机和周转电机分别固定在前、后支撑框架的内侧板上，驱动电机和周转电机的输出轴中心均与支撑框架的中心轴重合；所述的驱动系统包括驱动轮腿机构和驱动分动装置；驱动电机带动驱动分动装置；驱动分动装置设置在前面的支撑框架上，并同步驱动三个驱动轮腿机构；三个驱动轮腿机构沿前面的支撑框架周向均布设置；所述的周转系统包括周转轮腿机构和周转分动装置；三个周转轮腿机构沿后面的支撑框架周向均布设置；驱动轮腿机构上固定的同步带轮与周转轮腿机构上固定的同步带轮通过同步带连接。
所述的周转分动装置设置在后面的支撑框架上；所述的周转分动装置包括周转驱动轴、周转主动锥齿轮和周转从动锥齿轮；所述的周转主动锥齿轮固定在周转电机的输出轴上；三根周转驱动轴的一端分别与对应周转轮腿机构中的周转筒底部固定，且均通过轴承支撑在后面的支撑框架上；所述周转驱动轴的另一端通过键固定一个周转从动锥齿轮；三个周转从动锥齿轮均与周转主动锥齿轮啮合。
所述的周转轮腿机构包括行走轮轴、行走轮、浮动支架、周转筒、伸缩弹簧和周转筒支承件；周转筒通过周转筒支承件支撑在后面的支撑框架侧壁上，并固定同步带轮；浮动支架与周转筒上内部形成滑动副；伸缩弹簧连接浮动支架与周转筒；行走轮轴通过轴承支承在浮动支架上；两个行走轮对称固定在行走轮轴两端。
所述的周转电机和驱动电机均通过电缆与控制器相连，控制器通过电缆与计算机相连，计算机通过控制器控制周转电机和驱动电机的运行；前置红外摄像头和后置红外摄像头均通过光缆与图像处理器相连，图像处理器通过光缆与计算机相连，前置红外摄像头和后置红外摄像头传来的图像经图像处理器处理后传回计算机；倾角传感器通过电缆直接与计算机相连。
所述的驱动分动装置包括驱动分动轴、驱动从动锥齿轮和驱动主动锥齿轮；所述的驱动主动锥齿轮与驱动电机的输出轴通过键连接；三根驱动分动轴的一端分别与对应驱动轮腿机构中的副驱动轴通过花键连接，且均通过轴承支撑在前面的支撑框架上；驱动分动轴的另一端通过键固定一个驱动从动锥齿轮；三个驱动从动锥齿轮均与驱动主动锥齿轮啮合。
所述的驱动轮腿机构包括行走轮、行走轮轴、浮动支架、伸缩弹簧、周转筒、周转筒支承件、副驱动轴、行走轮从动锥齿轮和行走轮主动锥齿轮；该周转筒通过周转筒支承件支承在前面的支撑框架侧壁上，并固定有同步带轮；浮动支架与该周转筒的内部形成滑动副；伸缩弹簧连接浮动支架与周转筒；副驱动轴和行走轮轴均通过轴承支承在浮动支架上；行走轮主动锥齿轮固定在副驱动轴上；行走轮从动锥齿轮固定在行走轮轴上，并与行走轮主动锥齿轮啮合；两个行走轮对称固定在行走轮轴两端。
本实用新型具有的有益效果是：
本实用新型适合不同管道的工作环境，减去了多余的重量，结构简单轻便；摄像头采用红外摄像头，在光线较暗处成像效果好，适合管道内的环境；而且本本实用新型前后各装置一个摄像头，往返过程中均能探测管道内部的环境；本实用新型有一倾角传感器，能测量其围绕自身轴线周向转动时所转的角度，实现精准调控机器人在管道中的姿态；本实用新型的轮腿绕自身周转采用锥齿轮直驱式驱动，不仅实现轮腿周转的连续变化，还可实现机器人在管道内螺旋式前进，能够高效、灵活地避开凹坑、碎石等障碍。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构立体图；
图2为本实用新型中驱动系统的结构示意图；
图3为本实用新型中周转系统的结构示意图；
图4为本实用新型中支撑框架及连杆的结构示意图；
图5为本实用新型中驱动轮腿机构的示意图；
图6为本实用新型中周转轮腿机构的示意图；
图7为本实用新型与计算机之间的信息传递示意图；
图8为本实用新型的工作流程示意图。
图中：1、驱动系统，2、支撑框架，3、盖板，4、前置红外摄像头，5、红外摄像头支架，6、周转电机，7、倾角传感器，8、后置红外摄像头，9、连杆，10、周转系统，11、同步带，12、驱动电机，13、控制器，14、图像处理器，1-a、驱动轮腿机构，1-b、驱动分动装置，1-1、行走轮轴，1-2、行走轮，1-3、副驱动轴，1-4、浮动支架，1-5、周转筒，1-6、伸缩弹簧，1-7、周转筒支承件，1-8、同步带轮，1-9、驱动分动轴，1-10、行走轮主动锥齿轮，1-11、行走轮从动锥齿轮，1-12、周转驱动轴，1-13、驱动从动锥齿轮，1-14、驱动主动锥齿轮，1-15、周转从动锥齿轮，1-16、周转主动锥齿轮，2-1、内侧板，2-2、侧壁，10-a、周转轮腿机构，10-b、周转分动装置。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1、图2、图3和图4所示，锥齿轮直驱式管道检测机器人，包括驱动系统1、支撑框架2、盖板3、前置红外摄像头4、红外摄像头支架5、周转电机6、倾角传感器7、后置红外摄像头8、连杆9、周转系统10、同步带11和驱动电机12；驱动系统1和周转系统10分别支撑在前、后支撑框架2上；两个支撑框架2通过三根连杆9固定连接；两个支撑框架2外端均固定盖板3；后面支撑框架2的侧壁2-2上设置倾角传感器7；两个红外摄像头支架5固定在两个盖板3上；前置红外摄像头4和后置红外摄像头8分别固定在前、后红外摄像头支架5上；驱动电机12和周转电机6分别固定在前、后支撑框架2的内侧板2-1上，驱动电机12和周转电机6的输出轴中心均与支撑框架2的中心轴重合；驱动系统包括驱动轮腿机构1-a和驱动分动装置1-b；驱动电机12带动驱动分动装置1-b；驱动分动装置1-b设置在前面的支撑框架2上，并同步驱动三个驱动轮腿机构1-a；三个驱动轮腿机构1-a沿前面的支撑框架2周向均布设置；周转系统10包括周转轮腿机构10-a和周转分动装置10-b；三个周转轮腿机构10-a沿后面的支撑框架2周向均布设置；驱动轮腿机构1-a上固定的同步带轮1-8与周转轮腿机构10-a上固定的同步带轮1-8通过同步带11连接。
如图3所示，周转分动装置10-b设置在后面的支撑框架2上；周转分动装置包括周转驱动轴1-12、周转主动锥齿轮1-16和周转从动锥齿轮1-15；周转主动锥齿轮1-16固定在周转电机6的输出轴上；三根周转驱动轴1-12的一端分别与对应周转轮腿机构10-a中的周转筒1-5底部固定，且均通过轴承支撑在后面的支撑框架上；周转驱动轴1-12的另一端通过键固定一个周转从动锥齿轮1-15；三个周转从动锥齿轮1-15均与周转主动锥齿轮1-16啮合。
如图6所示，周转轮腿机构10-a包括行走轮轴1-1、行走轮1-2、浮动支架1-4、周转筒1-5、伸缩弹簧1-6和周转筒支承件1-7；周转筒1-5通过周转筒支承件1-7支撑在后面的支撑框架2侧壁上，并固定同步带轮；浮动支架1-4与周转筒1-5上内部形成滑动副；伸缩弹簧1-6连接浮动支架1-4与周转筒1-5；行走轮轴1-1通过轴承支承在浮动支架1-4上；两个行走轮1-2对称固定在行走轮轴1-1两端。
如图7所示，周转电机6和驱动电机12均通过电缆与控制器13相连，控制器通过电缆与计算机相连，计算机通过控制器13控制周转电机6和驱动电机12的运行；前置红外摄像头4和后置红外摄像头8均通过光缆与图像处理器相连，图像处理器14通过光缆与计算机相连，前置红外摄像头4和后置红外摄像头8传来的图像经图像处理器处理后传回计算机；倾角传感器7通过电缆直接与计算机相连，通过计算机中的数据处理软件分析机器人所转的角度。
如图2所示，驱动分动装置包括驱动分动轴1-9、驱动从动锥齿轮1-13和驱动主动锥齿轮1-14；驱动主动锥齿轮1-14与驱动电机12的输出轴通过键连接；三根驱动分动轴1-9的一端分别与对应驱动轮腿机构1-a中的副驱动轴1-3通过花键连接，且均通过轴承支撑在前面的支撑框架2上；驱动分动轴1-9的另一端通过键固定一个驱动从动锥齿轮1-13；三个驱动从动锥齿轮1-13均与驱动主动锥齿轮1-14啮合。
如图5所示，驱动轮腿机构1-a包括行走轮1-2、行走轮轴1-1、浮动支架1-4、伸缩弹簧1-6、周转筒1-5、周转筒支承件1-7、副驱动轴1-3、行走轮从动锥齿轮1-11和行走轮主动锥齿轮1-10；该周转筒1-5通过周转筒支承件1-7支承在前面的支撑框架2侧壁上，并固定有同步带轮1-8；浮动支架1-4与该周转筒1-5的内部形成滑动副；伸缩弹簧1-6连接浮动支架1-4与周转筒1-5；副驱动轴1-3和行走轮轴1-1均通过轴承支承在浮动支架1-4上；行走轮主动锥齿轮1-10固定在副驱动轴1-3上；行走轮从动锥齿轮1-11固定在行走轮轴1-1上，并与行走轮主动锥齿轮1-10啮合；两个行走轮1-2对称固定在行走轮轴1-1两端。
该锥齿轮直驱式管道检测机器人的工作原理，如图8所示：
机器人位于管道内工作时，图像处理器通过处理由前置红外摄像头4和后置红外摄像头8采集来的图像，将其传输到计算机，计算机通过处理后的图像来判断前方是否有障碍，当前方没有障碍时，计算机通过控制器控制前端的驱动电机12开启，此时周转电机6关闭；驱动电机12的动力经驱动主动锥齿轮1-14传给三个驱动从动锥齿轮1-13和三根驱动分动轴1-9；每根驱动分动轴1-9传输动力给驱动轮腿机构1-a的一个副驱动轴1-3；副驱动轴1-3带动行走轮主动锥齿轮1-10转动，行走轮主动锥齿轮1-10与行走轮从动锥齿轮1-11啮合，行走轮从动锥齿轮1-11随即转动带动行走轮轴1-1转动，从而带动两个行走轮1-2转动，使得机器人在管道内直行；当计算机分析前方有障碍时，此刻计算机通过倾角传感器7、前置红外摄像头4和后置红外摄像头8的侦测分析出该锥齿轮直驱式管道检测机器人避免碰到障碍物时应绕自身中心轴旋转的角度及机器人离障碍物的距离；随后，计算机通过控制器控制周转电机6开启，周转电机6的动力经周转主动锥齿轮1-16传给三个周转从动锥齿轮1-15和三根周转驱动轴1-12；每根周转驱动轴1-12传输动力给周转轮腿机构10-a中的周转筒1-5，使得周转筒1-5发生转动，周转筒1-5转动带动浮动支架1-4转动，从而带动行走轮1-2方位转动相应角度，同时周转筒1-5转动带动与其固结的同步带轮1-8转动，同步带11带动驱动轮腿机构1-a上的同步带轮1-8转动，从而带动驱动轮腿机构1-a上的周转筒1-5转动，浮动支架1-4上的行走轮1-2方位转动相应角度，即整个机器人的行走轮1-2的方位同时同向转动相应角度，使得机器人在管道内做螺旋运动，避开障碍；避开障碍之后计算机通过控制器控制周转电机6复位，使得车轮复位，复位后关闭周转电机6，机器人在管道内继续前行。
Claims (3)
1.锥齿轮直驱式管道检测机器人，包括驱动系统、支撑框架、盖板、前置红外摄像头、红外摄像头支架、周转电机、倾角传感器、后置红外摄像头、连杆、周转系统、同步带和驱动电机，其特征在于：所述的驱动系统和周转系统分别支撑在前、后支撑框架上；两个支撑框架通过多根连杆固定连接；两个支撑框架外端均固定盖板；后面支撑框架的侧壁上设置倾角传感器；两个红外摄像头支架固定在两个盖板上；所述的前置红外摄像头和后置红外摄像头分别固定在前、后红外摄像头支架上；所述的驱动电机和周转电机分别固定在前、后支撑框架的内侧板上，驱动电机和周转电机的输出轴中心均与支撑框架的中心轴重合；所述的驱动系统包括驱动轮腿机构和驱动分动装置；驱动电机带动驱动分动装置；驱动分动装置设置在前面的支撑框架上，并同步驱动三个驱动轮腿机构；三个驱动轮腿机构沿前面的支撑框架周向均布设置；所述的周转系统包括周转轮腿机构和周转分动装置；三个周转轮腿机构沿后面的支撑框架周向均布设置；驱动轮腿机构上固定的同步带轮与周转轮腿机构上固定的同步带轮通过同步带连接；
所述的周转分动装置设置在后面的支撑框架上；所述的周转分动装置包括周转驱动轴、周转主动锥齿轮和周转从动锥齿轮；所述的周转主动锥齿轮固定在周转电机的输出轴上；三根周转驱动轴的一端分别与对应周转轮腿机构中的周转筒底部固定，且均通过轴承支撑在后面的支撑框架上；所述周转驱动轴的另一端通过键固定一个周转从动锥齿轮；三个周转从动锥齿轮均与周转主动锥齿轮啮合；
所述的周转轮腿机构包括行走轮轴、行走轮、浮动支架、周转筒、伸缩弹簧和周转筒支承件；周转筒通过周转筒支承件支撑在后面的支撑框架侧壁上，并固定同步带轮；浮动支架与周转筒上内部形成滑动副；伸缩弹簧连接浮动支架与周转筒；行走轮轴通过轴承支承在浮动支架上；两个行走轮对称固定在行走轮轴两端；
所述的周转电机和驱动电机均通过电缆与控制器相连，控制器通过电缆与计算机相连，计算机通过控制器控制周转电机和驱动电机的运行；前置红外摄像头和后置红外摄像头均通过光缆与图像处理器相连，图像处理器通过光缆与计算机相连，前置红外摄像头和后置红外摄像头传来的图像经图像处理器处理后传回计算机；倾角传感器通过电缆直接与计算机相连。
2.根据权利要求1所述的锥齿轮直驱式管道检测机器人，其特征在于：所述的驱动分动装置包括驱动分动轴、驱动从动锥齿轮和驱动主动锥齿轮；所述的驱动主动锥齿轮与驱动电机的输出轴通过键连接；三根驱动分动轴的一端分别与对应驱动轮腿机构中的副驱动轴通过花键连接，且均通过轴承支撑在前面的支撑框架上；驱动分动轴的另一端通过键固定一个驱动从动锥齿轮；三个驱动从动锥齿轮均与驱动主动锥齿轮啮合。
3.根据权利要求1所述的锥齿轮直驱式管道检测机器人，其特征在于：所述的驱动轮腿机构包括行走轮、行走轮轴、浮动支架、伸缩弹簧、周转筒、周转筒支承件、副驱动轴、行走轮从动锥齿轮和行走轮主动锥齿轮；该周转筒通过周转筒支承件支承在前面的支撑框架侧壁上，并固定有同步带轮；浮动支架与该周转筒的内部形成滑动副；伸缩弹簧连接浮动支架与周转筒；副驱动轴和行走轮轴均通过轴承支承在浮动支架上；行走轮主动锥齿轮固定在副驱动轴上；行走轮从动锥齿轮固定在行走轮轴上，并与行走轮主动锥齿轮啮合；两个行走轮对称固定在行走轮轴两端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160601 Termination date: 20161231 |