CN214368574U - 一种管道机器人的行走机构 - Google Patents

Abstract

一种管道机器人的行走机构，该行走机的构履带一端与主动轮连接，另一端与从动轮连接，主动轮与轮毂电机相连，主动轮通过轮齿与从动轮接触，轮毂电机内置于主动轮，传动装置和制动装置整合在轮毂中，轮毂电机通过螺栓安装在支撑机构上，从动轮通过传动轴安装在支撑机构上，支撑机构通过平头柳钉安装在支架上，支架通过柳钉安装在支座上，液压杆一端与支撑机构连接，另一端通过金属舵盘与舵机连接，辅助从动轮安装在支撑机构中间。采用本实用新型履带轮式结构使爬坡能力较强，动力足够，使得该类机器人具有非常好的附着性，对于泥泞或有较厚油污的管道也能够进行可靠地行进。

Description

一种管道机器人的行走机构

技术领域

本实用新型涉及机械工程技术领域，具体是一种管道机器人的行走机构，适用于机器人在管道运动。

背景技术

随着无线通信技术、先进的控制理论和计算机技术的飞速发展，智能行走机器人已成为机器人领域应用最广泛、技术性最高的机器人之一。人工智能技术的日益成熟，导致智能机器人的发展速度变快，对使用智能行走机器人的自动导航、运输和检测的需求也在不断增长。特别是在许多比较危险的导航、运输和检查工作情景下，在各种环境中难以进行人工操作，更有必要减少人员参与，提高智能行走机器人的参与度。

近些年来，国内外已研发除了THES系列管道爬行机器人和“月球车”并联机器人等管道智能行走机器人，一般来说，一个比较成熟的系统已经形成，并在实际应用中取得了预期的效果，但它主要是针对管道直径，应用条件受空间尺寸的限制，仍有一定的局限性。

由于现代城市管道建设错综复杂，相关的管道检查与探测清淤工作安全系数较低、难度系数较大。且我国国内对于管道爬行机器人的研发相对起步较晚，相关技术与机械较为落后，且管道存在自身掩埋性等特性问题，目前采用的较多维修方式为挖掘法及抽样检测维修法等，但其准确率较低、随机性较强。在信息技术的应用和发展背景下，在管道中采用轨道行走机器人代替人工管道检测、管理和维护已成为未来管道维护的主要方向。

中国专利CN204109101061U介绍了一种地下管道清淤车，可实现非人工的安全的清淤工作，但其整体结构为四方体结构，且行走模式为轮式行走，不利于在管道进行360°全方位清淤工作，且没有很强的垂直管道爬坡能力。

中国专利CN2052031103U介绍了一种地下管道清淤车的智能前进系统，地下管道中清淤车能自动循迹能适应各种地下管道情况稳定可靠，使其拐弯容易，适应各种弯管，然而这种固定结构无法适应各种管径大小的排水管道。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种管道机器人的行走机构，能够适应各种管径大小的排水管道，对于泥泞或有较厚油污的管道也能够可靠的行进。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：一种管道机器人的行走机构，组成构件包括履带、轮毂电机、支架、支座、支撑机构、主动轮、从动轮、辅助从动轮、传动轴、液压杆、金属舵盘以及舵机，组成构件的具体结构和连接关系为：

所述履带一端与主动轮连接，另一端与从动轮连接，主动轮通过螺钉与轮毂电机相连，轮毂电机内置于主动轮，传动装置和制动装置整合在轮毂中，轮毂电机通过平头柳钉安装在支撑机构上，从动轮通过传动轴安装在支撑机构上，支架通过平头柳钉安装在支撑机构上，支架通过柳钉安装在支座上，液压杆一端通过平头柳钉与支撑机构连接，另一端通过金属舵盘与舵机连接，金属舵盘通过十字槽螺钉和防松螺栓与液压杆连接，辅助从动轮通过传动轴安装在支撑机构中间。

所述履带采用橡胶履带。

所述舵机由电动机、传动部件和离合器组成，能够进行1100度变化角度控制方向。

所述舵机带有减速齿轮组，舵机带动液压杆转动一定的角度，实现二维空间的应用。

本实用新型突出在的优点在于：

1、本实用新型的管道机器人的行走机构每处的三个各间隔120°的履带轮可贴合管道形状，顶住管壁进行行走。本清淤机器人的履带轮式结构使爬坡能力较强，动力足够，在清淤状态下，通过履带卡住管壁，进而更好地克服反作用力；在行走状态时，履带式移动载体具有牵引力大、支撑面积大和触地压小的优势，能在管道中完成直线和各种曲线移动，另外，履带的结构使得该类机器人具有非常好的附着性，对于泥泞或有较厚油污的管道也能够进行可靠地行进。

2、通过机器人主体和履带轮之间的伸缩杆来适应不同管径的管道，当管径变大时，连接的伸缩液压杆伸长，使履带轮顶住管壁行走。

3、轨道结构采用橡胶轨道，具有体积小、重量轻的特点，可增加负重，携带更多设备；攀爬能力强，动力充足，管壁在清淤状态下可通过轨道，以更好地克服反应力；履带式移动载波具有牵引力大、支撑面积大、地面压力小等优点，可以在管道中完成直线和各种曲线运动，采取绕组运动、伸缩运动、横向运动、直线运动、冲刺、推进运动和跳跃、攀岩等运动，可以在草地上、在沙地上、树上、水中、废墟中的崎岖和岩石峭壁中；履带的结构使得该类机器人具有非常好的附着性，对于泥泞或有较厚油污的管道也能够进行可靠的行进。

4、轮毂电机具有较大的驱动力，适用于重载，直接驱动履带运动，从而驱动整体结构的向前、向后和转弯。驱动橡胶履带运动，通过控制轮毂电机的运动速度大小和方向，可以自由控制主动轮的速度，速度控制范围广，速度控制方法多种多样。

5、伸缩装置的液压棒具有自润滑、自冷、寿命长等特点，能克服机器人在恶劣环境下的磨损，利用机器人的一系列结构支持机器人的稳步进步。

机器人比确定空间位置和姿势所需的自由性更大，具有更大的灵活性和实用性。它可以基于障碍物的特征：通过压缩身体，避免更大、更高的障碍物，通过接近管壁来跨越更小、更低的障碍物，借助身体和障碍物时，反应力改变方向，继续移动。

伸缩结构具有缓冲效果，比较稳定。机器人可以通过在不同宽度的狭窄车道和不同直径的管道中稳定收缩液压棒进行爬行，并可以在斜坡上和墙壁根部攀爬时，分别控制一侧移动结构的高度，以向前移动。当受到约束时，可以通过控制机械结构部分的运动方向来避开移动障碍物。

附图说明

图1是本实用新型所述的管道机器人的行走机构的结构示意图。

图中标记为，橡胶履带1、公制螺钉2、轮毂电机3、平头柳钉4、支架5、柳钉6、支座7、支撑机构10、辅助从动轮9、从动轮13、传动轴11、液压杆12、金属舵盘14、舵机15、防松螺栓16。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述。

首先需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本实用新型所述的管道机器人的行走机构，组成构件包括履带1、螺钉2、轮毂电机3、平头柳钉4、支架5、柳钉6、支座7、主动轮8、辅助从动轮9、支撑机构10、从动轮13、传动轴11、液压杆12、金属舵盘14、舵机15、防松螺栓16以及十字槽螺钉17。具体结构和连接关系为：

橡胶履带1一端通过螺钉2与主动轮8连接，另一端与从动轮13连接，主动轮8与轮毂电机3相连，轮毂电机内置于主动轮，传动装置和制动装置整合在轮毂中，轮毂电机通过平头柳钉4安装在支撑机构10上，从动轮通过传动轴11安装在支撑机构10上，支架5通过平头柳钉安装在支撑机构10上，支架5通过柳钉6安装在支座7上，液压杆12一端通过平头柳钉与支撑机构10连接，另一端通过金属舵盘14与舵机15连接，金属舵盘14通过防松螺栓16和十字槽螺钉17与液压杆12连接，辅助从动轮9通过传动轴安装在支撑机构10中间。

工作原理及过程：

工作时，通过控制舵机15转动可以实现液压杆12拉伸从而通过支撑结构10带动支架5转动一定角度，让整体框架靠近管壁，使履带1贴合管道，在轮毂电机3的转动下，带动主动轮8转动，实现履带的运动；当行走过程中管径变小时，通过控制舵机15转动一定角度可以实现液压杆12拉伸从而通过支撑结构10带动支架5伸缩，带动转动框架靠近机器人机身，从而使得机器人的整体缩紧，可实现机器人在不同管径隧道内的行走和转弯。轮毂电机3由于内置于主动轮，将传动装置和制动装置都整合到轮毂中，使单个车轮得以独立驱动，得以实现复杂的驱动装置。结构紧凑，简单牢固体积较小，质量较轻，可以稳定驱动，通过带动履带的转动进而带动小型机器人的行走。可通过控制调节轮毂电机3的转速，调节行走速度，可使整体实现移动，转弯等运动

主动轮通过轮齿与从动轮接触带动橡胶履带运动，通过控制轮毂电机的运动速度大小和方向，可以实现机器人的前进后退和转弯。

履带1采用橡胶材料，耐磨特性优良，减少行走过程中的振动；同时，橡胶的摩擦系数大，增加了整体与管道的摩擦力，利于机构平稳行驶；通过增大受力面积来减少压强，增加了管道的粘合性和附着力，进而提高机器人的抗倾覆性和滑动稳定性。

从动轮13支撑机器人的重量。承受的履带摩擦力为阻力，其方向与主动轮车轮滚动的方向相反，分配主动轮汽车的驱动转矩,能实现基本差速功能和辅助转向功能。

液压杆12依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、传递、放大，实现机械功能的轻巧化、科学化、最大化。具有支撑作用和缓冲作用，通过控制舵机转动一定角度可以实现拉伸支撑结构10从而带动支架5伸缩，带动转动框架靠近机器人机身，从而使得机器人的整体缩紧，可实现机器人在不同管径隧道内的行走和转弯，可以达到适应不同管径的管道的效果。

轮齿配对履带上的类似的凸起部分接触，由此导致履带和主动轮以及从动轮的持续啮合运转，由于制造比较容易，跑合性好，可进行及时更换。

舵机15由电动机、传动部件和离合器组成。可以变化角度到1100度，进而控制方向，通过带动液压杆12进行转动；舵机有减速齿轮组，结构紧凑；舵机通过与液压杆相连接，带动液压杆转动一定的角度，实现二维空间的应用。

支撑机构10通过在部分框架柱之间布置支撑来提高结构承载力及侧向刚度。选用材质较轻材料，进而减少重量，减少了机器人前进的阻力；对内部履带，主动轮，从动轮有保护作用。

支架5起支撑作用的构架。固定于机器人上与铰链相连，可以在一定程度上实现机器人体积的缩小。铰链连接支架和机身，可以实现支架和整体进行相对转动。

Claims (4)

1.一种管道机器人的行走机构，组成构件包括履带、轮毂电机、支架、支座、支撑机构、主动轮、从动轮、辅助从动轮、传动轴、液压杆、金属舵盘以及舵机，其特征在于，组成构件的具体结构和连接关系为：

所述履带一端与主动轮连接，另一端与从动轮连接，主动轮通过螺钉与轮毂电机相连，轮毂电机内置于主动轮，传动装置和制动装置整合在轮毂中，轮毂电机通过平头柳钉安装在支撑机构上，从动轮通过传动轴安装在支撑机构上，支架通过平头柳钉安装在支撑机构上，支架通过柳钉安装在支座上，液压杆一端通过平头柳钉与支撑机构连接，另一端通过金属舵盘与舵机连接，金属舵盘通过十字槽螺钉和防松螺栓与液压杆连接，辅助从动轮通过传动轴安装在支撑机构中间。

2.根据权利要求1所述的管道机器人的行走机构，其特征在于，所述履带采用橡胶履带。

3.根据权利要求1所述的管道机器人的行走机构，其特征在于，所述舵机由电动机、传动部件和离合器组成，能够进行1100度变化角度控制方向。

4.根据权利要求1所述的管道机器人的行走机构，其特征在于，所述舵机带有减速齿轮组，舵机带动液压杆转动一定的角度，实现二维空间的应用。

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