[發明專利]一種主動驅動的螺旋管道機器人

有效

• 申請號: 201210481893.7
• 申請日: 2012-11-24
• 公開（公告）號: CN102979988A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 劉清友;任濤;陳永華
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: F16L55/32
• 分類號: F16L55/32
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

技術領域

本發明涉及管道中行走的機器人，特別是一種主動驅動的螺旋管道機器人。

背景技術

目前，管道機器人技術是近年來興起的一種將精密機械、機器人學、新材料、控制理論等相結合的一種新型技術。由于現代工農業生產及日常生活中使用著眾多微小的管道，如核電廠的蒸汽發生器傳熱管、冶金、石油、化工、城市水暖供應，制冷行業的工業管道和煤氣管道等，這些管道系統的工作環境非常惡劣，容易發生腐蝕、疲勞破壞或者使管道內部潛在的缺陷發展成破損而引起泄漏事故等。因此管道的監測、診斷、清理和維護就成為保障管道系統安全、暢通和高效運營的關鍵，管道的在役和在線檢測也就成了管道無損檢測技術應用、發展的重要方向之一。然而管道所處的環境或受管道尺寸所限，人不能直接到達或不能直接介入，檢修難度大。

國內外管道機器人的快速發展，使得越來越多的管道檢修工作采用管道機器人來進行。管道機器人的移動機構是其重要組成部分。日本東京工業大學研制的氣壓蠕動式爬行裝置，速度較慢，控制系統較為復雜，難以實現精確控制。另外一種為螺旋驅動式，如中國專利2007100500568，公開的一種螺旋驅動的圓管管道機器人，其直流電機軸上安裝有驅動輪架，驅動輪架的三條支臂端部分別與沿機體長度方向的驅動輪桿中部鉸接，驅動輪桿末端安裝有驅動輪，驅動輪的回轉軸線與機體軸線的夾角為3～30度，機體中部或前部安裝有導向輪架。現有螺旋移動裝置是通過驅動安裝有驅動輪的驅動架旋轉，然后由驅動架帶動安裝于驅動架邊緣的驅動輪沿著管道內壁螺旋行進，產生軸向推動力，使機器人向前直行，這種結構能量損失大，傳遞運動不可靠。機器人的行進速度受到驅動輪的回轉軸線與機體軸線的夾角取值的影響，當該夾角較小時，驅動輪運動的螺旋軌跡的螺旋角較小，驅動驅動輪旋轉的力較大，驅動輪轉速較快，機器人運行順暢，但由于螺旋軌跡的螺旋角較小前進速度較慢；隨著夾角的增大，驅動驅動輪旋轉的力逐漸變小，驅動輪轉速降低但驅動輪運動的螺旋軌跡的螺旋角增大，機器人前進速度會隨著該夾角的增大逐漸提高，但超過一定值時，由于驅動驅動輪旋轉的力減小至過小導致驅動輪轉速進一步降低，導致機器人前進速度降低，同時機器人運行穩定性降低，甚至出現無法前進的現象。因此，現有螺旋移動裝置中驅動輪的轉速會隨著驅動輪的回轉軸線與機體軸線的夾角的變化而變化，在不同工況下裝置的運行穩定性差，同時，由于驅動輪是由驅動輪架帶動運轉，因此，難以實現機器人的準確定位和微小位移調整，操控性差。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種驅動輪主動旋轉、運行穩定性強的主動驅動的管道機器人。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種主動驅動的螺旋管道機器人，它包括驅動輪架、機體、導向輪架和動力裝置，動力裝置固設于機體內，驅動輪架通過軸承安裝于機體的端部，且與機體的軸心重合，導向輪架固設于機體上，驅動輪架上設有變徑機構，驅動輪架上還設有驅動軸和輪軸，輪軸上固定安裝有驅動輪，變徑機構上設有軸承座，輪軸通過軸承安裝于軸承座內，驅動軸通過軸承安裝于驅動輪架上，驅動軸和輪軸通過連接器相連接，驅動軸還通過傳動裝置與動力裝置的輸出軸連接，輪軸的軸線與機體軸線間具有夾角θ，且0°≤θ＜90°。

所述的傳動裝置為設置于動力裝置輸出軸上的主動齒輪和設置于驅動軸上的從動齒輪，主動齒輪和從動齒輪相互嚙合。

所述的傳動裝置為設置于動力裝置輸出軸上的主動齒輪、設置于驅動軸上的從動齒輪和設置于主動齒輪與從動齒輪之間的由多級齒輪組組成的變速器，變速器的多級齒輪組分別與主動齒輪和從動齒輪相嚙合。

所述的導向輪架包括與機體固定連接的支架和安裝于支架上的導向裝置，所述的導向裝置包括通過鉸接軸鉸接的前支撐腿和后支撐腿，鉸接軸上還安裝有導向輪，支架的末端安裝有沿支架軸向滑動的調整機構，前支撐腿的另一端鉸接于支架上，后支撐腿的另一端鉸接于調整機構上，導向輪的回轉軸線與機體軸線垂直，沿導向輪架周向均布有至少兩組或兩組以上的導向裝置。

所述的變徑機構包括立柱和支撐柱，立柱固設于驅動架上且與機體同軸設置，支撐柱固設于立柱上且沿與機體軸線垂直的方向設置，立柱上套裝有滑套A，支撐柱上設置有滑套B，滑套A和滑套B通過連桿連接，連桿的兩端分別鉸接于滑套A和滑套B上，軸承座設置于滑套B上。

所述的變徑機構為沿與機體軸線垂直的方向設置的液壓缸，軸承座固設于液壓缸的活塞桿A端部。所述的調整機構包括設置于支架內的電機、與電機軸固定連接的絲杠和滑動設置于支架上的滑塊，滑塊設有絲桿螺母，絲杠與絲桿螺母連接，后支撐腿鉸接于滑塊上。