[發明專利]一種驅動輪轉向可控的輪式管道機器人

有效

• 申請號: 201610443897.4
• 申請日: 2016-06-16
• 公開（公告）號: CN106015831B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 趙坤民;陳還;陳梁玉;丁志楊;吳寒;翟華
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: F16L55/32
• 分類號: F16L55/32;F16L55/40;F16L101/10;F16L101/30
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司34101
• 代理人: 陸麗莉,何梅生

技術領域

本發明涉及一種管道機器人研究領域，尤指一種驅動輪轉向可控的輪式管道機器人。

背景技術

如今，管道在各行各業都得到了廣泛應用，現代工業、農業及日常生活都離不開管道，管道運輸已成為石油、天然氣以及生活用水等物質運輸的重要途徑之一，但管道本就存在著一些缺陷，加上在使用過程中，由于受振動、熱循環、腐蝕等作用，管道會發生損壞、泄漏。為了提高管道壽命，防止泄漏等事故的發生，必須對管道進行定期有效的檢測與維修，又由于管道多在地下，環境復雜且管徑較小，人工檢修不易，檢修偵探管道機器人就此應運而生。

管道機器人作為管道維護、檢修和清理設備，屬于特種機器人，根據管道環境要求，衍生了許多結構形式。由于管道環境復雜以及自身受力不平衡等原因，機器人姿態在運行過程中不可避免的發生改變，這就需要及時調整機器人的姿態，但是現有的管道檢修機器人大多姿態調節困難，避障能力較弱，彎管通過性能力較差。

發明內容

本發明為了解決上述現有技術中存在的問題，提出了一種結構簡單，能快速調節機器人在管道內的姿態，具有越障能力，且能自適應微小管徑變化的驅動輪轉向可控的輪式管道機器人，以期能以最佳的姿態角平穩高效地通過彎管道及變徑管道等復雜管道，從而能保證管道的正常檢修和維護。

本發明為解決以上技術問題采用如下技術方案：

本發明一種驅動輪轉向可控的輪式管道機器人的特點包括：兩前臂單元，兩后臂單元和軀體；

所述兩前臂單元與所述兩后臂單元均布于所述軀體四周，形成十字形結構；

所述軀體由前箱蓋、箱體、后箱蓋和在軀體內部設置的驅動輪轉向變向機構組成；

所述前箱蓋固定在所述箱體前端面上；所述后箱蓋固定在所述箱體后端面上；

所述驅動輪轉向變向機構由轉向電機、減速箱、大錐齒輪、四個小錐齒輪和四個傳動軸組成；由所述減速箱和所述轉向電機組成減速電機，并設置在所述前箱蓋上；

在所述減速箱的輸出軸上，并處于所述箱體內部設置有所述大錐齒輪，所述大錐齒輪分別與所述四個小錐齒輪相嚙合，并用于傳遞扭矩及改變運動方向；

所述四個小錐齒輪分別固定在所述四個傳動軸的末端，所述四個傳動軸均布于所述箱體四周，并通過軸承與所述箱體相連；所述四個傳動軸的另一端分別設置有所述兩前臂單元和兩后臂單元；

所述驅動輪轉向變向機構是利用所述轉向電機并經過所述減速箱的減速處理后，驅動所述大錐齒輪并帶動四個所述小錐齒輪轉動，從而利用所述四個傳動軸帶動所述兩前臂單元與兩后臂單元一起轉動，形成所述輪式管道機器人的姿態調節結構。

本發明所述的驅動輪轉向可控的輪式管道機器人的特點也在于：

所述兩后臂單元中任意一后臂單元包括：驅動輪、驅動輪軸、U型架、套筒、保持塊、彈簧和導向桿；

在所述傳動軸的前端設置有所述套筒；在所述套筒的端部設置有所述U型架；在所述U型架的開口處通過所述驅動輪軸設置有所述驅動輪；

在所述U型架的底部設置有所述保持塊，所述保持塊通過軸承與所述套筒相連接；

在所述保持塊與所述箱體之間設置有所述導向桿；在所述導向桿上套裝有所述彈簧；

所述兩前臂單元中任意一前臂單元是在所述后臂單元的基礎上設置有驅動機構；

所述驅動機構包括：蝸桿、蝸輪和驅動電機；

在所述U型架的側面上設置有所述驅動電機；在所述驅動電機的輸出軸上設置有所述蝸桿；

在所述前臂單元的驅動輪軸的一側端面上設置有所述蝸輪，且所述蝸輪與所述蝸桿相嚙合；

所述驅動機構是通過所述驅動電機驅動所述蝸桿，并帶動所述蝸輪轉動，使得所述兩前臂單元的驅動輪轉動，所述兩后臂單元的驅動輪也隨之轉動，從而形成所述輪式管道機器人的行走結構。

在所述機器人上設置有兩個攝像機，分別用于拍攝所述輪式管道機器人在前進和回轉運動時的管道環境。

與已有技術相比，本發明有益效果體現在：

1、本發明的管道機器人由兩前臂單元，兩后臂單元和軀體組成，其結構簡單緊湊，控制容易；兩前臂單元分別設置有驅動電機，驅動機器人向前或向后運動；利用差速原理，使得機器人能平穩高效的通過彎管；適用于多種復雜管道情況；

2、本發明的機器人四臂采用彈簧的支撐方式，機器人有一定的柔性，使得機器人能自適應管徑微小變化，能通過變徑管道；在通過彎管和調節姿態的過程中，使得機器人驅動與管道內壁始終接觸，增大了機器人牽引力，提高了機器人的驅動效率；