[發明專利]一種管道機器人及其應用

有效

• 申請號: 201610937663.5
• 申請日: 2016-10-25
• 公開（公告）號: CN106439383B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 周軍;韓猛;桑迪;趙峰;翟科棟
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: F16L55/28
• 分類號: F16L55/28;F16L101/30;F16L101/10
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 顏洪嶺

技術領域

本發明涉及一種管道機器人及其應用，特別涉及一種輪式管道機器人，屬于機器人技術領域。

背景技術

管道廣泛應用于機械、化工、能源、核電等工業領域，是重要的輸送工具之一。工業上的輸送管道一般長期處在工況惡劣的環境，容易產生堵塞、破裂、變形等損傷，嚴重影響正常的生產運行甚至會導致安全事故的發生，為保證輸送管道的正常運作，可以使用管道機器人定期對管道進行探查和維護。然而大多數輸送管道存在油污、泥濘等異物，并且管道結構復雜，比如T型、L型、U型等復雜結構，這對管道機器人運動性能要求較高。

目前，常用的管道機器人主要采用蠕動式、履帶式、輪式結構。其中輪式管道機器人相對前兩者而言具有運動平穩、結構簡單、行進效率較高、實用性較強等特點。例如，中國專利文獻CN101890708A公開了一種輪式移動管道機器人，其結構包括箱體、主動齒輪系、輪組。輪組包括小輪組與大輪組，小輪組中的單側小輪之一為主動輪，大輪組包括側橋板、快連接結構、大輪。箱體內設置有與主動齒輪系連接的電機。該種輪式移動管道機器人能夠工作于不同內徑的管道，在使用大輪組時不必卸掉小輪組，能提高機器人的越障能力。但是，該專利申請的管道機器人由于其結構不能產生封閉力，無法在垂直管道、L型管道、T型管道運動，致使其應用場合有限。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種新型結構形式的管道機器人。

本發明還提供上述一種管道機器人的工作方法。

本發明的技術方案如下：

一種管道機器人，包括一個或多個依次連接的機器人單元，所述機器人單元包括爬行機構和擺動機構，所述擺動機構前后連接兩個所述的爬行機構；

所述爬行機構包括機架和驅動裝置，在所述機架的上頂面、下底面、左側面和右側面各設置有兩個轉動軸，所述驅動裝置包括驅動電機、帶傳動系、齒輪組系和驅動輪，所述驅動輪設置在轉動軸上，轉動軸通過齒輪組系連接，其中上頂面的轉動軸一端與帶傳動系連接，所述驅動電機連接帶傳動系并通過帶傳動系驅動轉動軸轉動，最終借助驅動輪使爬行機構移動；

所述擺動機構包括擺動電機、擺動架、擺動連接體、擺動軸和擺動錐齒輪系，所述擺動架與機架固定連接，所述擺動軸與擺動錐齒輪系連接且擺動軸的兩端設置在擺動架上，所述擺動電機設置在機架上且擺動電機與擺動錐齒輪系傳動連接，所述擺動連接體的兩端分別連接前后兩個擺動軸，其中，一個擺動錐齒輪系橫向設置，一個擺動錐齒輪系豎向設置。

優選的，所述機架包括支撐架和角鋼架，所述角鋼架通過螺釘固定安裝在支撐架上組成長方體架構。此設計的好處在于，通過螺釘將角鋼架與支撐架組裝起來，方便安裝和拆卸，利于組裝管道機器人。

優選的，所述帶傳動系包括同步帶輪和同步帶，所述同步帶輪設置在驅動電機的輸出軸上以及上頂面兩個轉動軸的一端，所述同步帶纏繞設置在同步帶輪上。

優選的，所述帶傳動系還包括漲緊機構，所述漲緊機構包括兩個漲緊軸和兩個漲緊輪，所述兩個漲緊軸滑動設置在機架上，兩個漲緊輪分別設置在兩個漲緊軸的一端，所述同步帶繞過兩個漲緊輪。此設計的好處在于，通過滑動漲緊軸的位置，可以使漲緊輪調節同步帶的松緊程度。

優選的，所述齒輪組系包括兩個相互嚙合的錐齒輪，兩個錐齒輪分別設置在相鄰的兩個轉動軸的端部。此設計的好處在于，通過錐齒輪之間的相互配合，可使一個驅動電機同時帶動上下左右的轉動軸轉動，從而使驅動輪行進。

優選的，所述驅動輪與轉動軸之間通過鍵連接。

優選的，所述轉動軸通過軸承固定設置在機架上。

優選的，所述擺動錐齒輪系包括兩個相互嚙合的擺動錐齒輪，其中一個擺動錐齒輪為主動擺動錐齒輪，另一個擺動錐齒輪為從動擺動錐齒輪，所述擺動電機的輸出軸與主動擺動錐齒輪傳動連接。

一種管道機器人的工作方法，包括以下步驟，

將管道機器人放置在待作業的管道內，驅動電機運行，通過帶傳動系帶動轉動軸轉動，轉動軸轉動的同時，驅動輪驅使管道機器人行進；

當管道機器人需要轉彎時，與管道接觸的驅動輪受到管道內壁的約束作用，導引驅動輪按照管道彎道的方向轉彎前進；轉彎時，機器人擺動機構不受擺動電機控制，可以自由擺動，從而避免轉彎過程中機器人各爬行機構之間相互約束和影響；