[發明專利]管道機器人雙纜驅動轉向機構及控制方法

有效

• 申請號: 201711361544.0
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108223969B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 謝奇志;劉送永;李洪盛;李偉;崔新霞;江紅祥;沈剛;唐瑋;賈新慶;馬浩
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: F16L55/34
• 分類號: F16L55/34;F16L101/12
• 代理公司: 32200 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 吳學明<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種管道機器人雙纜驅動轉向機構及控制方法，包括前機體組件，推進組件、后機體組件和纜控組件，推進組件連接在前機體組件和后機體組件之間，纜控組件連接在后機體組件的后端；前機體組件包括彈性支撐輪腿、伸縮轉向輪腿以及機殼；彈性支撐輪腿包括支撐輪、彈簧、滑套；支撐輪通過彈簧與滑套作彈性滑動連接；伸縮轉向輪腿包括左壓輪和右壓輪、雙推桿氣缸；左壓輪和右壓輪分別與雙推桿氣缸的兩端輸出軸連接并可自由轉動；上述機構及控制方法基于纜繩控制和伸縮機構協調作用，機器人本體無需攜帶轉向電機，實現機器人本體結構的輕量化以及在管內的零曲率半徑轉向，提高對管道結構的適應性。

技術領域

本發明專利涉及管道機器人控制技術領域，具體涉及一種管道機器人雙纜驅動轉向機構及控制方法。 適用于豎直面彎管處轉向實現機器人由豎直管道到水平管道（豎直面，即垂直于地面的平面）的直角轉向。

背景技術

在清管作業過程中，管道機器人要想投入管道工作，往往要從豎井進入水平管道，需要經過曲率半徑為零的彎管，也就是直角彎管，這類彎管幾乎沒有圓角過渡。管道機器人實現轉向需要克服自身重力作用，對于沒有圓角過渡的直角管道，機器人無法借助圓角管壁作被動導向轉向，必須在旋轉關節處配置大功率轉向電機及減速機進行主動轉向，大大增加了機器人本體在直行過程中的負擔，不利于機器人本體的輕量化。因此，針對管道機器人難以實現零曲率半徑轉向和輕量化的問題，從實際情況出發，基于雙纜繩控制和伸縮機構協調作用，研制開發出一種雙纜驅動的輕量化管道機器人，從而為豎直面內直角轉向的管道清理的實現提供基礎。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供了一種管道機器人雙纜驅動轉向機構及控制方法，基于纜繩控制和伸縮機構協調作用，機器人本體無需攜帶轉向電機，實現機器人本體結構的輕量化以及在管內的零曲率半徑轉向，提高對管道結構的適應性。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種管道機器人雙纜驅動轉向機構，包括前機體組件，推進組件、后機體組件和纜控組件，推進組件連接在前機體組件和后機體組件之間，所述纜控組件連接在后機體組件的后端；

所述前機體組件包括彈性支撐輪腿、伸縮轉向輪腿以及機殼；所述彈性支撐輪腿包括支撐輪、彈簧、滑套；所述支撐輪通過彈簧與滑套作彈性滑動連接；所述伸縮轉向輪腿包括左壓輪和右壓輪、雙推桿氣缸；所述左壓輪和右壓輪分別與雙推桿氣缸的兩端輸出軸連接并可自由轉動；

所述纜控組件包括卷筒、支架、卷筒、左纜繩和右纜繩；所述卷筒和卷筒分別由步進電機獨立驅動，可精確控制收放左纜繩和右纜繩的長度，從而控制機器人本體的轉向角度；所述左纜繩和右纜繩分別連接在后機體組件的后端面上；支架上安裝有兩個張力傳感器，左纜繩和右纜繩分別穿過該張力傳感器。

所述推進組件包括單桿氣缸，單桿氣缸的活塞桿與缸體分別與前機體組件和后機體組件連接，從而前機體組件和后機體組件做伸縮運動。

所述推進組件包括電動推缸，電動推缸的活塞桿與缸體分別與前機體組件和后機體組件連接，從而前機體組件和后機體組件做伸縮運動。

管道機器人雙纜驅動轉向機構控制方法，包括以下步驟：

a.首先，由人工將裝有傾角傳感器、編碼器、張力傳感器、攝像頭的管道機器人置入管道，管道機器人由（a）蠕動直行到（b）位置;

b.前機體組件收縮、后機體組件支撐，通過雙纜繩聯合控制纜繩長度，使得機器人繞后機體組件中心順時針旋轉45°到（c）位置，前后機體軸向伸展到（d）位置，前機體組件支撐、后機體組件收縮，前后機體軸向收縮到（e）位置;

c.通過雙纜繩聯合控制纜繩長度，使得機器人繞前機體組件中心順時針旋轉45°到（f）位置，實現轉向過彎；其中，0°～45°和45°～90°轉向控制中， 表示電機控制纜繩收縮或釋放的節距，可通過程序修改這一參數， 越小，控制轉向精度越高;