[發明專利]非圓齒輪驅動的雙質體沖擊式管道機器人及運動建模方法

有效

• 申請號: 202110821863.5
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113503423B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 劉大偉;盧佳芮;曹悅彤
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: F16L55/32
• 分類號: F16L55/32;G06F17/13;G06F30/20;F16L101/10;F16L101/30
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 劉翠芹

本發明提供一種非圓齒輪驅動的雙質體沖擊式管道機器人及運動建模方法，管道機器人包括電機、一對非圓齒輪、一對同步圓齒輪、兩個偏心塊和外部殼體，電機輸出軸與主動非圓齒輪固定連接，從動非圓齒輪與同步圓齒輪中的一個連接，兩個同步圓齒輪分別與偏心塊連接，兩個偏心塊形狀相同，且保持對心旋轉，外部殼體與管道內壁保持彈性接觸。本發明提出的雙質體沖擊式管道機器人動力系統完全密封，不需要外部驅動部件，其尺寸、密封、耐腐蝕等性能更有優勢，不但具有在普通管道環境下行走的能力，也具有在輸送腐蝕、易燃介質或直徑較小的特種管道系統中高效率運行的能力。

技術領域

本發明涉及管道機器人領域，具體涉及非圓齒輪驅動的雙質體沖擊式管道機器人及運動建模方法。

背景技術

管網是輸水、供暖、通訊、天然氣、石油化工以及核工業等領域的重要基礎設施，但對于一些惡劣、較為危險的管道環境(比如具有輻射性、腐蝕性、有毒物質等)，或者是空間狹窄(比如下水道)的管道環境中，工作人員無法進行管道內的檢測和維修，而傳統的檢測方法因為其工作量大、檢測效率低、檢測維修費用高、以及會造成資源的浪費，無法進行推廣運用。

管道機器人是一類集多類傳感器及操作裝置(錄像機、清理裝置、焊接裝置、防腐噴漆裝置、機械手、位置傳感器、超聲波傳感器等)一身的機器人，面對龐大的管網系統，管道機器人可以代替人工對生產安裝過程中的管道質量進行檢測；可以對使過程中焊縫情況、腐蝕破損等故障進行診斷；以及惡劣環境下進行管道清掃、焊接等維護工作,管道機器人已成為管網智慧管理必不可少的智能設備。

外部驅動的管道機器人，其整體結構較大，無法適用小口徑管道，且重量較大，因此難以實現小型化、輕量化以及密封化。如公開號為CN112228698A的發明型專利，公開了一種斜向輪式轉向管道機器人，包括：兩個斜向滾輪組、兩個固定支架、萬向節連接件、萬向節、兩個驅動電機以及兩個轉向推桿。該斜向輪式轉向管道機器人采用雙驅斜向滾輪結構，滾輪輪轂采用的是多幅式分支結構，各輻條均能夠單獨地控制各自相應的橡膠輪徑向伸縮，因而具有自適應管徑大小變化的能力。公開號為CN 112325051 A的發明型專利，公開了一種新型管道機器人，包括：V型機械臂單元、一對支撐臂、滾動件、拉伸單元以及支撐單元。其采用V型反交叉結構設計，使用輪式驅動，使機器人擁有較強驅動力、轉向能力的同時，具備較大的管徑自適應性，并擁有越障等環境自適應性。

公開號為CN 212338592U的發明型專利，公開了一種管道檢測機器人，包括底板。其通過伺服電機帶動主動輪的轉動，通過傳送帶從而帶動從動輪的轉動，通過將輪子設置成履帶輪使管道機器人更便于檢測。

公開號為CN108916533A的發明型專利，公開了一種非對稱變徑輪式防水管道機器人。包括防水行走機構、變徑機構、攝像檢測裝置和防卡死裝置。四輪的行走機構組成單個防水行走機構，運行效率高，負載能力大，雖然該發明設置了防水行走機構，但是驅動系統與管道環境之間為動密封，在高壓、易燃、腐蝕性等惡劣環境下存在極大的動力隱患。

對于慣性驅動管道機器人目前多數形式為壓電式。公開號為CN108799693A的發明型專利，公開了一種管道機器人。包括兩個驅動模組、兩個氣囊、氣泵組件和至少兩根軟軸。改變氣囊的狀態，可改變管道機器人的狀態及運動模式，可以使管道機器人能夠更好地適應管道內復雜的環境。氣囊式機器人氣流由外界提供通過管道輸送，由于管道的限制，大大降低了管道機器人的工作距離。另外如公開號為CN108758166A的發明型專利，公開了一種單驅動蠕動式管道機器人。包括前支撐機構和后支承機構以及推進機構。前支撐機構與后支承機構依次接觸管道內壁，推進機構的作用是推動前支撐機構相對于后支撐機構運動。該單驅動蠕動式管道機器人僅通過電機實現前支撐機構和后支撐機構的交替伸縮和相對運動，結構簡單，可靠性高，自適應轉向能力良好，但推進機構裸露外管道環境中，不可以在高壓、易燃、腐蝕性等惡劣環境下運行。