專利名稱：管道機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種管道機器人。
背景技術(shù)：
在一般工業(yè)、核設(shè)施、石油天然氣、軍事裝備等領(lǐng)域中，管道作為一種有效的物料輸送方式而得到廣泛的應(yīng)用。管道的工作環(huán)境非常惡劣，容易發(fā)生腐蝕、疲勞破壞或使管道內(nèi)部潛在的缺陷發(fā)展成破損而引起泄漏等事故。因此，為了延長管道的壽命、防止泄漏等事故的發(fā)生，就必須對管道進行有效的檢測維護、維修，管道機器人為滿足該需要而產(chǎn)生。管道機器人是一種可沿細小管道內(nèi)部或外部自動行走、攜帶一種或多種傳感器及操作機械，在工作人員的遙控操作或計算機自動控制下，進行一系列管道作業(yè)的機、電、儀一體化系統(tǒng)，廣泛地應(yīng)用于管道的探傷、補口、維修、焊接等諸多領(lǐng)域。按驅(qū)動形式可把此類管道機器人分成輪式管內(nèi)移動機器人、履帶式管內(nèi)移動機器人、蠕動式管內(nèi)移動機器人等類型。(一)輪式管內(nèi)移動機器人在汽車等輪式交通工具的啟發(fā)下，人們很自然地想到管道機器人可以采用輪式驅(qū)動方案。實際上，由于輪式行走具有結(jié)構(gòu)簡單、行走連續(xù)平穩(wěn)、速度快、行走效率高、易于控制等諸多優(yōu)點，使得目前已開發(fā)出的管道機器人大多數(shù)為輪式驅(qū)動方式，輪式管內(nèi)移動機器人也是工程管道用機器人實用化程度最高、數(shù)量最多的一種。由于輪式驅(qū)動管道機器人行走動力來源于驅(qū)動輪與管壁間的摩擦力，所以潛在驅(qū)動能力的大小取決于驅(qū)動輪與管壁間的正壓力。為了獲得較大的驅(qū)動力，一般采用彈簧力、液壓或氣動力、磁力、重力等將驅(qū)動輪緊壓在管壁上，以獲得較大的接觸正壓力。在科技文獻上常把驅(qū)動輪與管壁間的這種壓力叫做封閉力，產(chǎn)生封閉力的機構(gòu)叫做力封閉機構(gòu)。驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動輪與管壁間的附著力產(chǎn)生機器人行進的驅(qū)動力，從而實現(xiàn)了機器人的管內(nèi)移動，這就是輪式管內(nèi)作業(yè)機器人行走的基本原理。(二)履帶式管內(nèi)移動機器人為使管道機器人在油污、泥濘、障礙等惡劣條件下達到良好的行走狀態(tài)，人們研制了履帶式管道機器人，履帶式載體具有附著性能好，越障能力強，并能輸出較大的拖動力等優(yōu)點；但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易小型化，轉(zhuǎn)向性能不如輪式載體，兩輪機構(gòu)穩(wěn)定性差，容易發(fā)生傾覆等原因，此類機器人在管道內(nèi)應(yīng)用較少。(三)蠕動式管內(nèi)移動機器人參考蛆蚜、毛蟲等動物的運動，人們研制了蠕動式管道機器人。機器人的運動是通過身體的伸縮(蠕動)實現(xiàn)的，其運動節(jié)拍是:首先，尾部支承，身體伸長帶動頭部向前運動，然后，頭部支承，身體收縮帶動尾部向前運動，如此循環(huán)實現(xiàn)機器人的行走。此種機器人在管道內(nèi)移動速度慢且波動大，平穩(wěn)性差。目前國內(nèi)外管道機器人的研究成果已經(jīng)很多，可是在微小管道、特殊管道(如變徑管道、帶有U型管的管道)進行檢測、維修還剛起步，但是由于該類管道在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，因此研發(fā)該類機器人極具吸引力。幾種管道機器人比較:輪式管內(nèi)移動機器人結(jié)構(gòu)簡單，易小型化，轉(zhuǎn)向容易。行走輪的布置有平面的，也有空間的，行走輪數(shù)目為4 6個。一般采用一個或全輪驅(qū)動，驅(qū)動輪數(shù)目越多，機器人機動性越好，牽引能力越強，但控制復(fù)雜。履帶式管內(nèi)移動機器人附著性能好，越障能力強，在管內(nèi)泥濘、油污和存在一定障礙物時也能行走良好。但結(jié)構(gòu)較輪式復(fù)雜，不易小型化，轉(zhuǎn)向能力不如輪式好。輪式、履帶式移動載體的共同缺點是牽引力的提高受載體的重量、驅(qū)動電機功率和移動速度的限制。因此多用于中、大管徑的機器人。蠕動式管內(nèi)移動機器人支撐腳支承載體與管壁壓緊，不支承時可以與管壁脫離，解決了輪式和履帶式管內(nèi)移動機器人行走時驅(qū)動輪始終壓緊在管壁上的問題，消除了輪式和履帶式機器人行走時驅(qū)動力和附著力之間的矛盾，可以產(chǎn)生很大的牽引力，但由于蠕動式移動機器人的運動是間歇的，受驅(qū)動件啟動頻率的限制，移動速度比輪式、履帶式低。由以上幾種管道機器人移動方式知，國內(nèi)外管內(nèi)移動機器人在實現(xiàn)管內(nèi)移動的方式依然落后，達不到在變直徑管內(nèi)的移動及轉(zhuǎn)彎。由此就很難最優(yōu)化地實現(xiàn)對管道進行有效的檢測維護、維修。

實用新型內(nèi)容本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種較好的在變直徑管道移動的的管道機器人?？紤]到現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，根據(jù)本實用新型公開的一個方面，本實用新型采用以下技術(shù)方案:為了更好地實現(xiàn)本實用新型，進一步的技術(shù)方案是:一種管道機器人，包括至少兩個關(guān)節(jié)，所述兩個關(guān)節(jié)之間通過轉(zhuǎn)彎機構(gòu)連接，所述一個關(guān)節(jié)包括螺桿、前進齒輪、伸展齒輪、第一支撐塊和第二支撐塊，所述螺桿一端穿過第一支撐塊，所述螺桿另一端與第二支撐塊連接；所述第一支撐塊和第二支撐塊之間設(shè)置有兩根導(dǎo)軌，所述兩根導(dǎo)軌上各設(shè)置有一個滑塊，所述兩個滑塊各通過一個連桿機構(gòu)與所述第一支撐塊連接；所述前進齒輪設(shè)置在螺桿一端，所述伸展齒輪設(shè)置螺桿另一端；所述前進齒輪與第一支撐塊連接，所述伸展齒輪與兩個滑塊連接；所述前進齒輪和伸展齒輪各由一個電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。在本實用新型的一個實施例中，所述前進齒輪通過前進螺母與螺桿連接。在本實用新型的一個實施例中，還包括螺桿導(dǎo)桿，所述螺桿導(dǎo)桿與所述前進螺母連接。在本實用新型的一個實施例中，還包括前進上軸承架和前進下軸承架，所述前進上軸承架和前進下軸承架通過前進軸承與前進螺母連接。在本實用新型的一個實施例中，所述用于驅(qū)動前進齒輪的電機設(shè)置在所述前進上軸承架上。在本實用新型的一個實施例中，所述伸展齒輪通過伸展螺母與螺桿連接。在本實用新型的一個實施例中，還包括伸展上軸承架和伸展下軸承架，所述伸展上軸承架和伸展下軸承架通過伸展軸承與伸展螺母連接。在本實用新型的一個實施例中，所述用于驅(qū)動伸展齒輪的電機設(shè)置在所述伸展上軸承架上。本實用新型還可以是:在本實用新型的一個實施例中，所述用于驅(qū)動前進齒輪和伸展齒輪的電機都通過設(shè)置在各電機軸上的齒輪進行驅(qū)動。在本實用新型的一個實施例中，所述一個連桿機構(gòu)包括兩個支撐臂，所述兩個支撐臂轉(zhuǎn)動連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果之一是:本實用新型的管道機器人，實現(xiàn)了支撐臂自動適應(yīng)管道直徑并提供恒力矩；在管內(nèi)移動機器機構(gòu)中采用螺旋機構(gòu)及齒輪副，以較小扭矩電機實現(xiàn)較大的扭力；可以很好的在變直徑管內(nèi)的移動及轉(zhuǎn)彎，以及最優(yōu)化地實現(xiàn)了對管道進行有效的檢測維護、維修。

為了更清楚的說明本申請文件實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)的描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅是對本申請文件中一些實施例的參考，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，還可以根據(jù)這些附圖得到其它的附圖。圖1示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的管道機器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的管道機器人的關(guān)節(jié)爆炸結(jié)構(gòu)示意圖。圖3示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的管道機器人的電氣系統(tǒng)框圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。圖1示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的管道機器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖1所示一種管道機器人的實施例，包括至少兩個關(guān)節(jié)101，圖1示出了兩個關(guān)節(jié)的情況，包括第一關(guān)節(jié)102和第二關(guān)節(jié)103 ;第一關(guān)節(jié)102和第二關(guān)節(jié)103可以是相同的結(jié)構(gòu)。所屬兩個關(guān)節(jié)102、103之間通過轉(zhuǎn)彎機構(gòu)104連接，所述一個關(guān)節(jié)101包括螺桿105、前進齒輪106、伸展齒輪107、第一支撐塊108和第二支撐塊109,所述螺桿105 —端穿過第一支撐塊108,所述螺桿105另一端與第二支撐塊109連接；所述第一支撐塊108和第二支撐塊109之間設(shè)置有兩根導(dǎo)軌110，兩根導(dǎo)軌110可以是光滑的，所述兩根導(dǎo)軌110上各設(shè)置有一個滑塊111，所述兩個滑塊111各通過一個連桿機構(gòu)112與所述第一支撐塊108連接；所述前進齒輪106設(shè)置在螺桿105 —端，所述伸展齒輪107設(shè)置螺桿105另一端；所述前進齒輪106與第一支撐塊108連接，所述伸展齒輪107與兩個滑塊111連接；所述前進齒輪106和伸展齒輪107各由一個電機113、114驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。如圖1所示轉(zhuǎn)彎機構(gòu)104可以是，包括兩個被折彎的板件114、115，所述兩個被折彎的板件114、115通過螺釘116及螺母連接，以實現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)動，從而避免因為轉(zhuǎn)彎等原因造成的干涉。同時，轉(zhuǎn)彎機構(gòu)起著連接連個關(guān)節(jié)的作用，從而使機體與轉(zhuǎn)彎機構(gòu)固定在一起，組成完整的管道機器人。圖2示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的管道機器人的關(guān)節(jié)爆炸結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖2所示一種管道機器人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)可以是，所述前進齒輪205通過前進螺母207與螺桿217連接。圖2示出了螺桿導(dǎo)桿201，所述螺桿導(dǎo)桿201與所述前進螺母207連接，兩個關(guān)節(jié)通過各自的螺桿導(dǎo)桿201與轉(zhuǎn)彎機構(gòu)連接，以實現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)彎。如圖2所示的關(guān)節(jié),還包括前進上軸承架206和前進下軸承架209,所述前進上軸承架206和前進下軸承架209通過前進軸承208與前進螺母207連接。所述用于驅(qū)動前進齒輪205的電機204設(shè)置在所述前進上軸承架206上,該用于驅(qū)動前進齒輪205的電機204的轉(zhuǎn)軸上連接有第一齒輪203，該第一齒輪203與前進齒輪205嚙合，以達到驅(qū)動前進齒輪205的目的。其中，前進齒輪205可以是I模65齒，第一齒輪203可以是I模15齒，前進軸承208可通過軸用彈性擋圈210限定軸向位置，這樣，用于驅(qū)動前進齒輪205的電機204驅(qū)動15齒的第一齒輪203，65齒的前進齒輪205與前進螺母207固定組裝在一起，使得前進齒輪組能夠在螺桿導(dǎo)桿201上的固定位置與螺桿217同步旋轉(zhuǎn)，螺桿導(dǎo)桿201與螺桿217之間有導(dǎo)向鍵202，螺桿導(dǎo)桿201可以是細螺紋，從而使螺桿導(dǎo)桿201只能在螺桿217方向上前后運動，這就能夠完成機體的前進后退動作。螺桿217上設(shè)置的伸展齒輪225，可以通過伸展螺母223與螺桿217連接。繼續(xù)如圖2所示，還可包括伸展上軸承架224和伸展下軸承架218，所述伸展上軸承架224和伸展下軸承架218通過伸展軸承222與伸展螺母223連接。所述用于驅(qū)動伸展齒輪225的電機227設(shè)置在所述伸展上軸承架224上。所述用于驅(qū)動伸展齒輪225的電機227都通過設(shè)置在電機227轉(zhuǎn)軸上的第二齒輪208進行驅(qū)動。所述一個連桿機構(gòu)可包括兩個支撐臂，所述兩個支撐臂轉(zhuǎn)動連接，具體如圖2所示，左邊一個連桿機構(gòu)包括兩個左支撐臂212、215，所述兩個左支撐臂212、215之間可相對轉(zhuǎn)動；右邊一個連桿機構(gòu)包括兩個右支撐臂213、214，所述兩個右支撐臂213、214之間可相對轉(zhuǎn)動。第二齒輪208可以是I模15齒，伸展齒輪225可以是I模65齒，15齒的第二齒輪208通過電機227驅(qū)動，帶動65齒的伸展齒輪225旋轉(zhuǎn)，65齒的伸展齒輪225通過伸展螺母223與螺桿217組裝在一起，從而使65齒的伸展齒輪225能夠帶動伸展螺母223在螺桿217上自由轉(zhuǎn)動而不會帶動螺桿217轉(zhuǎn)動。前進螺母207的轉(zhuǎn)動使得與伸展螺母223組裝在一起的支撐塊219、220相對螺桿217進行直線運動，從而使兩邊的支撐臂收攏、伸長，讓爪能夠與管壁緊密接觸，達到我們需要的摩擦力。圖2中描述的螺桿217、兩根光滑的導(dǎo)軌216以及兩端的支撐塊219、220，主要作用是提供安裝及固定機器人各組成部分的空間，并支撐起整個機器人的組成部分。支撐臂的主要作用是通過自身的彎曲，使得安裝在支撐臂端部的爪能夠跟管壁緊緊貼合，通過控制爪與管壁之間的貼合程度來控制摩擦力的大小，使得機器人能夠在管道中運動。圖3示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的管道機器人的電氣系統(tǒng)框圖。如圖3所示，在開關(guān)閉合時，經(jīng)過信號放大、A/D轉(zhuǎn)換，由處理器控制驅(qū)動器，驅(qū)動相應(yīng)電機，并按一定的時序完成相應(yīng)的功能。同時，對于支撐臂伸展時，考慮到直流電機的力矩會過大或者過小，所以設(shè)計出電壓反饋，使支撐臂與管內(nèi)壁的力能滿足前進的要求。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分相互參見即可。在本說明書中所談到的“一個實施例”、“另一個實施例”、“實施例”、等，指的是結(jié)合該實施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現(xiàn)同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結(jié)合任一實施例描述一個具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點時，所要主張的是結(jié)合其他實施例來實現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或者特點也落在本實用新型的范圍內(nèi)。盡管這里參照本實用新型的多個解釋性實施例對本實用新型進行了描述，但是，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內(nèi)。更具體地說，在本申請公開、附圖和權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其他的用途也將是明顯的。
權(quán)利要求1.一種管道機器人，其特征在于，包括至少兩個關(guān)節(jié)，所述兩個關(guān)節(jié)之間通過轉(zhuǎn)彎機構(gòu)連接，所述一個關(guān)節(jié)中包括螺桿、前進齒輪、伸展齒輪、第一支撐塊和第二支撐塊，所述螺桿一端穿過第一支撐塊，所述螺桿另一端與第二支撐塊連接；所述第一支撐塊和第二支撐塊之間設(shè)置有兩根導(dǎo)軌，所述兩根導(dǎo)軌上各設(shè)置有一個滑塊，所述兩個滑塊各通過一個連桿機構(gòu)與所述第一支撐塊連接；所述前進齒輪設(shè)置在螺桿一端，所述伸展齒輪設(shè)置螺桿另一端；所述前進齒輪與第一支撐塊連接，所述伸展齒輪與兩個滑塊連接；所述前進齒輪和伸展齒輪各由一個電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道機器人，其特征在于，所述前進齒輪通過前進螺母與螺桿連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的管道機器人，其特征在于，還包括螺桿導(dǎo)桿，所述螺桿導(dǎo)桿與所述前進螺母連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的管道機器人，其特征在于，還包括前進上軸承架和前進下軸承架，所述前進上軸承架和前進下軸承架通過前進軸承與前進螺母連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的管道機器人，其特征在于，所述用于驅(qū)動前進齒輪的電機設(shè)置在所述前進上軸承架上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道機器人，其特征在于，所述伸展齒輪通過伸展螺母與螺桿連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的管道機器人，其特征在于，還包括伸展上軸承架和伸展下軸承架，所述伸展上軸承架和伸展下軸承架通過伸展軸承與伸展螺母連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的管道機器人，其特征在于，所述用于驅(qū)動伸展齒輪的電機設(shè)置在所述伸展上軸承架上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道機器人，其特征在于，所述用于驅(qū)動前進齒輪和伸展齒輪的電機都通過設(shè)置在各電機軸上的齒輪進行驅(qū)動。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任意一項所述的管道機器人，其特征在于，所述一個連桿機構(gòu)包括兩個支撐臂，所述兩個支撐臂轉(zhuǎn)動連接。
專利摘要本實用新型公開了一種管道機器人，包括至少兩個關(guān)節(jié)，所述兩個關(guān)節(jié)之間通過轉(zhuǎn)彎機構(gòu)連接，所述一個關(guān)節(jié)包括螺桿、前進齒輪、伸展齒輪、第一支撐塊和第二支撐塊，所述螺桿一端穿過第一支撐塊，所述螺桿另一端與第二支撐塊連接。本實用新型的管道機器人，實現(xiàn)支撐臂自動適應(yīng)管道直徑并提供恒力矩；在管內(nèi)移動機器機構(gòu)中采用螺旋機構(gòu)及齒輪副，以較小扭矩電機實現(xiàn)較大的扭力；可以很好的在變直徑管內(nèi)的移動及轉(zhuǎn)彎，以及最優(yōu)化地實現(xiàn)對管道進行有效的檢測維護、維修。
文檔編號F16L101/30GK203010110SQ20132000650
公開日2013年6月19日 申請日期2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月7日
發(fā)明者梁瑩林, 黃靜波, 陳振宇, 黃慶偉, 孫宇豪, 楊旭, 羅欣 申請人:電子科技大學(xué)