本實用新型涉及一種管道機器人，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(yè)領域，是重要的輸送工具之一。工業(yè)上的輸送管道一般長期處在工況惡劣的環(huán)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(fā)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(shù)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(wěn)、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。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供一種新型結構形式的管道機器人。

本實用新型的技術方案如下：

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(yōu)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(yōu)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(yōu)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?jié)q緊輪調節(jié)同步帶的松緊程度。

優(yōu)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(yōu)選的，所述驅動輪與轉動軸之間通過鍵連接。

優(yōu)選的，所述轉動軸通過軸承固定設置在機架上。

優(yōu)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。

本實用新型的有益效果在于：

本實用新型管道機器人結構設計巧妙，簡單實用，通過一個驅動電機即可驅動爬行機構的運行，同時通過擺動機構可以有效地使該管道機器人實現(xiàn)轉彎、越障；相比目前市面上的管道類機器人，本實用新型管道機器人成本低、運行穩(wěn)定可靠，便于維護保養(yǎng)，能夠實現(xiàn)在垂直管道、L型管道、T型管道等多種復雜場合內的運行作業(yè)，其作用明顯、效果顯著，具有良好的經濟價值和市場效益。

附圖說明

圖1為本實用新型管道機器人的結構示意圖；

圖2為本實用新型中爬行機構的正視圖；

圖3為本實用新型中爬行機構的左視圖；

圖4為圖2中A-A方向的剖視圖；

圖5為圖2中B-B方向的剖視圖；

圖6為本實用新型中漲緊機構的示意圖；

圖7為本實用新型中擺動機構的結構示意圖；

圖8為本實用新型中爬行機構的三維立體圖；

圖9為本實用新型中擺動機構的三維立體圖；

圖10為本實用新型管道機器人的三維立體圖；

其中：1、爬行機構；2、內六角圓柱螺釘；3、平墊；4、彈墊；5、I型六角螺母；6、擺動機構；7、內六角圓柱頭螺釘；8、平墊；9、彈墊；10、同步帶；11、漲緊機構；12、角鋼架A；13、角鋼架B；14、內六角圓柱頭螺釘；15、平墊；16、彈墊；17、內六角圓柱頭螺釘；18、平墊；19、彈墊；20、I型六角螺母；21、支撐架；22、錐齒輪；23、鍵；24、長軸；25、開槽平端緊定螺釘；26、軸承座；27、深溝球軸承；28、隔套；29、鍵；30、驅動輪；31、短軸；32、從同步帶輪；33、驅動電機；34、電機安裝板；35、骨架油封；36、內六角圓柱頭螺釘；37、主同步帶輪；38、同步帶輪檔蓋；39、內六角圓柱頭螺釘；40、平墊；41、彈墊；42、I型六角螺母；43、彈墊；44、平墊；45、隔套；46、漲緊軸；47、深溝球軸承；48、擺動電機；49、內六角圓柱頭螺釘；50、骨架油封；51、主動擺動錐齒輪；52、開槽平端緊定螺釘；53、擺動連接體；54、內六角圓柱頭螺釘；55、平墊；56、彈墊；57、軸承蓋；58、深溝球軸承；59、長隔套；60、擺動軸；61、擺動架；62、鍵；63、中隔套；64、從動擺動錐齒輪；65、短隔套；66、連接板；67、內六角圓柱頭螺釘；68、平墊；69、彈墊；70、I型六角螺母。

具體實施方式

下面通過實施例并結合附圖對本實用新型做進一步說明，但不限于此。

實施例1：

如圖1至圖10所示，本實施例提供一種管道機器人，該管道機器人包括一個機器人單元，該機器人單元包括爬行機構1和擺動機構6，擺動機構6前后連接兩個所述的爬行機構1；

其中，爬行機構1包括機架和驅動裝置，機架為長方體框架結構，由支撐架和角鋼架組成，角鋼架通過螺釘固定安裝在支撐架上組成長方體架構，機架由一個角鋼架A12、三個角鋼架B13、八個支撐架21組成，通過內六角圓柱頭螺釘17、平墊18、彈墊19以及I型六角螺母20將所有角鋼架A12、角鋼架B13和支撐架21組裝成長方體架構。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(共有八個轉動軸，其中六個長軸24，兩個短軸31)，轉動軸的兩端通過軸承固定安裝在機架上。

驅動裝置包括驅動電機33、帶傳動系、齒輪組系和驅動輪，驅動輪安裝在轉動軸上并通過鍵連接，每根轉動軸上安裝有兩個驅動輪，驅動輪30通過鍵29、隔套28將八個驅動輪30依次固定安裝在六個長軸24以及兩個短軸31上；通過深溝球軸承27將六個長軸24以及兩個短軸31分別固定安裝在十六個軸承座26上；通過內六角圓柱頭螺釘7、平墊8以及彈墊9將十六個軸承座26分別固定安裝在角鋼架A12以及角鋼架B13上。轉動軸通過齒輪組系連接，其中機架上頂面轉動軸的一端與帶傳動系連接，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；驅動電機33安裝在機架的中心位置處，驅動電機33通過內六角圓柱頭螺釘36固定在電機安裝板34上，并用骨架油封35密封，通過內六角圓柱頭螺釘14、平墊15以及彈墊16將電機安裝板34固定在角鋼架B13上；驅動電機的輸出軸與帶傳動系傳動連接。

其中，擺動機構6包含兩個相同的組成單元，擺動單元機構6由擺動錐齒輪系、一個擺動連接體53、兩個擺動架61、兩個擺動軸60、兩個擺動電機48、兩個連接板66組成。其中，擺動架與機架固定連接，通過內六角圓柱螺釘2、平墊3、彈墊4以及I型六角螺母5將爬行機構1和擺動機構6組裝成管道機器人整體。擺動軸與擺動錐齒輪系連接且擺動軸的兩端通過軸承安裝在擺動架上，擺動電機設置在機架內側且擺動電機的輸出軸直接與擺動錐齒輪系傳動連接，擺動連接體53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。通過擺動電機帶動擺動錐齒輪系運行，橫向設置的擺動錐齒輪系可以實現(xiàn)上下擺動，豎向設置的擺動錐齒輪系可以實現(xiàn)左右擺動。

兩個擺動電機48是兩個完全相同的步進電機，其中一個步進電機用來輸出上下擺動運動的驅動，另一個步進電機用來輸出左右偏擺運動的驅動；通過內六角圓柱頭螺釘49將兩個擺動電機48分別固定安裝在兩個擺動架61上，并用骨架油封50密封；兩個擺動架61通過內六角圓柱頭螺釘67、平墊68、彈墊69以及I型六角螺母70分別安裝固定在兩個連接板66上；

兩個擺動軸60分別插入到擺動連接體53的兩個軸孔中，通過長隔套59、中隔套63、短隔套65、鍵62將擺動軸60定位固定在擺動連接體53上；通過深溝球軸承58將擺動軸60安裝在擺動架61上；通過內六角圓柱頭螺釘54、平墊55、彈墊56將軸承端蓋57固定在擺動架61上，用來對深溝球軸承58的軸向定位。

另外，帶傳動系由一個主同步帶輪37、兩個從同步帶輪32及一個同步帶10構成；主同步帶輪37通過同步帶輪檔蓋38、內六角圓柱頭螺釘39、平墊40以及彈墊41固定安裝在驅動電機33的主軸上，兩個從同步帶輪32分別安裝在機架上頂面兩個轉動軸的同一端；同步帶10纏繞在主同步帶輪37和從同步帶輪32上。

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。通過錐齒輪之間的相互配合，可使一個驅動電機33同時帶動上下左右的轉動軸轉動，從而帶動驅動輪行進。所述齒輪組系由十二個錐齒輪22組成，通過鍵23、開槽平端緊定螺釘25將十二個錐齒輪22分別安裝固定在六個長軸24以及兩個短軸31的端部，使得錐齒輪22成對嚙合；

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，擺動電機48的輸出軸與主動擺動錐齒輪傳動連接。擺動錐齒輪系由兩個主動擺動錐齒輪51、兩個從動擺動錐齒輪64組成，通過開槽平端緊定螺釘52將兩個擺動錐齒輪51、兩個從動擺動錐齒輪64分別固定安裝在兩個擺動電機48的軸以及兩個擺動軸60上；一個主動擺動錐齒輪51與一個從動擺動錐齒輪64相互嚙合，用來實現(xiàn)上下擺動運動的傳動；另一個主動擺動錐齒輪與另一個從動擺動錐齒輪相互嚙合，用來實現(xiàn)左右偏擺運動的傳動；

在針對一些特殊需求的場合，該管道機器人可以將多個機器人單元依次連接起來形成一個體形較長的管道機器人，可以在管道機器人上安裝相應的探測設備或檢測設備，實現(xiàn)對管道的檢測或維護。

實施例2：

一種管道機器人，結構如實施例1所述，其不同之處在于：帶傳動系還包括漲緊機構，漲緊機構包括兩個漲緊軸和兩個漲緊輪，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，同步帶繞過兩個漲緊輪。

漲緊機構11主要由隔套45、漲緊軸46、深溝球軸承47組成，并通過I型六角螺母42、彈墊43以及平墊44來調節(jié)漲緊機構11在角鋼架A12上的位置，從而調節(jié)同步帶10的漲緊程度。

實施例3：

一種如實施例2所述的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(yè)的管道內，驅動電機33運行，通過帶傳動系帶動轉動軸(長軸24、以及短軸31)轉動，轉動軸轉動的同時，驅動輪30在管道內行進；

當管道機器人需要轉彎時，與管道接觸的驅動輪30受到管道內壁的約束作用，導引驅動輪30按照管道彎曲的方向轉彎前進；轉彎時，機器人擺動機構6不受擺動電機48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；

當管道機器人需要在垂直管道(如L型或T型管道)運動時，機器人相鄰兩個爬行機構1之間通過擺動機構的上下擺動進行相對轉動(機器人上下擺動由上下擺動電機48來控制驅動力的大小和方向)，此時，相鄰的兩個爬行機構1的上頂面和下底面兩側驅動輪30會受到管道內壁的約束產生的封閉支撐力，從而使上頂面和下底面兩側的驅動輪3與管道內壁之間產生向上運動的摩擦驅動力，驅動機器人各爬向機構垂直向上爬行。