專(zhuān)利名稱(chēng)：?jiǎn)坞姍C(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)屬于光機(jī)電一體化領(lǐng)域，主要應(yīng)用于石油、天燃?xì)馀c自來(lái)水工業(yè)管道內(nèi)壁表面缺陷的識(shí)別與定位，從而達(dá)到工業(yè)管道安全性監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)。
背景技術(shù)：
管道作為油氣和自來(lái)水長(zhǎng)距離輸送的重要載體，在現(xiàn)代工業(yè)建設(shè)和生活中的作用日益突出，由于腐蝕、重壓等作用，管道泄漏事故頻頻發(fā)生，這樣管道安全性監(jiān)測(cè)顯得愈加重要。管道機(jī)器人是一種可沿管道內(nèi)部或外部自動(dòng)行走，攜帶一種或多種傳感器及操作機(jī)械，在工作人員的遙操作或計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制下，進(jìn)行一系列管道作業(yè)的機(jī)、電、儀一體化系統(tǒng)。管道機(jī)器人主要從行走機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方式、信號(hào)電力的傳輸和供給方式以及控制器的微小化等幾方面進(jìn)行研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。管道機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)源有微型電機(jī)、壓電驅(qū)動(dòng)、形狀記憶合金(SMA)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、磁致伸縮驅(qū)動(dòng)、電磁轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)等。在現(xiàn)有能夠應(yīng)用的管道機(jī)器人中，大部分都以電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，而后幾種驅(qū)動(dòng)源在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)中得到了廣泛應(yīng)用，但是至今還沒(méi)有系統(tǒng)化產(chǎn)品，仍處于研究階段。管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的可靠性及使用性能直接取決于移動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此移動(dòng)機(jī)構(gòu)是管道機(jī)器人最重要的部分之一.歸納起來(lái)有如附圖1所示的單電機(jī)三驅(qū)動(dòng)輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)；如附圖2所示的雙電機(jī)六驅(qū)動(dòng)輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)；如附圖3所示的三電機(jī)三驅(qū)動(dòng)輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)。三電機(jī)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)和雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)雖然理論上分析有很多優(yōu)點(diǎn)，但是由于采用單蝸桿并聯(lián)帶動(dòng)三個(gè)蝸輪，對(duì)加工工藝要求較高，很可能導(dǎo)致三個(gè)蝸輪之間的干涉進(jìn)而卡死，影響正常工作。而且，三電機(jī)和雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)占用空間較大，適合于大管徑管道，其成本也較高，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服以上缺陷，提出并設(shè)計(jì)了一種單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)的技術(shù)方案可參見(jiàn)附圖4。如附圖4所示的單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括有驅(qū)動(dòng)體部分，連接體部分及支撐體部分，驅(qū)動(dòng)體部分通過(guò)連接體部分將直流伺服電機(jī)與蝸輪蝸桿副連接，并通過(guò)支撐體部分保證驅(qū)動(dòng)過(guò)程中提供足夠的摩擦力，其特征在于位于驅(qū)動(dòng)輪支架12內(nèi)的驅(qū)動(dòng)體部分采用單驅(qū)動(dòng)輪部件3傳遞運(yùn)動(dòng)，采用單直流伺服電機(jī)9，驅(qū)動(dòng)輪部件3與用來(lái)傳動(dòng)的蝸桿軸2連接通過(guò)連接體部分的聯(lián)軸器10與單直流伺服電機(jī)9相連，與驅(qū)動(dòng)輪支架12或電機(jī)支架7相連的上支撐體部分的支撐輪上采用了懸浮的彈簧滑塊結(jié)構(gòu)，從而保證適當(dāng)?shù)淖児軓胶蛷较蛏炜s性。
所述的單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)其驅(qū)動(dòng)體部分包括有用來(lái)行走的驅(qū)動(dòng)輪部件3和用來(lái)傳動(dòng)的蝸桿軸2，其中驅(qū)動(dòng)輪部件3由蝸輪26和蝸輪26兩側(cè)的通過(guò)圓周方向分布的螺釘與蝸輪26連接的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)外支撐輪27組成。
所述的單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的連接體部分位于與驅(qū)動(dòng)輪支架12相連的聯(lián)軸器支架4內(nèi)，包括有連接蝸桿軸2與直流伺服電機(jī)9輸出軸的聯(lián)軸器10，及連接驅(qū)動(dòng)輪支架12和聯(lián)軸器支架4的雙端螺紋聯(lián)接件11，及連接電機(jī)支架7和聯(lián)軸器支架的法蘭盤(pán)5，電機(jī)支架7內(nèi)為單直流伺服電機(jī)9，其他聯(lián)接和固緊采用常規(guī)聯(lián)接方式，如鍵聯(lián)接、螺紋聯(lián)接和固緊方式。
所述的單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的支撐體部分沿移動(dòng)機(jī)構(gòu)的徑向分布，包括有上支撐輪部件8和位于電機(jī)支架7上的下支撐輪部件6，上支撐輪部件8通過(guò)上支撐輪支架21支撐并與驅(qū)動(dòng)輪支架12和電機(jī)支架7相連，包括上支撐輪支架21內(nèi)設(shè)有的使上支撐輪19能夠徑向彈性伸縮的彈簧22及彈簧22上部的導(dǎo)槽23內(nèi)設(shè)置的通過(guò)彈簧22的伸縮可沿導(dǎo)槽滑動(dòng)的滑塊20，通過(guò)穿過(guò)滑塊20的上支撐輪軸24支撐的上支撐輪19，其中滑塊20上端設(shè)有控制滑塊行程上限的上支撐輪支架蓋25，滑塊20的行程下限由下端的導(dǎo)槽邊緣限制。
所述的單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的蝸桿軸2兩端由角接觸球軸承1支撐，一端的角接觸球軸承1嵌在與驅(qū)動(dòng)輪支架12連接的驅(qū)動(dòng)輪支架軸承端蓋13中，另一端嵌入雙端螺紋聯(lián)接件11中，驅(qū)動(dòng)輪部件3套在其中心的蝸輪軸18上，蝸輪軸18的兩端設(shè)有固緊在驅(qū)動(dòng)輪支架12上的滑動(dòng)軸承14，驅(qū)動(dòng)輪支架擋蓋15外套在滑動(dòng)軸承14上，通過(guò)公知連接與驅(qū)動(dòng)輪支架12相連。
所述的單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中兩個(gè)上支撐輪部件8位于驅(qū)動(dòng)輪支架12上與驅(qū)動(dòng)輪部件3分布在同一圓周平面上，相互間夾角為120°，另兩個(gè)上支撐輪部件與下支撐輪部件分布在同一圓周平面上，相互間夾角為120°，保證了管道機(jī)器人在管道內(nèi)行走的力封閉和形封閉條件。
所述的單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的下支撐輪部件6包括有支撐其部件的下支撐輪軸33，設(shè)在下支撐輪軸33兩端并與電機(jī)支架7連接的下支撐輪支架29，下支撐輪軸33中部套有的通過(guò)深溝球軸承28支撐的下支撐輪30，下支撐輪30外圓周上的橡膠輪套31。
本發(fā)明采用了單直流伺服電機(jī)和單驅(qū)動(dòng)輪傳遞運(yùn)動(dòng)，并在支撐輪上采用了懸浮的彈簧滑塊結(jié)構(gòu)，從而保證適當(dāng)?shù)淖児軓胶蛷较蛏炜s性，尤其可適用于小管徑管道，具有簡(jiǎn)單適用、成本較低的特點(diǎn)。


圖1單電機(jī)三驅(qū)動(dòng)輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖；
圖2雙電機(jī)六驅(qū)動(dòng)輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖；圖3三電機(jī)三驅(qū)動(dòng)輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖；圖4本發(fā)明提出的單電機(jī)直進(jìn)輪式管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)主視中1、角接觸球軸承 2、蝸桿軸 3、驅(qū)動(dòng)輪部件 4、聯(lián)軸器支架 5、法蘭盤(pán) 6、下支撐輪部件 7、電機(jī)支架 8、上支撐輪部件9、直流伺服電機(jī) 10、聯(lián)軸器 11、雙端螺紋聯(lián)接件 12、驅(qū)動(dòng)輪支架 13、驅(qū)動(dòng)輪架軸承端蓋；圖5本發(fā)明單電機(jī)直進(jìn)輪式管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)輪徑向截面圖14、滑動(dòng)軸承 15、驅(qū)動(dòng)輪支架擋蓋 16、上支撐輪軸左套筒 17、上支撐輪軸右套筒 18、蝸輪軸；圖6本發(fā)明單電機(jī)直進(jìn)輪式管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)上支撐輪部件圖19、上支撐輪 20、滑塊 21、上支撐輪支架 22、彈簧 23、導(dǎo)槽24、上支撐輪軸 25、上支撐輪支架蓋；圖7本發(fā)明單電機(jī)直進(jìn)輪式管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)輪部件圖26、蝸輪 27、驅(qū)動(dòng)外支撐輪；圖8本發(fā)明單電機(jī)直進(jìn)輪式管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)下支撐輪部件圖28、深溝球軸承 29、下支撐輪支架 30、下支撐輪 31、支撐輪橡膠套 32、下支撐輪軸套筒 33、下支撐輪軸圖9實(shí)施例說(shuō)明圖即為基于DSP的小型管道機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)機(jī)器人在金屬管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)原理圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)圖4-圖8所述結(jié)構(gòu)，采用常規(guī)機(jī)械聯(lián)接件，按公知技術(shù)設(shè)計(jì)構(gòu)成。
本發(fā)明所設(shè)計(jì)的單電機(jī)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)已經(jīng)成功的應(yīng)用到本實(shí)驗(yàn)室基于DSP的小型管道機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)中，其總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖9，包括計(jì)算機(jī)，圖像采集卡，機(jī)器人控制卡，輪式移動(dòng)機(jī)器人，直流伺服電機(jī)，小型CCD傳感器和LED光源。
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能(1)輪式移動(dòng)機(jī)器人按照預(yù)定的要求在管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，這是作為一個(gè)機(jī)器人最起碼的要求；(2)通過(guò)CCD圖像傳感器、圖像采集卡及相關(guān)的圖像處理算法計(jì)算機(jī)能夠監(jiān)測(cè)到管道內(nèi)壁比較明顯的缺陷(如1mm寬的裂紋)，這是構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)的最重要的一個(gè)目的；(3)通過(guò)電機(jī)的測(cè)速系統(tǒng)能夠在監(jiān)測(cè)到缺陷的基礎(chǔ)上，通過(guò)軟硬件加之一些必要的算法，能夠初步確定缺陷的位置，并給出返回?cái)?shù)據(jù)結(jié)果，這是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)的一個(gè)重要判據(jù)；其工作原理如下當(dāng)將機(jī)器人放入管道，通過(guò)撐緊機(jī)構(gòu)將機(jī)器人的輪撐到緊貼管道內(nèi)壁后，通過(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)出指令讓機(jī)器人在管道中以一定速度運(yùn)動(dòng)，這時(shí)驅(qū)動(dòng)CCD使之工作，可以使CCD及其光源沿著機(jī)器人的軸線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，利用多個(gè)LED發(fā)光在中心的CCD傳感器采集信號(hào)，快速處理后，當(dāng)發(fā)現(xiàn)所采的信號(hào)與現(xiàn)在計(jì)算機(jī)中存的缺陷信號(hào)(圖像)一致或相差不多時(shí)，這時(shí)計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，將此時(shí)的圖像記錄下來(lái)，并傳到計(jì)算機(jī)的人機(jī)界面，利用已編制的軟件給出缺陷的位置和圖像。這樣運(yùn)行下去，直到計(jì)算機(jī)發(fā)出停止指令為止；將缺陷式樣做一個(gè)常見(jiàn)缺陷的圖庫(kù)，存到計(jì)算機(jī)中作為機(jī)器人的運(yùn)行判據(jù)。
使用本發(fā)明設(shè)計(jì)的單電機(jī)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，在現(xiàn)有加工工藝條件下一次性成功率高。而且，由于采用單電機(jī)使得成本降低，機(jī)器人在管道內(nèi)占用的空間小，達(dá)到小型化的目的。采用此種移動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人經(jīng)驗(yàn)證在管道內(nèi)運(yùn)行平穩(wěn)，性能良好，為后期的圖像采集和處理識(shí)別打下了良好基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括有驅(qū)動(dòng)體部分，連接體部分及支撐體部分，驅(qū)動(dòng)體部分通過(guò)連接體部分將直流伺服電機(jī)與蝸輪蝸桿副連接，并通過(guò)支撐體部分保證驅(qū)動(dòng)過(guò)程中提供足夠的摩擦力，本發(fā)明的特征在于位于驅(qū)動(dòng)輪支架(12)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)體部分采用單驅(qū)動(dòng)輪部件(3)傳遞運(yùn)動(dòng)，采用單直流伺服電機(jī)(9)，驅(qū)動(dòng)輪部件(3)與用來(lái)傳動(dòng)的蝸桿軸(2)連接通過(guò)連接體部分的聯(lián)軸器(10)與單直流伺服電機(jī)(9)相連，與驅(qū)動(dòng)輪支架(12)或電機(jī)支架(7)相連的上支撐體部分的支撐輪上采用了懸浮的彈簧滑塊結(jié)構(gòu)，從而保證適當(dāng)?shù)淖児軓胶蛷较蛏炜s性。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于驅(qū)動(dòng)體部分包括有用來(lái)行走的驅(qū)動(dòng)輪部件(3)和用來(lái)傳動(dòng)的蝸桿軸(2)，其中驅(qū)動(dòng)輪部件(3)由蝸輪(26)和蝸輪(26)兩側(cè)的通過(guò)圓周方向分布的螺釘與蝸輪(26)連接的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)外支撐輪(27)組成。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于連接體部分位于與驅(qū)動(dòng)輪支架(12)相連的聯(lián)軸器支架(4)內(nèi)，包括有連接蝸桿軸(2)與直流伺服電機(jī)(9)輸出軸的聯(lián)軸器(10)，及連接驅(qū)動(dòng)輪支架(12)和聯(lián)軸器支架(4)的雙端螺紋聯(lián)接件(11)，及連接電機(jī)支架(7)和聯(lián)軸器支架的法蘭盤(pán)(5)，電機(jī)支架(7)內(nèi)為單直流伺服電機(jī)(9)，其他聯(lián)接和固緊采用常規(guī)聯(lián)接方式和固緊方式，如鍵聯(lián)接、螺紋聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于支撐體部分沿移動(dòng)機(jī)構(gòu)的徑向分布，包括有上支撐輪部件(8)和位于電機(jī)支架(7)上的下支撐輪部件(6)，上支撐輪部件(8)通過(guò)上支撐輪支架(21)支撐并與驅(qū)動(dòng)輪支架(12)和電機(jī)支架(7)相連，包括上支撐輪支架(21)內(nèi)設(shè)有的使上支撐輪(19)能夠徑向彈性伸縮的彈簧(22)及彈簧(22)上部的導(dǎo)槽(23)內(nèi)設(shè)置的通過(guò)彈簧(22)的伸縮可沿導(dǎo)槽滑動(dòng)的滑塊(20)，通過(guò)穿過(guò)滑塊(20)的上支撐輪軸(24)支撐的上支撐輪(19)，其中滑塊(20)上端設(shè)有控制滑塊行程上限的上支撐輪支架蓋(25)，滑塊(20)的行程下限由下端的導(dǎo)槽邊緣限制。
5.根據(jù)權(quán)利1或2所述的單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于蝸桿軸(2)兩端由角接觸球軸承(1)支撐，一端的角接觸球軸承(1)嵌在與驅(qū)動(dòng)輪支架(12)連接的驅(qū)動(dòng)輪支架軸承端蓋(13)中，另一端嵌入雙端螺紋聯(lián)接件(11)中，驅(qū)動(dòng)輪部件(3)套在其中心的蝸輪軸(18)上，蝸輪軸(18)的兩端設(shè)有固緊在驅(qū)動(dòng)輪支架(12)上的滑動(dòng)軸承(14)，驅(qū)動(dòng)輪支架擋蓋(15)外套在滑動(dòng)軸承(14)上，通過(guò)公知連接與驅(qū)動(dòng)輪支架(12)相連。
6.根據(jù)權(quán)利1或4所述的單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于其中兩個(gè)上支撐輪部件(8)位于驅(qū)動(dòng)輪支架(12)上與驅(qū)動(dòng)輪部件(3)分布在同一圓周平面上，相互間夾角為120°，另兩個(gè)上支撐輪部件與下支撐輪部件分布在同一圓周平面上，相互間夾角為120°，保證了管道機(jī)器人在管道內(nèi)行走的力封閉和形封閉條件。
7.根據(jù)權(quán)利1或4所述的單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于下支撐輪部件(6)包括有支撐其部件的下支撐輪軸(33)，設(shè)在下支撐輪軸(33)兩端并與電機(jī)支架(7)連接的下支撐輪支架(29)，下支撐輪軸(33)中部套有的通過(guò)深溝球軸承(28)支撐的下支撐輪(30)，下支撐輪(30)外圓周上的橡膠輪套(31)。
全文摘要
單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)屬于光機(jī)電一體化領(lǐng)域，它包括有驅(qū)動(dòng)體部分，連接體部分及支撐體部分，驅(qū)動(dòng)體部分通過(guò)連接體部分將直流伺服電機(jī)與蝸輪蝸桿副連接，并通過(guò)支撐體部分保證驅(qū)動(dòng)過(guò)程中提供足夠的摩擦力，特征在于位于驅(qū)動(dòng)輪支架內(nèi)的驅(qū)動(dòng)體部分采用單驅(qū)動(dòng)輪部件傳遞運(yùn)動(dòng)，采用單直流伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)輪部件與用來(lái)傳動(dòng)的蝸桿軸連接通過(guò)連接體部分的聯(lián)軸器與單直流伺服電機(jī)相連，與驅(qū)動(dòng)輪支架或電機(jī)支架相連的上支撐體部分的支撐輪上采用了懸浮的彈簧滑塊結(jié)構(gòu)，從而保證適當(dāng)?shù)淖児軓胶蛷较蛏炜s性。本發(fā)明克服了卡死現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易實(shí)現(xiàn)的缺陷，適用于小管徑管道，具有簡(jiǎn)單適用、成本較低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B60K17/00GK1586942SQ20041006885
公開(kāi)日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者何存富, 何守印, 吳斌, 王秀彥 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)