本發(fā)明涉及管道機(jī)器人領(lǐng)域，具體是一種管徑自適應(yīng)螺旋管道機(jī)器人，主要用于在管徑變化、障礙較大等情況時，機(jī)器人自動改變自身尺寸，便于順利通過障礙，進(jìn)行管道檢測。

背景技術(shù)：

管道作為主要的流體輸送工具,在人類生產(chǎn)、生活中發(fā)揮著巨大作用。管道在長期的使用過程中難免會出現(xiàn)破裂、堵塞等，這就要求我們必須定期的對管道進(jìn)行勘察和維護(hù)，管道機(jī)器人在這方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。在眾多的管道機(jī)器人當(dāng)中，輪式管道機(jī)器人由于速度快,運(yùn)動平穩(wěn)、負(fù)載能力強(qiáng),被廣泛應(yīng)用于管道檢測中?，F(xiàn)有管道機(jī)器人的變徑方法有彈簧預(yù)緊變徑、蝸桿預(yù)緊變徑和升降機(jī)預(yù)緊變徑等。彈簧預(yù)緊變徑在小范圍內(nèi)具有自適應(yīng)能力,但隨著彈簧尺寸變化預(yù)緊力也發(fā)生變化，且彈簧預(yù)緊力較小容易導(dǎo)致機(jī)器人驅(qū)動力過小。升降機(jī)預(yù)緊變徑機(jī)構(gòu)在軸向和徑向結(jié)構(gòu)比較緊湊,使機(jī)器人的空間尺寸大大縮小,但當(dāng)管道直徑較大時所需的推動力較大,對機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度的要求較高。蝸桿預(yù)緊變徑方法可以實(shí)現(xiàn)較大范圍變徑,但所需驅(qū)動力較大。所以對于可變徑管道機(jī)器人,尤其是可變徑輪式管道機(jī)器人,缺少較好的執(zhí)行方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，效果良好的管徑自適應(yīng)螺旋管道機(jī)器人。

本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種管徑自適應(yīng)螺旋管道機(jī)器人，包括行星減速機(jī)，所述行星減速機(jī)的輸入端連接有驅(qū)動葉輪；所述行星減速機(jī)的輸出端通過萬向節(jié)連接有固定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，所述行星減速機(jī)與萬向節(jié)之間設(shè)有安全離合器；所述行星減速機(jī)的外殼設(shè)有若干兩端螺向相反的滾珠絲杠，所述滾珠絲杠的兩端套有螺母副，所述螺母副通過拉力彈簧連接在一起；兩端的所述螺母副通過連桿連接有輪座，所述輪座上設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸向與行星減速機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸向不平行的驅(qū)動輪；所述行星減速機(jī)的輸出端與滾珠絲杠的輸入端通過齒輪系連接在一起。

其進(jìn)一步是：所述固定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由支撐架和導(dǎo)向輪組成，所述支撐架為十字型支架，所述導(dǎo)向輪設(shè)置在支撐架的四個端部，所述導(dǎo)向輪與支撐架的端部之間設(shè)有壓力彈簧。

所述支撐架所在的平面與行星減速機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸向垂直。

所述導(dǎo)向輪的旋轉(zhuǎn)軸向與行星減速機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸向垂直。

所述驅(qū)動輪與輪座之間設(shè)有壓力彈簧。

所述輪座的兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)向孔，所述行星減速機(jī)上設(shè)有與導(dǎo)向孔配合使用的導(dǎo)向柱。

所述齒輪系由主動輪和若干從動輪組成，所述主動輪固定在行星減速機(jī)的輸出端，所述從動輪與滾珠絲杠的輸入端連接在一起。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的管徑自適應(yīng)螺旋管道機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單，加工成本較低，可根據(jù)障礙大小自動調(diào)節(jié)自身尺寸，便于越過障礙，無需人工調(diào)節(jié)；越過障礙之后，該驅(qū)動輪又可自動增大自身尺寸，便于在管道內(nèi)前進(jìn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的變徑機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、驅(qū)動葉輪，2、行星減速機(jī)，3、螺母副，4、滾珠絲杠，5、輪座，6、驅(qū)動輪，7、拉力彈簧，8、連桿，9、齒輪系，10、安全離合器，11、萬向節(jié)，12、導(dǎo)向輪，13、支撐架，14、導(dǎo)向柱，15導(dǎo)向孔。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖2所示的管徑自適應(yīng)螺旋管道機(jī)器人，包括行星減速機(jī)2，所述行星減速機(jī)2的輸入端連接有驅(qū)動葉輪1；所述行星減速機(jī)2的輸出端通過萬向節(jié)11連接有固定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，所述行星減速機(jī)2與萬向節(jié)11之間設(shè)有安全離合器10；所述行星減速機(jī)2的外殼設(shè)有若干兩端螺向相反的滾珠絲杠4，所述滾珠絲杠4的兩端套有螺母副3，所述螺母副3通過拉力彈簧7連接在一起；兩端的所述螺母副3通過連桿8連接有輪座5，所述輪座5上設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸向與行星減速機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸向不平行的驅(qū)動輪6；所述行星減速機(jī)2的輸出端與滾珠絲杠4的輸入端通過齒輪系9連接在一起。本發(fā)明的管徑自適應(yīng)螺旋管道機(jī)器人由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、變徑機(jī)構(gòu)及固定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成；

其中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要由驅(qū)動葉輪、行星減速機(jī)和安裝在其外壁的驅(qū)動輪組成，行星減速機(jī)的輸入端與驅(qū)動葉輪連接，利用驅(qū)動葉輪吸收管道內(nèi)流體的能量，輸出的扭矩傳遞到行星減速機(jī)的輸入軸；行星減速機(jī)的輸出軸通過安全離合器、萬向節(jié)連接到固定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上，固定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)只能沿著管道前進(jìn)或后退，不能旋轉(zhuǎn)，從而保證了行星減速機(jī)的扭矩只能由外殼輸出，輸出端通過固定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)制動，同時驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動軸線與管道軸線存在一定的偏轉(zhuǎn)角，因此驅(qū)動輪在行星減速機(jī)的外殼帶動下做空間螺旋運(yùn)動，并帶動整個機(jī)器人在管道中前進(jìn)，行星減速機(jī)的外壁至少設(shè)有三個方向的驅(qū)動輪；

變徑機(jī)構(gòu)由滾珠絲杠、螺母副、拉力彈簧、連桿以及齒輪系組成，滾珠絲杠兩端的螺紋旋轉(zhuǎn)方向想反，兩端的螺母副在滾珠絲杠的帶動下做相反方向運(yùn)動，由于滾珠絲杠非自鎖，在拉力彈簧的作用下，兩端的螺母副做相向運(yùn)動；在螺母副運(yùn)動的同時，通過連桿帶動輪座運(yùn)動，輪座上設(shè)有驅(qū)動輪，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動輪到行星減速機(jī)軸線的距離改變；齒輪系連接行星減速機(jī)的輸出軸和滾珠絲杠的輸入端，當(dāng)行星減速機(jī)由輸出軸輸出動力時，在齒輪系的帶動下，實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)機(jī)器人正常前進(jìn)時，由于扭矩都是通過行星減速機(jī)的外殼輸出的，行星減速機(jī)的輸出軸所產(chǎn)生的扭矩很小。當(dāng)機(jī)器人前進(jìn)過程中遇到障礙卡堵時，行星減速機(jī)外殼卡住不動，此時輸出軸輸出的扭矩增大，超過安全離合器設(shè)定的值，安全離合器便會分離空轉(zhuǎn)。行星減速機(jī)輸出軸的旋轉(zhuǎn)帶動齒輪系旋轉(zhuǎn)，從而帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致兩螺母副的距離增大，輪座下降，整個機(jī)器人的尺寸隨之變小，可順利越過障礙；越障之后，由于滾珠絲杠非自鎖，在拉力彈簧的作用下，兩螺母副的距離又逐漸縮小，輪座上升，機(jī)器人尺寸隨之增大，驅(qū)動輪壓緊管壁，為機(jī)器人的前進(jìn)提供足夠的動力。

如圖1至圖2所示的管徑自適應(yīng)螺旋管道機(jī)器人，所述固定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由支撐架13和導(dǎo)向輪12組成，所述支撐架13為十字型支架，所述導(dǎo)向輪12設(shè)置在支撐架13的四個端部，所述導(dǎo)向輪12與支撐架13的端部之間設(shè)有壓力彈簧。所述支撐架13所在的平面與行星減速機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸向垂直。所述導(dǎo)向輪12的旋轉(zhuǎn)軸向與行星減速機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸向垂直。本發(fā)明的固定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要起支撐和導(dǎo)向的作用，由支撐架和安裝于其上的四組呈對稱分布的導(dǎo)向輪構(gòu)成，二者之間設(shè)有壓力彈簧，將導(dǎo)向輪緊壓到管壁，導(dǎo)向輪的轉(zhuǎn)動軸線與管道中心軸線相互垂直。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)和固定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由萬向節(jié)連接，并裝有安全離合器，安裝于支撐架上的導(dǎo)向輪的旋轉(zhuǎn)軸線與管道軸線垂直，使得整個固定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)只能沿著管道前進(jìn)或后退，不能旋轉(zhuǎn)，從而保證了行星減速機(jī)的扭矩只能由外殼輸出。

如圖1至圖2所示的管徑自適應(yīng)螺旋管道機(jī)器人，所述驅(qū)動輪6與輪座5之間設(shè)有壓力彈簧。本發(fā)明的驅(qū)動輪與輪座之間裝有壓力彈簧，安裝于行星減速機(jī)外殼上的三組驅(qū)動輪因彈簧的預(yù)緊作用而緊貼管壁，因此在行星減速機(jī)旋轉(zhuǎn)時三組驅(qū)動輪會因管壁提供的摩擦力旋轉(zhuǎn)，因驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)軸線與行星減速機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線存在一定夾角，因此驅(qū)動輪的運(yùn)動軌跡為沿著管道軸線的空間螺旋線，從而帶動整個機(jī)器人沿著管道軸線行走。

如圖1至圖2所示的管徑自適應(yīng)螺旋管道機(jī)器人，所述輪座5的兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)向孔15，所述行星減速機(jī)2上設(shè)有與導(dǎo)向孔15配合使用的導(dǎo)向柱14。本發(fā)明的輪座與行星減速機(jī)的外殼之間設(shè)有導(dǎo)向裝置，分別為設(shè)置在外殼上的導(dǎo)向柱，和設(shè)置在輪座上與導(dǎo)向柱配合使用的導(dǎo)向孔，保證輪座在相對外殼運(yùn)動的平穩(wěn)性，提高機(jī)器人的整體性能。

如圖1至圖2所示的管徑自適應(yīng)螺旋管道機(jī)器人，所述齒輪系由主動輪和若干從動輪組成，所述主動輪固定在行星減速機(jī)2的輸出端，所述從動輪與滾珠絲杠4的輸入端連接在一起。本發(fā)明的齒輪系由主動輪和從動輪組成，主動齒輪與行星減速機(jī)的輸出軸固定在一起，當(dāng)行星減速機(jī)的外殼制動，并由輸出軸傳遞動力時，主動輪轉(zhuǎn)動，并帶動安裝與滾珠絲杠輸入端的從動輪轉(zhuǎn)動，從而滾珠絲杠與螺母副的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)變徑機(jī)構(gòu)減小半徑的功能。