本發(fā)明涉及探測管道的機器人領(lǐng)域，尤其是一種具有特殊行程開關(guān)導(dǎo)向頭和多組輪系的管道機器人。

背景技術(shù)：

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下，進行一系列管道作業(yè)的機、電、儀一體化系統(tǒng)。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手段而得到廣泛的應(yīng)用。為提高管道的壽命、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，管道機器人為滿足該需要而產(chǎn)生。而機器人學、計算機、傳感器等理論和技術(shù)的發(fā)展，也為管內(nèi)和管外自主移動機器人的研究和應(yīng)用提供了技術(shù)保證。

目前國內(nèi)情況來看，投入市場的管道機器人多應(yīng)用于清洗行業(yè)，功能過于單一，且多為輪式或履帶式驅(qū)動，不僅難以適應(yīng)管道內(nèi)的復(fù)雜環(huán)境，而且穩(wěn)定性也欠佳?？傮w來講，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。

為了克服現(xiàn)有管道機器人中存在的機器人定位精度不足、反應(yīng)速度不夠迅速、轉(zhuǎn)彎動作穩(wěn)定性差、結(jié)構(gòu)不夠緊湊等問題，本發(fā)明提供了一種基于張緊輪系與類圓錐體行程開關(guān)導(dǎo)向頭的螺旋推進式管道機器人，可通過導(dǎo)向頭準確定位至目標位置，通過驅(qū)動輪系的運動和張緊輪系的張緊，共同完成對管道的維修與檢查。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種結(jié)構(gòu)精巧，運動靈活的螺旋推進式管道機器人。本發(fā)明具有傳動效率高、傳動平穩(wěn)、機構(gòu)緊湊、制造簡單、定位精確等優(yōu)勢。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明的螺旋推進式管道機器人，包括行程開關(guān)導(dǎo)向頭，張緊輪系，驅(qū)動輪系，前驅(qū)動體，后驅(qū)動體，鋰電池倉，還有球鉸鏈關(guān)節(jié)構(gòu)成；行程開關(guān)導(dǎo)向頭的圓錐體設(shè)計和球鉸鏈關(guān)節(jié)可以進行自適應(yīng)調(diào)整，當行程開關(guān)導(dǎo)向頭遇到障礙時，圓錐體的設(shè)計可以使其順著管道的方向偏移角度，球鉸鏈關(guān)節(jié)也會隨之偏移角度，從而實現(xiàn)沿著管道內(nèi)表面轉(zhuǎn)彎的功能。當管道的內(nèi)徑改變時，張緊輪系可以在中間彈簧的作用下實現(xiàn)輪系直徑的改變來適應(yīng)管道內(nèi)徑的變化，使管道機器人始終依附于管道內(nèi)表面運動。張緊輪系位于其運動方向的前部，然后通過驅(qū)動體又連接驅(qū)動輪系，驅(qū)動體帶動驅(qū)動輪系使機器人運動，張緊輪系中的彈簧在螺旋推進式管道機器人工作時受到管壁的擠壓始終處于拉伸狀態(tài)，從而產(chǎn)生向管壁的張力，使螺旋推進式管道機器人依附在道內(nèi)表面；前驅(qū)動體與后驅(qū)動體通過電機的正反轉(zhuǎn)使驅(qū)動輪系帶動機器人運動，驅(qū)動輪系的角度設(shè)計可以將電機的扭矩轉(zhuǎn)換為讓螺旋推進式管道機器人向前運動的力，驅(qū)動輪系的傾斜輪系將電機扭矩轉(zhuǎn)換成了沿管道方向和垂直于管道方向的兩個分力，使螺旋推進式管道機器人更好的依附于管道內(nèi)表面并沿管道方向運動；球鉸鏈關(guān)節(jié)使管道機器人在轉(zhuǎn)彎時運動靈活，能結(jié)合管道的具體特征來運動；鋰電池倉使用鋰電池提供動力，使機器人工作更持久，更穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明張緊輪系及其附近特征。

圖3為本發(fā)明驅(qū)動輪系及其附近特征。

【附圖符號說明】1.行程開關(guān)導(dǎo)向頭；2.前張緊輪系；3.前驅(qū)動體；4.前驅(qū)動輪系；5.前球鉸鏈關(guān)節(jié)；6.鋰電池倉；7.后球鉸鏈關(guān)節(jié)；8.后張緊輪系；9.后驅(qū)動體；10.后驅(qū)動輪系；11.尾部導(dǎo)向頭；12.支座；13.彈簧；14.滾輪；15.滾輪；16.彈簧；17.支座。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明的螺旋推進式管道機器人，其特征在于行程開關(guān)導(dǎo)向頭1，前張緊輪系2，前驅(qū)動體3，前驅(qū)動輪系4，前球鉸鏈關(guān)節(jié)5，鋰電池倉6，后球鉸鏈關(guān)節(jié)7，后張緊輪系8，后驅(qū)動體9，后驅(qū)動輪系10，尾部導(dǎo)向頭11，鋰電池倉6位于機器人中部，機器人整體呈近似對稱結(jié)構(gòu)，鋰電池倉的前部由行程開關(guān)導(dǎo)向頭1，前張緊輪系2，前驅(qū)動體3，前驅(qū)動輪系4和前球鉸鏈關(guān)節(jié)5構(gòu)成，球鉸鏈關(guān)節(jié)5、7分別布置在鋰電池倉6兩端，后端球鉸鏈關(guān)節(jié)7又連接了后張緊輪系8中的支座，進而通過鉸接滾輪連接于后驅(qū)動體9，連接方式與前部相同，后驅(qū)動體9又通過電機帶動后驅(qū)動輪系10，后驅(qū)動輪系10通過專用支座與尾部導(dǎo)向頭11相連。

如圖2所示，是本發(fā)明的前張緊部分，行程開關(guān)導(dǎo)向頭1通過支座12與前張緊輪系2相接，前張緊輪系2包括四個鉸接的滾輪，中間部分為彈簧13連接，用來實現(xiàn)張緊功能。前驅(qū)動體3通過彈簧13連接行程開關(guān)導(dǎo)向頭1的支座12部分，同時以陣列形式留有四個槽連接前張緊輪系2的四個滾輪14，前驅(qū)動體3裝有步進電機，是通過支承和軸套來固定，可以按照指令控制電機轉(zhuǎn)速。

如圖3所示，是本發(fā)明的前驅(qū)動部分，前驅(qū)動體3通過電機連接前驅(qū)動輪系4，使前驅(qū)動輪系4中的滾輪15隨之運動，前驅(qū)動輪系4包括四個滾輪15，專用支座17，四個彈簧16構(gòu)成，支座17為根據(jù)具體要求加工的專用支座，角度和間隔都由精密計算得到，使前驅(qū)動輪系4可以帶動機器人進行縱向移動，前驅(qū)動輪系4又通過專用支座17連接球鉸鏈關(guān)節(jié)5，彈簧16起到減震作用，彈簧16連接在滾輪15和專用支座17之間，四個滾輪彈簧部分均為單獨系統(tǒng)，不會相互干涉。

本發(fā)明選用了球鉸鏈關(guān)節(jié)，有效地消除了目前管道機器人的轉(zhuǎn)動不靈活，易卡頓等缺陷；將行程開關(guān)導(dǎo)向頭設(shè)計成圓錐體，有效的實現(xiàn)了導(dǎo)向功能，讓機器人運動更靈活；張緊輪系的使用使管道機器人更好的依附于管道內(nèi)壁，解決了一些機器人易發(fā)生滑動，定位不精準的問題，同時適用于內(nèi)徑變化的管道，增加了機器人的實用性；驅(qū)動輪系的角度設(shè)計，使機器人受力更集中，前進方向更明確，這充分發(fā)揮了管道機器人的靈活性，穩(wěn)定性，使機構(gòu)緊湊，從而使螺旋推進式管道機器人具備了傳動效率高、傳動平穩(wěn)、機構(gòu)緊湊、制造簡單、定位精確等優(yōu)勢。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種螺旋推進式管道機器人。包括行程開關(guān)導(dǎo)向頭，張緊輪系，驅(qū)動輪系，前驅(qū)動體，后驅(qū)動體，鋰電池倉，還有球鉸鏈關(guān)節(jié)構(gòu)成。行程開關(guān)導(dǎo)向頭由類圓錐體導(dǎo)向頭和行程開關(guān)組成，張緊輪系位于前驅(qū)動體和行程開關(guān)導(dǎo)向頭之間，用來提供張緊力使機器人依附于管道內(nèi)表面，驅(qū)動體內(nèi)裝有伺服電機，用來驅(qū)動驅(qū)動輪系進而驅(qū)動機器人運動，機器人中間部分為鋰電池倉，為機器人的運動提供動力。鋰電池倉與前后部分由球鉸鏈關(guān)節(jié)連接，使機器人可以靈活運動。該裝置結(jié)構(gòu)精巧，運動靈活，具有傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，定位精確等特點。

技術(shù)研發(fā)人員：寧萌;薛必倫;張家輝;周景文;王垚;李思奇;張秋菊
受保護的技術(shù)使用者：江南大學
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.24
技術(shù)公布日：2017.07.25