CN108223968B - 一种自主式小型管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自主式小型管道机器人，包括驱动电机，钢丝软轴、行走模块、行走机构回转头、十字万向铰链与作业模块，所述行走模块、行走机构回转头、十字万向铰链与作业模块依次串联，通过管道外设置的驱动电机连接钢丝软轴驱动，使得所述行走模块带动机器人前进与后退，所述行走机构回转头带动十字万向铰链与作业模块作360°回转运动。本发明具有如下的特点：1、可实现连续弯曲小型管道的作业；2、所有动力源全部外置，采用钢丝软轴进行驱动，结构紧凑，体积小；3、可以多个作业模块用十字万向铰链串联，拓宽机器人的作业空间与范围。

Description

一种自主式小型管道机器人

技术领域

本发明属于管道机器人技术领域，涉及一种自主式小型管道机器人。

背景技术

管道机器人是特种机器人的重要分支之一，是在现代石油化工产业、市政建设等管道施工、维护技术的推动下产生的。管道机器人在管道所属的特定空间内工作，机器人上可携带各种作业装置或检测仪器，在工程人员的遥控或者自主控制下进入管道内，完成诸如管道探伤、内壁除锈、内壁防腐涂层检测及涂敷、管道内异物识别与清除、管道内加工等任务。

随着工程中管道使用得更加频繁，以及科学技术的不断发展，管道机器人的应用范围要求越来越广，现有的管道机器人系统仅能适应一定的有限作业范围，当需要在小型管道中作业时，管道机器人的大范围应用推广受到了一定的限制。为了提高管道机器人在小型管道内的可用性，研制和开发能够在小型管道系统内自由行走并能自主完成不同作业的小型管道机器人，现已成为管道机器人开发应用领域的热点与难点问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种自主式小型管道机器人，是一种在小型管道内作业，适应不同的管径，能够在管道内移动，实现夹紧定位，自动对中心的管道机器人。具有结构紧凑、体积小、可实现在连续弯曲小型管道内作业的特点。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自主式小型管道机器人，包括驱动电机，钢丝软轴、行走模块、行走机构回转头、十字万向铰链与作业模块，所述行走模块、行走机构回转头、十字万向铰链与作业模块依次串联，通过管道外置的驱动电机连接钢丝软轴驱动，使得所述行走模块带动机器人前进与后退，所述行走机构回转头带动十字万向铰链与作业模块作360°回转运动。

所述行走模块包括移动腿和橡胶轮，所述橡胶轮安装在移动腿的端部，橡胶轮在移动腿的支撑下，驱动电机通过钢丝软轴直接驱动橡胶轮沿着管壁移动；所述移动腿沿着行走模块周向120°均匀布置，三个为一组，布置两组；当到达指定作业位置时，橡胶轮停止运动，移动腿通过钢丝软轴提供动力，进行撑紧、定位动作。

所述移动腿为主动式支撑，其一端铰接固定，另一端连接橡胶轮，在移动腿的中部铰接一个连杆，连杆的另一端铰接在第一滑块上，第一滑块与第一丝杠相配合，两组共六个移动腿采用同一个第一丝杠进行支撑与调节。

所述作业模块的结构与行走模块的结构类似，包括支撑腿和橡胶球，所述橡胶球嵌入支撑腿内，支撑腿沿着作业模块周向120°均匀布置，三个为一组，布置两组；所述支撑腿的支撑方式与移动腿相同，两组共六个支撑腿采用同一个第二丝杠进行支撑与调节；驱动电机通过钢丝软轴驱动第二滑块，使支撑腿撑紧，从而使橡胶球与管壁紧密接触，实现定位功能；作业模块通过加载不同的作业装置，从而完成不同的管道内作业；作业装置的动力也来源于与外置电机连接的钢丝软轴。

所述行走机构回转头采用行星轮传动，驱动源为外置电机驱动的钢丝软轴，当行走机构回转头回转时，带动十字万向铰链作360°回转运动。

所述十字万向铰链为若干个万向铰链串联后，一端与行走机构回转头连接，一端与作业模块连接；行走机构回转头传递的动力通过十字万向铰链使作业模块作360°回转运动，从而使作业模块顺利通过管道弯曲部分。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：

1.本发明的动力源全部外置，采用钢丝软轴进行驱动，结构紧凑，体积小。

2.本发明在钢丝软轴长度允许的条件下，可实现在多个连续弯曲小型管道内实现不同的自主作业。

3.可以多个作业模块用十字万向铰链串联连接，拓宽作业空间与范围。

附图说明

图1是本发明一种自主式小型管道机器人整体装配图。

图2是本发明一种自主式小型管道机器人的行走模块示意图。

图3是本发明一种自主式小型管道机器人的行走机构回转头的左视图与主视图。

图4是本发明一种自主式小型管道机器人的作业模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种自主式小型管道机器人，包括驱动电机，钢丝软轴、行走模块7、行走机构回转头10、十字万向铰链11与作业模块12，所述行走模块7、行走机构回转头10、十字万向铰链11与作业模块12依次串联，通过外置的驱动电机连接钢丝软轴驱动，所述行走模块7带动机器人前进与后退，所述行走机构回转头10带动十字万向铰链11与作业模块12作360°回转运动。所述驱动电机1、3、6全部外置，采用钢丝软轴将动力2、4、5将动力传递给行走模块7、行走机构回转头10与作业模块12等，为简明起见，图1只画出三个电机与三根钢丝软轴。

如图2所示，所述行走模块7包括移动腿8和橡胶轮9，所述橡胶轮9安装在移动腿8的端部，橡胶轮9在移动腿8的支撑下，驱动电机通过钢丝软轴直接驱动橡胶轮9沿着管壁16移动；所述移动腿8沿着行走模块7周向120°均匀布置，三个为一组，布置两组；当到达指定作业位置时，橡胶轮9停止运动，移动腿8通过钢丝软轴提供动力，进行撑紧、定位动作。

所述移动腿8为主动式支撑，其一端铰接固定，另一端连接橡胶轮9，在移动腿8的中部铰接一个连杆，连杆的另一端铰接在第一滑块19上，第一滑块19与第一丝杠20相配合，两组共六个移动腿8采用同一个第一丝杠20进行支撑与调节。

如图4所示，所述作业模块12的结构与行走模块7的结构类似，包括支撑腿13和橡胶球14，所述橡胶球14嵌入支撑腿13内，支撑腿13沿着作业模块12周向120°均匀布置，三个为一组，布置两组；所述支撑腿13的支撑方式与移动腿8相同，两组共六个支撑腿13采用同一个第二丝杠18进行支撑与调节；驱动电机通过钢丝软轴驱动第二滑块17，使支撑腿13撑紧，从而使橡胶球14与管壁16紧密接触，实现定位功能；作业模块12通过加载不同的作业装置，从而完成不同的管道内作业，图1中作业模块12携带砂轮15；作业装置的动力也来源于与外置电机连接的钢丝软轴。

如图3所示，所述行走机构回转头10采用行星轮传动，驱动源为外置电机驱动的钢丝软轴，当行走机构回转头10回转时，带动十字万向铰链11作360°回转运动。

所述十字万向铰链11为若干个万向铰链串联后，一端与行走机构回转头10连接，一端与作业模块12连接；行走机构回转头10传递的动力通过十字万向铰链11使作业模块12作360°回转运动，从而使作业模块12顺利通过管道弯曲部分。

Claims (2)

1.一种自主式小型管道机器人，其特征在于，包括三个驱动电机，三根钢丝软轴、行走模块（7）、行走机构回转头（10）、十字万向铰链（11）与作业模块（12），所述行走模块（7）、行走机构回转头（10）、十字万向铰链（11）与作业模块（12）依次串联，其中，三个驱动电机设置在管道外，三个驱动电机分别连接三根钢丝软轴，通过一根连接钢丝软轴驱动，使得所述行走模块（7）带动机器人前进与后退；通过另一根钢丝软轴驱动所述行走机构回转头（10）带动十字万向铰链（11）与作业模块（12）作360°回转运动;

所述行走模块（7）包括六条移动腿（8）和橡胶轮（9），每个所述橡胶轮（9）安装在每条所述移动腿（8）的端部，橡胶轮（9）在移动腿（8）的支撑下，驱动电机通过钢丝软轴直接驱动橡胶轮（9）沿着管壁（16）移动；所述移动腿（8）沿着行走模块（7）周向120°均匀布置，三个为一组，布置两组；当到达指定作业位置时，橡胶轮（9）停止运动，移动腿（8）通过第三根钢丝软轴提供动力，进行撑紧、定位动作;

所述每条移动腿（8）为主动式支撑，其一端铰接固定，另一端连接橡胶轮（9），在每条移动腿（8）的中部铰接一个连杆，所述连杆的另一端铰接在第一滑块（19）上，第一滑块（19）与第一丝杠（20）相配合，两组共六条移动腿（8）采用同一个第一丝杠（20）进行支撑与调节;

所述作业模块（12）的结构与行走模块（7）的结构类似，包括六条支撑腿（13）和橡胶球（14），每个所述橡胶球（14）嵌入支撑腿（13）内，支撑腿（13）沿着作业模块（12）周向120°均匀布置，三个为一组，布置两组；所述支撑腿（13）的支撑方式与移动腿（8）相同，两组共六条支撑腿（13）采用同一个第二丝杠（18）进行支撑与调节；驱动电机通过钢丝软轴驱动第二滑块（17），使支撑腿（13）撑紧，从而使橡胶球（14）与管壁（16）紧密接触，实现定位功能；作业模块（12）通过加载不同的作业装置，从而完成不同的管道内作业；作业装置的动力也来源于与外置电机连接的钢丝软轴;

所述行走机构回转头（10）采用行星轮传动，驱动源为外置电机驱动的钢丝软轴，当行走机构回转头（10）回转时，带动十字万向铰链（11）作360°回转运动。

2.根据权利要求1所述的自主式小型管道机器人，其特征在于，所述十字万向铰链（11）为若干个万向铰链串联后，一端与行走机构回转头（10）连接，一端与作业模块（12）连接；行走机构回转头（10）传递的动力通过十字万向铰链（11）使作业模块（12）作360°回转运动，从而使作业模块（12）顺利通过管道弯曲部分。