CN110805786A - 一种主动式螺旋驱动管道装置 - Google Patents
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Abstract
一种主动式螺旋驱动管道装置，包括驱动机构和支撑机构，驱动机构和支撑机构通过万向节联结组成；驱动机构包括通过万向节与电机相连的轴一端，轴周围分布三个呈螺旋状的主动轮，主动轮通过轮轴连接在万向节连接器上，万向节连接器与设置在端盖上的齿轮组相连，轮轴上设置有连杆，轴上设置有弹簧，弹簧上安装有变径连杆，变径连杆与连杆相连；支撑机构包括与万向节相连的支架一端，连接处通过支撑腿与转向支撑轮相连，支架另一端设置有轴，轴上设置有弹簧，弹簧上安装有变径挡环，变径挡环通过变径杆连接导向轮，导向轮通过变径杆与设置在支架上的连接器相连。本发明由单电机驱动，结构紧凑简单，可搭载其他的检测及维修设备，具备可扩展性。
Description
技术领域
本发明常规运输管道的检修与维护技术领域，特别涉及一种主动式螺旋驱动管道装置。
背景技术
管道运输是世界五大交通运输方式之一，在长时间的使用之后，管道会出现断裂、变形、破损和腐蚀等失效形式，但由于管道的结构特点以及应用方式，使得管道的检修维护工作比较困难，传统的管道维护工作费时费力，且不能保证准确率。随着科学技术的发展，机器人技术逐渐成熟，管道机器人应运而生，其能够进入管道内部进行活动，进而代替人力对管道进行检测和维护，能够精准定位需要维修更换的管道位置，大大降低管道的维护成本，提高管道工作的安全性和可靠性。
管道机器人从最初结构简单的管道逐渐发展成为具有功能丰富、结构多样的行走式管道机器人、蠕动式管道机器人等。其中，流体驱动式机器人采用分节式结构，有橡胶密封结构，与管壁密封，通过注油的方式，利用液体的压力，推动机器人前进。行走式管道机器人拥有如动物腿一样的结构，行走速率高，需要非常复杂的机械结构和多组驱动器。蠕动式管道机器人尺寸小、质量轻，依靠机器人的伸缩和锁死结构来蠕动，多采用气动的方式驱动前后端的收缩和伸长，这样的驱动方式牵引力有限，且能量损失较大。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种主动式螺旋驱动管道装置，具有结构紧凑简单，可搭载其他的检测及维修设备的特点，具备一定的可扩展性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种主动式螺旋驱动管道装置，包括驱动机构和支撑机构，所述的驱动机构和支撑机构通过万向节21联结组成；
所述的驱动机构包括通过万向节21与电机20相连的轴22一端，所述的轴22周围分布三个呈螺旋状的主动轮2，主动轮2通过轮轴3连接在万向节连接器5上，万向节连接器5与设置在端盖7上的齿轮组26相连，轮轴3上设置有连杆，轴22上设置有弹簧，弹簧上安装有变径连杆27，变径连杆27与连杆相连；
所述的支撑机构包括与万向节21相连的支架10一端，连接处通过支撑腿9与转向支撑轮8相连，所述的支架10另一端设置有轴15，轴15上设置有弹簧13，弹簧13上安装有变径挡环16，变径挡环16通过变径杆17连接导向轮12，导向轮12通过变径杆18与设置在支架10上的连接器19相连。
所述的变径挡环16在轴15上的移动用于调节导向轮12运动范围，支架10中心分布着电机20。
所述的轴22另一端通过滑杆28和螺母29固定。
所述的主动轮2与水平方向设置有一定的夹角。
所述的主动轮2与水平方向的夹角为30°。
所述的主动轮2通过螺母1固定在轮轴3上，轮轴3与万向节连接器5相联结，轴承6、轴22、轴承24和齿轮轴25将齿轮组26固定在端盖7上，所述的轴承24外侧设置有轴承端盖23。
本发明的有益效果：
机器人采用采用螺旋状轮式结构，可以保证在调整轮子张开角度的时候可以与管壁有确定的夹角而不会垂直于管道截面方向，使前进的路径保持螺旋线的状态，从而避免了无法前进或后退的情况。由伸缩机构控制变径，管径适应范围更广。以万向节作为前后部分的连接装置，机器人可以在管道内的灵活性大大提高，可有效提高过弯能力。由单电机驱动，结构紧凑简单，可搭载其他的检测及维修设备，具备一定的可扩展性。
附图说明
图1为管道机器人的整体结构示意图。
图2为整体设计的空间分布示意图。
图3为管道机器人的驱动机构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种主动式螺旋驱动管道装置，是由驱动机构和支撑机构两大部分通过万向节21联结组成。驱动机构主要包括主动轮、齿轮组和固定端盖等部件，其中，主动轮2通过螺母1固定在轮轴3上，轮轴3与万向节连接器5相联结，轴承6、轴22、轴承端盖23、轴承24、齿轮轴25将齿轮组26固定在端盖7上，变径连杆27可在主轴上移动以实现变径作用，机器人头部通过滑杆28、螺母29固定。支撑机构：转向支撑轮8与支撑腿9通过螺钉固定于支架10，导向轮12通过螺母11与变径杆17、变径杆18相联结，弹簧13和螺母14套在轴15上，变径挡环16在轴15上的移动可调节导向轮运动范围、支架10中心分布着电机20。其空间分布结构示意图如图2。
工作时，驱动电动机20通过轴22连接齿轮组26，齿轮组26将动力传递给主动轮2，轴承端盖23、轴承24、齿轮轴25固定。
所述的驱动机构由三个呈螺旋状分布的主动轮2构成，是由电机20通过齿轮26传给主动轮2，齿轮26与主动轮2之间由万向连接器5连接，可以使主动轮2与齿轮轴25不在同一直线上也能转动。机器人靠头部和管壁接触，然后旋转带动整体运动。而主动轮2与水平方向的夹角则可以控制机器人的前进轨迹。
此主动式螺旋驱动管道机器人前后两部分采用分离式结构，前半部(驱动机构)和后半部分(支撑机构通)过万向节21连接，后半部分导向轮12采用一体式设计，可以保持机器人主体处于管道中心，具有良好的定心效果，头部也采用类似的结构，保持整体处于管壁中心，防止在运行过程中主体与管壁发生摩擦碰撞。
所述的转向支撑轮8与导向轮12一一对应布置，可以通过调节弹簧13使导向轮12具有足够的预紧力，从而使导向轮12与管壁保持接触，保证了机器人在运行过程中的自位与定心要求。
本发明采用轮式结构，运动轨迹为螺旋线，它的优点是将机器人的负载从滚动摩擦，变成轮子与管壁之间的滑动摩擦，以增大其牵引力。主要采用主动轮和导向轮来控制机器人在管道内的运动，由伸缩机构控制变径，且具有一定的过弯能力，由一台步进电机驱动，齿轮机构传递动力，能源由无缆式电源提供，可搭载其他的检测及维修设备，具备一定的可扩展性。
本发明的工作原理：
工作时，动力由驱动电动机20通过齿轮26传给主动轮2，齿轮26与主动轮2之间由万向连接器5连接，可以使主动轮2与齿轮轴25不在同一直线上也能转动，机器人靠头部和管壁接触，然后旋转带动整体运动。机器人的辅助支撑功能由三组连接在变径杆17、18上的导向轮12实现，导向轮变径挡环16可以在轴15上滑动，三组连杆同步运动，保证了机器人良好的定心效果，由一组弹簧13来预紧，实现机器人在管道内的正压力的调整，使导向轮12获得足够的正压力，以满足不同管道的工况需求，使机器人可以适应一定范围内的管道直径。
Claims (6)
1.一种主动式螺旋驱动管道装置，其特征在于，包括驱动机构和支撑机构，所述的驱动机构和支撑机构通过万向节(21)联结组成；
所述的驱动机构包括通过万向节(21)与电机(20)相连的轴(22)一端，所述的轴(22)周围分布三个呈螺旋状的主动轮(2)，主动轮(2)通过轮轴(3)连接在万向节连接器(5)上，万向节连接器(5)与设置在端盖(7)上的齿轮组(26)相连，轮轴(3)上设置有连杆，轴(22)上设置有弹簧，弹簧上安装有变径连杆(27)，变径连杆(27)与连杆相连；
所述的支撑机构包括与万向节(21)相连的支架(10)一端，连接处通过支撑腿(9)与转向支撑轮(8)相连，所述的支架(10)另一端设置有轴(15)，轴(15)上设置有弹簧(13)，弹簧(13)上安装有变径挡环(16)，变径挡环(16)通过变径杆(17)连接导向轮(12)，导向轮(12)通过变径杆(18)与设置在支架(10)上的连接器(19)相连。
2.根据权利要求1所述的一种主动式螺旋驱动管道装置，其特征在于，所述的变径挡环(16)在轴(15)上的移动用于调节导向轮(12)运动范围、支架(10)中心分布着电机(20)。
3.根据权利要求1所述的一种主动式螺旋驱动管道装置，其特征在于，所述的轴(22)另一端通过滑杆(28)和螺母(29)固定。
4.根据权利要求1所述的一种主动式螺旋驱动管道装置，其特征在于，所述的主动轮(2)与水平方向设置有一定的夹角。
5.根据权利要求1所述的一种主动式螺旋驱动管道装置，其特征在于，所述的主动轮2与水平方向的夹角为30°。
6.根据权利要求1所述的一种主动式螺旋驱动管道装置，其特征在于，所述的主动轮(2)通过螺母(1)固定在轮轴(3)上，轮轴(3)与万向节连接器(5)相联结，轴承(6)、轴(22)、轴承(24)和齿轮轴(25)将齿轮组(26)固定在端盖(7)上，所述的轴承(24)外侧设置有轴承端盖(23)。
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