一种差速式可变径管道机器人驱动系统技术方案

本实用新型专利技术属于管道机器人领域，具体涉及一种差速式可变径管道机器人驱动系统。采用模块化设计思想，包括机身、中心差速器、驱动臂、预紧变径单元和支撑臂；中心差速器安装在机身内部，机器人过弯时能够差速调节驱动轮转速；驱动臂整体为四连杆机构，驱动轮实际有四个，保证了机器人运动的可靠性；预紧变径单元采用弹簧和丝杠螺母副混合预紧变径机构，变径范围大，预紧力可调；机身、驱动臂、预紧变径杆和预紧变径单元组成四连杆机构，能实现较大范围变径；支撑臂采用销连接和支承弹簧混合支承，支承范围可调，支承可靠。本实用新型专利技术具有弯管通过性能好，变径范围大，体积较小，运动稳定性高的有益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种差速式可变径管道机器人驱动系统
本技术属于管道机器人领域，具体涉及一种差速式可变径管道机器人驱动系统。
技术介绍
管道机器人是工作于管道内特定空间并携带多种传感器或操作装置的智能装备，可完成管道清洁、缺陷检测、管内加工等多种管道作业。驱动系统是管道机器人重要组成部分之一，是管道机器人的动力来源，满足管道机器人在管线内部运动的要求。根据管道机器人运动模式的差异，可将管道机器人分为压差驱动式、轮式、履带式、腹壁式、行走式、蠕动式、螺旋驱动式等七类，其中应用最广泛的是轮式管道机器人。轮式管道机器人具有速度快、运动平稳、负载能力强等优点，但机器人通过弯管时，由于各轮走过的弧长不同，某些驱动轮有可能成为制动轮从而产生运动干涉，这不光降低了其驱动力，而且加剧了功率的消耗和驱动部件的磨损，降低了其使用寿命。针对以上问题，现有技术多采用多个伺服电机同时驱动，每个驱动臂上各一个，从而采用控制技术实现管道机器人驱动系统对环境的自适应，但该种方法适应环境的实时性，平滑性还不够理想，而且多个伺服电机占用空间太大，限制了其在小管径管道中的适用性。另一种方法是采用差速式，该种方法具有机械自适应性，能够根据弯管曲率的不同自动调整驱动轮转速，使其能够顺利通过弯管，但采用差速式方法的管道机器人多数变径范围较小，采用差速器数目较多，体积较大，机械结构较为复杂，制造成本较高，而且多环向布置三组支撑轮，运动稳定性还不够好。因此，考虑到制造成本，迫切需要一种体积较小，变径范围大，具有机械自适应性的管道机器人。
技术实现思路
针对现有技术的上述不足，本技术要解决的技术问题是设计一种差速式可变径管道机器人驱动系统，解决同类产品弯管通过性能不好，变径范围较小，体积较大，运动稳定性不高的问题。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种差速式可变径管道机器人驱动系统，包括机身、中心差速器、驱动臂、预紧变径单元和支撑臂，中心差速器安装在机身内部；驱动臂分为两组，对称安装在机身前部两端；预紧变径单元通过预紧变径杆与驱动臂连接，机身，驱动臂，预紧变径杆，预紧变径单元组成了四连杆机构，可实现大范围变径；支撑臂分为六组，四组沿机身环向均匀安装在机身后部，两组对称安装在机身前部两端，并与两组驱动臂环向四等分配置；机身内部安装有蓄电池，整个系统由蓄电池提供动力，避免了电缆长度的限制。所述的中心差速器，动力由驱动电机输入，能够根据驱动臂反馈阻力的大小将输入运动按照所需比例分解为另外两种不同的运动，然后将动力传递到两组驱动臂，保证管道机器人顺利过弯。所述的驱动臂，包括主动轮、传动链条、锥齿轮组、从动轮和支撑连杆，主动轮和从动轮均为驱动轮，驱动臂整体为四连杆机构；锥齿轮组将由中心差速器输入的运动换向，并将运动通过传动链条输入到主动轮，主动轮通过传动链条将运动传递给从动轮，实现了主动轮和从动轮的同步运动，增加了其运动的可靠性；主动轮和从动轮均作了防滑处理，增大了与管壁之间的摩擦力。所述的预紧变径单元，包括丝杠、螺母、预紧弹簧、连接滑套和预紧电机，管道机器人工作时，预紧电机带动丝杠转动，进而使螺母压紧预紧弹簧一端；预紧弹簧另一端作用于连接滑套，连接滑套与预紧变径杆连接，可使预紧变径杆将驱动轮压紧管壁，从而获得了足够的正压力，并且实现了大范围变径。所述的支撑臂，包括套筒、支撑杆、支撑弹簧、弹簧缸套、U形架和支撑轮，支撑轮安装在U形架内，U形架可沿弹簧缸套内的滑道运动，支撑弹簧置于弹簧缸套内部，并且一端与U形架相连；弹簧缸套底部连接有支撑杆，支撑杆可与固定在机身上的套筒套合，支撑杆与套筒对应位置开有多个销孔。本技术相比现有技术的有益效果：本技术提供的一种差速式可变径管道机器人驱动系统，在机器人通过弯管时可实现各驱动轮根据管道约束条件差速运动，且只有一个中心差速器，结构紧凑，体积较小，制造成本较低；采用预紧弹簧和丝杠螺母副混合预紧变径的机构，并可预先调节支撑臂中支撑杆和套筒相对位置并能固定，满足大范围预紧变径及支撑的要求；四组支撑臂环向四等分布置，利用对称性，可实现自定心要求，运动更加平稳；整个系统采用模块化设计思想，安装及调试都比较方便。附图说明图1是本技术整体结构示意图；图2是本技术四组支撑臂沿图1中A-A截面布置示意图；图3是本技术两组驱动臂和两组支撑臂沿图1中B-B截面布置示意图；图4是本技术驱动臂与预紧变径单元结构示意图；图5是本技术支撑臂结构示意图。图例说明：1-驱动臂，2-预紧变径单元，3-中心差速器，4-蓄电池，5-驱动电机，6-管壁，7-机身，8-支撑臂，9-预紧变径杆；101-主动轮，102-传动链条，103-锥齿轮组，104-从动轮，105-支撑连杆；201-丝杠，202-螺母，203-预紧弹簧，204-连接滑套，205-预紧电机；801-销孔，802-套筒，803-支撑杆，804-支撑弹簧，805-弹簧缸套，806-U形架，807-支撑轮。具体实施方式下面根据附图对本技术的实施例作进一步说明，以下实施例用于说明本技术，但不能用来限制本技术的范围。请参阅图1-图5，一种差速式可变径管道机器人驱动系统，包括机身7、中心差速器3、驱动臂1、预紧变径单元2和支撑臂8，中心差速器3安装在机身7内部，合理地利用了机身7内部空间；驱动臂1分为两组，对称安装在机身7前部两端；预紧变径单元2通过预紧变径杆9与驱动臂1连接，机身7，驱动臂1，预紧变径杆9，预紧变径单元2组成了四连杆机构，可实现大范围变径；支撑臂8分为六组，四组沿机身7环向均匀安装在图1中的A-A截面，两组对称安装在机身7前部，并与两组驱动臂1环向四等分配置在图1中的B-B截面，设计完全满足对称性要求，保证了整个机器人运行过程中的平稳性；机身7内部安装有蓄电池4，整个系统由蓄电池4提供动力，避免了电缆长度的限制。进一步，所述的中心差速器3，动力由驱动电机5输入，能够根据驱动臂1反馈阻力的大小将输入运动按照所需比例分解为另外两种不同的运动，然后将动力传递到两组驱动臂1，保证管道机器人顺利过弯。进一步，所述的驱动臂1，包括主动轮101、传动链条102、锥齿轮组103、从动轮104和支撑连杆105，主动轮101和从动轮104均为驱动轮，驱动臂1整体为四连杆机构；锥齿轮组103将由中心差速器3输入的运动换向，并将运动通过传动链条102输入到主动轮101，主动轮101通过传动链条102将运动传递给从动轮104，实现了主动轮101和从动轮104的同步运动，增加了其运动的可靠性；主动轮101和从动轮104均作了防滑处理，增大了与管壁6之间的摩擦力。进一步，所述的预紧变径单元2，包括丝杠201、螺母202、预紧弹簧203、连接滑套204和预紧电机205，采用预紧弹簧203和丝杠201螺母202混合预紧变径的机构；管道机器人工作时，预紧电机205带动丝杠201转动，进而使螺母202压紧预紧弹簧203一端；预紧弹簧203另一端作用于连接滑套204，连接滑套204与预紧变径杆9连接，可使预紧变径杆9将驱动轮压紧管壁6，从而获得了足够的正压力，并且实现了大范围变径。进一步，所述的支撑臂8，包括套筒802、支撑杆803、支撑弹簧804、弹簧缸套805、U形架806和支本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种差速式可变径管道机器人驱动系统，包括机身(7)，其特征在于：中心差速器(3)安装在机身(7)内部；驱动臂(1)分为两组，对称安装在机身(7)前部两端；预紧变径单元(2)通过预紧变径杆(9)与驱动臂(1)连接，机身(7)，驱动臂(1)，预紧变径杆(9)，预紧变径单元(2)组成了四连杆机构；支撑臂(8)分为六组，四组沿机身(7)环向均匀安装在机身(7)后部，两组对称安装在机身(7)前部两端，并与两组驱动臂(1)环向四等分配置。

【技术特征摘要】
1.一种差速式可变径管道机器人驱动系统，包括机身(7)，其特征在于：中心差速器(3)安装在机身(7)内部；驱动臂(1)分为两组，对称安装在机身(7)前部两端；预紧变径单元(2)通过预紧变径杆(9)与驱动臂(1)连接，机身(7)，驱动臂(1)，预紧变径杆(9)，预紧变径单元(2)组成了四连杆机构；支撑臂(8)分为六组，四组沿机身(7)环向均匀安装在机身(7)后部，两组对称安装在机身(7)前部两端，并与两组驱动臂(1)环向四等分配置。2.根据权利要求1所述的一种差速式可变径管道机器人驱动系统，其特征在于：所述中心差速器(3)能够根据驱动臂(1)反馈阻力的大小将输入运动按照所需比例分解为另外两种不同的运动并将动力传递到两组驱动臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙久洋，孙树峰，宋玉东，英豪，姜诗源，何胜威，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：新型
国别省市：山东,37