一种支撑轮式管道机器人驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种支撑轮式管道机器人驱动装置，通过支撑电机齿轮驱动前轴承内嵌齿轮连同丝杠一同转动，并通过螺纹副将丝杠的转动转变为螺母沿丝杠轴线方向的平动，同螺母固连的下支臂支架随同螺母同步运动并控制下支臂相对中轴架支辊和主支撑臂支撑点的位置，进而实现支撑臂组件的张开/缩回、压紧管壁，适应管径的变化；此外，通过行走电机齿轮驱动内外套齿组件中的内齿圈及与内齿圈过盈配合的外齿圈随同齿圈轴承内圈共同转动，进而外齿圈作为主动件驱动三组行走齿轮组件中输入直齿轮，并最终驱动行走轮沿管壁转动。本发明专利技术具有管道环境适应能力强、牵引力大、运行平稳可靠等特点，特别适用于管内行走作业。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于管道机器人领域，尤其涉及一种支撑轮式管道机器人驱动装置。
技术介绍
管道作为一种重要物质物料输送方式在长输石油、天然气、城市燃气、核工业等领域得到广泛应用。为提高管道使用寿命和使用安全性，需要对管道进行定期检修维护。管道机器人作为一种高效准确故障诊断、缺陷检测、管道维修载体正被广泛应用于管道运行前期的管道清理、焊缝检测、补口及运行过程中的缺陷检测、维修、清管等。根据管道机器人在管道中运动的动力源管道机器人分为被动运动方式和主动运动方式两种类型，其中被动运动方式的管道机器人主要指以管道介质压差驱动的PIG，而主动运动方式的管道机器人需要外界额外提供其运动所需的能源，按运动机理的不同其又可分为仿生运动式、履带式、螺旋驱动式、车型式和支撑轮式等几种。支撑轮式管道机器人因驱动能力强、运动平稳、管径适应能力强等特点正成为国、内外相关领域的研究重点。支撑轮式管道机器人主要由行走机构和变径机构组成，通过在机器人周向安装若干组支撑机构，使机器人支撑在管壁上，沿管内轴向行走。由于支撑机构对称分布，当机器人在管内遇到管径变化或环境变化时，其中心轴线能够自动与管道中心轴线保持一致，因此运动稳定。同时，支撑机构张开可以产生较大的封闭力，牵引能力强。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种支撑轮式管道机器人驱动装置，旨在解决现有管道作业机器人带载能力弱、环境适应性差等的问题。本专利技术是这样实现的，一种支撑轮式管道机器人驱动装置，包括中空筒状壳体，壳体上以其轴心为中心对称设有三条形孔；所述壳体内固定与该壳体共轴心的中空筒状支撑轮架，所述支撑轮架内固定有支撑电机组件，所述支撑电机组件的动力输出转动轴与丝杆齿合并驱动丝杆转动，所述丝杆两端分别与前支撑轴承和后支撑轴承对接，所述前支撑轴承固定在支撑轮架内，后支撑轴承固定在壳体内；所述丝杆中部为螺纹，且所述丝杆中部设有与该螺纹适配的推动螺母，所述推动螺母外设有与该推动螺母嵌合并相对丝杠转动的下支臂支架，所述下支臂支架的表面铰接若干副支撑臂，所述副支撑臂的数量与条形孔的数量相同，各所述副支撑臂中部架设在支撑轮架上，且所述副支撑臂另一端部设有支辊，所述支辊与主支撑臂一侧滚动高副接触；所述主支撑臂一端铰接在支撑轮架上，另一端在支撑电机组件的动力输出后，从所述条形孔中伸出；所述主支撑臂两端之间设有一排相互齿合的传动齿轮构成的行走轮传动链，且主支撑臂从所述条形孔中伸出一端设有行走轮，该行走轮与行走轮传动链传动输出端传动连接；所述主支撑臂与支撑轮架铰接端通过行走轮传动链传动输入端传动齿轮与行走齿轮组的传动输出端齿合，所述行走齿轮组的传动输入端与外齿圈齿合；所述行走齿轮组固定在壳体内；所述外齿圈与内齿圈固定为一体，所述内齿圈固定在齿圈轴承内侧，所述齿圈轴承外侧固定在后盖内，所述后盖安装在壳体的后端开口上；所述内齿圈与行走电机组件的动力输出转动轴齿合，所述行走电机组件安装在壳体内。优选地，所述壳体远离所述后盖方向一端开口上设有前盖，所述前盖内设有压力传感器，该压力传感器的受压端与所述丝杆端部无间隙接触。优选地，所述支撑电机组件包括步进电机、步进电机支架、步进电机减速机以及步进电机齿轮；其中，所述步进电机与步进电机减速机调试安装完成后通过螺钉固定在步进电机支架上，所述步进电机支架通过螺钉固定在支撑轮架内，所述步进电机的动力输出转动轴端部安装步进电机齿轮，所述步进电机齿轮与丝杆靠近该步进电机齿轮端部的内嵌齿轮齿合。优选地，所述行走电机组件包括直流伺服电机、直流伺服电机减速机、直流伺服电机支架、衔接快以及直流伺服电机齿轮；其中，所述直流伺服电机与直流伺服电机减速机调试安装完成后通过螺钉固定在直流伺服电机支架上，所述直流伺服电机支架通过螺钉固定在壳体内；所述直流伺服电机的转动轴从直流伺服电机支架一侧伸出，所述转动轴伸出部分的端部通过齿轮与后盖的内齿圈齿合，且所述转动轴位于直流伺服电机支架与转动轴齿轮之间的部分设有衔接块。优选地，所述行走齿轮组包括直锥齿轴、第一直锥齿、第二直锥齿、锥齿轮轴、第一输入直齿轮、第二输入直齿轮、第一齿轮架、第二齿轮架以及定位销；其中，所述第一齿轮架上安装锥齿轮轴，所述锥齿轮轴两端分别固定第一输入直齿轮以及第一直锥齿，所述第一输入直齿轮、第一直锥齿位于第一齿轮架两侧，所述第一直锥齿与第二直锥齿齿合，所述第二直锥齿、第二输入直齿轮通过直锥齿轴固定在第二齿轮架上，所述第二齿轮架通过定位销固定在第一齿轮架上，所述第一齿轮架通过螺钉固定在壳体内；第一输入直齿轮与所述外齿圈齿合；所述第二输入直齿轮与主支撑臂的行走轮传动链的传动输入端的传动齿轮齿合。优选地，所述支撑轮架包括中轴架以及支撑臂架；其中，所述中轴架与支撑臂架均为中空且两端开口的筒状，所述中轴架一开口端与支撑臂架的一开口端通过螺钉紧固，所述中轴架内设有所述前支撑轴承、支撑电机组件；所述主支撑臂铰接在支撑臂架远离所述中轴架方向的开口边缘处。优选地，所述支撑轮架还包括支辊架档片，所述支辊架档片中间设有与所述中轴架同轴心的开口，且所述支辊架档片与中轴架远离所述支撑臂架方向的开口大小适配；所述支辊架档片通过螺钉固定在中轴架远离所述支撑臂架方向的开口上。优选地，所述支撑轮架还包括支辊架、中轴架支辊以及中轴架支辊销轴；其中，所述支辊架设于中轴架靠近支撑臂架方向开口边缘处，所述中轴架支辊配合中轴架支辊销轴安装在支辊架上；所述副支撑臂中部架设在支撑轮架的中轴架支辊上起固定支点作用。优选地，所述主支撑臂包括前端主支撑臂和后端主支撑臂，所述前端主支撑臂与后端主支撑臂通过一销轴铰接，该铰接处的销轴上设有一传动齿轮；所述前端主支撑臂远离铰接方向端设有所述行走轮；所述后端主支撑臂靠铰接方向端固定板簧，该板簧的自由端从靠近前端主支撑臂方向伸出并紧贴在前端主支撑臂上；所述副支撑臂端部支辊顶持在所述后端主支撑臂设有板簧方向一侧。相比于现有技术的缺点和不足，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术采用步进电机驱动、丝杠螺母传动、基于杠杆原理变径系统，增加了管道机器人牵引装置对管径的适应能力。(2)本专利技术采用一端固定于主支撑臂、一端自由压紧在副支撑臂下表面的板簧作为行走轮运行过程中柔性缓冲装置，在不牺牲机器人整体刚度的前提下增加了其运行可靠性和灵活性。(3)本专利技术行走轮传动链采用伺服电机驱动、齿轮传动，提高了机器人驱动装置的整体效率、运动可靠性及行走轮的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支撑轮式管道机器人驱动装置，其特征在于，包括中空筒状壳体，壳体上以其轴心为中心对称设有三条形孔；所述壳体内固定与该壳体共轴心的中空筒状支撑轮架，所述支撑轮架内固定有支撑电机组件，所述支撑电机组件的动力输出转动轴与丝杆齿合并驱动丝杆转动，所述丝杆两端分别与前支撑轴承和后支撑轴承对接，所述前支撑轴承固定在支撑轮架内，后支撑轴承固定在壳体内；所述丝杆中部为螺纹，且所述丝杆中部设有与该螺纹适配的推动螺母，所述推动螺母外设有与该推动螺母嵌合并相对丝杠转动的下支臂支架，所述下支臂支架的表面铰接若干副支撑臂，所述副支撑臂的数量与条形孔的数量相同，各所述副支撑臂中部架设在支撑轮架上，且所述副支撑臂另一端部设有支辊，所述支辊与主支撑臂一侧滚动高副接触；所述主支撑臂一端铰接在支撑轮架上，另一端在支撑电机组件的动力输出后，从所述条形孔中伸出；所述主支撑臂两端之间设有一排相互齿合的传动齿轮构成的行走轮传动链，且主支撑臂从所述条形孔中伸出一端设有行走轮，该行走轮与行走轮传动链传动输出端传动连接；所述主支撑臂与支撑轮架铰接端通过行走轮传动链传动输入端传动齿轮与行走齿轮组的传动输出端齿合，所述行走齿轮组的传动输入端与外齿圈齿合；所述行走齿轮组固定在壳体内；所述外齿圈与内齿圈固定为一体，所述内齿圈固定在齿圈轴承内侧，所述齿圈轴承外侧固定在后盖内，所述后盖安装在壳体的后端开口上；所述内齿圈与行走电机组件的动力输出转动轴齿合，所述行走电机组件安装在壳体内。...

【技术特征摘要】
1.一种支撑轮式管道机器人驱动装置，其特征在于，包括中空筒状壳体，
壳体上以其轴心为中心对称设有三条形孔；所述壳体内固定与该壳体共轴心的
中空筒状支撑轮架，所述支撑轮架内固定有支撑电机组件，所述支撑电机组件
的动力输出转动轴与丝杆齿合并驱动丝杆转动，所述丝杆两端分别与前支撑轴
承和后支撑轴承对接，所述前支撑轴承固定在支撑轮架内，后支撑轴承固定在
壳体内；所述丝杆中部为螺纹，且所述丝杆中部设有与该螺纹适配的推动螺母，
所述推动螺母外设有与该推动螺母嵌合并相对丝杠转动的下支臂支架，所述下
支臂支架的表面铰接若干副支撑臂，所述副支撑臂的数量与条形孔的数量相同，
各所述副支撑臂中部架设在支撑轮架上，且所述副支撑臂另一端部设有支辊，
所述支辊与主支撑臂一侧滚动高副接触；所述主支撑臂一端铰接在支撑轮架上，
另一端在支撑电机组件的动力输出后，从所述条形孔中伸出；
所述主支撑臂两端之间设有一排相互齿合的传动齿轮构成的行走轮传动
链，且主支撑臂从所述条形孔中伸出一端设有行走轮，该行走轮与行走轮传动
链传动输出端传动连接；所述主支撑臂与支撑轮架铰接端通过行走轮传动链传
动输入端传动齿轮与行走齿轮组的传动输出端齿合，所述行走齿轮组的传动输
入端与外齿圈齿合；所述行走齿轮组固定在壳体内；所述外齿圈与内齿圈固定
为一体，所述内齿圈固定在齿圈轴承内侧，所述齿圈轴承外侧固定在后盖内，
所述后盖安装在壳体的后端开口上；所述内齿圈与行走电机组件的动力输出转
动轴齿合，所述行走电机组件安装在壳体内。
2.如权利要求1所述的一种支撑轮式管道机器人驱动装置，其特征在于，
所述壳体远离所述后盖方向一端开口上设有前盖，所述前盖内设有压力传感器，
该压力传感器的受压端与所述丝杆端部无间隙接触。
3.如权利要求2所述的一种支撑轮式管道机器人驱动装置，其特征在于，

\t所述支撑电机组件包括步进电机、步进电机支架、步进电机减速机以及步进电
机齿轮；其中，所述步进电机与步进电机减速机调试安装完成后通过螺钉固定
在步进电机支架上，所述步进电机支架通过螺钉固定在支撑轮架内，所述步进
电机的动力输出转动轴端部安装步进电机齿轮，所述步进电机齿轮与丝杆靠近
该步进电机齿轮端部的内嵌齿轮齿合。
4.如权利要求3所述的一种支撑轮式管道机器人驱动装置，其特征在于，
所述行走电机组件包括直流伺服电机、直流伺服电机减速机、直流伺服电机支
架、衔接快以及直流伺服电机齿轮；其中，所述直流伺服电机与直流伺服电机
减速机调试安装完成后通过螺钉固定在直流伺服电机支架上，所述直流伺服电
机支...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建树，徐宝东，张义，姬保平，曹振，罗振兴，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：北京;11