一种伞形驱动轮结构及其应用制造技术

本发明专利技术涉及管道机器人，尤其是用于管道机器人的一种伞形驱动轮结构。是一伞状收放结构，包括张紧弹簧、张紧滑块、伞形结构顶架、主支撑臂、副支撑臂、驱动轮及轮架；所述伞形结构顶架是整个驱动轮结构的本体；主支撑臂一端与伞形结构顶架连接，另一端悬挂驱动轮及轮架结构；而主支撑臂的中段，与副支撑臂连接，副支撑臂的另一端与张紧滑块相连接；张紧滑块可以在伞形结构顶架上滑动，张紧滑块和伞形结构顶架之间设有张紧弹簧。当滑块移动时，张紧弹簧会给滑块适当的回复力，从而会进一步驱动副支撑臂推动主支撑臂，以此给予驱动轮与轮架足够的张紧力。

Umbrella driving wheel structure and application thereof

The invention relates to a pipeline robot, in particular to an umbrella driving wheel structure for a pipeline robot. Is a retractable umbrella structure, including tension spring, tension slider, umbrella structure top frame, the main support arm, side support arm, a drive wheel and a wheel frame; the umbrella structure of top frame is the driving wheel of the body; the main support arm and one end of the top frame is connected with the umbrella structure, the other end of the suspension drive the wheel and the wheel frame structure; and the main support arm is connected with the middle of the side support arm, side the other end of the support arm is connected with the tension slider; tensioning the slider can slide on the umbrella structure on the top frame, a tension spring is arranged between the slider and the tensioning umbrella top frame structure. When the slider moves, tension spring restoring force to the slider proper, which will further drive side support arm to move the main support arm, in order to give the driving wheel and the wheel frame enough tension.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及管道机器人，尤其是用于管道机器人的一种伞形驱动轮结构。
技术介绍
由于管道机器人，特别是可以同时适应垂直管道以及水平管道的螺旋式管道机器人，目前还处于研究开发阶段，很少有已经进行工业应用的案例。因此在实际应用过程中的故障救援还很少进行考虑，进行针对性设计的。目前，在管内螺旋式机器人的设计上，出于对管内壁正压力调节的电动调节机构，在一定程度上，完成了方便机器人故障救援的功能。由于其属于电动机构，即：采用电动调整的方式，将驱动轮结构向机器人本体方向收回，以此彻底解决人为牵引过程中对于驱动轮结构的摩擦损坏。但是它是电动机构，因此需要有驱动器、供电设备等，结构比较复杂，不适用于小口径管道螺旋机器人的使用。电动机构会挤压机器人本体的许用空间。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种克服现有电动机构，不适用于小口径管道机器人的使用问题，使得驱动轮结构在正常运动时，对管壁有足够的正压力以提供稳定的动力；在人为救援时，尽可能的减小正压力、摩擦力，方便救援提升，二者存在状态切换的伞形驱动轮结构。本专利技术的具体技术方案是：一种伞形驱动轮结构，是一伞状收放结构，包括张紧弹簧、张紧滑块、伞形结构顶架、主支撑臂、副支撑臂、驱动轮及轮架； 所述伞形结构顶架是整个驱动轮结构的本体；主支撑臂一端与伞形结构顶架连接，另一端悬挂驱动轮及轮架结构；而主支撑臂的中段，与副支撑臂连接，副支撑臂的另一端与张紧滑块相连接；张紧滑块可以在伞形结构顶架上滑动，张紧滑块和伞形结构顶架之间设有张紧弹簧。当滑块移动时，张紧弹簧会给滑块适当的回复力，从而会进一步驱动副支撑臂推动主支撑臂，以此给予驱动轮与轮架足够的张紧力。进一步的，所述主支撑臂一端与伞形结构顶架连接是铆接。进一步的，所述主支撑臂的中段，与副支撑臂连接是铆接。进一步的，所述主支撑臂是平行四边形结构的主支撑臂。进一步的，本专利技术提供了一种伞形驱动轮结构作为机器人电动调节机构的应用。上述的机器人是管道机器人，尤其是管内螺旋式机器人。管内螺旋式机器人，主要是依靠径向轮（驱动轮）的转动给予设备以轴向力，保证设备能够在管道内（甚至是竖直管道内）的某一个位置稳定停机，并能够在运动过程中给予必要动力。正是由于这样，就导致了管内机器人在使用过程中很难通过人为动作来移动机器人。但是实际工程使用中，当机器人在管内发生故障了之后必须进行救援，而人为实施管内机器人救援的方式就是将管道机器人完全提拉出管道。这一需求与稳定的轴向力的需求相悖，而伞形驱动轮结构就可以通过满足这两个需求。由于人为拖拽故障机器人的方向是唯一的，即：靠近入口的方向。因此，只需要保证在拖拽机器人本体的过程中，驱动轮给予机器人的轴向力能够减小，就能够方便管内螺旋式机器人的故障救援。而伞形驱动”结构，恰恰就具有方向性。当对伞形结构进行向上人为提拉的过程，该结构会犹豫摩擦力的作用向内收拢，从而减少驱动轮对于管内腔壁的正压力进一步减小了摩擦力。这样的受力变化趋势，使得整个伞形驱动轮能够同时满足正常运动时对于管壁的张紧需求，同时也能够满足故障救援的人为牵引的需求。附图说明图1伞形驱动轮结构的三维平视图。图2 伞形驱动轮结构张紧力计算模型。具体实施方式 一种伞形驱动轮结构，是一伞状收放结构，包括张紧弹簧、张紧滑块、伞形结构顶架、主支撑臂、副支撑臂、驱动轮及轮架； 所述伞形结构顶架是整个驱动轮结构的本体；主支撑臂一端与伞形结构顶架铆接，另一端悬挂驱动轮及轮架结构；而主支撑臂的中段，与副支撑臂铆接，副支撑臂的另一端与张紧滑块相连接；张紧滑块可以在伞形结构顶架上滑动，张紧滑块和伞形结构顶架之间设有张紧弹簧。当滑块移动时，张紧弹簧会给滑块适当的回复力，从而会进一步驱动副支撑臂推动主支撑臂，以此给予驱动轮与轮架足够的张紧力。所述主支撑臂是平行四边形结构的主支撑臂。1. 伞形驱动轮结构本专利技术伞形驱动轮结构，是一种类似于雨伞收放结构，并对管道内腔具有张紧能力的机械结构。如图1所示，主要由张紧弹簧、张紧滑块、伞形结构顶架、主支撑臂、副支撑臂、驱动轮及轮架等部件构成。其长进模式是张紧弹簧将张紧力作用到张紧滑块；张紧滑块通过改变与副支撑臂铰接的位置，让副支撑臂推动主支撑臂向外移动；主支撑臂带动驱动轮及轮架向外张紧，以此完成对于管道内腔壁的支撑。如图2，“伞形驱动轮”结构对于由张紧弹簧力与管道内壁的张紧力的定量关系可以通过以下方式进行计算得到：假设：已知张紧弹簧的劲度系数为 KN/m，弹簧的变化由Lmax变化为Lmin，则直接可以求得：F=K（Lmax-Lmin），又因为：张紧滑块上固定有组副支撑臂，因此对单组支撑结构的张紧力为F/n；通过对于副支撑臂的末位置支撑方向的分析，我们可以将张紧力Fn分解为Fx及Fy，并通过非共点力平衡原理，可以知道Fx即为主支撑臂带动驱动轮及轮架对于管道内腔的正压力，即张紧力。由此可见，具体的管内张紧力可以定量求得，并且通过对于副支撑臂末位置方向的设计，可以提高张紧力的使用效率。1.伞形驱动轮主支撑臂的平行四边形结构设计在主支撑臂结构的设计上，由于其与驱动轮及轮架直接相连，又由于是通过摆动其角度来调整整个结构对于管道内壁的张紧力的，因此调整过程会影响驱动轮及轮架对于管道内腔的张紧力方向。若驱动轮方向不完全位于管道径向，很容易导致驱动轮结构的单侧磨损。在故障救援过程中的人为引动更加容易导致驱动结构的损坏。故针对这个需求，设计具有平行四边形结构的主支撑臂。利用平行四边形的结构特性，在两条平行边的角度发生变化的过程中，另两条平行边始终平行，即：保持本身的姿态不变。由此可以保证在任何情况下，驱动轮及轮架对于管道内腔的贴合姿态保持不变。2.方便管内机器人的故障救援，即：驱动轮结构要求在正常运动时，对管壁有足够的正压力以提供稳定的动力；在人为救援时，尽可能的减小正压力方便救援提升。由图2可知，在伞形驱动轮结构进行人为提升救援的过程中，驱动轮及轮架会受到与Fy方向一致的摩擦力f。该摩擦力会帮助“伞形驱动轮”结构中的张紧弹簧进一步收缩，张紧滑块上升。张紧滑块上升会导致张紧滑块与副支撑臂的铰接点上升，伞形驱动轮结构收缩，减小径向正压力，方便人为的提升，起到加快事故救援的作用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种伞形驱动轮结构，其特征在于，是一伞状收放结构，包括张紧弹簧、张紧滑块、伞形结构顶架、主支撑臂、副支撑臂、驱动轮及轮架； 所述伞形结构顶架是整个驱动轮结构的本体；主支撑臂一端与伞形结构顶架连接，另一端悬挂驱动轮及轮架结构；而主支撑臂的中段，与副支撑臂连接，副支撑臂的另一端与张紧滑块相连接；张紧滑块可以在伞形结构顶架上滑动，张紧滑块和伞形结构顶架之间设有张紧弹簧。

【技术特征摘要】
1.一种伞形驱动轮结构，其特征在于，是一伞状收放结构，包括张紧弹簧、张紧滑块、伞形结构顶架、主支撑臂、副支撑臂、驱动轮及轮架； 所述伞形结构顶架是整个驱动轮结构的本体；主支撑臂一端与伞形结构顶架连接，另一端悬挂驱动轮及轮架结构；而主支撑臂的中段，与副支撑臂连接，副支撑臂的另一端与张紧滑块相连接；张紧滑块可以在伞形结构顶架上滑动，张紧滑块和伞形结构顶架之间设有张紧弹簧。2.根据权利要求1所述的一种伞形驱动轮结构，其特征在于，所述主支...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋宇晨，陈峰军，徐弢，吴小建，王佳玮，朱小军，闵睿，沈雯，范志宏，
申请(专利权)人：上海西派埃自动化仪表工程有限责任公司，上海建工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31