一种单驱双向蠕行式管道清理机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种单驱双向蠕行式管道清理机器人，包括前机体组件、传动组件和后机体组件；其中，所述传动组件由一个动力驱动，且通过连杆机构、齿轮机构和等休凸轮机构的传动作用，实现前机体组件和后机体组件沿径向的交替收缩与支撑，以及前机体组件和后机体组件之间的轴向伸缩，同时实现清淤刀盘的同步旋转，从而实现机器人沿管道正反双向的蠕动式行走以及管道清理作业。本发明专利技术稳定可靠，紧凑实用，实现了在管径变化较大的管道内的单驱双向蠕动行走和管道清理，有效提高了管道机器人的越障性和对管径变化的适应性，提高了管道机器人的续航能力，对管径变化较大的水平管道清理具有实际工程意义。

A single driving bidirectional type pipeline cleaning robot.

The invention discloses a single driving bidirectional crawl type pipeline cleaning robot, including the body before and after the body component and a driving component; wherein, the transmission assembly is driven by a driving force, and through the transmission linkage mechanism, gear mechanism and Hugh cam mechanism, the front body component and body after assembly the radial contraction and support, as well as between the components and components of the body after the axial expansion, and dredging cutter to rotate synchronously, so as to realize the robot along the pipeline bidirectional peristaltic type walking and pipeline cleaning. The present invention is stable and reliable, compact and practical, the diameter of large changes in the pipeline of the single driving bidirectional creeping walking and pipeline cleaning, effectively improve the pipeline robot obstacle and the diameter of the adaptability, improve the endurance of the pipeline robot, the diameter of horizontal pipe has a larger practical significance to clean up.

【技术实现步骤摘要】
一种单驱双向蠕行式管道清理机器人
本专利技术涉及一种水平管道清理机器人
，尤其是一种基于等休凸轮组协调作用，在管径变化较大的水平管道内实现单驱双向蠕动行走的管道清理机器人。
技术介绍
近年来，国内外对管道清理的自动化和智能化作业需求不断增长。目前，国内的清理方式主要是依赖人工完成，工作环境复杂恶劣，劳动强度大，且危险程度高。在清管作业过程中，蠕动式管道机器人具有更大的牵引能力和地形适应性，更适合管道清理作业，但是，现有的清管机器人和清管器大多只具有单向行走能力，在管道清理的过程中，一旦遇到特殊障碍物使机器人无法继续前行，同时也不能后退，导致机器人卡滞在管内。而对于现有的双向蠕动式管道清理机器人，则需要多个动力才能实现正反双向行走和管道清理，动力源多，控制复杂。因此，针对机器人遇障无法向后退出或驱动数量过多的情况，从实际情况出发，研制开发出一种稳定可靠、紧凑实用的单驱双向蠕行式管道清理机器人，从而为水平管道灵活清淤的实现提供基础。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种单驱双向蠕行式管道清理机器人，利用等休凸轮组的协调作用，实现在管径变化较大的水平管道内的单驱双向蠕动行走和管道清理，有效提高管道机器人的越障性和对管径变化的适应性。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种单驱双向蠕行式管道清理机器人，包括前机体组件、传动组件和后机体组件；其中，所述传动组件由一个动力驱动，且通过连杆机构、齿轮机构和等休凸轮机构的传动作用，实现前机体组件和后机体组件沿径向的交替收缩与支撑，以及前机体组件和后机体组件之间的轴向伸缩，同时实现清淤刀盘的同步旋转，从而实现机器人沿水平管道正反双向的蠕动式行走以及管道清理作业。优选的，所述前机体组件包括前机壳、清淤刀盘、前机架、上下两侧的前弹性伸缩臂以及左右两侧的前弹性支撑轮；其中，所述前机壳套装在前机架外，且与前机架固接；清淤刀盘设置于前机架前侧，其包括轮盘、沿轮盘周向均布的刀杆以及与刀杆固接的清淤刀片；所述前弹性伸缩臂(主动式)包括弹性橡胶垫、滑动杆、第一压簧、弹簧限位片以及滚子，且弹性橡胶垫设置于滑动杆的顶端；所述第一压簧套装在滑动杆上，并通过滑动杆底部的弹簧限位片实现第一压簧的下限位；滑动杆一侧外壁处设置有连通底部的凹槽，所述滚子通过支撑杆安装于凹槽底部(即滚子采用偏置安装)，并通过支撑杆沿凹槽的滑动固定实现滚子与滑动杆间距的调整，以适应不同管道的径向尺寸；所述前弹性伸缩臂的底部穿过前机壳，并通过前机壳实现滑动杆上第一压簧的上限位；所述前弹性支撑轮(被动式)包括伸缩轴、套设于伸缩轴外的伸缩套及设置于伸缩轴顶端的轮子，且伸缩套内设置有与伸缩轴底部相连的第二压簧，通过第二压簧实现伸缩轴与伸缩套的伸缩运动，从而实现前弹性支撑轮长度的弹性调整，以适应不同管道的径向尺寸；所述前弹性支撑轮通过伸缩套设置于前机壳的左右两侧。优选的，所述后机体组件包括后机壳、后机架、上下两侧的后弹性伸缩臂以及左右两侧的后弹性支撑轮；其中，所述后机壳套装在后机架外，且与后机架固接；所述后弹性伸缩臂及后弹性支撑轮的结构(包括组件结构及与后机壳的连接关系)分别与前机体组件中的前弹性伸缩臂、前弹性支撑轮相同。优选的，所述传动组件包括旋转电机、刀盘驱动组件、前驱组件、后驱组件及中驱组件；其中，所述旋转电机设置于后机架前侧，其穿过后机架前侧板的输出轴上套设有第一直齿轮，且第一直齿轮与后机架前侧板的后侧相贴合；所述中驱组件包括连接前机架与后机架的若干导向机构、传动机构及曲柄连杆机构；所述导向机构包括设置于前机架后侧板上的导向杆及设置于后机架前侧板上的直线轴承，通过导向杆与直线轴承的滑动配合实现前机架与后机架的伸缩连接；所述传动机构包括一组相适配的滑动轴及轴承套，所述轴承套的侧壁上设置有长条形通槽，且滑动轴的侧壁上设置有圆柱销，通过圆柱销与通槽的滑动配合实现滑动轴与轴承套的同步转动及伸缩滑动；所述滑动轴远离轴承套的一侧贯穿前机架的后侧板，且滑动轴上设置有两个第一限位环，所述第一限位环分别与前机架后侧板的前后两侧相贴合，通过两个第一限位环限制滑动轴相对于前机架后侧板的轴向滑动；所述轴承套远离滑动轴的一侧贯穿后机架的前侧板，且轴承套上设置有第二限位环及第二直齿轮，所述第二限位环与后机架前侧板的前侧相贴合，第二直齿轮与后机架前侧板的后侧相贴合；通过第二限位环及第二直齿轮限制轴承套相对于后机架前侧板的轴向滑动，且第二直齿轮与第一直齿轮啮合传动，以实现旋转电机的输出轴至轴承套的转速传动；所述滑动轴远离轴承套的一端套设有第一锥齿轮，且轴承套远离滑动轴的一端套设有第二锥齿轮；所述前驱组件包括设置于前机架内的前转轴、前等休凸轮组及第三锥齿轮，且前等休凸轮组及第三锥齿轮套设于前转轴上；所述第三锥齿轮与第一锥齿轮啮合传动，并带动前转轴及前等休凸轮组的同步转动；所述前等休凸轮组包括两个完全相同的前等休凸轮(即凸轮的远休止角和近休止角相等)，且两个前等休凸轮180°错位叠装；所述前机体组件中上下两侧的前弹性伸缩臂底部(偏置安装)的滚子分别与两个前等休凸轮抵触安装，通过两个前等休凸轮实现两个前弹性伸缩臂的同步径向伸缩调整；所述后驱组件包括设置于后机架内的后转轴、后等休凸轮组及第四锥齿轮，且后驱组件的连接结构与前驱组件相同；所述第四锥齿轮与第二锥齿轮啮合传动，并带动后转轴及后等休凸轮组的同步转动；所述后等休凸轮组包括两个完全相同的后等休凸轮，通过两个后等休凸轮实现两个后弹性伸缩臂的同步径向伸缩调整；所述刀盘驱动组件包括第五锥齿轮、带传动机构及刀盘转轴，所述第五锥齿轮与第三锥齿轮啮合传动，并通过带传动机构带动刀盘转轴的转动，且清淤刀盘的轮盘套设于刀盘转轴穿过前机架前侧板的一侧，从而实现清淤刀盘的同步旋转；所述曲柄连杆机构包括设置于前机架及后机架左右两侧的连杆及曲柄，且曲柄套设于延伸至后机架外的后转轴上而与后转轴同步转动；所述连杆的一端铰接于前机架的左/右侧板上，其另一端铰接于该侧的曲柄上，通过曲柄连杆机构实现前机体组件和后机体组件之间的轴向伸缩调整。本专利技术的工作原理是：首先，由人工将装有传感器、摄像头以及清淤刀盘的管道机器人置入水平管道内，然后控制电机正转，通过连杆机构、齿轮和凸轮传动机构的传动作用，使得前后机体能够沿着径向交替收缩与支撑，且清淤刀盘通过机构传动同步旋转，同时前后机体沿轴线方向也会交替伸缩，通过各运动部件间的协调配合，使得机器人沿管道蠕动行走的同时实施清理作业。当管道机器人在管内遇到严重障碍无法前行时，控制电机反转使机器人向后退出，以便采取其他应对措施。优选的，所述清淤刀盘的刀杆及清淤刀片均为可拆卸式，便于刀杆及清淤刀片的维修及更换，节约成本。优选的，所述支撑杆上开有第一长槽，且凹槽内开有第一螺纹孔，通过紧固螺栓穿过第一长槽后与第一螺纹孔的紧固配合实现支撑杆沿凹槽的伸缩调整，连接简单方便。优选的，所述伸缩套的侧壁上开有第二长槽，且伸缩轴的侧壁上设置有第二圆柱销，通过第二圆柱销与第二长槽的配合限制伸缩轴沿伸缩套的伸缩运动，防止伸缩轴脱出伸缩套。优选的，所述前等休凸轮(与后等休凸轮一致)的远休止角(和近休止角一致)小于180°。由于等休凸轮的远休止角和近休止角之间需要升程角和回程角作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单驱双向蠕行式管道清理机器人，其特征在于，包括前机体组件(1)、传动组件(2)和后机体组件(3)；其中，所述传动组件(2)由一个动力驱动，且通过连杆机构、齿轮机构和等休凸轮机构的传动作用，实现前机体组件(1)和后机体组件(3)沿径向的交替收缩与支撑，以及前机体组件(1)和后机体组件(3)之间的轴向伸缩，同时实现清淤刀盘(1‑2)的同步旋转，从而实现机器人沿水平管道正反双向的蠕动式行走以及管道清理作业。

【技术特征摘要】
1.一种单驱双向蠕行式管道清理机器人，其特征在于，包括前机体组件(1)、传动组件(2)和后机体组件(3)；其中，所述传动组件(2)由一个动力驱动，且通过连杆机构、齿轮机构和等休凸轮机构的传动作用，实现前机体组件(1)和后机体组件(3)沿径向的交替收缩与支撑，以及前机体组件(1)和后机体组件(3)之间的轴向伸缩，同时实现清淤刀盘(1-2)的同步旋转，从而实现机器人沿水平管道正反双向的蠕动式行走以及管道清理作业。2.根据权利要求1所述的一种单驱双向蠕行式管道清理机器人，其特征在于，所述前机体组件(1)包括前机壳(1-1)、清淤刀盘(1-2)、前机架(1-3)、上下两侧的前弹性伸缩臂(1-4)以及左右两侧的前弹性支撑轮(1-5)；其中，所述前机壳(1-1)套装在前机架(1-3)外，且与前机架(1-3)固接；清淤刀盘(1-2)设置于前机架(1-3)前侧，其包括轮盘(1-2-3)、沿轮盘(1-2-3)周向均布的刀杆(1-2-2)以及与刀杆(1-2-2)固接的清淤刀片(1-2-1)；所述前弹性伸缩臂(1-4)包括弹性橡胶垫(1-4-1)、滑动杆(1-4-2)、第一压簧(1-4-3)、弹簧限位片(1-4-4)以及滚子(1-4-5)，且弹性橡胶垫(1-4-1)设置于滑动杆(1-4-2)的顶端；所述第一压簧(1-4-3)套装在滑动杆(1-4-2)上，并通过滑动杆(1-4-2)底部的弹簧限位片(1-4-4)实现第一压簧(1-4-3)的下限位；滑动杆(1-4-2)一侧外壁处设置有连通底部的凹槽(1-4-6)，所述滚子(1-4-5)通过支撑杆(1-4-7)安装于凹槽(1-4-6)底部，并通过支撑杆(1-4-7)沿凹槽(1-4-6)的滑动固定实现滚子(1-4-5)与滑动杆(1-4-2)间距的调整；所述前弹性伸缩臂(1-4)的底部穿过前机壳(1-1)，并通过前机壳(1-1)实现滑动杆(1-4-2)上第一压簧(1-4-3)的上限位；所述前弹性支撑轮(1-5)包括伸缩轴(1-5-2)、套设于伸缩轴(1-5-2)外的伸缩套(1-5-3)及设置于伸缩轴(1-5-2)顶端的轮子(1-5-1)，且伸缩套(1-5-3)内设置有与伸缩轴(1-5-2)底部相连的第二压簧，通过第二压簧实现伸缩轴(1-5-2)与伸缩套(1-5-3)的伸缩运动；所述前弹性支撑轮(1-5)通过伸缩套(1-5-3)设置于前机壳(1-1)的左右两侧。3.根据权利要求2所述的一种单驱双向蠕行式管道清理机器人，其特征在于，所述后机体组件(3)包括后机壳(3-1)、后机架(3-2)、上下两侧的后弹性伸缩臂(3-3)以及左右两侧的后弹性支撑轮(3-4)；其中，所述后机壳(3-1)套装在后机架(3-2)外，且与后机架(3-2)固接；所述后弹性伸缩臂(3-3)及后弹性支撑轮(3-4)的结构分别与前机体组件(1)中的前弹性伸缩臂(1-4)、前弹性支撑轮(1-5)相同。4.根据权利要求3所述的一种单驱双向蠕行式管道清理机器人，其特征在于，所述传动组件(2)包括旋转电机(2-6)、刀盘驱动组件、前驱组件、后驱组件及中驱组件；其中，所述旋转电机(2-6)设置于后机架(3-2)前侧，其穿过后机架(3-2)前侧板的输出轴上套设有第一直齿轮(2-7)，且第一直齿轮(2-7)与后机架(3-2)前侧板的后侧相贴合；所述中驱组件包括连接前机架(1-3)与后机架(3-2)的若干导向机构、传动机构(2-12)及曲柄连杆机构；所述导向机构包括设置于前机架(1-3)后侧板上的导向杆(2-4)及设置于后机架(3-2)前侧板上的直线轴承(2-5)，通过导向杆(2-4)与直线轴承(2-5)的滑动配合实现前机架(1-3)与后机架(3-2)的伸缩连接；所述传动机构(2-12)包括一组相适配的滑动轴(2-12-3)及轴承套(2-12-5)，所述轴承套(2-12-5)的侧壁上设置有长条形通槽(2-12-6)，且滑动轴(2-12-3)的侧壁上设置有圆柱销(2-12-4)，通过圆柱销(2-12-4)与通槽(2-12-6)的滑动配合实现滑动轴(2-12-3)与轴承套(2-12-5)的同步转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘送永，谢奇志，江红祥，吴洪状，程诚，李伟，沈刚，唐玮，刘后广，杨建华，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32