一种螺旋运动管道机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种螺旋运动管道机器人，包含N个驱动模块、N‑1个扭矩调节模块和N个连接模块，N为大于等于3的自然数；N个驱动模块对应固定在N个连接模块上，N个连接模块通过N‑1个扭矩调节模块依次相连，其中：扭矩调节模块用于调整其相邻两个连接模块之间的扭转角度，使得螺旋运动管道机器人呈螺旋状、各个驱动模块紧贴在管道的外壁或者内壁上；驱动模块用于提供动力，使得螺旋运动管道机器人在管道的外壁或者内壁上运动。扭矩调节模块使机器人紧贴管道，各驱动模块协同驱动机器人螺旋前进。本发明专利技术能适应各种管道，紧贴各种直径和截面形状的管道的内外壁，用于管道巡检、维修、清洗、焊接等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋运动管道机器人
本专利技术涉及管道机器人领域，尤其涉及一种螺旋运动管道机器人。
技术介绍
随着国际社会工业化水平的快速发展，尤其是核工业以及石油天然气等行业的快速发展，管材的使用量急剧增加，典型的使用环境，如远距离的带压输送石油天然气，以及输送含有放射性危险物质的管道，城市冬季供暖管道的巡检清淤等。如何进行管道的检测维护，就显得尤其必要。管道机器人作为一种理想的管道检测和维护设备，广泛的应用于管道的清洗、检测、维修、焊接等诸多领域，对延长管道使用寿命，降低安全事故风险有重要意义。现阶段的管道机器人针对不同的管道环境有很大的局限性。不同行业中的管道使用环境有很大区别，比如城市供水供暖管道直径从2米以上到直径仅为1~2厘米，管道长时间使用后容易产生铁锈水垢等；石油天然气行业的管道普遍为压力管道；化工领域的管道通常用来输送有毒有害等物质。其中个行业的管道使用时也有共性，最典型的就是管道布局复杂，干线管道与支线管道交叉布局，阀门以及弯角众多等。但常用的管道机器人都面临一个问题，即机动灵活性严重不足，对不同直径的管道适应性不足，无法通过弯角、交叉、阀门等复杂情况，如果管道内部有障碍物，比如管道内部的支撑结构，这种情况下常用的管道机器人更是基本无法工作。现阶段的管道机器人还忽视了一个很大的管道应用需求，即管道外部的巡检。在某些场合下，对管道外部进行巡检维护也有很大的需求，如悬空的化工管道探伤；船舶主轴的清理维护；大型桁架式建筑管状结构件的清洁工作；电线杆、通信基站塔及风力发电塔的检测维护，通常管道外部会有台阶、抓手等突出表面的附加物，对管道机器人来说任何不规则的突起均可以视为障碍物，如何使管道机器人满足这种使用需求也是一个亟需研究的领域。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种螺旋运动管道机器人。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种螺旋运动管道机器人，包含N个驱动模块、N-1个扭矩调节模块和N个连接模块，所述N为大于等于3的自然数；所述N个驱动模块对应固定在所述N个连接模块上，所述N个连接模块通过所述N-1个扭矩调节模块依次相连，其中：所述扭矩调节模块用于调整其相邻两个连接模块之间的扭转角度，使得螺旋运动管道机器人呈螺旋状、各个驱动模块紧贴在管道的外壁或者内壁上；所述驱动模块用于提供动力，使得螺旋运动管道机器人在管道的外壁或者内壁上运动。作为本专利技术一种螺旋运动管道机器人进一步的优化方案，所述驱动模块包括机架、驱动轮、套筒、轴筒、第一轴承、第二轴承、驱动电机、主动齿轮、第一至第三行星齿轮、电机安装架、第一端盖和第二端盖、第一至第三固定轴；所述驱动轮中空，与所述套筒、轴筒由外至内同轴设置，驱动轮和套筒之间过盈配合，套筒和轴筒之间过盈配合；所述轴筒两端伸出套筒后分别通过第一轴承、第二轴承和所述机架相连，使得所述轴承能够带动所述驱动轮相对机架自由转动；所述套筒两端均和所述机架贴合；所述机架用于固定所述第一轴承和第二轴承，其上端将所述驱动轮的一部分露出在外、下端和所述驱动模块对应的连接模块固连；所述第一端盖、第二端盖分别设置在所述第一轴承、第二轴承的外侧，均和所述机架固连，用于将所述第一轴承、第二轴承密封在第一端盖、第二端盖、机架包围的空间中；所述驱动电机通过所述电机安装架固定在所述第二端盖上，其输出轴和所述主动齿轮的轴心固连；所述第一至第三固定轴和所述轴筒的轴线平行设置，其一端均和所述第一端盖固定相连；所述第一至第三星行齿轮分别通过轴承对应设置在所述第一至第三固定轴的另一端；所述轴筒内壁上设有齿轮圈，所述主动齿轮分别和所述第一至第三星行齿轮啮合，所述第一至第三行星齿轮均和所述齿轮圈啮合，主动齿轮、第一至第三星行齿轮、齿轮圈组成定轴轮系行星减速器。作为本专利技术一种螺旋运动管道机器人进一步的优化方案，所述套筒两端和所述机架之间均设有双层密封圈。作为本专利技术一种螺旋运动管道机器人进一步的优化方案，所述第一端盖、第二端盖和所述机架之间均设有密封片。作为本专利技术一种螺旋运动管道机器人进一步的优化方案，所述扭矩调节模块包含扭矩调节舵机、底座、旋转盘、拓展盘、扭力梁、第一安装片和第二安装片；所述底座为上端开口、下端封闭的空心圆柱体，所述扭矩调节模块固定在所述底座下端面的中心上，且所述扭矩调节模块的输出轴和所述底座的轴线处于同一直线；所述第一安装片和所述底座柱面外壁固连；所述拓展盘呈圆盘状，其圆心和所述扭矩调节舵机的输出轴固连，且拓展盘和所述调节舵机的输出轴垂直；所述扭力梁、旋转盘均为上下开口的空心圆柱，扭力梁、旋转盘、拓展盘的直径相同，且扭力梁、旋转盘、底座同轴设置；所述扭力梁的上端和所述拓展盘固连，下端和所述旋转盘固连；所述旋转盘套接在所述底座的柱面外，其内壁和所述底座柱面外壁的上部油密封，且旋转盘能够相对于所述底座转动；所述底座、旋转盘、扭力梁、拓展盘形成密闭空间；所述第二安装片和所述旋转盘的外壁固连；所述第一安装片、第二安装片分别用于和所述扭矩调节模块两侧的连接模块相连。作为本专利技术一种螺旋运动管道机器人进一步的优化方案，所述连接模块和连接模块之间设有转轴。作为本专利技术一种螺旋运动管道机器人进一步的优化方案，所述机架、第一端盖、第二端盖的均采用轻质7075铝合金，起到了为减速和传动装置以及驱动电机散热的作用。作为本专利技术一种螺旋运动管道机器人进一步的优化方案，所述第一安装片、第二安装片、底座、旋转盘、拓展盘、扭力梁均采用铝合金制成，能够有效为扭矩调节舵机散热。通过密封片和双层密封圈的使用，起到了为减速装置、传动装置以及驱动电机密封的作用。驱动电机、主动齿轮、行星齿轮、齿轮圈等置于轴筒内，使得驱动模块体积显著减小，从而使得该管道机器人具有使用环境和工作适用范围广的特点。底座、旋转盘、拓展盘、扭力梁之间形成密闭空腔，扭矩调节舵机安装于此空腔内，起到了绝缘密封的作用。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.本专利技术所涉及的管道机器人可同时适应在管道外部和管道内部的工作需求，只需设置各相邻连接模块间扭矩调节模块的偏转方向即可，使用便捷。2.本专利技术所涉及的管道机器人可适应多种直径管道的工作环境要求，只需要增加相应数量的中间机架以及对应的扭矩调节模块和驱动模块。有效了为适应不同直径的管道而采购多台设备的经费。3.本专利技术所涉及的管道机器人可跨越管壁的凸起、支撑等障碍物。该机器人采用相对柔性的结构，在遇到管道表面凸起时各相邻中间机架间相对偏转，可使管道机器人跨越凸起等障碍物；因管道机器人运动路径为螺旋曲线，管道机器人机身结构侵占面积即为该螺旋曲拓展出螺旋曲面。该螺旋曲面仅占管道表面的一部分，因此管道机器人可跨越部分支撑结构，使用灵活性高。4.本专利技术所涉及的管道机器人可应用于矩形截面管道，圆锥形管道等非圆柱形管道，使用灵活性大大增加。5.本专利技术所涉及的管道机器人工作时紧贴管道表面运动，对管道截面的侵占极小，因此可以在不影响管道正常运行的情况下使用。减小了因管道巡检维护造成的损失。附图说明图1（a）、图1（b）分别是本专利技术管道机器人在管道内部、管道外部工作时的结构示意图；图2是本专利技术中驱动模块的结构示意图；图3是本专利技术中驱动电机和各齿轮装配的结构示意图；图4是本专利技术扭矩调节模块中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺旋运动管道机器人，其特征在于，包含N个驱动模块、N‑1个扭矩调节模块和N个连接模块，所述N为大于等于3的自然数；所述N个驱动模块对应固定在所述N个连接模块上，所述N个连接模块通过所述N‑1个扭矩调节模块依次相连，其中：所述扭矩调节模块用于调整其相邻两个连接模块之间的扭转角度，使得螺旋运动管道机器人呈螺旋状、各个驱动模块紧贴在管道的外壁或者内壁上；所述驱动模块用于提供动力，使得螺旋运动管道机器人在管道的外壁或者内壁上运动。

【技术特征摘要】
1.一种螺旋运动管道机器人，其特征在于，包含N个驱动模块、N-1个扭矩调节模块和N个连接模块，所述N为大于等于3的自然数；所述N个驱动模块对应固定在所述N个连接模块上，所述N个连接模块通过所述N-1个扭矩调节模块依次相连，其中：所述扭矩调节模块用于调整其相邻两个连接模块之间的扭转角度，使得螺旋运动管道机器人呈螺旋状、各个驱动模块紧贴在管道的外壁或者内壁上；所述驱动模块用于提供动力，使得螺旋运动管道机器人在管道的外壁或者内壁上运动。2.根据权利要求1所述的螺旋运动管道机器人，其特征在于，所述驱动模块包括机架、驱动轮、套筒、轴筒、第一轴承、第二轴承、驱动电机、主动齿轮、第一至第三行星齿轮、电机安装架、第一端盖和第二端盖、第一至第三固定轴；所述驱动轮中空，与所述套筒、轴筒由外至内同轴设置，驱动轮和套筒之间过盈配合，套筒和轴筒之间过盈配合；所述轴筒两端伸出套筒后分别通过第一轴承、第二轴承和所述机架相连，使得所述轴承能够带动所述驱动轮相对机架自由转动；所述套筒两端均和所述机架贴合；所述机架用于固定所述第一轴承和第二轴承，其上端将所述驱动轮的一部分露出在外、下端和所述驱动模块对应的连接模块固连；所述第一端盖、第二端盖分别设置在所述第一轴承、第二轴承的外侧，均和所述机架固连，用于将所述第一轴承、第二轴承密封在第一端盖、第二端盖、机架包围的空间中；所述驱动电机通过所述电机安装架固定在所述第二端盖上，其输出轴和所述主动齿轮的轴心固连；所述第一至第三固定轴和所述轴筒的轴线平行设置，其一端均和所述第一端盖固定相连；所述第一至第三星行齿轮分别通过轴承对应设置在所述第一至第三固定轴的另一端；所述轴筒内壁上设有齿轮圈，所述主动齿轮分别和所述第一至第三星行齿轮啮合，所述第一至第...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭辽兵，陈李成，吴泽枫，胡焰，王壮，尹洪飞，张晨，
申请(专利权)人：郭辽兵，
类型：发明
国别省市：江苏,32