一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于特种机器人技术领域，具体涉及一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置。本发明专利技术中，中间部位安装有第一驱动电机和第二驱动电机，中间部位的外围均匀安装有三个伸展式的支撑臂结构，每一个支撑臂均为一个二连杆结构，末端设有一对滚轮。本发明专利技术能够针对核电、石油、化工、天然气等领域中较大管道内径和内径大小变化的管道清洗作业，基于3个周向分布的伸展式支撑臂的支撑臂同步驱动装置，能够适应较大范围变化的管道内径。该同步驱动装置可以保证3条支撑臂的伸展度和末端滚轮的同步运动，便于清洗作业过程中机器人的平稳向前推进运动。

A Synchronized Driving Device for Pipeline Robot Support Arm with Adaptive Function

【技术实现步骤摘要】
一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置
本专利技术属于特种机器人
，具体涉及一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置。
技术介绍
管道作为一种常用的物料运输手段，在核电、天然气，以及一般的工业设备中应用广泛。为提高管道的输送效率和管道的使用寿命，需要定期对管道进行清洗和检修维护。传统的管道机器人大多针对检修应用，采用轮式、履带式或蠕动式。对于管道内壁的清洗作业，由于机器人的作业臂与管道内壁会产生较大的作用力，因此，传统的轮式、履带式或蠕动式结构均不适合。设计一种可以将机器人撑起，并固定于管道内的结构，是管道清洗机器人的设计难点，尤其是针对管道内径过大，且内径大小变化的场合。如图1所示，文献1“一种管道清洗机器人”(技术专利，专利号201521050488.5)提出了一种管道清洗机器人，包括行走机构、信号采集装置；行走机构与撑开杆组相连，撑开杆组与装灰箱体相连；信号采集装置设置于装灰箱体上，卸料门设置于装灰箱体的后部。该机器人可进行采样、检测、清洗等动作，通过设置的撑开杆组能适应管径为700-1000mm。该机器人由于只采用单个平行四边形结构，因此其展开范围相对较小，适应的管径变化范围和最大管径均有限；管道机器人的撑开驱动设置在箱体内部，撑开杆组的末端是行走机构，次用履带形式，驱动内置的方案使得行走机构本身相对体积较大，且履带只能平行于管道的轴线，难以适应管径大小的过渡阶段等工况。如图2所示，文献2“管道清洗机器人”(专利技术专利，专利号201510484405.1)提出了一种管道清洗机器人。包括装置主体、驱动模块、链节架、压力驱动部分，以及清洗模块。压力驱动部分的一侧连接在所述链节架部位，且调节所述链节架的展开角度，并提供将所述驱动模块紧贴到管道的驱动力。驱动模块同样采用履带式，内置动力驱动源，控制履带的转动，从而带动机器人沿管道内壁的运动。其不足之处在于履带只能平行于管道的轴线，难以适应管径大小的过渡阶段等工况，且驱动位置过多，结构复杂，不利于机器人的轻量化设计；且当管道内有液体时，机器人的驱动过多置于机器人本体外部，防水密封性难以保证。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题：本专利技术提供一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置，能够针对核电、石油、化工、天然气等领域中较大管道内径和内径大小变化的管道清洗作业，基于3个周向分布的伸展式支撑臂的支撑臂同步驱动装置，能够适应较大范围变化的管道内径。该同步驱动装置可以保证3条支撑臂的伸展度和末端滚轮的同步运动，便于清洗作业过程中机器人的平稳向前推进运动。本专利技术采用的技术方案：一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置，中间部位安装有第一驱动电机和第二驱动电机，中间部位的外围均匀安装有三个伸展式的支撑臂结构，每一个支撑臂均为一个二连杆结构，末端设有一对滚轮，同步带，其主动轮和对应的支撑臂第一关节的轴线重合，但与支撑臂第一关节的转动相互独立；同步带的动力输出轮同时又是同步带的主动轮，输出轮的转动同样和支撑臂第二关节的转动相互独立，支撑臂第一关节和第二关节的转动对同步带的传动不会造成干扰，支撑臂末端滚轮的运动完全受控于相应的第二驱动电机。所述第一驱动电机位于安装基座左端圆盘的内侧，第一驱动电机的输出轴穿过圆盘的中心，通过键与齿轮连接；齿轮同时与均为布置在齿轮外围的三个驱动齿轮，驱动齿轮与位于安装基座内部的滚珠丝杠连接。第一驱动电机驱动齿轮转动，同时带动驱动齿轮和滚珠丝杠，从而能够驱动支撑臂的伸展/收回运动。所述支撑臂包括，第一连杆与第二连杆绞连接，第一连杆的两侧设有对称的第一对推杆，第二连杆的两侧设有对称的第二对推杆；第一对推杆的一端与丝杠螺母连接，第一对推杆中间位置安装在第一连杆的中间位置，并能相对转动；第二连杆的一端安装在第二连杆的中间位置，并能相对转动；第一对推杆的另一端与第二连杆的另一端通过圆杆绞连接；丝杠螺母套在滚珠丝杠上。所述滚珠丝杠的转动使得其上的丝杠螺母可以左右移动。当丝杠螺母向右移动时，推动支撑臂上的第一对推杆，从而使支撑臂的第一连杆转动。第一对推杆和第一连杆的转动角度确定了第二对推杆以及第二连杆的转动角度。所述第二驱动电机安装在安装基座右端的内侧，电机输出轴穿过安装基座的中心，并与蜗杆连接。所述蜗杆同时和三个涡轮啮合；第二驱动电机驱动蜗杆转动，同时带动涡轮，从而能够驱动滚轮转动。每一个涡轮的轴线分别和对应的支撑臂第一关节的轴线重合，并带动第一连杆内部的两条同步带运动，继而将动力传递到第二连杆内部的同步带上，最终带动支撑臂末端的滚轮转动；支撑臂末端滚轮均为成对设计，可以有效提高支撑臂的稳定性，防止打滑等。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术提供一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置，具有管道机器人的管道内径自适应功能：采用3个周向分布特殊设计的，并具有大行程的伸展式支撑臂，配合所设计的同步驱动系统，能够适应最大3m的管道内径；(2)本专利技术提供一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置，支撑臂伸展及末端滚轮转动的同步运动设计：在支撑臂伸展过程的同步驱动方案设计上，采用齿轮的一对多啮合；在末端滚轮转动的同步驱动方案设计上，采用蜗杆涡轮的一对多啮合来实现；(3)本专利技术提供一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置，系统结构紧凑性设计：依靠两个伺服电机同时驱动3条支撑臂的伸展运动和末端滚轮的转动，驱动电机数目少，且前者依靠滚珠丝杠的减速效果；后者直接利用涡轮蜗杆的减速功能。因此，都无需单独配置的减速器，从而进一步降低了结构的整体重量，在一定程度上提高机器人的有效续航时间和工作效率；(4)本专利技术提供一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置，机器人运动功能的实现：对于管道内的运动，依靠3条支撑臂撑紧并利用末端的滚轮向前推进；对于非管道内的机器人位姿调节运动，支撑臂末端的滚轮可以充当触地的支撑腿，其周向分布的特点使其具有防侧翻的功能。附图说明图1为文献1提供的管道清洗机器人；图2为文献2提出的管道清洗机器人；图3为本专利技术提供一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置整体结构示意图；图4为本专利技术装置左视图；图5为本专利技术装置右视图；图6为本专利技术装置正视图；图7为本专利技术对自适应最大管道内径结构示意图，注：图中L代表管道内径的最大适应范围；图中：第一驱动齿轮1、驱动电机一3、圆盘2、第二驱动齿轮4、滚珠丝杠5、丝杠螺母6、第一对推杆7、7-1、第一连杆8、第二对推杆9、9-1、第二连杆10、滚轮11、圆杆12、涡轮13、蜗杆14、安装基座15、驱动电机二16、第三驱动齿轮17、齿轮18、键19、同步带20、20-1同步带21、主动轮22、同步带空间导向轮23、24、26、27、输出轮25、具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术提供的一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置作进一步详细说明。本专利技术提供的一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置，如图1所示，中间部位安装有第一驱动电机3和第二驱动电机16，如图2所示，中间部位的外围均匀安装有三个伸展式的支撑臂结构，每一个支撑臂均为一个二连杆结构，末端设有一对滚轮11。如图1所示，第一驱动电机3位于安装基座15左端圆盘2的内侧，第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置，其特征在于：中间部位安装有第一驱动电机(3)和第二驱动电机(16)，中间部位的外围均匀安装有三个伸展式的支撑臂结构，每一个支撑臂均为一个二连杆结构，末端设有一对滚轮(11)，同步带(20、20‑1)，其主动轮(22)和对应的支撑臂第一关节的轴线重合，但与支撑臂第一关节的转动相互独立；同步带(20、20‑1)的动力输出轮(25)同时又是同步带(21)的主动轮，输出轮(25)的转动同样和支撑臂第二关节的转动相互独立，支撑臂第一关节和第二关节的转动对同步带的传动不会造成干扰，支撑臂末端滚轮的运动完全受控于相应的第二驱动电机(16)。

【技术特征摘要】
1.一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置，其特征在于：中间部位安装有第一驱动电机(3)和第二驱动电机(16)，中间部位的外围均匀安装有三个伸展式的支撑臂结构，每一个支撑臂均为一个二连杆结构，末端设有一对滚轮(11)，同步带(20、20-1)，其主动轮(22)和对应的支撑臂第一关节的轴线重合，但与支撑臂第一关节的转动相互独立；同步带(20、20-1)的动力输出轮(25)同时又是同步带(21)的主动轮，输出轮(25)的转动同样和支撑臂第二关节的转动相互独立，支撑臂第一关节和第二关节的转动对同步带的传动不会造成干扰，支撑臂末端滚轮的运动完全受控于相应的第二驱动电机(16)。2.根据权利要求1所述的一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置，其特征在于：所述第一驱动电机(3)位于安装基座(15)左端圆盘(2)的内侧，第一驱动电机(3)的输出轴穿过圆盘(2)的中心，通过键(19)与齿轮(18)连接；齿轮(18)同时与均为布置在齿轮(18)外围的三个驱动齿轮(1、4、17)，驱动齿轮(4)与位于安装基座(15)内部的滚珠丝杠(5)连接。第一驱动电机(3)驱动齿轮(18)转动，同时带动驱动齿轮(4)和滚珠丝杠(5)，从而能够驱动支撑臂的伸展/收回运动。3.根据权利要求1所述的一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置，其特征在于：所述支撑臂包括，第一连杆(8)与第二连杆(10)绞连接，第一连杆(8)的两侧设有对称的第一对推杆(7、7-1)，第二连杆(10)的两侧设有对称的第二对推杆(9、9-1)；第一对推杆(7)的一端与丝杠螺母(6)连接，第一对推杆(7)中间位置安装在第一连杆(8)的中间位置，并能相对转动；第二连...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，罗英，瓮松峰，黄新东，任荷，王炳炎，安彦波，李鑫，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川,51