一种管道机器人制造技术

本发明专利技术是一种管道机器人，属于机器人技术领域。本发明专利技术包括设置在机器人壳体内的惯性激振机构；所述惯性激振机构包括旋转动力源、非圆齿轮传动机构和至少2个相同的偏心机构，所有偏心机构圆周均布在一平面；所述偏心机构包括绕转轴转动的偏心质量块；旋转动力源通过非圆齿轮传动机构驱动偏心质量绕转轴转动；每个偏心质量块的转速大小一致，所有偏心质量块产生的偏心力的合力在平面上的分力为0；本发明专利技术是通过内部惯性力和环境摩擦力共同作用实现移动，采用这样的驱动方式可以从根本上避免传统驱动方式的驱动装置与执行装置之间必须要密封的缺陷，适合狭小、腐蚀、易燃、高温等极端恶劣的管道作业环境，且在小型化方面具有很大的潜力。

A Pipeline Robot

【技术实现步骤摘要】
一种管道机器人
本专利技术属于机器人
，具体涉及一种惯性驱动的管道机器人。
技术介绍
随着国际社会工业化水平的快速发展，管道作为流体的主要输送设施，由于其经济性和便捷性而广泛应用于市政、化工、石油及核电等行业，但是随着使用时间的不断延长，使得管道容易发生腐蚀、疲劳破坏、破损等。如果不及时对管道进行检修就有可能造成经济损失，环境也有可能造成破坏，然而管道所处的环境往往是人不容易到达或者不可以直接对其进行检修的，所以就需要一种新的管道管理方式，智慧管理是管网系统的必然趋势和发展方向。作为智慧管网中重要的组成部分,管道机器人能够在遥控操纵或计算机控制下,完成一系列的管道检测维修作业,作为管网卫士的管道机器人是实现管网智慧管理必不可少的智能设备。管道机器人可以携带不同的传感器和检测工具，到达管道指定位置进行检测，极大的解放了人类的劳动力，降低了维护管道的费用，延长管道使用寿命同时降低安全事故风险。由管道机器人代替人工检测的技术极大的提升了检测的精度、准确度，对改善劳动条件、降低作业成本、提高工作效率有着十分重要的意义。对于惯性驱动管道机器人目前多数形式为压电式。例如：基于压电惯性冲击驱动的支撑机构可调式微管道机器人研究[D].华东理工大学,2016.(作者李钊)以以下管径的管道机器人为研究对象，基于惯性冲击驱动原理的压电驱动作为微小管道机器人的驱动方式，设计压电惯性冲击驱动式管道机器人的主动调节式支撑机构。通过实验得出：当输入电压为80V，周期T＝0.001s，电压波形对称性为0.8时，所设计的管道机器人能在管径为的管道内以6.59mm/s的最大速度移动。但是压电式惯性驱动系统移动速度缓慢，运行效率低，负载能力低。公开号为CN108799693A的专利技术型专利，公开了一种管道机器人。包括两个驱动模组、两个气囊、气泵组件和至少两根软轴。改变气囊的状态，可改变管道机器人的状态及运动模式，可以使管道机器人能够更好地适应管道内复杂的环境。该专利技术为气囊蠕动式管道机器人，气囊式机器人气流由外界提供通过管道输送，由于管道的限制，大大降低了管道机器人的工作距离。另外如公开号为CN108758166A的专利技术型专利，公开了一种单驱动蠕动式管道机器人。包括前支撑机构和后支承机构以及推进机构，其中后支承机构包括多个后伸缩足、后固定支架以及后滑槽旋转盘。前支撑机构与后支承机构依次接触管道内壁，推进机构的作用是推动前支撑机构相对于后支撑机构运动。该单驱动蠕动式管道机器人仅通过一个电机实现前支撑机构和后支撑机构的交替伸缩和相对运动，结构简单，可靠性高，自适应转向能力良好，但推进机构裸露外管道环境中，不可以在高压、易燃、腐蚀性等恶劣环境下运行。公开号为CN108916533A的专利技术型专利，公开了一种非对称变径轮式防水管道机器人。包括防水行走机构、变径机构、摄像检测装置和防卡死装置。该专利技术属于轮式管道机器人，四轮的行走机构组成单个防水行走机构，运行效率高，负载能力大，虽然该专利技术设置了防水行走机构，但是驱动系统与管道环境之间为动密封，在高压、易燃、腐蚀性等恶劣环境下存在极大的动力隐患。公开号为CN108758167A的专利技术型专利，公开了一种管道机器人。包括机器人控制主体、动力伸缩机构以及第一支撑机构和第二支撑机构。该专利技术属于支承式管道机器人，可以在复杂的地下管道中作业，运行灵活性高，但动力伸缩机构为动密封，面对高压、易燃、腐蚀性等恶劣环境时动力系统存在极大隐患。公开号为CN108843892A的专利技术型专利，公开了一种多方向管道检测及自适应管径的螺旋驱动管道机器人。包括前车体和后车体。该专利技术属于螺旋驱动式管道机器人，通过螺旋驱动头的转动，主动轮在管道内表面沿着螺旋轨迹线行走，使得机器人产生轴向运动，同样的螺旋驱动头与后车体之间为动密封，面对高压、易燃、腐蚀性等恶劣环境时动力系统存在极大隐患。目前多数管道机器人由于结构的原因不可以在高压、易燃易爆、腐蚀性等恶劣环境下工作。
技术实现思路
为了实现管道机器人在恶劣环境中高效运动，本专利技术提出一种管道机器人。该系统通过内部惯性力和环境摩擦力共同作用实现移动，采用这样的方式驱动可以从根本上避免传统驱动方式的驱动装置与执行装置之间必须要密封的缺陷，简化管道机器人结构降低了机器人的制造成本。惯性驱动机器人具有动力系统完全封闭、移动原理简单、结构可靠性高等特点，适合狭小、腐蚀、易燃、高温等极端恶劣的管道作业环境且在小型化方面具有很大的潜力。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种管道机器人，位于管道内，其包括机器人壳体，所述机器人壳体与管道内壁弹性接触；其特征在于：还包括设置在机器人壳体内的惯性激振机构；所述惯性激振机构包括旋转动力源、非圆齿轮传动机构和至少2个相同的偏心机构，所有偏心机构圆周均布在一平面；所述偏心机构包括绕转轴转动的偏心质量块；旋转动力源通过非圆齿轮传动机构驱动偏心质量块绕转轴转动；每个偏心质量块的转速大小一致，所有偏心质量块产生的偏心力的合力在平面上的分力为0；所述非圆齿轮传动机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮，以及与直接与偏心质量块同轴安装并驱动偏心质量块转动的从动非圆齿轮；此平面与与机器人移动方向成a角，0°<a<90°。进一步技术方案在于，所述偏心机构为2个，2个所述偏心机构之间同步圆柱齿轮传动，所述旋转动力源驱动一个偏心机构转动。进一步技术方案在于，所述非圆齿轮传动机构包括一对或多对非圆齿轮，相接触的两个非圆齿轮之间轮齿相互啮合。进一步技术方案在于，所述非圆齿轮传动机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮，以及与偏心质量块同轴转动的从动非圆齿轮；主动非圆齿轮与从动非圆齿轮轮齿相啮合；从动非圆齿轮节曲线的阶数为1，从动非圆齿轮的长轴与偏心质量块回转中心和其质心的连线平行或垂直。进一步技术方案在于，所述非圆齿轮传动机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮，以及与偏心质量块同轴转动的从动非圆齿轮；所述非圆齿轮传动机构中从动非圆齿轮节曲线的阶数>1。进一步技术方案在于，所述非圆齿轮传动机构中从动非圆齿轮节曲线的阶数为偶数。进一步技术方案在于，所述机器人壳体与管道内壁仅依靠弹性支撑足接触，所述弹性支承足包括弹簧和滑靴；所述滑靴上有固定的套筒，所述机器人壳体表面有导向杆，滑靴的套筒与导向杆间隙配合，弹簧置于滑靴和机器人壳体之间。进一步技术方案在于，所述机器人壳体与管道内壁仅依靠纤维接触。进一步技术方案在于，所述机器人壳体与管道内壁仅依靠弹性支撑足接触，所述弹性支承足包括弹簧、轮子、单向轴承和回转轴；轮子通过单向轴承安装在回转轴上，回转轴上有一个固定的套筒，机器人壳体表面有导向杆，套筒与导向杆间隙配合，弹簧置于轮子和机器人壳体之间。进一步技术方案在于，纤维的方向可与机器人前进方向垂直，也可以与前进方向成一定夹角。进一步技术方案在于，主动圆齿轮与从动圆齿轮的模数和齿数相同，两相同形状偏心质量块分别固定在主、从动圆齿轮的回转轴上，偏心质量块产生异向惯性力。进一步技术方案在于，弹性支承足固定在机器人壳体上，由于弹性支承足的弹性作用，所有的弹性支承足与管道内壁之间始终存在预紧力，为运动的机器人提供了摩擦力。机器人同时受到地面的摩擦力和偏心本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管道机器人，位于管道内，其包括机器人壳体，所述机器人壳体与管道内壁弹性接触；其特征在于：还包括设置在机器人壳体内的惯性激振机构；所述惯性激振机构包括旋转动力源、非圆齿轮传动机构和至少2个相同的偏心机构，所有偏心机构圆周均布在一平面；所述偏心机构包括绕转轴转动的偏心质量块；旋转动力源通过非圆齿轮传动机构驱动偏心质量块绕转轴转动；每个偏心质量块的转速大小一致，所有偏心质量块产生的偏心力的合力在平面上的分力为0；所述非圆齿轮传动机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮，以及与直接与偏心质量块同轴安装并驱动偏心质量块转动的从动非圆齿轮；此平面与与机器人移动方向成a角，0°<a<90°。

【技术特征摘要】
1.一种管道机器人，位于管道内，其包括机器人壳体，所述机器人壳体与管道内壁弹性接触；其特征在于：还包括设置在机器人壳体内的惯性激振机构；所述惯性激振机构包括旋转动力源、非圆齿轮传动机构和至少2个相同的偏心机构，所有偏心机构圆周均布在一平面；所述偏心机构包括绕转轴转动的偏心质量块；旋转动力源通过非圆齿轮传动机构驱动偏心质量块绕转轴转动；每个偏心质量块的转速大小一致，所有偏心质量块产生的偏心力的合力在平面上的分力为0；所述非圆齿轮传动机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮，以及与直接与偏心质量块同轴安装并驱动偏心质量块转动的从动非圆齿轮；此平面与与机器人移动方向成a角，0°<a<90°。2.根据权利要求1所述一种管道机器人，其特征在于：所述偏心机构为2个，2个所述偏心机构之间同步圆柱齿轮传动，所述旋转动力源驱动一个偏心机构转动。3.根据权利要求1所述一种管道机器人，其特征在于：所述非圆齿轮传动机构包括一对或多对非圆齿轮，相接触的两个非圆齿轮之间轮齿相互啮合。4.根据权利要求1或3所述一种管道机器人，其特征在于：所述非圆齿轮传动机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮，以及与偏心质量块同轴转动的从动非圆齿轮；主动...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大伟，刘佳佳，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13