一种电磁差速式自适应管道机器人制造技术

一种电磁差速式自适应管道机器人，包括机身，位于机身两端分别设置有十字形的辅助支撑机构，两侧辅助支撑机构的端部之间安装有磁铁预紧机构，磁铁预紧机构外侧对称设置有驱动轮和辅助轮，在机身内部安装有差速机构，驱动轮与差速机构相连。本实用新型专利技术在已有差速机构的基础上，添加电磁预紧机构和控制模块，对机器人的驱动加以准确控制，从而提高机器人前行效率和弯管通过性，以保证其具有较强的越障能力。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁差速式自适应管道机器人
本技术涉及油气管道运输
，特别涉及一种电磁差速式自适应管道机器人。
技术介绍
随着社会的不断发展，管道被广泛应用于工业和日常生活中，如天然气管道、地下水管道等。这些管道在长期使用过程中会受到管内外介质的作用而产生腐蚀、结垢、裂纹、穿孔等现象，不但会引起管道失效，影响运输作业的正常进行，而且极易引发重大的安全事故造成灾难性后果。但由于管道内部空间有限、结构复杂，人工检修难度较大，因此为提高工作的准确性和效率，管道机器人应运而生。目前常见的几种管道机器人主要是：流体驱动式管道机器人、轮式管道机器人、行走式管道机器人和蠕动式管道机器人。其中，流体驱动式管道机器人，其驱动力直接来自流体，只有在具有足够压力的大管径管道内才能得到有效驱动。行走式管道机器人拥有如动物腿一样的结构，行走速率高，需要非常复杂的机械结构和多组驱动器，一般不采用。蠕动式管道机器人多采用气动的方式驱动前后端的收缩和伸长，这样的驱动方式牵引力有限，且能量损失较大。轮式运动方式具有行走速度快、拖动力大、结构简单等诸多优点，被多数大中型油气输送管道作业机器人所采用。但在通过弯管时，若轮式管道机器人不具有差速功能，某些驱动轮会产生运动干涉，从而降低了机器人的有效拖动力和加剧传动部件的磨损。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种电磁差速式自适应管道机器人，在已有差速机构的基础上，添加电磁预紧机构和控制模块，对机器人的驱动加以准确控制，从而提高机器人前行效率和弯管通过性，以保证其具有较强的越障能力。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种电磁差速式自适应管道机器人，包括机身6，位于机身6两端分别设置有十字形的辅助支撑机构4，两侧辅助支撑机构4的端部之间安装有磁铁预紧机构3，磁铁预紧机构3外侧对称设置有驱动轮2和辅助轮5，在机身6内部安装有差速机构1，驱动轮2与差速机构1相连。所述的磁铁预紧机构3为弧形结构，弧形结构为向内凹陷。所述的驱动轮2在机身6端部径向四等分设置，辅助轮5在机身6另一端与驱动轮2对应位置四等分设置。所述的驱动轮2驱动方式为直进轮式驱动。所述的差速机构1为三轴差速式机构。所述的驱动轮2通过机身6内的驱动电动机驱动，驱动轮2通过差速机构1与驱动电动机相连。所述的磁铁预紧机构3表面设置有小块超导体。所述的机身6上设置有电源管理模块、单片机模块、传感器模块、电机驱动模块四部分；单片机模块、传感器模块、电机驱动模块通过电源管理模块进行供电，所述的传感器模块包括光电传感器信号处理器和控制电路两部分，光电转换电路会将由光电传感器接收到的光信号转化为电信号，将接收到的电压值传递给单片机模块，单片机模块的输出端连接驱动轮2。所述的机身6侧身前后位置分别装有光电传感器和光源装置。所述的单片机模块和传感器模块为LM1117-5。所述的驱动电动机采用L293驱动芯片。本技术的有益效果：机器人采用前轮驱动、后轮辅助支撑的方式，创新出磁铁预紧机构作为管道机器人管径自适应机构，磁铁变径预紧力变化小、自适应能力强，且可以通过更换不同磁铁以改变磁铁自身属性，从而实现更大变径范围；利用STC89C52RC单片机及光电传感器组成控制系统，本技术为自寻光迹的装置，对机器人的前行加以准确控制，从而解决了机器人在弯管阶段难以自适应转弯的问题。附图说明图1为管道机器人的整体结构示意图。图2为整体设计的空间分布示意图。图3为电磁差速式管道机器人原理示意图。图4为通过弯管时依靠控制部分实现精确转弯的原理示意图。图5为磁铁预紧变径原理图。图6为控制系统总体设计示意图。图7为L293驱动芯片驱动电路图。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详细说明。如图1所示，一种电磁差速式自适应管道机器人，其基本组成包括：差速机构1、驱动轮2(4个)、磁铁预紧机构3、辅助支撑机构4、辅助轮5(4个)和机身6。其空间分布结构示意图如图2。为了使管道机器人驱动单元输出速度均匀，在行进过程中比较稳定，能够适应较大负载工作状态，从而实现自适应管道功能。采用直进轮式驱动，并以单个电机为主要动力来源，设计出一种全新的驱动单元。如下是三轴差速式机构的工作原理：(1)磁铁变径机构3通过管壁作用于机体的压力，以改变两同性磁极间的距离，从而实现三轴差速式管道机器人的预紧变径。(2)在弯管阶段工作时，驱动电机所提供的动力会传递给三轴差速机构以及驱动臂，进而实现差速功能。如图5所示：磁铁变径机构3，在本次的电磁差速自适应管道机器人的设计中，改变以往所使用的预紧变径方式，创新出了一种新的预紧变径方法：磁铁预紧变径。如图5所示，利用磁铁同极相斥的基本原理，且磁极间排斥力和磁极距离的成反比的关系，对距离的大小进行改变。磁铁变径预紧力变化小、自适应能力强，且可以通过更换不同磁铁以改变磁铁自身属性，从而实现更大变径范围。为了增强其变径稳定性，还可以在磁铁表面安装小块超导体。如图6所示：系统总体设计分析：本设计有电源管理模块、单片机模块、传感器模块、电机驱动模块四部分。在整个控制系统中，所有模块的电源管理都由电源模块实现。其中，单片机和光电管都需要5V的电压才能进行工作，而电机则需要提供6V电压。硬件方面：主要由光电传感器信号处理器和控制电路两部分组成。光电转换电路会将由光电传感器接收到的光信号进行一定的处理，从而将光信号转化为电信号。接着，将接收到的电压值传递给单片机，单片机作用一定的算法，对舵机下达指令，从而改变驱动轮2转向，使得管道机器人能够自动寻光线行走。软件方面：单片机是控制系统的核心部分，在对采集的信号进行模数转换后，输出一个指令给驱动电机，从而控制驱动电机的正反转。单片机模块是管道机器人控制系统最为核心的部分。它可以对所有输入的数字信号进行严密的计算，从而输出一个指令给驱动轮，使得驱动轮完成规定角度的转向工作，从而保证整个管道机器人能够正常工作。当管道机器人遇到弯管时，主光源发出的光线经弯管拐点发生反射现象，利用光电传感器对光线进行追踪，就可以很大程度提高管道机器人的弯管通过性。本技术的工作原理：工作时，动力由置于机身6内的驱动电动机通过差速机构1传递给四个驱动轮2，各驱动轮2通过差速机构1的差动调节能够按照环境约束实现机器人的自主差动行走；电磁预紧机构3利用磁铁同极相斥且磁极间排斥力和磁极距离的成反比的关系，实现机器人在管道内的正压力的调整，使驱动轮2获得足够的正压力，以满足不同管道的工况需求；辅助支撑机构4上的辅助轮5与驱动轮2一一对应布置，可以通过调节其预紧量使辅助轮5具有足够的预紧力，从而使辅助轮5与管壁保持接触，保证了机器人在运行过程中的自位与定心要求，如图3所示。图4为管道机器人遇到弯管时依靠控制部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁差速式自适应管道机器人，其特征在于，包括机身(6)，位于机身(6)两端分别设置有十字形的辅助支撑机构(4)，两侧辅助支撑机构(4)的端部之间安装有磁铁预紧机构(3)，磁铁预紧机构(3)外侧对称设置有驱动轮(2)和辅助轮(5)，在机身(6)内部安装有差速机构(1)，驱动轮(2)与差速机构(1)相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种电磁差速式自适应管道机器人，其特征在于，包括机身(6)，位于机身(6)两端分别设置有十字形的辅助支撑机构(4)，两侧辅助支撑机构(4)的端部之间安装有磁铁预紧机构(3)，磁铁预紧机构(3)外侧对称设置有驱动轮(2)和辅助轮(5)，在机身(6)内部安装有差速机构(1)，驱动轮(2)与差速机构(1)相连。


2.根据权利要求1所述的一种电磁差速式自适应管道机器人，其特征在于，所述的磁铁预紧机构(3)为弧形结构，弧形结构为向内凹陷。


3.根据权利要求1所述的一种电磁差速式自适应管道机器人，其特征在于，所述的驱动轮(2)在机身(6)端部径向四等分设置，辅助轮(5)在机身(6)另一端与驱动轮(2)对应位置四等分设置。


4.根据权利要求1所述的一种电磁差速式自适应管道机器人，其特征在于，所述的驱动轮(2)驱动方式为直进轮式驱动。


5.根据权利要求1所述的一种电磁差速式自适应管道机器人，其特征在于，所述的差速机构(1)为三轴差速式机构。


6.根据权利要求1所述的一种电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雅荣，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61