本发明专利技术公开了一种行走转向结构及基于该结构的管道机器人，包括带轮轴的滚轮，还包括与所述轮轴转动配合的连接件、与所述连接件固定连接的转盘、用于驱动所述轮轴绕自身轴线转动的第一传动组件、用于驱动所述转盘绕自身轴线转动的第二传动组件；所述轮轴的轴线与转盘的轴线共面且垂直。本发明专利技术提供一种行走转向结构及基于该结构的管道机器人，解决的技术问题之一是现有技术中管道机器人的上述过弯难题，使管道机器人具有稳定通过直角弯道和T形弯道的能力。的能力。的能力。
【技术实现步骤摘要】
一种行走转向结构及基于该结构的管道机器人
[0001]本专利技术涉及油气管道领域，具体涉及一种行走转向结构及基于该结构的管道机器人。
技术介绍
[0002]随着油气输送管道的大量铺设，定期对这些油气输送管道进行检测和维护变得尤为重要，管道机器人是进行这类工作的重要手段之一，其可携带各类工作设备进入管道内部进行探伤、检修、维护等作业。由于油气管道不可能始终保持平直，其可能具有各种类型的弯管段，如弧形弯道、S形弯道、直角弯道、T形弯道等，因此管道机器人在管道内行走时的过弯能力是影响其工作能力的重要指标。特别是对于油气管道而言，普通的弧形和S形弯道采用较少，工程现场大量采用直角弯道和T形弯道，这无疑为管道机器人在油气管道领域的应用增添了难度。
[0003]现有技术中，管道机器人的过弯方式主要分为被动和主动两种：（1）被动转向一般为车轮赋予一定的自适应性，由管壁对车轮的反作用力强行改变机器人方向，这种转向方式对于弧形或S形弯道具有良好的适应能力，但是难以通过直角弯道和T形弯道；（2）主动转向一般采用差速原理，即为沿弯道内外径的车轮分别赋予不同转速，利用内外径行走速率不同以实现转向效果，这种转向方式依然对管壁的反作用力具有一定依赖性，且其虽然有可能设法通过直角弯道，但对于T形弯道的通过难度仍然较大；并且采用内外径差速原理必然需要对内外侧的车轮采用不同动力驱动，导致动力设备数量较多、增加了设备故障隐患，而管道机器人一旦在工作过程中出现行走故障将非常难以取出。
[0004]此外，现有技术中的管道机器人，如若想要实现在管道内稳定的换向行走，其动力结构均十分复杂，导致机器人设备臃肿、体积庞大、自重较大而载荷较小，不利于管道机器人携带更多的工作设备，严重制约了管道机器人的功能性。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供一种行走转向结构及基于该结构的管道机器人，解决的技术问题之一是现有技术中管道机器人的上述过弯难题，使管道机器人具有稳定通过直角弯道和T形弯道的能力。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：一种行走转向结构，包括带轮轴的滚轮，还包括与所述轮轴转动配合的连接件、与所述连接件固定连接的转盘、用于驱动所述轮轴绕自身轴线转动的第一传动组件、用于驱动所述转盘绕自身轴线转动的第二传动组件；所述轮轴的轴线与转盘的轴线共面且垂直。
[0007]针对现有技术中管道机器人在面对直角弯、T形弯时的过弯难题，本专利技术首先提出一种行走转向结构，该行走转向结构同时用于管道机器人的正常行走与转向。具体的，该结构使用常见的带轮轴的滚轮作为带动整个结构前进与后退的部件，在轮轴上转动配合连接件，使得轮轴单独转动时可不带动连接件进行转动，连接件与转盘固定连接，由于转盘轴线
与轮轴轴线共面且垂直，因此当转盘转动时，带动连接件绕转盘轴线同步转动，此时连接件必然与轮轴发生干涉，进而带动轮轴和位于轮轴上的滚轮同步绕转盘轴线进行转动。
[0008]其中，第一传动组件、第二传动组件作为本结构的动力与传动部件，本领域技术人员能够实现的任何能够驱动轮轴绕自身轴线转动的结构，均可作为第一传动组件；同理本领域技术人员能够实现的任何能够驱动转盘绕自身轴线转动的结构，均可作为第二传动组件。第一传动组件、第二传动组件的动力可来自于与本结构相适配的管道机器人，也可为本结构独立配置动力装置。
[0009]本行走转向结构的具体使用方法包括：将两个本行走转向结构安装在管道机器人的对侧，使管道机器人进入对应管道；在正常的直管段行走时，滚轮位于管道内壁的侧面方向、且滚轮的滚动方向沿管道轴向，此时通过第一传动组件驱动轮轴绕自身轴线转动，带动滚轮进行正常的滚动，即可带动整个管道机器人做前进或后退的直线运动；当需要通过直角弯或T形弯时，首先通过第二传动组件驱动转盘绕自身轴线转动、带动轮轴和滚轮同步转动，使滚轮的滚动方向变为沿管道内壁周向方向；此时再由第一传动组件驱动轮轴绕自身轴线转动，使滚轮滚动带动整个管道机器人整体旋转，直至两个滚轮分别抵达管道内壁的顶部和底部；此时再由第二驱动组件驱动转盘转动一定角度（该角度根据管道内径等参数进行计算或预设），使滚轮的滚动方向为朝向即将通过的直角弯或T形弯的斜向状态；此时再由第一传动组件驱动轮轴绕自身轴线转动，即驱动滚轮开始前进，滚轮即可以倾斜于管道轴向的状态逐渐进入弯道部分；当两个滚轮均完全进入直角弯或T形弯的弯角内时，再由第二驱动组件驱动转盘转动，使两个滚轮的滚动方向调整为与弯角下游的直管段轴线平行的方向，之后再由第一传动组件驱动轮轴绕自身轴线转动，即可驱动整个管道机器人顺利通过直角弯或T形弯。
[0010]此外，在管道机器人整体完全通过弯道后，还可通过第一驱动组件和第二驱动组件的动作，将其复位至初始状态，即前述在正常的直管段行走时的状态。
[0011]可以看出，本申请的行走转向结构，相较于现有的管道机器人转向方式而言：（1）摒弃了被动转向的技术思路，更加适用于普遍采用直角弯道和T形弯道的油气管道，克服了管道机器人在油气管道领域内推广应用的难题；（2）相较于现有的主动转向技术而言，摒弃了采用内外径差速原理进行转向的技术思路，可同时满足直角弯道和T形弯道的过弯需求；在同时使用多个本结构中行走转向结构时，可采用相同动力进行驱动，避免了差速过弯时因对不同车轮采用不同动力驱动而导致动力设备数量较多的缺陷；（3）在通过直角弯、T形弯的过程中，使滚轮在管道内壁的顶部或底部进行滚动，即，使得管道机器人以纵向方式通过弯道，充分利用了直角弯角与T形弯角的结构特点，保证为管道机器人提供摩擦动力的滚轮始终能够与管壁的接触，避免了采用传统横向方式通过直角弯或T形弯时，侧面滚轮极易脱离与管壁的接触、导致其悬空失去着力点、进而丢失与管壁之间的滚动摩擦力，甚至导致管道机器人行走失效的问题。
[0012]进一步的，所述第一传动组件包括第一转轴、固定套设在第一转轴上的第一锥齿轮、与所述第一锥齿轮啮合且固定套设在第二转轴上的第二锥齿轮、固定套设在第二转轴
上的第一齿轮、与所述第一齿轮啮合且固定套设在所述轮轴上的第二齿轮；所述第二转轴的轴线与轮轴的轴线相互平行。
[0013]本方案中第一转轴转动，带动第一锥齿轮转动、驱动第二锥齿轮及第二转轴转动，使得第一齿轮随第二转轴同步转动，从而驱动第二齿轮及轮轴转动，即可驱动滚轮进行滚动。其中第一转轴作为第一传动组件的动力输入部件，通过锥齿轮与第二转轴配合传动以实现换向，使得第一转轴可采用不与轮轴等轴的排布方式，可避免本行走转向结构在靠近管道内壁边缘处体积过大而导致与管壁之间发生干涉或行走不便等问题。其中第二转轴的轴线与轮轴的轴线相互平行、且两者之间通过相互配合的第一齿轮和第二齿轮实现传动，必然的，第二转轴必然位于轮轴靠近管道中心方向的一侧，以避免干涉滚轮在管壁的滚动。此外，本方案采用齿轮传动方式实现对滚轮的控制，可有效变速、实现对行走转向组件的行走速度更加灵活且稳定的控制。
[0014]进一步的，所述轮轴两端均设置连接件，两个连接件均穿过转盘与第二转轴转动配合；所述转盘上设置用于固定本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种行走转向结构，包括带轮轴（2）的滚轮（1），其特征在于，还包括与所述轮轴（2）转动配合的连接件（3）、与所述连接件（3）固定连接的转盘（4）、用于驱动所述轮轴（2）绕自身轴线转动的第一传动组件、用于驱动所述转盘（4）绕自身轴线转动的第二传动组件；所述轮轴（2）的轴线与转盘（4）的轴线共面且垂直。2.根据权利要求1所述的一种行走转向结构，其特征在于，所述第一传动组件包括第一转轴（5）、固定套设在第一转轴（5）上的第一锥齿轮（6）、与所述第一锥齿轮（6）啮合且固定套设在第二转轴（7）上的第二锥齿轮（8）、固定套设在第二转轴（7）上的第一齿轮（9）、与所述第一齿轮（9）啮合且固定套设在所述轮轴（2）上的第二齿轮（10）；所述第二转轴（7）的轴线与轮轴（2）的轴线相互平行。3.根据权利要求2所述的一种行走转向结构，其特征在于，所述轮轴（2）两端均设置连接件（3），两个连接件（3）均穿过转盘（4）与第二转轴（7）转动配合；所述转盘（4）上设置用于固定连接件（3）的限位装置（401）；所述连接件（3）与轮轴（2）、第二转轴（7）均通过轴承连接。4.根据权利要求1所述的一种行走转向结构，其特征在于，所述第二传动组件包括与所述转盘（4）同轴且固定的第三齿轮（11）、固定套设在第三转轴（12）上且与所述第三齿轮（11）相啮合的第四齿轮（13）。5.根据权利要求2所述的一种行走转向结构，其特征在于，所述第二转轴（7）上固定套设两个第二锥齿轮（8），分别定义为第二锥齿轮a（801）、第二锥齿轮b（802）；所述第一锥齿轮（6）位于第二锥齿轮a（801）、第二锥齿轮b（802）之间，且当第一锥齿轮（6）与第二锥齿轮a（801）啮合时、与第二锥齿轮b（802）脱离；还包括用于驱动第一锥齿轮（6）与第二锥齿轮a（801）或第二锥齿轮b（802）啮合的切换机构。6.基于权利要求1~5中任一所述行走转向结构的管道机器人，其特征在于，包括机体（14），所述机体（14）的相对两侧均设置所述行走转向结构；所述机体（14）内部设置电机（15）、与电机（15）的输出端相连的传动轴（16）、与所述传动轴（16）相配合的换挡机构；还包括与换挡机构相匹配的第三传动组件、第四传动组件，所述第三传动组件与第一传动组件相配合，所述第四传动组与第二传动组件相配合；当所述换挡机构与第三传动组件配合时，所述第三传动组件受传动轴（16）驱动、带动第一传动组件动作、驱动所述轮轴（2）绕自身轴线转动；当所述换挡机构与第四传动组件配合时，所述第四传动组件受传...
【专利技术属性】
技术研发人员：王国荣，廖红林，胡刚，程灵，刘冠驿，李永瑞，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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