换挡调节式管道机器人制造技术

本发明专利技术公开了换挡调节式管道机器人，包括机体、滚轮、导轮、动力装置，滚轮连接在轮轴上，动力装置用于驱动传动轴转动；还包括与传动轴间隙配合的第五齿轮、第七齿轮、第三锥齿轮，以及换挡机构；当换挡机构与第五齿轮啮合时，第五齿轮随传动轴同步转动；当换挡机构与第七齿轮啮合时，第七齿轮随传动轴同步转动；当换挡机构与第三锥齿轮啮合时，第三锥齿轮随传动轴同步转动。本发明专利技术用以解决现有技术中能够通过直角弯道或T形弯道的管道机器人需要多个电机进行驱动、体积庞大、载荷较小、故障率较高等问题，实现基于单个电机实现多种不同类型的输出，以满足管道机器人在通过直角弯道或T形弯道时的换向需求。道时的换向需求。道时的换向需求。

【技术实现步骤摘要】
换挡调节式管道机器人


[0001]本专利技术涉及油气管道领域，具体涉及换挡调节式管道机器人。

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]因此，现有技术中的管道机器人，如若想要实现在直角弯道和T形弯道内稳定的换向行走，其动力结构均十分复杂，需要采用多个电机为不同运动部件提供动力，导致其动力结构十分复杂，使得设备臃肿、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，并且由于电机数量较多，还具有较大的故障隐患。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供换挡调节式管道机器人，以解决现有技术中能够通过直角弯道或T形弯道的管道机器人需要多个电机进行驱动、体积庞大、载荷较小、故障率较高等问题，实现基于单个电机实现多种不同类型的输出，以满足管道机器人在通过直角弯道或T形弯道时的换向需求。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]换挡调节式管道机器人，包括机体，还包括连接在机体外部的两个相对分布的滚轮、两个相对分布的导轮、位于机体内部的动力装置，所述滚轮连接在轮轴上，所述动力装置用于驱动传动轴转动；
[0008]还包括与所述传动轴间隙配合的第五齿轮、第七齿轮、第三锥齿轮，以及与所述传动轴相连的换挡机构、用于驱动所述换挡机构换挡的第一直线驱动装置，所述第一直线驱
动装置能够驱动换挡机构分别与第五齿轮、第七齿轮、第三锥齿轮啮合；
[0009]当换挡机构与第五齿轮啮合时，所述第五齿轮随传动轴同步转动；
[0010]当换挡机构与第七齿轮啮合时，所述第七齿轮随传动轴同步转动；
[0011]当换挡机构与第三锥齿轮啮合时，所述第三锥齿轮随传动轴同步转动。
[0012]针对现有技术中能够通过直角弯道或T形弯道的管道机器人需要多个电机进行驱动，存在体积庞大、载荷较小、故障率较高等缺陷的问题，本专利技术提出一种换挡调节式管道机器人，其中机体外部有两个滚轮和两个导轮，两个滚轮作为主动轮以实现机体在管道内的行走和转向，两个导轮用于起辅助和导向作用。
[0013]机体内部的动力装置作为本申请中驱动管道机器人行走的唯一动力部件，其输出端驱动传动轴转动。第五齿轮、第七齿轮、第三锥齿轮均与传动轴间隙配合，即第五齿轮、第七齿轮、第三锥齿轮均与传动轴之间具有间隙，使得在其中任一齿轮没有与传动轴发生配合/连接关系时，该齿轮是不会随传动轴转动的。传动轴通过换挡机构与第五齿轮、第七齿轮、第三锥齿轮啮合，至于换挡机构到底与哪一个齿轮啮合，由第一直线驱动装置进行控制。可以看出，本申请中第五齿轮、第七齿轮、第三锥齿轮均可独立且唯一的受传动轴驱动进行转动，因此对于有通过直角弯和T型弯的油气领域的管道机器人而言，可通过第五齿轮、第七齿轮、第三锥齿轮分别为不同的运动部件提供动力，从而克服了现有技术中需要使用多个电机分别驱动的缺陷，可显著减小管道机器人的体积、增大其荷载、使得管道机器人可携带更多的工作设备进入管道内部、从而提高其功能性、拓宽其适用范围；此外，由于只有动力装置作为唯一动力部件，因此还可显著的降低故障率，提高使用的安全性和稳定性。
[0014]进一步的，所述换挡机构包括与传动轴滑动配合的滑块，所述滑块由所述第一直线驱动装置驱动进行滑动；
[0015]所述传动轴为中空结构，传动轴表面开设若干沿周向分布的滑槽，所述滑槽的长度方向平行于传动轴轴线；所述滑块在传动轴内部滑动、且局部伸出至滑槽外；
[0016]所述第五齿轮、第七齿轮、第三锥齿轮均连接有能够与所述滑块相啮合的限位结构。
[0017]本方案中由第一直线驱动装置驱动滑块在传动轴内部、沿滑槽做直线往复运动，滑块位于空中的传动轴内部、沿传动轴的轴线进行滑动，且滑块局部位于滑槽外，由于若干滑槽周向分布，因此滑块的外露部分也对应的与各滑槽一一匹配；此外，由于滑块局部位于滑槽外，因此当传动轴在电机驱动下转动时，滑块必然随之进行同步转动，当滑块滑动至与某齿轮(第五齿轮、第七齿轮、第三锥齿轮之一)所对应的限位结构啮合时，即可带动该齿轮进行转动。
[0018]进一步的，还包括与所述第五齿轮相连的第一传动组件、与所述第七齿轮相连的第二传动组件、与所述第三锥齿轮相连的第三传动组件；
[0019]当换挡机构与第五齿轮啮合时，传动轴带动第一传动组件动作、驱动所述轮轴绕自身轴线转动；
[0020]当换挡机构与第七齿轮啮合时，传动轴带动第二传动组件动作、驱动所述轮轴绕其中垂线转动；
[0021]当换挡机构与第三锥齿轮啮合时，传动轴带动第三传动组件动作、驱动所述滚轮和导轮同步做径向伸缩。
[0022]第一传动组件、第二传动组件、第三传动组件分别作为与第五齿轮、第七齿轮、第三锥齿轮连接的传动装置，起到各自的传动功能，从而将传动轴的转动，根据需要转换为机体不同的动作，以此实现管道机器人通过直角弯或T形弯的效果。具体的：
[0023]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，此时换挡机构与第五齿轮啮合，传动轴带动第一传动组件动作、驱动所述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；
[0024]当需要通过直角弯或T形弯时，调整换挡机构使其与第七齿轮啮合，此时传动轴带动第二传动组件动作、驱动所述轮轴绕其中垂线转动，使滚轮的滚动方向变为沿管道内壁周向方向；此时再调整换挡机构使其与第五齿轮啮合，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；
[0025]此时再调整换挡机构使其与第七齿轮啮合，驱动轮轴绕其中垂线转动一定角度(该角度根据管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.换挡调节式管道机器人，包括机体(14)，其特征在于，还包括连接在机体(14)外部的两个相对分布的滚轮(1)、两个相对分布的导轮(29)、位于机体(14)内部的动力装置(15)，所述滚轮(1)连接在轮轴(2)上，所述动力装置(15)用于驱动传动轴(16)转动；还包括与所述传动轴(16)间隙配合的第五齿轮(21)、第七齿轮(23)、第三锥齿轮(32)，以及与所述传动轴(16)相连的换挡机构、用于驱动所述换挡机构换挡的第一直线驱动装置(19)，所述第一直线驱动装置(19)能够驱动换挡机构分别与第五齿轮(21)、第七齿轮(23)、第三锥齿轮(32)啮合；当换挡机构与第五齿轮(21)啮合时，所述第五齿轮(21)随传动轴(16)同步转动；当换挡机构与第七齿轮(23)啮合时，所述第七齿轮(23)随传动轴(16)同步转动；当换挡机构与第三锥齿轮(32)啮合时，所述第三锥齿轮(32)随传动轴(16)同步转动。2.根据权利要求1所述的换挡调节式管道机器人，其特征在于，所述换挡机构包括与传动轴(16)滑动配合的滑块(18)，所述滑块(18)由所述第一直线驱动装置(19)驱动进行滑动；所述传动轴(16)为中空结构，传动轴(16)表面开设若干沿周向分布的滑槽(17)，所述滑槽(17)的长度方向平行于传动轴(16)轴线；所述滑块(18)在传动轴(16)内部滑动、且局部伸出至滑槽(17)外；所述第五齿轮(21)、第七齿轮(23)、第三锥齿轮(32)均连接有能够与所述滑块(18)相啮合的限位结构(20)。3.根据权利要求1所述的换挡调节式管道机器人，其特征在于，还包括与所述第五齿轮(21)相连的第一传动组件、与所述第七齿轮(23)相连的第二传动组件、与所述第三锥齿轮(32)相连的第三传动组件；当换挡机构与第五齿轮(21)啮合时，传动轴(16)带动第一传动组件动作、驱动所述轮轴(2)绕自身轴线转动；当换挡机构与第七齿轮(23)啮合时，传动轴(16)带动第二传动组件动作、驱动所述轮轴(2)绕其中垂线转动；当换挡机构与第三锥齿轮(32)啮合时，传动轴(16)带动第三传动组件动作、驱动所述滚轮(1)和导轮(29)同步做径向伸缩。4.根据权利要求3所述的换挡调节式管道机器人，其特征在于，所述第一传动组件包括固定在第五齿轮(21)内部且与传动轴(16)间隙配合的限位结构、固定套设在第一转轴(5)上且与第五齿轮(21)啮合的第六齿轮(22)、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。5.根据权利要求3所述的换挡调节式管道机器人，其特征在于，所述第二传动组件包括固定在第七齿轮(23)内部且与传动轴(16)间隙...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国荣，廖红林，胡刚，程灵，王川，张金梁，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：