一种用于输水管道检修的水下机器人及其结构尺寸优选方法技术

本发明专利技术公开了一种用于输水管道检修的水下机器人及其结构尺寸优选方法，水下机器人包括水下机器人主体模块、后支撑伸缩模块和前支撑伸缩模块，机器人主体模块包括导流罩、垂直推进舱、前水平推进舱、机械臂舱、液压缸舱、后水平推进舱、电子舱模块和尾翼模块，前支撑伸缩模块和后支撑伸缩模块分别由三根相同的支腿安装在水下机器人主体模块上。运动模式下，机械臂和前、后水平推进舱都收缩在水下机器人主体内，能够快速运动到故障位置，同样能够以较为快速的状态检查管道内部状态。当发现故障点后，水下机器人主体模块两端的前、后支撑伸缩模块展开将水下机器人固定与管道内壁，安装于后支撑伸缩模块上的机械臂由折叠状态打开，开始进行作业。开始进行作业。开始进行作业。

【技术实现步骤摘要】
一种用于输水管道检修的水下机器人及其结构尺寸优选方法


[0001]本专利技术涉及水下机器人领域，具体涉及一种输水管道检修的水下机器人。

技术介绍

[0002]当今工业和城镇的发展飞速，管道因为运输简便被广泛运用于供水等系统，并被广泛铺设。在使用过程中管道时长受外力、环境等因素的影响，容易使受到细微损伤，在长时间的使用过程中出现腐蚀、破损等情况。为了避免这些情况带来经济损失，则需要对管道经行定期检修，人工检修工作量大且效率低，而水下机器人作为一种工作于水下的机器人能够搭载摄像头、机械臂和声纳等传感器，进入管道内部进行检修作业。
[0003]专利号为CN111306401A，名为“一种用于输水管道检测的可旋转帆船式自主水下机器人”的中国专利，设计了一种可旋转帆船式自主水下机器人，通过水流推动水下机器人，实现无动力航行，显著降低能耗。然而此装置由水流作为动力源，推动水下机器人再管道中检修，错过故障点后不能返回故障点详细检测。专利号为CN104613275A，名为“一种管道水下机器人检测装置”的中国专利，设计了一种管道水下机器人，利用四周推杆并配合摄像头，详细观测管道内壁情况。然而此管道水下机器人，仅由前端四周推杆支撑，对于紊流的扰动没有很好的抵抗能力。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对以上缺点，本专利技术提供一种用于输水管道检修的水下机器人，有运动和工作两种模式。在运动模式下，本专利技术专利能够快速运动并对管道内壁进行巡检。在工作模式下，本专利技术专利能够稳定固定在管道内，且安装在支腿上的机械臂作业范围得到增大，且前、后推进舱能够将水下机器人沿管道周向转动，进一步扩大作业范围。本专利技术专利提供了一种结构尺寸优选方法，该方法在水下机器人结构设计上能够使支腿驱动杆力臂最大，并且为控制支腿的液压缸行程提供设计依据。
[0005]技术方案：为解决上述问题，本专利技术采用一种用于输水管道检修的水下机器人，其特征在于，包括主体模块、后支撑收缩模块和前支撑收缩模块；
[0006]所述后支撑收缩模块包括若干后支腿、后支腿驱动杆和后滑移连接环；主体模块上设有与后支腿后端铰接的后支撑固定架，后支腿驱动杆一端与后支腿铰接；后支腿驱动杆另一端与后滑移连接环铰接；后支腿驱动杆和后支腿的铰接处与后支腿和后支撑固定架的铰接处之间具有一段距离形成杠杆结构；
[0007]所述前支撑收缩模块包括若干前支腿、前支腿驱动杆和前滑移连接环；主体模块上设有与前支腿后端铰接的前支撑固定架，前支腿驱动杆一端与前支腿铰接；前支腿驱动杆另一端与前滑移连接环铰接；前支腿驱动杆和前支腿的铰接处与前支腿和前支撑固定架的铰接处之间具有一段距离形成杠杆结构；
[0008]主体模块外侧设有与主体模块轴线平行延伸的丝杆，后滑移连接环、前滑移连接环位于丝杆上，且丝杆、后滑移连接环、前滑移连接环共同形成双向丝杆结构，当丝杆转动
时，后滑移连接环与前滑移连接环相互靠近或相互远离，当后滑移连接环与前滑移连接环相互远离时，后支腿驱动杆与前支腿驱动杆分别将后支腿与前支腿相对于主体模块打开。
[0009]进一步的，所述前支腿上安装有前水平固定架，且前水平固定架中设有前水平推进器；所述后支腿上安装有后水平固定架，且后水平固定架中设有后水平推进器；所述主体模块设有用以收容前水平固定架的前水平固定舱及收容后水平固定架的后水平固定舱；前水平固定舱与后水平固定舱均设有凹槽；当前支腿相对主体模块收缩时，前水平固定架收容于前水平固定舱的凹槽内；后水平固定架收容于后水平固定舱的凹槽内。
[0010]进一步的，所述主体模块设有垂直推进舱，垂直推进舱包括垂直推进固定舱和垂直推进器，垂直推进固定舱中有一个自上而下贯通的开槽，垂直推进器固定于开槽当中。
[0011]进一步的，所述主体模块设有液压缸舱，液压缸舱包括液压缸、液压杆和液压固定舱，液压缸的一个底面统一固定于与机械臂舱的相连面上，液压杆数量与液压缸相同并一一对应的插入液压缸内。
[0012]进一步的，所述主体模块设有电子舱模块，电子舱模块包括电子舱、后支撑固定架、密封盖板、齿轮环和驱动齿轮，电子舱与后支撑固定架连接，后支撑固定架与密封盖板连接，齿轮环与驱动齿轮相互啮合并安装在密封盖板上。
[0013]进一步的，所述前支腿上设有前液压支腿杆、前支腿弹簧和前支腿接触球，前液压支腿杆安装在前支腿内，液压支腿杆通过前支腿弹簧与前支腿接触球连接；
[0014]所述后支腿上设有后液压支腿杆、后支腿弹簧和后支腿接触球，后液压支腿杆安装在后支腿内，后液压支腿杆通过后支腿弹簧与后支腿接触球连接。
[0015]进一步的，机械臂支腿上安装有机械臂固定件、机械臂和摄像头；机械臂固定件和摄像头安装在机械臂支腿上，机械臂安装在机械臂固定件上；所述主体模块设有机械臂舱，机械臂舱设有开口，当机械臂支腿相对于主体模块收缩时，机械臂收容于前水平固定舱的开口内。
[0016]进一步的，所述丝杆包括左丝杆、右丝杠；左丝杆安装在主体模块左侧，右丝杠安装在主体模块右侧，所述齿轮环外侧设有左齿轮和右齿轮，左齿轮和右齿轮与齿轮环啮合，左丝杠的一端穿过左齿轮，左丝杠往前依次穿过后滑移连接环、前滑移连接环，另一端固定在前支撑固定架上；右丝杠的一端穿过右齿轮，右丝杠往前依次穿过后滑移连接环、前滑移连接环，另一端固定在前支撑固定架上。
[0017]有益效果：本专利技术相对于现有技术，其显著优点是通过前、后支撑伸缩模块的伸展和收缩，能够在管道中运动和检修作业。巡检模式下，机械臂和前、后水平推进舱都收缩在水下机器人主体内，灵活调整姿态，且总体呈流线型，能够快速运动到故障位置，同样能够以较为快速的状态检查管道内部状态。当发现故障点后，进入工作模式通过驱动齿轮的旋转带动齿轮环的旋转，通过齿轮环带动两端的左齿轮和左丝杠与右齿轮和右丝杠同时转动，最终带动旋向相反的前、后滑移连接环沿丝杠方向相对运动，并通过连杆带动水下机器人主体模块两端的前、后支撑伸缩模块展开将水下机器人固定于管道内壁。通过前、后两套支撑伸缩模块分别支撑于管道内壁的前后两个位置使机器人相对于管道内壁降低晃动隐患，使机器人与管道内壁的相对固定更加稳固。与此同时，安装于后支撑伸缩模块上的机械臂由折叠状态打开，开始进行作业。且安装于前、后支撑伸缩模块上的前、后水平推进舱可以调节水下机器人位于管道的周向位置，从而扩大检修范围，便于水下机器人的姿态调整。
本专利技术专利还提供的一种结构尺寸优选方法，该方法在水下机器人结构设计上能够使支腿驱动杆力臂最大，有利于提高水下机器人作业时的抗干扰能力。
附图说明
[0018]图1为本专利技术专利工作状态结构图；
[0019]图2为本专利技术专利运动状态结构图；
[0020]图3为本专利技术专利水下机器人主体模块结构图；
[0021]图4为本专利技术专利导流罩与垂直推进舱部分爆炸视图；
[0022]图5为本专利技术专利导流罩与垂直推进舱部分剖视图；
[0023]图6为本专利技术专利前水平推进舱部分爆炸视图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于输水管道检修的水下机器人，其特征在于，包括主体模块(1)、后支撑收缩模块(2)和前支撑收缩模块(3)；所述后支撑收缩模块(2)包括若干后支腿(41)、后支腿驱动杆(40)和后滑移连接环(39)；主体模块上设有与后支腿(41)后端铰接的后支撑固定架(26)，后支腿驱动杆(40)一端与后支腿(41)铰接；后支腿驱动杆(40)另一端与后滑移连接环(39)铰接；后支腿驱动杆(40)和后支腿(41)的铰接处与后支腿(41)和后支撑固定架(26)的铰接处之间具有一段距离形成杠杆结构；所述前支撑收缩模块(3)包括若干前支腿(38)、前支腿驱动杆(49)和前滑移连接环(48)；主体模块上设有与前支腿(38)后端铰接的前支撑固定架(12)，前支腿驱动杆(49)一端与前支腿(38)铰接；前支腿驱动杆(49)另一端与前滑移连接环(48)铰接；前支腿驱动杆(49)和前支腿(38)的铰接处与前支腿(38)和前支撑固定架(12)的铰接处之间具有一段距离形成杠杆结构；主体模块(1)外侧设有与主体模块(1)轴线平行延伸的丝杆，后滑移连接环(39)、前滑移连接环(48)位于丝杆上，且丝杆、后滑移连接环(39)、前滑移连接环(48)共同形成双向丝杆结构，当丝杆转动时，后滑移连接环(39)与前滑移连接环(48)相互靠近或相互远离，当后滑移连接环(39)与前滑移连接环(48)相互远离时，后支腿驱动杆(40)与前支腿驱动杆(49)分别将后支腿与前支腿相对于主体模块(1)打开。2.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于，所述前支腿(38)上安装有前水平固定架(17)，且前水平固定架(17)中设有前水平推进器(18)；所述后支腿(41)上安装有后水平固定架(23)，且后水平固定架(23)中设有后水平推进器(24)；所述主体模块(1)设有用以收容前水平固定架(17)的前水平固定舱(16)及收容后水平固定架(23)的后水平固定舱(22)；前水平固定舱(16)与后水平固定舱(22)均设有凹槽；当前支腿(38)相对主体模块(1)收缩时，前水平固定架(17)收容于前水平固定舱(16)的凹槽内；后水平固定架(23)收容于后水平固定舱(22)的凹槽内。3.根据权利要求2所述的水下机器人，其特征在于，所述主体模块(1)设有垂直推进舱(5)，垂直推进舱(5)包括垂直推进固定舱(14)和垂直推进器(15)，垂直推进固定舱(14)中有一个自上而下贯通的开槽，垂直推进器(15)固定于开槽当中。4.根据权利要求3所述的水下机器人，其特征在于，所述主体模块(1)设有液压缸舱(8)，液压缸舱(8)包括液压缸(19)、液压杆(20)和液压固定舱(21)，液压缸(19)的一个底面统一固定于与机械臂舱(7)的相连面上，液压杆(20)数量与液压缸(19)相同并一一对应的插入液压缸(19)内。5.根据权利要求4所述的水下机器人，其特征在于，所述主体模块(1)设有电子舱模块(10)，电子舱模块(10)包括电子舱(25)、后支撑固定架(26)、密封盖板(27)、齿轮环(28)和驱动齿轮(33)，电子舱(25)与后支撑固定架(26)连接，后支撑固定架(26)与密封盖板(27)连接，齿轮环(28)与驱动齿轮(33)相互啮合并安装在密封盖板(27)上。6.根据权利要求5所述的水下机器人，其特征在于，所述前支腿(38)上设有前液压支腿杆(50)、前支腿弹簧(51)和前支腿接触球(52)，前液压支腿杆(50)安装在前支腿(38)内，液压支...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷宝吉，徐文星，唐文献，张建，苏世杰，张叶磊，陆杰，辛伯彧，颜静，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：