一种管道机器人驱动行走机构制造技术

一种管道机器人驱动行走机构。主要解决现有的管道机器人驱动行走机构拖动力较小、管径适应性较差以及越障能力不足等问题。其特征在于：所述驱动行走机构还包括有一个位于本体中的轮腿调节电机，以及三组位于本体外的行走驱动单元，以及三组由前支撑连杆、后支撑连杆和调节连杆组合后构成的弹性轮腿支架单元，以及一个管径适应调节单元；由本体、前后支撑连杆以及行走驱动单元构成一个平行四边形轮腿结构。其中，管径适应调节单元感受来自于管壁的压力后，调节前、后支撑连杆以适应管径变化；而每组行走驱动单元由两台电机驱动以保持较大拖动力。该机构具有较大的拖动力和管径调节范围，并且具有良好的越障性，而且与现有技术相比，传动效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及管道机器人领域中所应用到的一种驱动行走机构，具体地说，是涉及一种在较大直径管道内工作的管道机器人驱动行走机构。
技术介绍
随着经济的发展和科技的进步，管道输送技术已经广泛应用在石油、天然气、化工 原料及生活用水等各个方面。常年的应用使得管道的腐蚀和堵塞等情况越来越严重，这极 易引起输送效率低下及管道损坏等各种危险。管道机器人正是为了解决以上的问题，由科 研人员研发的一种管内爬行载体，用来拖动管内检测和清洗仪器完成各种管内作业。近几 年，伴随着计算机技术、机电技术的快速发展，国内外的管道机器人技术不断有新的技术突 破。各研究机构开发设计了各种管道机器人，其行走方式主要为轮式、履带式、蠕动式、螺旋 式等。应用环境也是从几十毫米的微小管道到大至几百乃至上千毫米的大直径管道。无论 行走方式如何，对管道机器人的综合技术要求主要是具有大拖动力、较好的管径适应性、越 障性和可靠性。目前，应用于较大直径(①300-①500mm)管道中的主要是轮式管道机器人， 但这种管道机器人由于受其驱动行走机构的限制，普遍具有拖动力较小、管径适应性较差 以及越障能力不足等缺点，难以主动适应管径的变化。并且，这种管道机器人的驱动行走机 构在工作时，控制调节电机始终处于上电状态，縮短了电机寿命，在一定程度上限制了管道 机器人的工程化应用。因此，目前管道机器人领域中迫切需要一种新的驱动行走机构，该种 驱动机构能够具有大拖动力、管径适应性好并具有一定的越障性等优点，并且使用寿命较 长，可以长时间应用于较大直径的管内检测或各种工程作业管道机器人中。
技术实现思路
为了解决现有的管道机器人驱动行走机构拖动力较小、管径适应性较差以及越障 能力不足等问题，本专利技术提出了一种新的管道机器人驱动行走机构，该种管道机器人驱动 行走机构能够产生较大的拖动力，并且具有较大的管径调节范围以及良好的越障性。与以 往的设计相比，该行走机构传动效率高，传动系统效率能够达到90%左右，较之同类设计， 综合技术指标得到了较大的提高。 本专利技术的技术方案是该种管道机器人驱动行走机构，具有本体，在本体中放置电 气控制单元。其独特之处在于所述驱动行走机构还包括有一个位于本体中的轮腿调节电 机，以及三组位于本体外的行走驱动单元，以及三组由前支撑连杆、后支撑连杆和调节连杆 组合后构成的弹性轮腿支架单元，以及一个管径适应调节单元。其中，所述管径适应调节单 元由调节大筒体、圆柱螺旋弹簧、调节小筒体、压紧螺母、压力传感器、调节螺母以及调节螺 母配件、调节丝杠、调节单元本体以及联轴器等构成。其中，所述调节单元本体上沿轴向开 有条形槽；每个条形槽间隔120度，均匀分布在同一圆周上；所述调节螺母的外表面亦间隔 120度圆周均布开有圆孔，与此圆孔相配合的圆柱销安装于其中；所述调节螺母配件的内 外表面均为圆弧面，其中，内表面的圆弧直径等于调节螺母的外径，在此面上开有与所述圆柱销相配合的圆孔，以备圆柱销安放于其中，而外表面的圆弧直径等于调节小筒体的内径， 在此面上开有螺纹孔，以备通过紧固螺钉将调节小筒体与调节螺母配件相连接；所述调节 螺母与调节丝杠连接后位于调节单元本体内；所述调节螺母配件通过圆柱销和紧固螺钉固 定后，限位于调节单元本体上的条形槽中；所述调节大筒体通过与调节小筒体采用螺旋副 连接的压紧螺母固定于调节小筒体的外侧，两者之间的环形空间内安放圆柱螺旋弹簧；所 述调节小筒体的内径大于调节单元本体的外径，两者之间可实现相对移动；所述压紧螺母 的外表面与调节大筒体的内表面为配合表面，两者亦可相对移动；所述调节丝杠通过联轴 器与位于本体内的轮腿调节电机相连接；所述行走驱动单元由前后两组行走轮、驱动单元 筒体、前后两台驱动减速电机以及相应的圆锥齿轮减速器等构成，所述驱动减速电机通过 圆锥齿轮减速器换向后分别驱动前后两组行走轮；所述行走驱动单元的前、后端通过弹性 轮腿支架单元中的前支撑连杆和后支撑连杆分别连接到本体的首、末端，所述后支撑连杆 与前支撑连杆的长度相等且平行，所述行走驱动单元与本体的长度相等且平行；所述调节 连杆连接至所述调节大筒体上。上述三组行走驱动单元与调节单元本体上所开的条形槽相 对应，间隔120度圆周均匀分布于本体外。 本专利技术具有如下有益效果本专利技术所提出的管道机器人驱动行走机构采用模块化 组成，概括的说由行走驱动单元、弹性轮腿支架单元、管径适应调节机构以及本体四部分组 成，该种管道机器人驱动行走机构能够产生较大的拖动力，并且具有较大的管径调节范围 以及良好的越障性。与以往的设计相比，该行走机构传动效率高，传动系统效率能够达到 90%左右。下面进行详细说明 首先，行走驱动单元的3组行走驱动臂内共装有6个驱动减速电机，通过圆锥齿轮 减速器换向后分别驱动6组行走轮，实现了全主动驱动。该方案解决了狭小空间需要安置 大功率电机的矛盾，因此使得本种驱动行走机构能够具有较大的拖动力。此外，该行走驱动 单元的3组行走驱动臂分别作为三组平行四边形轮腿的一个边，使得结构紧凑。并且，驱动 臂上具有螺旋调整结构，可以调节臂长尺寸。 其次，行走驱动单元的行走驱动臂与弹性轮腿支架单元以及本体组成了平行四边 形弹性轮腿结构，该结构保证了前后2组行走轮始终以相同的附着力与管内壁接触，因而 保证每个行走轮的负荷相同，从而避免了传动系统内封闭功率流的产生，提高了传动效率。 而平行四边形弹性轮腿结构使行走轮与管内壁的接触不是刚性的，而是弹性的，从而使管 道机器人在管内行走遇有凸起或凹陷时，不至于"卡死"，或使行走轮"丧失"较大的附着力， 而使拖动力极大的下降。这一结构特点也同时使其具有一定的跨越障碍的性能。此外，这 种弹性轮腿结构还可以在管径适应调节单元的电控系统失效时自动回縮，使调节电机避免 因超载而烧毁。 再次，本种驱动行走机构中的管径适应调节单元采用锯齿形螺旋副，具有反向自 锁的功能。可以保证轮腿调节电机断电后，行走轮与管内壁间的正压力不会丧失。因此，解 决了现有技术中存在的控制调节电机始终处于上电状态而导致电机寿命短的技术问题。 此外，在管径适应调节单元中安装的压力传感器以及相应的电控单元，可以控制 行走轮与管内壁间的正压力大小，即当压力传感器检测的压力值达到或超过设定值时，轮 腿调节电机停止动作或反向转动，以实现实时控制接触压力的大小。从这一角度上看，管径 适应调节单元既具有适应大范围管径变化的功能，又具有调节拖动力大小的功能。 综上所述，本专利技术所提出的驱动行走机构的技术方案紧密围绕驱动管道机器人所 需要达到的3项技术指标进行设计，具有结构紧凑、拖动力大、主动适应管道变形等特点， 非常适于工业化应用。附图说明 图1是本种管道机器人驱动行走机构的结构示意图。 图2是本种管道机器人驱动行走机构的三维拆分图。 图3是本种管道机器人驱动行走机构中行走驱动单元的结构示意图。 图4是本种管道机器人驱动行走机构中行走驱动单元的三维拆分图。 图5是本种管道机器人驱动行走机构中管径适应调节单元的结构示意图。 图6是本种管道机器人驱动行走机构中管径适应调节单元的三维拆分图。 图7是本种管道机器人驱动行走机构中管径适应调节单元中主要显示了弹性元件的三维拆分图。 图8是本种管道机器人驱动行走机构中管径适应调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管道机器人驱动行走机构，具有本体（４），在本体中放置电气控制单元，其特征在于：所述驱动行走机构还包括有一个位于本体中的轮腿调节电机（３１），以及三组位于本体外的行走驱动单元（１），以及三组由前支撑连杆（９）、后支撑连杆（５）和调节连杆（６）组合后构成的弹性轮腿支架单元（２），以及一个管径适应调节单元（３）；其中，所述管径适应调节单元（３）由调节大筒体（２１）、圆柱螺旋弹簧（２２）、调节小筒体（２３）、压紧螺母（２４）、压力传感器（２５）、调节螺母（２６）以及调节螺母配件（２７）、调节丝杠（２８）、调节单元本体（２９）以及联轴器（３０）等构成；其中，所述调节单元本体（２９）上沿轴向开有条形槽；每个条形槽间隔１２０度，均匀分布在同一圆周上；所述调节螺母（２６）的外表面亦间隔１２０度圆周均布开有圆孔，与此圆孔相配合的圆柱销（３３）安装于其中；所述调节螺母配件（２７）的内外表面均为圆弧面，其中，内表面的圆弧直径等于调节螺母（２６）的外径，在此面上开有与所述圆柱销（３３）相配合的圆孔，以备圆柱销（３３）安放于其中，而外表面的圆弧直径等于调节小筒体（２３）的内径，在此面上开有螺纹孔，以备通过紧固螺钉（３２）将调节小筒体（２３）与调节螺母配件（２７）相连接；所述调节螺母（２６）与调节丝杠（２８）连接后位于调节单元本体（２９）内；所述调节螺母配件（２７）通过圆柱销（３３）和紧固螺钉（３２）固定后，限位于调节单元本体（２９）上的条形槽中；所述调节大筒体（２１）通过与调节小筒体（２３）采用螺旋副连接的压紧螺母（２４）固定于调节小筒体（２３）的外侧，两者之间的环形空间内安放圆柱螺旋弹簧（２２）；所述调节小筒体（２３）的内径大于调节单元本体（２９）的外径，两者之间可实现相对移动；所述压紧螺母（２４）的外表面与调节大筒体（２１）的内表面为配合表面，两者亦可相对移动；所述调节丝杠（２８）通过联轴器（３０）与位于本体（４）内的轮腿调节电机（３１）相连接；所述行走驱动单元（１）由前后两组行走轮（１２）、驱动单元筒体（２０）、前后两台驱动减速电机（１９）以及相应的圆锥齿轮减速器等构成，所述驱动减速电机通过圆锥齿轮减速器换向后分别驱动前后两组行走轮；所述行走驱动单元（１）的前、后端通过弹性轮腿支架单元（２）中的前支撑连杆（９）和后支撑连杆（５）分别连接到本体（４）的首、末端，所述后支撑连杆（５）与前支撑连杆（９）的长度相等且平行，所述行走驱动...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许冯平，朱新忠，邹龙庆，王锡名，
申请(专利权)人：大庆石油学院，
类型：发明
国别省市：23[中国|黑龙江]