一种高压缩比变径机构、管道机器人及线性变径方法技术

本发明专利技术公开了一种高压缩比变径机构，包括：静支架、执行机构、动支架和驱动组件；静支架和动支架并列、且互相平行安装在主体上，且静支架固定，动支架能够在驱动组件的作用下沿横向运动，发生相对于静支架的相向或相离运动；执行机构设置在静支架和动支架之间；当驱动组件驱动动支架向静支架方向运动时，执行机构伸长；当驱动元件驱动动支架背离静支架运动时，执行机构缩短；本发明专利技术具有良好的管道直径变化适应性，提升了管道机器人在复杂环境下的实用性。实用性。实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种高压缩比变径机构、管道机器人及线性变径方法


[0001]本专利技术属于管道机器人
，具体涉及一种高压缩比变径机构、管道机器人及线性变径方法。

技术介绍

[0002]管道机器人用于对管道进行状况评估、泄漏检测和流体质量监测。为提高管道机器人驱动力，大部分管道机器人都设有沿径向呈辐射状分布的若干(一般为2
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4个)行动装置。当管道机器人在圆形管道中行进时，行动装置与管道内壁接触，利用内壁的摩擦力驱动机器人前进。行动装置与管道机器人主体之间可设置有变径机构，用于驱动行动装置张开或收缩，以适应不同直径的管道。
[0003]变径机构有被动变径和主动变径两种。公开号为CN115306984A中公开了一种被动变径机构。参见附图1，在管道直径发生变化时，弹簧将被压缩，变径机构直径发生适应性变化，实现管道机器人的变径。公开号为[CN113357481A]公开了一种主动变径机构，参见附图2，变径驱动电机带动丝杠012旋转，与之相配合的丝母架013沿轴向进给，带动弹簧支撑杆006，弹簧支撑杆006通过连杆组014与行走机构连接，进而推动行走机构径向展开，实现管道机器人的变径。公开号为[CN115370868A]的专利分别公开了另一种主动变径机构。参见附图3，变形驱动电机405驱动蜗杆404旋转，蜗杆404与蜗轮403啮合，蜗轮403与齿轮402同轴且同步旋转；一个转盘与壳体固定连接，另一个转盘101与壳体转动配合，齿轮402与可转动的转盘上的弧形齿条102啮合。通过变形驱动电机405旋转带动可转动的转盘101旋转，使行走轮总成300张开或收缩，实现管道机器人的变径。
[0004]但是，现有的主动式变径机构和被动式变径机构的变径压缩比(变径压缩比(以下简称压缩比)为机器人适应最大管径与最小管径比值。)都较小。被动式变径机构的压缩比的范围为1.0～1.1，在管径变化较大的管道中，管道机器人将很难保证与管壁的接触，导致管道机器人爬升垂直管道和维持姿态困难，难以满足复杂管道工作环境需求。主动式变径机构的压缩比的范围为1.1～1.4，不仅压缩比较小，同时受到丝杠、叉架等机构的结构特性制约，电机输出力矩模式单一且呈现显著的非线性特性，不利于变径控制以及机器人与管道内壁间的正压力分析。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种高压缩比变径机构、管道机器人及线性变径方法，变径机构的变径压缩比较高，具有良好的管道直径变化适应性，提升了管道机器人在复杂环境下的实用性。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案实现的：
[0007]一种高压缩比变径机构，为组成管道机器人的一部分，管道机器人还包括位于中心的主体和位于主体外围的若干行走机构，变径机构安装在主体和行走机构之间，用于实现管道机器人的变径；
[0008]所述变径机构包括：静支架、执行机构、动支架和驱动组件；
[0009]令管道机器人的轴向为横向；管道机器人的径向为纵向；
[0010]静支架和动支架并列、且互相平行安装在主体上，且静支架固定，动支架能够在驱动组件的作用下沿横向运动，发生相对于静支架的相向或相离运动；
[0011]执行机构设置在静支架和动支架之间；执行机构内设置有多连杆伸缩臂、底部支座和行走机构连接块；
[0012]多连杆伸缩臂一端与底部支座滑动连接，另一端通过行走机构连接块与行走机构连接；多连杆伸缩臂可进行纵向伸缩运动；
[0013]当驱动组件驱动动支架向静支架方向运动时，多连杆伸缩臂的横向压缩，多连杆伸缩臂长度伸长，同时底部支座沿纵向伸出；
[0014]当驱动元件驱动动支架背离静支架运动时，多连杆伸缩臂的横向拉伸，多连杆伸缩臂长度缩短，同时底部支座沿纵向收缩。
[0015]进一步的，所述变径机构还包括执行机构导向件，底部支座上设置有导向凸台，执行机构导向件上设置有导向槽，导向凸台与导向槽配合；
[0016]当驱动组件驱动动支架向静支架方向运动时，底部支座随导向槽沿纵向伸出；
[0017]当驱动元件驱动动支架背离静支架运动时，底部支座随导向槽沿纵向收缩。
[0018]进一步的，驱动组件包括驱动元件、丝杠螺母和滚珠丝杠；
[0019]令主体的两端分别为M端和N端，驱动元件固定设置在主体内的M端，滚珠丝杠设置在主体内，滚珠丝杠的一端与驱动元件的输出端固定连接，另一端与主体的N端通过转动副连接；静支架与主体固定连接；动支架与滚珠丝杠上的丝杠螺母固定连接；执行机构的底部支座一端与静支架连接，另一端穿过动支架与主体连接；
[0020]静支架相对于主体固定，驱动元件的输出端旋转带动滚珠丝杠同步旋转，动支架随丝杠螺母沿滚珠丝杠做往复直线运动，实现静支架和动支架的相向或相离运动。
[0021]进一步的，所述执行机构还包括伸缩臂横向滑块、两组伸缩臂纵向导杆、三组底部支座纵向滑块和底部支座纵向导杆；
[0022]一组伸缩臂纵向导杆沿纵向固定安装在静支架上；另一组伸缩臂纵向导杆沿纵向固定安装在动支架上；底部支座纵向导杆沿纵向固定在主体上；
[0023]第一组底部支座纵向滑块位于在底部支座的一端，且与静支架上的伸缩臂纵向导杆滑动连接；
[0024]第三组底部支座纵向滑块位于底部支座的另一端，且与主体上的底部支座纵向导杆滑动连接；
[0025]伸缩臂横向滑块设置在底部支座上，能够沿底部支座横向往复运动；第二组底部支座纵向滑块设置在伸缩臂横向滑块上，且与动支架上的伸缩臂纵向导杆滑动连接；
[0026]多连杆伸缩臂由一个以上多连杆伸缩架并列组成，令每个多连杆伸缩架的纵向两端分别为P端和Q端，P端与底部支座连接；Q端与行走机构连接块连接；P端有两个销接点，一个销接点与底部支座的静支架所在端销接，另一个销接点伸缩臂横向滑块销接；Q端具有两个销接点，一个销接点与行走机构连接块的一端销接；行走机构连接块上设置有横向的滑动凹槽，滑动凹槽内设置有滑动销，Q端的另一个交接点与滑动销的端部销接。
[0027]进一步的，所述执行机构还包括两组伸缩臂纵向滑块，一组伸缩臂纵向滑块滑动
设置在静支架上的伸缩臂纵向导杆上，且位于第一组底部支座纵向滑块的上方；另一组伸缩臂纵向滑块滑动设置在动支架上的伸缩臂纵向导杆上，且位于第二组底部支座纵向滑块的上方；位于多连杆伸缩架纵向中部且位于横向两端的销接点分别一一对应与两组伸缩臂纵向滑块销接。
[0028]进一步的，执行机构导向件为导向盘，导向盘为圆盘结构，导向盘设置有中心孔；导向盘通过中心孔与滚珠丝杠孔轴配合，且位于静支架与主体的N端之间；导向盘能够随滚珠丝杠旋转；导向槽为导向槽Ⅰ，导向槽Ⅰ设置在导向盘的一个表面上，且呈弧形；与执行机构数量相同的导向槽Ⅰ以中心孔为中心呈中心对称分布，令导向槽Ⅰ的两端为A端和E端，导向槽Ⅰ的A端距离圆心的距离小于E端距离圆心的距离；
[0029]每个执行机构的导向凸台设置在底部支座的静支架所在端的端部，导向凸台可沿相应的导向槽Ⅰ滑动；导向凸台位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压缩比变径机构，为组成管道机器人的一部分，管道机器人还包括位于中心的主体和位于主体外围的若干行走机构，变径机构安装在主体和行走机构之间，用于实现管道机器人的变径；其特征在于，所述变径机构包括：静支架、执行机构、动支架和驱动组件；令管道机器人的轴向为横向；管道机器人的径向为纵向；静支架和动支架并列、且互相平行安装在主体上，且静支架固定，动支架能够在驱动组件的作用下沿横向运动，发生相对于静支架的相向或相离运动；执行机构设置在静支架和动支架之间；执行机构内设置有多连杆伸缩臂、底部支座和行走机构连接块；多连杆伸缩臂一端与底部支座滑动连接，另一端通过行走机构连接块与行走机构连接；多连杆伸缩臂可进行纵向伸缩运动；当驱动组件驱动动支架向静支架方向运动时，多连杆伸缩臂的横向压缩，多连杆伸缩臂长度伸长，同时底部支座沿纵向伸出；当驱动元件驱动动支架背离静支架运动时，多连杆伸缩臂的横向拉伸，多连杆伸缩臂长度缩短，同时底部支座沿纵向收缩。2.如权利要求1所述一种高压缩比变径机构，其特征在于，还包括执行机构导向件，底部支座上设置有导向凸台，执行机构导向件上设置有导向槽，导向凸台与导向槽配合；当驱动组件驱动动支架向静支架方向运动时，底部支座随导向槽沿纵向伸出；当驱动元件驱动动支架背离静支架运动时，底部支座随导向槽沿纵向收缩。3.如权利要求2所述一种高压缩比变径机构，其特征在于，驱动组件包括驱动元件、丝杠螺母和滚珠丝杠；令主体的两端分别为M端和N端，驱动元件固定设置在主体内的M端，滚珠丝杠设置在主体内，滚珠丝杠的一端与驱动元件的输出端固定连接，另一端与主体的N端通过转动副连接；静支架与主体固定连接；动支架与滚珠丝杠上的丝杠螺母固定连接；执行机构的底部支座一端与静支架连接，另一端穿过动支架与主体连接；静支架相对于主体固定，驱动元件的输出端旋转带动滚珠丝杠同步旋转，动支架随丝杠螺母沿滚珠丝杠做往复直线运动，实现静支架和动支架的相向或相离运动。4.如权利要求2所述一种高压缩比变径机构，其特征在于，所述执行机构还包括伸缩臂横向滑块、两组伸缩臂纵向导杆、三组底部支座纵向滑块和底部支座纵向导杆；一组伸缩臂纵向导杆沿纵向固定安装在静支架上；另一组伸缩臂纵向导杆沿纵向固定安装在动支架上；底部支座纵向导杆沿纵向固定在主体上；第一组底部支座纵向滑块位于在底部支座的一端，且与静支架上的伸缩臂纵向导杆滑动连接；第三组底部支座纵向滑块位于底部支座的另一端，且与主体上的底部支座纵向导杆滑动连接；伸缩臂横向滑块设置在底部支座上，能够沿底部支座横向往复运动；第二组底部支座纵向滑块设置在伸缩臂横向滑块上，且与动支架上的伸缩臂纵向导杆滑动连接；多连杆伸缩臂由一个以上多连杆伸缩架并列组成，令每个多连杆伸缩架的纵向两端分别为P端和Q端，P端与底部支座连接；Q端与行走机构连接块连接；P端有两个销接点，一个销
接点与底部支座的静支架所在端销接，另一个销接点伸缩臂横向滑块销接；Q端具有两个销接点，一个销接点与行走机构连接块的一端销接；行走机构连接块上设置有横向的滑动凹槽，滑动凹槽内设置有滑动销，Q端的另一个交接点与滑动销的端部销接。5.如权利要求4所述一种高压缩比变径机构，其特征在于，所述执行机构还包括两组伸缩臂纵向滑块，一组伸缩臂纵向滑块滑动设置在静支架上的伸缩臂纵向导杆上，且位于第一组底部支座纵向滑块的上方；另一组伸缩臂纵向滑块滑动设置在动支架上的伸缩臂纵向导杆上，且位于第二组底部支座纵向滑块的上方；位于多连杆伸缩架纵向中部且位于横向两端的销接点分别一一对应与两组伸缩臂纵向滑块销接。6.如权利要求3
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5任意一项所述一种高压缩比变径机构，其特征在于，执行...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘城，田哲，魏巍，闫清东，郭猛，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：