【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于管道探测机械领域，特别是涉及一种电力管道机器人的伸缩及定位结构。
技术介绍
1、管道输送作为一种重要的物料运输方式，与公路运输、铁路运输、水路运输和航空运输并称为当今世界五大运输方式。由于管线输送量大、受道路和地形的限制小、不依赖道路，不受道路拥挤的影响，被广泛应用于城市供排水、电力、燃气、热力、通信、广播电视、消防、视频监控、工业、化工、石油与天然气等领域。管道建设水平及发达程度也是评价一个国家工业发展水平的主要标志之一。
2、随着城市的建设，管道铺设里程日益增加，地下管网越来越复杂。然而，我国各地道路塌陷、小雨道路内涝、暴雨城市内涝时有发生，管网老化现象日益严重，致使管网爆管事故频发。排水管道经长期使用后会出现沉积堵塞，需要定期清洗维护；燃气管道会出现变形、裂缝，具有腐蚀性或毒性的物质发生泄漏，爆炸事故时有发生，不仅会污染自然环境还严重威胁人类的生命健康安全，造成重大伤亡事故；除此之外，我国北方地区集中供热的暖气等都需要用到管道，管道长期使用在没有及时检修的情况下易产生腐蚀损毁、穿孔泄露等工程事故。
3、我国地下管网存在雨污合排、老管道多的特点，一些在役管道中还存在管材制管质量较差的情况，随着服役时间的增长缺陷越来越严重，最终可能使管道失效，给管道的安全运行留下了隐患。更为严峻的是，在很多城市特别是历史悠久的大城市地下埋藏了很多错综复杂且管径不同的管道，这其中很大一部分管道都是小径管道，运行期远超过了其设计寿命期。这也是近年来国内外管道泄漏、爆炸事故时常发生的主要原因。
4、
5、随着机器人技术的不断发展，管道机器人的种类越来越多、功能越来越齐全，但仍存在很多亟待解决的问题。如管道机器人的工作空间是狭小封闭、结构复杂的各种管道，包括水平直管、垂直管、斜坡管、各角度弯管以及变径管接口、焊缝、突起、污水、腐蚀性气体等，其运行距离一般也较长，在如此恶劣的环境中，受现有通讯设备与定位技术的制约，经常发生管道机器人无法移动的情况。
6、因此，设计一种能够克服传统管道机器人的缺点，能够适应管道内复杂工作环境的移动平台，确保机器人的行驶稳定性和高通过性是十分必要的。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种电力管道机器人的伸缩及定位结构。
2、为实现以上目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种电力管道机器人的可伸缩及定位结构，包括两组伸缩装置和安装在两组伸缩装置中间的控制箱，所述伸缩装置包括电动推杆、可滑动圆筒、法兰圆盘和三组主动轮支架，所述电动推杆一端和滑动圆筒固定，另一端安装在控制箱内部，主动轮支架包括支撑臂主和支撑臂副，所述主动轮支架通过角件与控制箱固定连接，三个角件呈120°分布，支撑臂主和支撑臂副的一端固定在角件的两侧面，另一端开孔用于放置轴承，轮中心轴穿过轴承、主动轮以及螺旋伞齿轮主，螺旋伞齿轮主和螺旋伞齿轮副啮合，螺旋伞齿轮副通过传动轴与电机连接；所述控制箱包括控制系统和惯性测量单元imu，所述imu包括惯性陀螺仪和加速度计，控制系统采用双闭环pid算法以及模糊pid控制算法对机器人运动进行控制，并通过计算得到管道最终的位置信息。
4、进一步地，所述螺旋伞齿轮主和螺旋伞齿轮副采用2:1啮合。
5、进一步地，所述法兰圆盘侧面有三个开孔，并在孔中间有凹槽，呈120°均匀分布，用来与气动弹簧固定。
6、进一步地，所述电动推杆装有霍尔传感器，可以准确检测电动推杆的位置。
7、进一步地，所述电机的电调固定在支撑臂主和支撑臂副中间。
8、进一步地，所述支撑臂主和支撑臂副中间都设置有突出的圆台，圆台中间设有开孔，所述气动弹簧一端与圆台固定，另一端放置在法兰圆盘的凹槽处。
9、进一步地，所述电机采用6轮独立驱动。
10、进一步地，所述控制箱还包括锂电池、控制系统、供电系统和通讯系统，供电系统采用锂电池及电源转接板以满足系统不同元器件用电需求；通讯系统采用局域网方式，由交换机和以太网模块组成，实现各个模块之间的信息通讯，数据共通；控制系统搭载32位arm单片机对机器人进行运动控制、机器人信息接收以及向人机界面发送数据信息。
11、进一步地，所述控制箱外侧设有传感器扩展接口，可搭载不同的传感器完成各种管道检测任务。
12、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
13、(1)本专利技术基于电力管道机器人可伸缩及定位结构，既能满足不同管径、不同环境的探测需求，又能在机器人运动过程中对管道进行定位，实现管道探测作业要求，使作业人员清楚地下管道的真实路径。具体地，利用可伸缩结构使机器人能够适应各种管径及各种复杂环境的管道内壁，机器人进入管道中利用控制箱中的仪器既能精准控制机器人运动，又能够实现定位功能；
14、(2)本专利技术利用终端惯性传感器采集的运动数据，如加速度传感器、陀螺仪等测量物体的速度、方向、加速度等信息，经过运算得到物体的位置信息，这种方式不需作业人员于道路上使用探测器追踪定位，对于交通影响较小，也降低交通事故的发生。
15、(3)本专利技术预留多种接口，用户可以根据自己的需要搭载不同传感器，以满足不同用途的任务需求。
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1.一种电力管道机器人的可伸缩及定位结构，其特征在于，包括两组伸缩装置(1)和安装在两组伸缩装置中间的控制箱(2)，所述伸缩装置包括电动推杆(3)、可滑动圆筒(9)、法兰圆盘(10)和三组主动轮支架(12)，所述电动推杆(3)一端和滑动圆筒(9)固定，另一端安装在控制箱(2)内部，主动轮支架(12)包括支撑臂主(17)和支撑臂副(18)，所述主动轮支架(12)通过角件(8)与控制箱固定连接，三个角件呈120°分布，支撑臂主(17)和支撑臂副(18)的一端固定在角件的两侧面，另一端开孔用于放置轴承(6)，轮中心轴(5)穿过轴承(6)、主动轮(13)以及螺旋伞齿轮主(14)，螺旋伞齿轮主(14)和螺旋伞齿轮副啮合，螺旋伞齿轮副(15)通过传动轴与电机连接；所述控制箱(2)包括控制系统和惯性测量单元IMU，所述IMU包括惯性陀螺仪和加速度计，控制系统采用双闭环PID算法以及模糊PID控制算法对机器人运动进行控制，并通过计算得到管道最终的位置信息。
2.根据权利要求1所述的电力管道机器人的伸缩及定位结构，其特征在于，所述螺旋伞齿轮主(14)和螺旋伞齿轮副(15)采用2:1啮合
3.根据权利要求1所述的电力管道机器人的伸缩及定位结构，其特征在于，所述法兰圆盘(10)侧面有三个开孔，并在孔中间有凹槽，呈120°均匀分布，用来与气动弹簧(7)固定。
4.根据权利要求1所述的电力管道机器人的伸缩及定位结构，其特征在于，所述电动推杆(3)装有霍尔传感器，可以准确检测电动推杆(3)的位置。
5.根据权利要求1所述的电力管道机器人的伸缩及定位结构，其特征在于，所述电机(16)的电调(11)固定在支撑臂主(17)和支撑臂副(18)中间。
6.根据权利要求3所述的电力管道机器人的伸缩及定位结构，其特征在于，所述支撑臂主(17)和支撑臂副(18)中间都设置有突出的圆台，圆台中间设有开孔，所述气动弹簧(7)一端与圆台固定，另一端放置在法兰圆盘(10)的凹槽处。
7.根据权利要求1所述的电力管道机器人的伸缩及定位结构，其特征在于，所述电机(16)采用6轮独立驱动。
8.根据权利要求1所述的电力管道机器人的伸缩及定位结构，其特征在于，所述控制箱(2)还包括锂电池、控制系统、供电系统和通讯系统，供电系统采用锂电池及电源转接板以满足系统不同元器件用电需求；通讯系统采用局域网方式，由交换机和以太网模块组成，实现各个模块之间的信息通讯，数据共通；控制系统搭载32位ARM单片机对机器人进行运动控制、机器人信息接收以及向人机界面发送数据信息。
9.根据权利要求1所述的电力管道机器人的伸缩及定位结构，其特征在于，所述控制箱外侧设有传感器扩展接口(4)，可搭载不同的传感器完成各种管道检测任务。
...【技术特征摘要】
1.一种电力管道机器人的可伸缩及定位结构，其特征在于，包括两组伸缩装置(1)和安装在两组伸缩装置中间的控制箱(2)，所述伸缩装置包括电动推杆(3)、可滑动圆筒(9)、法兰圆盘(10)和三组主动轮支架(12)，所述电动推杆(3)一端和滑动圆筒(9)固定，另一端安装在控制箱(2)内部，主动轮支架(12)包括支撑臂主(17)和支撑臂副(18)，所述主动轮支架(12)通过角件(8)与控制箱固定连接，三个角件呈120°分布，支撑臂主(17)和支撑臂副(18)的一端固定在角件的两侧面，另一端开孔用于放置轴承(6)，轮中心轴(5)穿过轴承(6)、主动轮(13)以及螺旋伞齿轮主(14)，螺旋伞齿轮主(14)和螺旋伞齿轮副啮合，螺旋伞齿轮副(15)通过传动轴与电机连接；所述控制箱(2)包括控制系统和惯性测量单元imu，所述imu包括惯性陀螺仪和加速度计，控制系统采用双闭环pid算法以及模糊pid控制算法对机器人运动进行控制，并通过计算得到管道最终的位置信息。
2.根据权利要求1所述的电力管道机器人的伸缩及定位结构，其特征在于，所述螺旋伞齿轮主(14)和螺旋伞齿轮副(15)采用2:1啮合。
3.根据权利要求1所述的电力管道机器人的伸缩及定位结构，其特征在于，所述法兰圆盘(10)侧面有三个开孔，并在孔中间有凹槽，呈120°均匀分布，用来与气动弹簧(7)固定。
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【专利技术属性】
技术研发人员：郭晋秦，朱邵涌，李恒悰，连帅钧，樊一新，马炎宏，
申请(专利权)人：太原工业学院，
类型：发明
国别省市：
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