专利名称：细小管道内机器人移动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种新颖的机器人移动装置。它是一种能够在细小工业管道内连续行走的移动装置。
在发电、制冷、炼油、化工等行业中。普遍使用直径大小不等的细小金属管道。长期工作后会出现积垢、腐蚀和机械损伤等。导致裂缝的产生而酿成事故。后果不堪设想。由于空间窄小。甚至环境有毒有害。不仅劳动强度大。还给人工检查带来许多危害。因此迫切需要解决对这些细小管道内部的自动检测问题。
管道内移动检查技术在国际上研究开发已有多年。但针对细小管道内的移动检查技术尚处于研究开发阶段。如美国视频检查技术公司开发的车轮驱动的管道移动探测器。已能在直径为2英寸的水平管道内实现移动探测。日本通产省1991年启动的“微机械技术研究十年计划”中后五年重点开发的四个综合实验系统中。即有一项为φ20mm管内检查用微小机器人系统。日本东京工业大学、东芝公司、OMRON公司和日本煤气公司近年来均报道过研制管径在φ20～40mm间的细小管内机器人移动机构或传感器技术的消息。
细小工业管道中移动检查技术没有实用化的重要原因之一是受管内移动机构技术的制约。日本东京工业大学研制的气压蠕动式移动机构由于间歇运动。速度较慢；日本Nippondenso公司研制的压电振动式移动机构功耗大。承载能力有限。对管径变化的适应性弱。而且驱动用高频电压信号易对涡流探测信号产生干扰；日本东京工业大学研制的驱动电机外置式螺旋运动机构的管外辅助装置复杂。而且传感信号线通过电刷式回流环引出。信号质量受到影响。
本实用新型提出的细小管道内机器人移动装置克服了现有技术的不足。使得机器人移动装置容易同时实现较高的连续移动速度和较大的承载能力。对管径变化和弯曲管道有一定的适应能力。而且驱动电压信号对传感信号不存在干扰。
本实用新型的技术方案如下它由螺旋轮驱动牵引机构A、减速电机(或称电机/减速器组件)B、张紧轮姿态保持机构C、弹性元件D、E、F、连接元件G和工作装置H组成。螺旋轮驱动牵引机构A与减速电机B的输出轴通过弹性元件D固定连接(当细小管道是直管时，可以刚性连接)；减速电机B的后部与张紧轮姿态保持机构C的前端用弹性元件E固定连接；张紧轮姿态保持机构C的后端与弹性元件F固定连接；连接元件G的一端与弹性元件F固定连接。连接元件G的另一端与工作装置H固定连接。
螺旋轮驱动牵引机构A中有多组多个驱动滚轮组件(A1、A2)压紧在管壁上。驱动滚轮组件(A1、A2)的回转轴线P-P与管道轴线W-W有一个角度θ。当减速电机B带动螺旋轮驱动牵引机构A转动时。各驱动滚轮组件(A1、A2)将沿管壁上的螺旋线作滚动。从而带动整个细小管道内机器人移动装置沿管壁运动。通过改变减速电机B输出轴的转动方向。可以改变细小管道内机器人移动装置的移动方向。
张紧轮姿态保持机构C中有多组张紧滚轮C8压紧在管壁上。张紧滚轮C8的回转轴线与管道轴线W-W垂直或接近垂直。既能沿管壁灵活滚动。又能防止减速电机B的后部反方向转动。
弹性元件D、E、F能够弯曲。其的作用是使细小管道内机器人移动装置能够通过弯曲管道。此外螺旋轮驱动牵引机构A中可以设置了驱动滚轮扭簧压紧元件。以适应管径的变化。
工作装置H可以是CCD摄像头、涡流传感器等检测装置。也可以是其他工作装置。
本实用新型的积极效果在于将细小工业管道内机器人移动检查技术水平提高了一步。使机器人移动装置能在较快的速度下携带较重的载荷在细小管道内连续移动。并能适应一定的管道弯曲和管径变化。当携带CCD摄像头、涡流检测传感器或其他工作装置后。可组成符合实用目的的细小管道内自动检查机器人系统。应用于诸如发电、制冷、炼油、化工等行业中替代人工对细小金属管道内的积垢、腐蚀、机械损伤或裂纹实现自动检查。改善劳动条件。提高检测效率。
图1所示为本实用新型细小管道内机器人移动装置的技术方案图。
图2所示为以本实用新型的一个实施例的结构示意图。
图3所示为驱动滚轮组件的轮圈(A2)倾斜安装的示意图。
下面结合一个在细小直管中的实施例。对本实用新型的结构作详细说明。
螺旋轮驱动牵引机构A由两组共六个驱动滚轮组件(A1、A2)、两个驱动轮架A3、弹性联轴器A10、螺杆A9和螺母A8等组成。减速电机B的输出轴与一个驱动轮架A3、过渡轴套A7通过销轴A11固定联接。过渡轴套A7和螺杆A9分别套在弹性联轴器的两端。并用紧定螺钉A6固定连接。另一个驱动轮架A3和轴套A5套在螺杆A9上。螺母A8将这个驱动轮架A3压紧在轴套A5上。驱动滚轮组件由轮芯A1和套在它上面的弹性轮圈A2两个零件组成。轮轴A4穿过轮芯A1用螺纹拧在轮架A3上。轮芯A1与轮轴A4之间可相对转动。两组共六个驱动滚轮组件(A1、A2)均匀分布在轮架A3的辐射状臂杆上。轮架A3的辐射状臂杆扭转一定角度θ使驱动滚轮组件(A1、A2)的轴线与减速电机B的轴线倾斜。当减速电机B的输出轴转动时。各驱动滚轮组件(A1、A2)沿管壁按螺旋线滚动。而螺旋轮驱动牵引机构A上除驱动滚轮组件(A1、A2)外的任何一点沿不同中径的螺旋线运动。螺旋角均为θ。
张紧轮姿态保持机构由三个张紧滚轮C8、三个滚轮架杆C6、一个带螺杆的尾座C1、一个滑动座C2、一个弹簧C3和一个螺母C4等组成。带螺杆的尾座C1与减速电机B的外壳固定联接。每个滚轮架杆C6的一端用销轴C7铰接一个可自由回转的张紧滚轮C8。滚轮架杆C6的另一端可在带螺杆的尾座C1上的滑槽内滑动。滚轮架杆C6的中部与滑动座C2用销轴C5铰接。滑动座C2和弹簧C3套在带螺杆的尾座C1上。螺母C4和带螺杆的尾座C1用螺纹连接。当拧动螺母C4时。通过弹簧C3压紧滑动座C2。再通过销轴C5使将力作用到滚轮架杆C6一端的张紧滚轮C8上。使张紧滚轮C8压紧在管壁上。张紧轮姿态保持机构C中由于张紧滚轮C8的轴线与减速电机B的轴线垂直。因此可以在沿管道轴线W-W方向轻便地移动同时。提供足够的绕管道轴线的摩擦阻力矩。以保证减速电机B驱动时其外壳的不发生反向转动。
工作装置CCD摄像头H用螺纹连接在带螺杆的尾座C1上。
权利要求1.一种细小管道内机器人移动装置，其特征是由螺旋轮驱动牵引机构A，减速电机(也称电机/减速器组件)B和张紧轮姿态保持机构C等三个主要部分组成，螺旋轮驱动牵引机构A，减速电机B和张紧轮姿态保持机构C之间可以是刚性连接，也可以通过弹性连接元件D和E实现弹性连接，工作装置H与张紧轮姿态保持机构C之间可以直接刚性连接，或用弹性元件F和连接元件G实现弹性连接，螺旋轮驱动牵引机构A由两组或多组多个驱动滚轮组件(A1、A2)压紧在管壁上，安装驱动滚轮组件(A1、A2)的轮架A3的辐射状臂杆经过扭转，使得驱动滚轮组件(A1、A2)的回转轴线P-P与管道轴线W-W有一个角度θ，张紧轮姿态保持机构由多个张紧滚轮C8，多个滚轮架杆C6，一个带螺杆的尾座C1，一个滑动座C2，一个弹簧C3和一个螺母C4等组成，带螺杆的尾座C1与减速电机B的外壳固定联接，每个滚轮架杆C6的一端用销轴C7铰接一个可自由回转的张紧滚轮C8，滚轮架杆C6的另一端装在带螺杆的尾座C1上的滑槽内，滚轮架杆C6的中部与滑动座C2用销轴C5铰接，滑动座C2和弹簧C3套在带螺杆的尾座C1上，螺母C4和带螺杆的尾座C1用螺纹连接，张紧轮姿态保持机构C中张紧滚轮C8的轴线与减速电机B的轴线垂直或接近垂直。
专利摘要本实用新型提供了一种细小管道内机器人移动装置新技术,利用减速电机、螺旋轮驱动牵引机构、张紧轮姿态保持机构和弹性连接元件等构成独特的管道内机器人移动装置。这种细小管道内机器人移动装置可在较大的相对载荷下达到较高的移动速度,运动连续,并能适应一定曲率的弯管和管径的渐进变化。当配备CCD摄像头、涡流传感装置或其他工作装置后,可构成细小管道内移动检查或作业机器人系统,应用于细小工业管道中积垢、腐蚀或裂纹的自动检查等工作。
文档编号B25J7/00GK2359070SQ9922605
公开日2000年1月19日 申请日期1999年3月25日 优先权日1999年3月25日
发明者钱晋武, 章亚男, 程维明, 沈林勇, 周建梁 申请人:上海大学