一种多关节全向式管外机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种管道机器人领域，特别是涉及一种多关节全向式可翻转的管外机器人。
【背景技术】
[0002]现代工业生产、民用运输等领域中各类管道应用广泛。随之而来的管道日常检测与维护就成了一个棘手的问题，与此类似，在林业、农业、建筑业等领域的高空高危作业，也同样经常遇到难以对付的困难。针对现有管外机器人工作效率低、应对不同管型管道通过能力差以及应用领域不够充分等缺点，区别与管内机器人工作时需要将管道内部介质清空、对管道运输介质腐蚀性有要求，管外机器人的研制与应用可实现管道运输不停工的管道检测维修工作。
[0003]现有工业用管道的特点是管径多变，转向复杂，具有三通、四通等管接头设计，法兰、阀门或检测仪表在管道各处布置，且管道由各类吊装或地面支持架支撑。运行在此类管道外的检测或维修的机器人首先要具备随管道前进或转向的功能，也要具备翻越各类管道外障碍物的功能，同时，为了提高管道检测与维修的效率，管外机器人还应该具有一定速度的运动能力。
[0004]中国发明专利公开号CN102975783A公开了一种单轮式管外爬管机器人，该机器人可通过直管、弯管和十字架弯道并且可以围绕管道旋转，该机器人通过包含内置电机的运动轮实现直线运动，通过抱臂装置实现弯管间的运动。中国实用新型授权公开号CN204037719U公开了一种双向轮式管外爬管机器人，该机器人可通过弯道和十字形管道，并可围绕管道进行360°的绕行，该机器人具有由翻转装置相连接的前后机体，通过翻转装置实现90°翻转，从而实弯管间的运动，机器人通过双向轮实现管道直行和360°绕行。
[0005]上述机器人仅能够运行在光滑管道上，不具备翻越管道上障碍的能力，且仅能适应单一管径，对非圆柱型管道适应性差，不具备相邻管道之间的运行能力。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是:现有的管外攀爬机器人一般均不具备通过各种角度弯管与三通、四通等管道连接处的能力，也不具备翻越阀门、法兰盘、支架等各类管道外部障碍物的能力，并无法在相邻管道之间运行。
[0007]本发明解决所述技术问题的技术方案是:一种多关节全向式管外机器人，包含承载梁、成对布置的多关节前夹持机构和多关节后夹持机构、成对布置的前翻转关节和后翻转关节、夹持开合机构，以及轴向驱动机构和周向驱动机构。
[0008]所述的承载梁用于安装机器人控制板和装载不同探测设备等，可根据不同应用环境和作业任务更换不同尺寸大小，承载梁通过翻转舵机舵盘分别与前翻转关节和后翻转关节相连接，并完成运动传递。所述的前翻转关节、后翻转关节通过成对布置的主机架与夹持开合机构连接，周向驱动机构通过周向驱动舵机安装板和周向主动轮支架安装在后翻转关节的主机架上。
[0009]所述的轴向驱动机构通过左向活动机架和右向活动机架与前翻转关节连接；前夹持机构和后夹持机构通过成对布置的左向活动机架和和右向活动机架分别与前翻转关节和后翻转关节连接；左向活动机架和右向活动机架通过转轴与主机架连接。
[0010]所述的多关节全向式管外机器人，适用于不同直径的圆柱形管道，在圆柱形管道上通过轴向驱动机构和周向驱动机构实现轮式运动；同样适用于不同直径的非规则截面柱状体，如树干、不等直径的电线杆等，在表面不光滑的非规则截面柱状体上机器人通过前翻转关节和后翻转关节实现翻转式前进、后退功能；该机器人还可通过翻转关节的翻转运动跨越到相邻的管道上。
[0011]所述的一种多关节全向式管外机器人，具有夹持开合机构实现不同直径管道、柱状体的自适应抓紧功能，夹持开合机构由夹持开合舵机通过夹持开合舵机舵盘驱动蜗杆，蜗杆与安装在蜗轮轴的蜗轮一起构成具有自锁能力的蜗轮蜗杆传动副，钢丝绳绕线盘同样安装在蜗轮轴上，蜗轮带动蜗轮轴和钢丝绳绕线盘转动，进而实现绕在钢丝绳绕线盘上钢丝绳的缩短或伸长，钢丝绳绕在前夹持机构和后夹持机构的多个滑轮上并最终固接在夹持机构第3节机架上，钢丝绳的缩短或伸长带动前夹持机构和后夹持机构夹紧或张开。
[0012]本发明具有的技术效益与优点是:机器人具有全向式运动能力，可通过各种角度弯管与三通、四通等管道连接处，也具备翻越阀门、法兰盘、支架等各类管道外部障碍物的能力，轴向驱动机构实现机器人在光滑管道上以较高的运动速度轮式移动，提高检测效率，周向驱动机构实现机器人能够绕管道360°旋转，耦合轴向运动实现机器人绕管道螺旋式前进和后退，实现高效的管道全方位检测。可通过翻转机构和夹持机构在相邻管道之间自如运行，进一步提高工作效率。本发明通过将多个驱动电机集中在翻转轴线附近的设计，降低了夹持装置重量，减少了夹持开合机构和翻转机构驱动力矩，有效减低能耗，提高机器人可靠度。
【附图说明】
[0013]图1为多关节全向式管外机器人在管道上某时刻的运行状态图。
[0014]图2为机器人通过三通管道过程示意图1。
[0015]图3为机器人通过三通管道过程示意图2。
[0016]图4为机器人已通过三通管道运行状态图。
[0017]图5为机器人跨越到相邻管道过程中某时刻运行状态图。
[0018]图6为机器人前翻转机构、轴向驱动机构结构示意图。
[0019]图7为机器人后翻转机构、周向驱动机构结构示意图。
[0020]图8为机器人夹持开合机构驱动单元结构示意图。
[0021 ] 图9为机器人夹持开合机构结构示意图。
[0022]图10为机器人夹持机构结构示意图。
[0023]图11为机器人全向轮结构示意图。
[0024]图中:1、承载梁，2、前翻转关节，3、后翻转关节，4、轴向驱动机构，5、周向驱动机构，6、前夹持机构，7、后夹持机构，8、夹持开合机构，9、平行管道，10、小管径管道，11、大管径管道，12、翻转舵机，13、翻转舵机舵盘，14、夹持开合舵机，15、轴向驱动舵机，16、轴向驱动万向节，17、全向轮，18、主机架，19、左向活动机架，20、右向活动机架，21、周向从动轮支架，22、转轴，23、周向驱动舵机，24、轴向/周向驱动舵机舵盘，25、周向驱动舵机安装板，26、周向主动轮支架，27、夹持开合舵机舵盘，28、蜗轮轴轴承座，29、钢丝绳绕线盘，30、蜗杆，31、蜗轮，32、蜗轮轴，33、线盘套筒，34、蜗轮套筒，35、钢丝绳，36、滑轮，37、夹持机构第I节机架，38、夹持机构第2节机架，39、夹持机构第3节机架，40、扭簧，41、轴向主动轮轮轴，42、周向主动轮轮轴，43、全向轮主轮，44、全向轮橡胶轮。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明做进一步说明:
[0026]如图1至图11所示的一种多关节全向式管外机器人，包含承载梁1、成对布置的多关节前夹持机构6和多关节后夹持机构7、成对布置的前翻转关节2和后翻转关节3、夹持开合机构8，以及轴向驱动机构4和周向驱动机构5。所述的承载梁I用于安装机器人控制板和装载不同探测设备等，可根据不同应用环境更换不同尺寸大小，承载梁I通过翻转舵机舵盘13分别与前翻转关节2和后翻转关节3的翻转舵机12相连接，完成运动传递。所述的前翻转关节2、后翻转关节3通过成对布置的主机架18与成对布置的夹持开合机构8连接，周向驱动机构5通过周向驱动舵机安装板25和周向主动轮支架26安装在后翻转关节3的主机架18上。所述的轴向驱动机构4通过左向活动机架19和右向活动机架20与前翻转关节2连接；前夹持机构6和后夹持机构7通过成对布置的左向活动机架19和和右向活动机架20分别与前翻转关节2和后翻转关节3连接；左向活动机架19和右向活动机架20通过转轴22与主机架18连接。
[0027]如图6至图11所示，轴向驱动机构4包括轴向驱动舵机15，轴向驱动万向节16，全向轮17，轴向主动轮轮轴41。成对布置的轴向驱动舵机15分别安装在左向活动机架19和右向活动机架20上，轴向驱动舵机15通过轴向/周向驱动舵机舵盘24与轴向驱动万向节16相连，轴向驱动万向节16通过轴向主动轮轮轴41与全向轮17相连接。
[0028]如图6至图11所示，周向驱动机构5包括周向驱动舵机23，全向轮17，周向主动轮轮轴42。周向驱动舵机23通过周向驱动舵机安装板25安装在后翻转关节3的主机架18相连，周向驱动舵机23通过轴向/周向驱动舵机舵盘24驱动周向主动轮轮轴42，全向轮17安装在周向主动轮轮轴42上。
[0029]如图6至图11所示，前夹持机构6和后夹持机构7包括夹持机构第I节机架37，夹持机构第2节机架38，夹持机构第3节机架39，全向轮17和轴向主动轮轮轴41。夹持机构第I节机架37、夹持机构第2节机架38和