一种多功能复合驱动管道机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种将螺旋轮式驱动改进后与不同驱动模式结合起来，综合性能优异，并且能够实现多种功能的多功能复合驱动管道机器人设计，属于管道机器人结构设计领域。
【背景技术】
[0002]管道作为一种十分便利的运输工具，从问世以来便得到了人们的青睐并且应用广泛。如今工业管道系统已广泛应用于冶金、石油、化工、及城市水暖供应等领域。工业管道的工作环境十分恶劣，长期使用后容易发生腐蚀，破裂等问题。因此管道的监测、诊断、清理和维护就成为保障管道系统安全、畅通和高效运营的关键，然而受限于管道所处环境或管道尺寸，人不能直接到达或直接介入。为了达到实现管道内工作的目的，人们研究出了各种各样的管道机器人。
[0003]但是，随着社会和科技的进步，人们对管道机器人提出了更高的要求。当今的理念是“节能减排，低碳环保”，而当下的管道机器人性能各有优劣，牺牲速度以获得高驱动力，牺牲驱动力以获得高速。并没有一款综合性能优异的机器人。本设计针对这一问题，本发明使用了一种新型的螺旋轮式驱动，并且将不同的驱动方式结合起来，并且将工作装置模块化，实现了一种多功能复合驱动管道机器人的设计。
【发明内容】
[0004]为了克服当下管道机器人运行速度和轴向驱动力二者不可兼得的缺点，本发明提供一种多功能管道机器人，该管道机器人不仅有强大的轴向驱动力，而且能达到较高运行速度。机器人采用了一种新型的螺旋轮式驱动，在空间利用率上有了极大提高，降低了机器人成本。
[0005]—种多功能复合驱动管道机器人，其特征是:机器人前端采用顶壁履带式驱动的模块搭载部分，后端采用螺旋轮式驱动的辅助推进部分，两部分用万向节(9)连接。模块搭载部分最外端为履带(I)，由内置的履带驱动轮(2)驱动，3条履带环状分布在模块搭载机体(6)外端，每条履带通过2根履带调节杆(4)和4根履带支撑杆(3)与模块搭载机体(6)连接，6根杆关于履带对称分布，单边有I根履带调节杆(4)和2根履带支撑杆(3)，履带支撑杆(3)通过铰链与模块搭载机体(6)连接，履带调节杆(4)与丝杠螺母(8)连接，3根丝杠(7)分别穿插于丝杠螺母(8)中，丝杠(7) —端与丝杠螺母驱动小齿轮(17)连接，3个丝杠螺母驱动小齿轮(17)环绕在丝杠螺母驱动大齿轮(16)周围，形成了 4个齿轮，3对外啮合关系。模块搭载机体(6)外形为圆柱，采用中空设计，后端为4个齿轮形成的齿轮组，前端为连接模块法兰(18)。螺旋轮式推进部分，中心为螺旋仓太阳轮(14)，周围环绕3个螺旋仓行星轮(15)，3个螺旋仓行星轮(15)与内壁为内啮合齿轮的螺旋仓外壳(13)连接，螺旋仓外壳(13)外部环绕3个螺旋轮(10)，通过相交的螺旋轮支撑弹簧(12)和螺旋轮支撑杆(11)与螺旋仓外壳(13)连接。其中螺旋轮支撑杆(11)，螺旋轮支撑弹簧(12)，螺旋仓外壳(13)构成曲边三角形，曲边所对顶点为螺旋轮(10)。
[0006]进一步，螺旋架和螺旋仓一体化设计，螺旋仓外壳内部为内啮合齿轮，通过行星轮和太阳轮建立传动关系，工作时仅螺旋仓外壳转动。
[0007]进一步，模块搭载机体(6)前部连接模块法兰(18)用于连接工作模块，并配有3个法兰外连接螺母(19)用于连接辅助设备。
[0008]进一步，履带支撑杆(3)装有履带阻尼器(5)。
[0009]进一步，曲边三角形中；螺旋仓外壳直径与该部分总体直径比例为:1:3 - 2:3。
[0010]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:将轴向驱动力强大的螺旋轮式驱动进行改进后和运行速度高，越障能力强的顶壁履带式驱动结合起来。用一个空心圆柱作为螺旋仓，3个螺旋轮支架周向均匀分布在螺旋仓外表面，螺旋轮固定在支架上。螺旋仓内壁为内啮合齿轮，轴心处有一太阳轮，3个定轴行星轮围绕太阳轮周向均匀分布，内啮合齿轮，行星轮，太阳轮3者逐次嗤合。电机驱动太阳轮转动，太阳轮驱动行星轮转动，行星轮驱动外壳转动，实现了仅外壳转动的目的，螺旋仓外壳内保留了大量平稳的空间，可以内置工作设备和动力设备。机器人前端采用顶壁履带式驱动，后端采用新型螺旋轮式驱动，前端速度配合后端速度。两部分用万向节连接，万向节只传递螺旋轮部分的轴向驱动力，避免搭载工作模块的顶壁履带部分运行不平稳。顶壁履带部分用来搭载工作模块，这部分的模块搭载机体采用中空的设计，机器人最前端设有连接法兰，可以连接配套的各种工作模块。为满足工作模块的工作需求，中空的部分可以内置各种仪器和部件，保证模块的正常工作。
[0011]本发明的有益效果是空间利用率高，有效降低了管道机器人的成本。性能上既有强大的轴向驱动力，又能达到较高的运行速度，搭载工作模块的空间较大且该部分运行平稳，对工作模块的搭载能力极强。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的总体设计图-正视图
[0013]图2是本发明的总体设计图-轴测图
[0014]图3是前端顶壁履带式驱动的模块搭载部分
[0015]图4是后端螺旋轮式驱动部分轴测图
[0016]图5是螺旋仓内部结构图
[0017]图6是外部螺旋架近距离观察图
[0018]图7是连接两部分的万向节
[0019]图8是驱动履带展开的齿轮机构
[0020]图9是履带调节后示意图
[0021]图中:履带(I)、履带驱动轮(2)、履带支撑杆(3)、履带调节杆(4)、履带阻尼器
(5)、模块搭载机体￠)、丝杠(7)、丝杠螺母(8)、万向节(9)、螺旋轮(10)、螺旋轮支撑杆
(11)、螺旋轮支撑弹簧(12)、螺旋仓外壳(13)、螺旋仓太阳轮(14)、螺旋仓行星轮(15)、丝杠螺母驱动大齿轮(16)、丝杠螺母驱动小齿轮(17)、连接模块法兰(18)、法兰外连接螺母
(19)、摄像头(20)。
【具体实施方式】
[0022]在图5中，螺旋仓太阳轮(14)由电机驱动，通过齿轮啮合，螺旋仓行星轮(15)，螺旋仓外壳(13)依次转动。
[0023]在图6中，和螺旋仓外壳(13)为一体的螺旋轮支撑件(11)和(12)绕螺旋仓轴向旋转，带动螺旋轮(10)在管道内做螺旋运动。螺旋轮支撑杆(11)可以按压螺旋轮支撑弹簧(12)达到使螺旋仓能主动变化适应管径的目的。根据不同的工作需求，可以协调该部分螺旋仓外壳(13)直径与总体直径间的比例关系，螺旋仓外壳(13)直径所占比例越大，该部分工作能力越强，但管径适应能力降低。因此，该部分的尺寸关系可依照实际需求来取定。本设计中螺旋仓外壳直径与该部分总体直径比例为:5:11，这个比例使得螺旋推进部分有均衡的工作能力和管径适应能力，既能满足大部分的工作需求，又能适应较大范围的管道直径。
[0024]在图8中，丝杠螺母⑶驱动大齿轮(16)转动，使3个丝杠螺母驱动小齿轮(17)同时转动，丝杠螺母(8)随之运动，使履带调节杆(4)与丝杠的夹角发生变化，履带支撑杆
(3)随之运动，调节履带(I)和模块搭载机体(6)之间的距离，使该部分可以主动适应管道直径。图9为调节至最大适应管径的模块搭载部分示意图。这样，机器人整体就具有了管径适应的能力，可以进入适应范围内的管道内工作。
[0025]如图3所示，摄像头(20)用螺钉固定在连接模块法兰(18)上，模块搭载机体(6)中空部分内置了电源，对摄像头(20)进行供电。这样，机器人能够通过摄像头(20)采集管道内图像，用于管道内壁损伤的分析等。连接模块法兰(18)还可以连接其他工作模块，模块搭载机体￠)的中空部分为模块提供工作条件，以实现不同功能。
【主权项】
1.一种多功能复合驱动管道机器人，其特征是:机器人前端采用顶壁履带式驱动的模块搭载部分，后端采用螺旋轮式驱动的辅助推进部分，两部分用万向节(9)连接；模块搭载部分最外端为履带(I)，由内置的履带驱动轮(2)驱动，3条履带环状分布在模块搭载机体(6)外端，每条履带通过2根履带调节杆(4)和4根履带支撑杆(3)与模块搭载机体(6)连接，6根杆关于履带对称分布，单边有I根履带调节杆(4)和2根履带支撑杆(3)，履带支撑杆(3)通过铰链与模块搭载机体(6)连接，履带调节杆(4)与丝杠螺母(8)连接，3根丝杠(7)分别穿插于丝杠螺母(8)中，丝杠(7)—端与丝杠螺母驱动小齿轮(17)连接，3个丝杠螺母驱动小齿轮(17)环绕在丝杠螺母驱动大齿轮(16)周围，形成了 4个齿轮，3对外啮合关系；模块搭载机体(6)外形为圆柱，采用中空设计，后端为4个齿轮形成的齿轮组，前端为连接模块法兰(18);螺旋轮式推进部分，中心为螺旋仓太阳轮(14)，周围环绕3个螺旋仓行星轮(15)，3个螺旋仓行星轮(15)与内壁为内啮合齿轮的螺旋仓外壳(13)连接，螺旋仓外壳(13)外部环绕3个螺旋轮(10)，通过相交的螺旋轮支撑弹簧(12)和螺旋轮支撑杆(11)与螺旋仓外壳(13)连接；其中螺旋轮支撑杆(11)，螺旋轮支撑弹簧(12)，螺旋仓外壳(13)构成曲边三角形，曲边所对顶点为螺旋轮(10)。2.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征是:螺旋架和螺旋仓一体化设计，工作时仅螺旋仓外壳转动。3.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征是:模块搭载机体(6)前部连接模块法兰(18)用于连接工作模块，并配有3个法兰外连接螺母(19)用于连接辅助设备。4.根据权利要求1所述管道机器人，其特征是:履带支撑杆(3)装有履带阻尼器(5)。5.根据权利要求1所述管道机器人，其特征是:曲边三角形中；螺旋仓外壳直径与该部分总体直径比例为:1:3 - 2:3。
【专利摘要】一种多功能复合驱动管道机器人属于机器人领域。本发明是一种综合性能优越的多功能复合驱动管道机器人。它将改进后的螺旋轮式驱动和顶壁履带式驱动结合起来。前端采用顶壁履带式驱动，后端采用新型螺旋轮式驱动，中间用万向节连接。顶壁履带部分用于搭载工作模块，该部分前端有连接法兰，且为中空设计，可以用法兰连接工作模块，中空部分为模块提供工作条件。螺旋轮与螺旋仓外壳为一体设计，通过该部分的定轴行星轮驱动螺旋轮在管道内运动。
【IPC分类】F16L101/30, F16L55/40, F16L101/10, F16L55/30
【公开号】CN105003790
【申请号】CN201510398817
【发明人】张月泽, 王建华, 周洪, 谢启航, 刘志峰
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月8日