一种柔性自适应的支撑式管道内检测机器人的制作方法
【专利说明】一种柔性自适应的支撑式管道内检测机器人
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技术领域
[0002]本发明属于机器人技术领域，涉及一种支撑式管道内检测机器人，具体涉及一种柔性自适应的支撑式管道内检测机器人。
[0003]
【背景技术】
[0004]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非常恶劣，长期使用后容易发生腐蚀、疲劳破坏或者使管道内部潜在缺陷发展成破损而引起泄漏事故等。有毒、有害、易燃易爆物品在失控状态下向大气泄漏、排放将严重影响人们正常的生产生活秩序。因此，必须定期地对管道进行检修和维护。然而由于管道所处的环境往往是人力所限或人所不及，检修难度很大。现在一般采用的方法如提前报废，开挖检修等方法效果不理想，不但劳动强度大、效益低，而且还会造成巨大的人力物力损失。因此管道的管内探测是一项十分重要的实用工程，关系到各种管道安全高效的运营。
[0005]管道内检测机器人是一种可沿管道内行走的机构，它可以携带一种或多种传感器及操作装置(如CCD摄像机、位置和姿态传感器、超声传感器、涡流传感器、管道清理装置、管道裂纹及管道接口焊接装置、防腐喷涂装置、简单的操作机械手等)，在操作人员的远距离控制下进行一系列的管道检测维修作业。因此，管带内检测机器人是一种避免开掘式检测的较为理想的管道自动化检测设备。
[0006]目前，国外针对支撑式管道内检测机器人的研究主要有日本立命馆大学做的带不完全驱动的平行四边形驱动机构的支撑轮式管道内机器人和韩国成均馆大学做的MRINSPECT系列机器人等。日本立命馆大学做的带不完全驱动的平行四边形驱动机构的支撑轮式管道内机器人采用自行设计的不完全驱动的平行四边形驱动机构，使该机器人在通过性上具有良好的表现，同时它采用履带作为行走装置，增强了该机器人的拖缆性。韩国成均馆大学的MRINSPECT系列最新一代机器人——MRINSPECT系列第6代机器人采用自行设计的多输出差动齿轮组，使该机器人在仅使用一个电机的情况下可以有三个差动输出，简化了机器人的控制控制。并且采用自行设计的自适应机构，简化了支撑机构。
[0007]针对支撑式管道内检测机器人的研究，我国近年来在多个应用领域取得了一定的研究成果。发明专利CN102913715A公开了一种小管道检测机器人，其结构包括本体，变径机构和驱动机构等。该小管道机器人实现了一个电机同时带动三个齿轮运动，从而实现小管道机器人的同轴移动;该小管道机器人具有双级弹簧的缓冲结构，适应管道的细微变形。主要用小管道检测。发明专利CN102011915A公开了一种多功能管道机器人驱动机构，该机器人包两个机架，每个机架的前部外圆周上以120度布置了三组只能单向运动的滚轮结构，其中一个机架装有电机和铰链四杆机构，两个机架间设有万向轴连接，万向轴一端焊接在一机架前部中心上而另一端与另一机架四杆机构的连杆铰接。该机器人可在直管道中的作业，也能使它在弯管和变直径管道中正常工作。发明专利CN101788093B公开了一种管道机器人驱动行走机构，其结构包括本体，行走驱动单元和管径适应调节单元。该机器人由于采用每组行走驱动单元由两台电机驱动，提高了支撑轮式管内机器人的拖缆性;并且设计了管径适应调节单元，使该机器人具有一定的管径适应性。发明专利CN100570200C公开了一种自适应管道机器人，该机器人采用两组机身，机身的外圆周方向至少均布三组驱动装置，两组机身之间才用软轴相连，两组机身同时驱动可产生较大驱动力。支撑机构上采用弹簧连杆结构，使该机器人具有良好的自适应性。
[0008]总体来说，目前的管道内检测机器人多半都只能携带摄像头等简单的检测装置，不能携带无损检测装置进入管道进行管道检测。机器人多采用轮子作为行走装置，拖缆性不足。机器人适应管道一般仅采用一种方式，即被动自适应方式或者主动自适应方式，在复杂的管道环境中，适应能力有限。并且目前的机器人的模块化，集成化不足，机器人本身结构复杂，修理、更换部件不方便。
[0009]
【发明内容】
[0010]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种柔性自适应的支撑式管道内检测机器人。
[0011]本发明所采用的技术方案是:一种柔性自适应的支撑式管道内检测机器人，其特征在于:包括柔性自适应支撑机构、驱动机构、检测机构和摄像机构；
所述摄像机构安装在所述柔性自适应支撑机构前端;所述柔性自适应支撑机构与所述驱动机构连接，用于保证所述机器人在管道内移动时，具有自动适应变径管、障碍或弯管的能力;所述检测机构安装在所述驱动机构上，当所述机器人在管道内检测作业时，所述检测机构的探头部分与管道内壁完全接触。
[0012]作为优选，所述柔性自适应支撑机构包括外支撑轴、连杆滑块、副支撑轴固定块、限位块、副支撑轴支撑块、外支撑轴支撑块、轴承、主支撑轴、副支撑轴、曲柄、连杆、压簧、锥齿轮副、第一电机座、第一电机；
所述第一电机通过第一电机座固接于外支撑轴支撑块上，并通过锥齿轮副将动力传给两端带有相反旋向螺纹的主支撑轴，其中主支撑轴两端通过轴承与外支撑轴支撑块连接；所述外支撑轴支撑块为两块、通过三根所述外支撑轴左右对称地固定连接在一起，组成外支撑机构；
所述副支撑轴固定块、副支撑轴支撑块均为两块，三根所述副支撑轴依次穿过副支撑轴支撑块、副支撑轴固定块、副支撑轴固定块和副支撑轴支撑块，组成内支撑机构；
所述内支撑机构设置在所述外支撑机构内，所述主支撑轴依次穿过所述外支撑轴支撑块、副支撑轴支撑块、副支撑轴固定块、副支撑轴固定块、副支撑轴支撑块和外支撑轴支撑块的中间孔洞，将所述外支撑机构和内支撑机构固定连接在一起；
在所述副支撑轴支撑块和副支撑轴固定块之间的副支撑轴上均依次套设有所述压簧、连杆滑块和限位块;所述曲柄连杆一端铰接在所述连杆滑块上、另一端铰接在所述驱动机构上，所述曲柄一端铰接在所述副支撑轴固定块外壁上、另一端铰接在所述曲柄连杆的中部； 所述曲柄、曲柄连杆均为12块;所述连杆滑块为矩形，其两端处均铰接有所述曲柄连杆;所述副支撑轴固定块为三角形，其三个角处均做内凹处理，形成三角空缺，所述三角空缺的两三角边上均铰接有所述曲柄；
所述驱动机构为三个，均分别通过四根所述曲柄连杆与所述柔性自适应支撑机构连接。
[0013]作为优选，所述驱动机构包括第二传动轴、第一直齿轮、履带、第二侧板、缓冲弹簧、缓冲滑块、从动履带轮、第三传动轴、第一侧板、第二电机、减速器、联轴器、电磁离合器、第二电机座、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一主动履带轮、第一主动轴、第二直齿轮、第二主动履带轮；
所述第二电机与所述减速器相连，所述减速器通过第二电机座固定安装在所述第一侧板上，所述联轴器与所述减速器连接;所述电磁离合器与所述联轴器连接，并通过所述第二电机座固定在所述第一侧板上；
所述第一锥齿轮固定安装在所述电磁离合器输出轴上，所述第二锥齿轮固定安装在所述第二传动轴上，并与所述第一锥齿轮啮合连接；
所述第一直齿轮固定安装在所述第二传动轴上，所述第二直齿轮固定安装在所述第一主动轴上，