一种管道疏通机器人的机械结构

1.本发明涉及管道疏通机器人领域，特别是指一种管道疏通机器人的机械结构。


背景技术：

2.管道已经成为应用非常广泛的运输方式之一，在国民经济和社会发展中起着十分重要的作用。管道运输的发展趋于长距离建立管网。一些管道输送物质的过程中，内部运输的流体物质不断地附着在管道内壁上，使管道渐渐变细，同时运输管道内壁也会和别的物质发生化学反应使管道逐步变细，久而久之管道就会发生堵塞现象。一些管道在输送物质的过程中，由于不同种类的输送物质积聚等发生堵塞现象。由于受限于管道的特殊结构，人工疏通非常不便，所以管道疏通时利用管道疏通机器人。
3.目前常用的管道疏通机器人，多数采用履带式移动机构或轮体式移动机构。针对不同管径的管道，采用特定的型号，适应性较低。即便是特定的型号的管道疏通机器人，由于管道内部存在堵塞物，管道疏通机器人进入管道之后不能很好的与管道内壁接触，尤其是在管道存在转弯的情形下，管道疏通机器人的履带或轮子难以均衡的与管道内壁接触。另外，管道内部存在需要躲避的障碍物时，管道疏通机器人在有限的管道空间内较难避开。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中管道疏通机器人适应性较低且不够灵活的问题，本发明提出一种管道疏通机器人的机械结构。
5.本发明的技术方案是这样实现的：一种管道疏通机器人的机械结构，包括：疏通机构、弯曲机构和移动机构，所述弯曲机构的前后两端分别连接一个移动机构，位于前端的移动机构的外端连接疏通机构；所述移动机构包括横向轴体、轴端挡板、伸缩机构和行走组件，横向轴体的两端分别固定轴端挡板，一个轴端挡板连接弯曲机构，另一个轴端挡板用于连接疏通机构，伸缩机构套在横向轴体上，并连接在弯曲机构，且位于两个轴端挡板之间，行走组件连接在伸缩机构上；伸缩机构沿着横向轴体的轴向伸缩，使其向外扩张或向内收缩，，行走组件随着伸缩机构的变化使其与横向轴体的距离发生变化。
6.优选的是，所述伸缩机构包括空心丝杠、固定轴套、活动轴套、连杆机构和电机组件，所述空心丝杠的一端一体设置有轴肩，并在轴肩的外侧设置有轮齿，空心丝杠套在横向轴体的外侧；所述固定轴套的内侧抵靠在轴肩上，外侧连接弯曲机构，且固定轴套内具有放置电机组件的容纳腔体；所述电机组件包括丝杠电机和传动齿轮，丝杠电机固定在容纳腔体内，传动齿轮固定在丝杠电机的传动轴上，且传动齿轮与空心丝杠的齿轮啮合；所述活动轴套螺接在空心丝杠的另一端；所述连杆机构的两端分别与固定轴套和活动轴套连接并形成转动副，连杆机构的中部具有连接行走组件的转动副。
7.优选的是，所述连杆机构包括三组均匀分布的连杆组件，每组连杆组件包括第一连杆和第二连杆，第一连杆和第二连杆连接并形成转动副，第一连杆和第二连杆分别与固
定轴套和活动轴套连接并分别形成转动副；第一连杆和第二连杆连接的转动关节处连接用于连接行走组件。
8.优选的是，所述行走组件包括三组均匀分布的行走轮体，每组行走轮体包括第一车轮、轮体支架、动力电机、驱动舵机和连接杆体，轮体支架连接在第一车轮的轮轴上，并位于第一车轮的顶端，动力电机固定在轮体支架上并通过轮轴驱动第一车轮转动，连接杆体与轮体支架的顶端连接，并在连接处形成转动关节，以使轮体支架相对连接杆体转动，驱动舵机位于转动关节处，调节第一车轮的角度；连接杆体用于连接伸缩机构。
9.优选的是，所述弯曲机构包括一对机架主板和至少一条万向节链，每条万向节链的两端分别连接一个机架主板；机架主板用于连接移动机构。
10.优选的是，所述固定轴套的外侧设置为内圆齿圈，内圆齿圈啮合一个第一齿轮，第一齿轮固定在第一电机的传动轴上，第一电机固定在弯曲机构上，第一电机驱动固定轴套转动。
11.优选的是，所述疏通机构包括主体刀架、端面车刀、外圆车刀和驱动部件，主体刀架设置为具有两侧端面和外圆侧面的结构，主体刀架的内侧端面连接驱动部件，驱动部件连接前端的移动机构的前侧的轴端挡板，驱动部件驱动主体刀架转动，并带动端面车刀和外圆车刀旋转；一把或一把以上的所述端面车刀位于主体刀架的外侧端面上，一把或一把以上的所述外圆车刀位于主体刀架的外圆侧面上。
12.优选的是，所述疏通机构还包括传动装置，所述传动装置包括传动丝杠、主锥形轮、副锥形轮和驱动电机，所述主体刀架的外侧端面的中部设置有轴向深孔，且从轴向深孔向外圆侧面设置有连通外圆侧面的一个或一个以上的端面槽体和一个或一个以上的端面通槽，每个端面槽体和端面通槽内设置一个所述传动丝杠，每个传动丝杠的内端固定一个副锥形轮，所述主锥形轮设置在轴向深孔内，所述驱动电机固定在主体刀架上并驱动主锥形轮转动，主锥形轮与每个副锥形轮啮合；每个端面槽体的传动丝杠上连接一把所述端面车刀，端面车刀在主体刀架的外侧端面上随着其所在的传动丝杠转动而改变其径向距离；每个端面通槽的传动丝杠上连接一把所述外圆车刀，外圆车刀在主体刀架的外圆侧面外并随着其所在的传动丝杠转动而改变其径向距离。
13.优选的是，所述主体刀架的外侧端面上设置有三个端面槽体和三个端面通槽，三个端面槽体和三个端面通槽交叉均匀分布，相邻的任一个端面槽体和端面通槽间隔60度；三个端面槽体处的三把端面车刀间隔120度，三个端面通槽处的三把外圆车刀间隔120度。
14.优选的是，每把端面车刀的刀刃与刀架主体的外侧端面成45度；每把外圆车刀的刀刃与刀架主体的外圆侧面成90度。
15.本发明的有益效果为：本发明的管道疏通机器人的机械结构，弯曲机构可弯曲，弯曲机构前后两端各连接一个移动机构，前端的移动机构和后端的移动机构分别形成前驱动和后驱动，更有利于整体移动，尤其是在管道存在转弯的情形下，更便于灵活移动。前端的移动机构上连接疏通机构，疏通机构用于疏通管道。移动机构上的行走组件连接在伸缩机构上，伸缩机构沿着横向轴体的轴向伸缩使伸缩机构外周与横向轴体轴线的距离变化，伸缩机构向外扩张或向内收缩，行走组件随着伸缩机构的变化使行走组件与横向轴体的距离
发生变化，以适应不同管径的管道，或适用堵塞后的不同内径的管道，增加与管道内壁接触的稳定性。
16.移动机构上的伸缩机构，既能够伸缩使伸缩机构扩张或收缩，同时能够整体旋转改变其连接的行走组件的位置，更便于调节行走组件管道的接触，也更易于躲避障碍物。
17.行走组件的三组行走轮体单独驱动，三组行走轮体中，两组行走轮体用于在底部接触管道内壁，一组行走轮体用于在顶部接触管道内壁，既增加行走组件的稳定性，同时更方便行走组件避障。而且能够避免出现打滑、悬空、与管道接触面积小等不利情形。伸缩机构伸缩或/和旋转时，三组行走轮体的外径范围和位置改变，三组行走轮体能够单独调节其转动角度，行走组件与管道内壁的接触位置和接触角度均可调节。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明一种管道疏通机器人的机械结构的结构示意图；图2为图1所示弯曲机构的结构示意图；图3为图1所示位于弯曲机构左侧的移动机构的结构示意图；图4为图1所示位于弯曲机构右侧的移动机构的结构示意图；图5为图1所示固定轴套的内侧方向的结构示意图；图6为图1所示固定轴套的外侧方向的结构示意图；图7为图1所示的传动丝杠的结构示意图；图8为图1所示疏通机构的内部结构示意图。
20.图中：1、疏通机构；2、弯曲机构；3、移动机构；4、伸缩机构；5、行走组件；11、主体刀架；12、端面车刀；13、外圆车刀；14、传动装置；15、端面槽体；16、端面通槽；141、传动丝杠；142、主锥形轮；143、副锥形轮；21、机架主板；22、万向节链；31、轴端挡板；41、空心丝杠；42、固定轴套；43、活动轴套；44、连杆机构；45、电机组件；411、轴肩；412、轮齿；421、容纳腔体；422、内圆齿圈； 441、第一连杆；442、第二连杆；451、丝杠电机；452、传动齿轮；51、第一车轮；52、轮体支架；53、动力电机；54、驱动舵机；55、连接杆体。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.实施例：如图1至图8所示的一种管道疏通机器人的机械结构，包括：疏通机构1、弯曲机构2和移动机构3，弯曲机构2的前后两端分别连接一个移动机构3，位于前端的移动机构3的外端连接疏通机构1。弯曲机构前后两端各连接一个移动机构，前端的移动机构和后
端的移动机构分别形成前驱动和后驱动，更有利于整体移动。疏通机构1在前端的移动机构3上，疏通机构随着移动机构前行并用于疏通管道。两个移动机构通过弯曲机构连接，增加互相配合的灵活性，更便于移动机构通过管道的弯曲部分。
23.如图2所示，弯曲机构2包括一对机架主板21和至少一条万向节链22，每条万向节链22的两端分别连接一个机架主板21；机架主板21用于连接移动机构，没有其他的运动特性。弯曲机构包括三条万向节链，三条万向节链均匀分布。万向节链使得弯曲机构可弯曲。
24.如图1所示，移动机构3包括横向轴体、轴端挡板31、伸缩机构4和行走组件5，横向轴体的两端分别固定轴端挡板31，一个轴端挡板连接机架主板21，另一个轴端挡板31用于连接疏通机构。伸缩机构4套在横向轴体上，并连接弯曲机构2，且位于两个轴端挡板之间，行走组件5连接在伸缩机构4上；伸缩机构沿着横向轴体的轴向伸缩，使其向外扩张或向内收缩，行走组件随着伸缩机构的变化使其与横向轴体的距离发生变化，从而调节行走组件的接触范围，以适应不同管径的管道，或适用堵塞后的不同内径的管道。横向轴体两端的轴端挡板既用于连接疏通机构和弯曲机构，同时用于限位伸缩机构，伸缩机构套在横向轴体上并沿着横向轴体的轴向伸缩以使伸缩机构向外扩张或向内收缩。横向轴体及其两端的轴端挡板作为伸缩机构和疏通机构的连接支撑，横向轴体并不转动，其两端的轴端挡板也不转动。
25.如图1至图7所示，伸缩机构4包括空心丝杠41、固定轴套42、活动轴套43、连杆机构44和电机组件45，空心丝杠41的一端一体设置有轴肩411，并在轴肩的外侧设置有轮齿412，轴肩与空心丝杠一体固定，轮齿412与空心丝杠既可一体加工，也可通过分体连接，空心丝杠41套在横向轴体的外侧，并位于两个轴端挡板31之间；固定轴套42的内侧抵靠在轴肩上，外侧连接弯曲机构2的机架主板21，且固定轴套42内具有放置电机组件的容纳腔体421；电机组件45包括丝杠电机451和传动齿轮452，丝杠电机451固定在容纳腔体421内，传动齿轮452固定在丝杠电机的传动轴上，且传动齿轮与空心丝杠41的齿轮412啮合；活动轴套43螺接在空心丝杠的另一端；连杆机构44的两端分别与固定轴套和活动轴套连接并形成转动副，连杆机构44的中部具有连接行走组件5的转动副。连杆机构44包括三组均匀分布的连杆组件，每组连杆组件包括第一连杆441和第二连杆442，第一连杆和第二连杆连接并形成转动副，第一连杆和第二连杆分别与固定轴套和活动轴套连接并分别形成转动副；第一连杆和第二连杆连接的转动关节处连接用于连接行走组件5。
26.伸缩机构4的固定轴套42连接在弯曲机构2的机架主板21上，电机组件45驱动空心丝杠转动，空心丝杠转动以使活动轴套沿着空心丝杠移动，从而使连杆机构的每一组第一连杆和第二连杆之间的夹角变化，每一组第一连杆和第二连杆连接的转动关节处距空心丝杠轴线的距离发生变化。当活动轴套向着固定轴套移动时，连杆机构的转动关节处的外径范围变大，当活动轴套向着轴端挡板移动时，连杆机构的转动关节处的外径范围变小，转动关节处连接的行走组件的外径范围随之变化。伸缩机构伸缩时使其向外周外扩或向内侧收缩，进而使伸缩机构上的行走组件向外周外扩或向内侧收缩。伸缩机构的电机组件设置在固定轴套内，既不会与横向轴体以及其上的轴端挡板发生干涉，同时稳定的给伸缩机构提供驱动动力。固定轴套通过弯曲机构连接固定。
27.伸缩机构4中，固定轴套42的外侧设置为内圆齿圈422，内圆齿圈啮合一个第一齿轮，第一齿轮固定在第一电机的传动轴上，第一电机固定在弯曲机构上，第一电机驱动固定
轴套42转动。固定轴套42转动，带动整个伸缩机构4围绕横向轴体转动。伸缩机构4既能转动又可以伸缩，同时不影响疏通机构的转动。伸缩机构伸缩时调节行走组件与横向轴体的距离，即行走组件的外径范围，即行走组件与管道的接触范围；伸缩机构转动时，调节行走组件在伸缩机构上的位置，即行走组件随着伸缩机构的转动而旋转，行走组件整体的位置发生改变。伸缩机构既能调节行走组件适应不同管径的管道或管道内不同内径的区域，又能调解行走组件在管道内与管道内壁的接触位置，便于实现避障功能，提高整体移动机构的灵活性和稳定性。
28.如图1至图7所示，行走组件5包括三组均匀分布的行走轮体，每组行走轮体包括第一车轮51、轮体支架52、动力电机53、驱动舵机54和连接杆体55，轮体支架52连接在第一车轮51的轮轴上，并位于第一车轮51的顶端，动力电机53固定在轮体支架上并通过轮轴驱动第一车轮转动，连接杆体55与轮体支架52的顶端连接，并在连接处形成转动关节，以使轮体支架相对连接杆体转动，驱动舵机54位于转动关节处，调节第一车轮的角度；连接杆体55用于连接伸缩机构4的连杆机构的第一连杆和第二连杆的转动关节。
29.行走组件包括三组行走轮体，三组行走轮体分别连接在三组连杆组件上。三组行走轮体中，两组行走轮体用于在底部接触管道内壁，一组行走轮体用于在顶部接触管道内壁，既增加行走组件的稳定性，同时更方便行走组件避障。而且能够避免第一车轮出现打滑、悬空、与管道接触面积小等不利情形。伸缩机构伸缩或/和旋转时，三组行走轮体的接触范围和位置改变，调节行走轮体在管道内的接触范围和与管道的接触位置，更能灵活的调节行走组件。三组行走轮体单独驱动，每组行走轮体上单独设置动力电机和驱动舵机，进一步确保行走组件在管道内壁的顺利移动。而且每组行走轮体可单独驱动，更便于行走轮体避开行走路径上的障碍。驱动舵机用于调节每组行走轮体的第一车轮与管道的接触角度。
30.如图1所示，疏通机构1包括主体刀架11、端面车刀12、外圆车刀13和驱动部件，主体刀架11设置为具有两侧端面和外圆侧面的结构，主体刀架11的内侧端面连接驱动部件，驱动部件连接前端的移动机构的前侧的轴端挡板，驱动部件驱动主体刀架转动，并带动端面车刀和外圆车刀旋转；一把或一把以上的端面车刀位于主体刀架的外侧端面上，一把或一把以上的外圆车刀位于主体刀架的外圆侧面上。疏通机构整体独立于移动机构，既便于安装，也便于维修。
31.如图8所示，疏通机构包括主体刀架11、端面车刀12、外圆车刀13和传动装置14，传动装置14包括传动丝杠141、主锥形轮142、副锥形轮143和驱动电机，主体刀架11的外侧端面的中部设置有轴向深孔，且从轴向深孔向外圆侧面设置有连通外圆侧面的一个或一个以上的端面槽体15和一个或一个以上的端面通槽16，每个端面槽体15和端面通槽16内设置一个传动丝杠，每个传动丝杠141的内端固定一个副锥形轮，主锥形轮设置在轴向深孔内，驱动电机固定在主体刀架上并驱动主锥形轮转动，主锥形轮与每个副锥形轮啮合；每个端面槽体的传动丝杠上连接一把端面车刀12，端面车刀在主体刀架的外侧端面上随着其所在的传动丝杠转动而改变其径向距离；每个端面通槽的传动丝杠上连接一把外圆车刀13，外圆车刀在主体刀架的外圆侧面外并随着其所在的传动丝杠转动而改变其径向距离。
32.疏通机构1若不包含传动装置，疏通机构的端面车刀和外圆车刀是固定在主体刀架上的，即端面车刀的位置是固定的，驱动部件驱动主体刀架转动。疏通机构1包含传动装置，端面车刀和外圆车刀均可在传动装置的作用下改变其在主体刀架上的位置，端面车刀
可随着疏通进一步扩大或缩小疏通直径范围，外圆车刀可随着疏通进一步扩大或缩小疏通直径范围。端面车刀和外圆车刀分别在各自的范围内疏通。在疏通过程中，先由端面车刀进行打孔、扩孔，然后主体刀架进入端面车刀疏通的孔内，再由外圆车刀进一步扩孔至管道内壁。外圆车刀在扩孔的同时，端面车刀也可继续打孔或扩孔。
33.如图8所示，主体刀架11的外侧端面上设置有三个端面槽体和三个端面通槽，三个端面槽体和三个端面通槽交叉均匀分布，相邻的任一个端面槽体和端面通槽间隔60度；三个端面槽体处的三把端面车刀间隔120度，三个端面通槽处的三把外圆车刀间隔120度。每把端面车刀的刀刃与刀架主体的外侧端面成45度；每把外圆车刀的刀刃与刀架主体的外圆侧面成90度。
34.本发明的管道疏通机器人的机械结构，利用伸缩机构使其向外扩张或向内收缩，改变行走组件至横向轴体的距离，改变行走组件的接触范围，使得行走组件适应不同管径的管道。可进一步减少不同管径的管道配置不同型号的管道疏通机器人，节约设备。移动机构的结构特性、伸缩机构的旋转功能以及行走组件的自身调节功能，能够使管道机器人在管道内有限的空间内很好的实现避障，尤其是在管道内弯曲部分，使用更加灵活，提高疏通效率，加强疏通效果的稳定性。
35.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。