一种速度自调节的螺旋式管道机器人的制作方法

本发明涉及一种速度自调节的螺旋式管道机器人，属于管道机器人领域。

背景技术：

管道作为主要的流体输送工具,在人类生产、生活中发挥着巨大作用。管道在长期的使用过程中难免会出现破裂、堵塞等，这就要求我们必须定期的对管道进行勘察和维护。传统的管道机器人采用四轮式,其行走不稳定,容易倾覆,且驱动力不足。螺旋式推进机构具有诸多优点：1.前进速度快，驱动力大；2.对管径大小和管道形状变化的适应性较强；3.控制方便；4.机构的管内稳定性好。由于携带的传感器重量不同并且管道坡度不同,导致机器人工作过程中的负载变化很大,电机的输出功率不易满足要求。目前在用的螺旋式管道机器人，其运行速度相对单一，而不同的工作条件往往对运行速度的要求也不同。在用的螺旋驱动式管道机器人，其驱动轮偏转角都是固定的，若想调节机器人的速度，只能人工调节驱动电机的功率来改变转速。如何将电机的输出功率充分利用，使机器人根据不同的工作环境自动调节行进速度，目前仍未得到有效地解决。

技术实现要素：

本发明针对现有的螺旋式管道机器人运行速度相对单一的问题，提出了一种新型的速度自调节螺旋式管道机器人。该机器人可根据负载的变化，自动调节行进速度，不仅充分利用了输出功率，而且提高了机器人对复杂工作环境的适应性。

本发明的技术方案如下：

一种根据负载自动调节前进速度的螺旋驱动式管道机器人，由固定导向部分、旋转驱动部分以及连接这两部分的万向节(6)组成。其中，固定导向部分由减速电机(7)和安装在其外壳上的三组对称分布的导向轮架(10)构成，每组导向轮架上安装两个轮子，其转动轴线与电机输出轴的轴线相互垂直；旋转驱动部分由一个近似三角形的转子(1)和安装在其上部的三组呈对称分布的轮架组成，每组轮架上再安装两个轮子(5)，其转动轴线与电机输出轴的轴线存在一定夹角，该夹角的大小由机器人负载和轮架上的扭簧(2) 共同决定。旋转驱动部分的转子上的中心轴(3)和固定导向部分的轮架(10) 均为浮动体，利用安装在底部的弹簧(11)和(9)来产生预紧力使所有轮架上的轮子贴紧于管道内壁。

所述旋转驱动部分的轮架为旋转轮架，且旋转结构(4)与中心轴(3) 之间的相对位置受扭簧(2)约束，扭簧(2)一端与中心轴(3)固定，另一端与旋转结构(4)固定。扭簧(2)的初始位置及压缩量决定了该机器人驱动轮(5)旋转轴线与转子(1)中心轴线之间的偏转角度。

本发明与现有管道机器人相比，具有如下特点和优势：1)结构简单，加工制造成本低；2)驱动轮偏转角并非固定值，偏转角的大小由扭簧的参数和机器人负载共同决定。负载越小，驱动轮偏转角越小，机器人运动速度越快。反之运动越慢。3)由于驱动轮偏转角可以变为很大，所以同样输出功率的情况下，该机器人的最大驱动力远大于驱动轮偏转角固定的管道机器人。4)充分利用电机的输出功率，运行同样的距离，该速度自调节管道机器人更节能。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是旋转驱动装置结构示意图。

图3是驱动轮偏转角控制原理图。

图中：1.转子，2.扭簧，3.中心轴，4.旋转结构，5.驱动轮，6.万向节，7. 减速电机，8.导向轮，9.弹簧，10.轮架，11.弹簧。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述：

如图1所示，一种速度自调节的螺旋驱动式管道机器人，包括固定导向部分、旋转驱动部分以及连接这两部分的万向节(6)。所述的固定导向部分由减速电机(7)和安装在其外壳上的三组对称分布的导向轮架(10)构成，每组导向轮架上安装两个轮子(8)，轮子(8)的转动轴线与减速电机(7) 输出轴的轴线相互垂直；旋转驱动部分由一个近似三角形的转子(1)和安装在其上部的三组呈对称分布的旋转轮架组成，旋转轮架由中心轴(3)、旋转结构(4)和限制二者相对位置的扭簧(2)构成，每个旋转结构(4)上再安装两个驱动轮(5)，驱动轮(5)的旋转轴线与转子(1)的中心轴线存在一定夹角，该夹角的大小由机器人负载和轮架上的扭簧(2)参数共同决定。螺旋驱动部分与固定导向部分之间采用万向节(6)连接，方便该机器人通过曲率半径更小的弯管。旋转驱动部分的中心轴(3)和固定导向部分的轮架(10) 均为浮动体，可沿各自轴线移动，其底部都装有压缩弹簧(11)和(9)，利用弹簧的预紧力保证旋转驱动部分的驱动轮(5)和导向轮架(10)上的轮子 (8)紧贴管道内壁，机器人产生驱动力的同时还能适应一定的管径变化。

该速度自调节机器人的工作原理是：减速电机(7)通过万向节(6)驱动转子(1)旋转，转子(1)上的三组驱动轮(5)因弹簧(11)的预紧作用而紧贴管壁，因此在转子(1)旋转时三组轮子会因管壁提供的摩擦力旋转，因驱动轮(5)的旋转轴线与转子(1)的旋转轴线存在一定夹角，因此驱动轮(5)的运动轨迹为沿着管道轴线的空间螺旋线，从而带动整个机器人沿着管道轴线行走；而固定导向装置外壁轮架(10)上的导向轮(8)，由于其旋转轴线与减速电机的轴线垂直，故其只能带动整个固定导向装置沿着轴线前进或后退，起到导向作用，防止减速电机(7)因反作用力导致外壳空转，保证机器人的平稳运行。

由于管径、坡度等变化，机器人的负载也会随之改变，传统的螺旋式机器人只能通过控制系统手动改变电机功率与转速来适应相应的工作环境变化。速度自调节管道机器人的驱动轮倾斜角并非固定值，负载通过旋转结构 (4)作用于中心轴(3)的扭矩与扭簧(2)提供的扭矩相平衡，当坡度较大或者其他原因引起负载变大时，作用于中心轴(3)的扭矩也会增加，此时扭簧的压缩量增加，驱动轮(5)的偏转角增大，前进速度减慢，但能提供较大的牵引力；当机器人进入水平管或者其他原因负载减小时，扭簧的压缩量也随之减小，此时驱动轮(5)的偏转角度减小，机器人可快速前进，提高工作效率。因此，速度自调节机器人可根据工作负载自动调节前进速度，工作效率更高，适应性更强。