一种优化的支撑轮式管道内检测机器人的制作方法

本发明涉及一种优化的支撑轮式管道内检测机器人，是能够实现管道内运行的管道机器行走装置。

背景技术：

管道在日常生活中随处可见，特别是在工业中发挥着不可替代的作用，例如在石油、天然气、化工原料及市政给排水工程等各个方面发挥着重要的作用。管道在长期的使用时，难免会出现各种问题如腐蚀、裂缝、淤积等各种缺陷，对管道的正常使用会产生严重的影响。管道机器人作为一种高效准确故障诊断、缺陷检测、管道维修载体正被广泛应用于管道运行前期的管道清理、检测维修等作业中。

管道机器人可以携带检测装置进入到管道内部，运用各种无损检测方法对管道进行检测。近年来，随着研究的不断深入，管道机器人领域进入崭新的阶段。管道机械人主要应用在石油、化工、天然气及核工业等领域中，以完成检测探伤、清理和维护管道的工作。现有的管道机器人有轮式、履带式、蠕动式、螺旋式等等。支撑轮式管道机器人因驱动能力强、运动平稳、管径适应能力强等特点正成为国、内外相关领域的研究重点。

在进行作业过程中，机器人运行会遇到很多障碍。一般轮式管道机器人中间控制部分采用丝杠螺纹副结构，不仅摩擦磨损大，行程慢，而且运动过程中振动大，对管道的检测精度有很大的限制，如专利号cn205534830u所述的“一种管道机器人”，需要设置行走轮与扶正轮共同工作，行程较慢。为保证机器人管内的正常运行，需要提供一种易于驱动、柔性化、移动平稳、运行速度快、行程较远的管道内行走装置。管道内部运行装置的研究在实际应用中具有重要的价值和意义。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种优化的支撑轮式管道内检测机器人，具有管道内径适应性强、牵引力大、运行平稳可靠、行程远、使用范围广等的特点。

本发明的目的是这样实现的：包括前机体、后机体、用于连接前机体和后机体的中间连接杆，所述前机体包括截面是方形的前机体框架、设置在前机体框架端面上的电机、安装在电机输出轴上的大锥齿轮、设置在前机体框架四个侧面上的四个传动轴、安装在每个传动轴一端上的小锥齿轮，所述大锥齿轮与小锥齿轮啮合且大锥齿轮与小锥齿轮均位于前机体框架内，所述前机体框架的四个侧面上均设置有前支撑轮机构，每个前支撑轮机构包括设置在前机体框架上的前支座，前支座的两端对称设置有两个前限位块，两个前限位块之间设置有前滑槽支座，且前滑槽支座的两个相对的侧面设置滑槽，限位块通过其上端的凸起设置在滑槽中，前滑槽支座的端面设置有带孔凸台，所述传动轴的另一端通过与蜗杆轴连接，且蜗杆轴穿过所述带孔凸台，滑前槽支座上端设置有前滚轮轴，前滚轮轴的中间位置安装有涡轮、两端安装有前滚轮，蜗杆轴与蜗轮啮合，所述前滑槽支座下端与前支座之间设置有前弹簧；

所述后机体包括截面形状后机体框架、设置在后机体框架四个侧面上的后支撑轮机构，每个后支撑轮机构包括设置在后机体框架上的后支座、对称设置在后支座两端的两个后限位滑块、设置在两个后限位块之间的后滑槽支座、设置在后滑槽支座下端与后支座之间的后弹簧、设置在后滑槽支座上端的后滚轮轴、设置在后滚轮轴两端的两个后滚轮。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述连接杆有四个，且均匀设置在前机体和后机体之间。

2.所述前滑槽支座下端与前支座之间设置有前弹簧是指：所述前滑槽支座下端设置有孔一，前支座上设置有前立柱，前立柱与孔一之间设置有前弹簧。

3.设置在后滑槽支座下端与后支座之间的后弹簧是指：所述后滑槽支座下端设置有孔二，后支座上设置有后立柱，后立柱与孔二之间设置有前弹簧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的技术方案提出了一种新的支撑轮式行走机构，本设计采用电机带动锥齿轮旋转，通过锥齿轮机构与蜗轮蜗杆机构控制支撑轮的运转，支撑轮机构与机体框架之间垂直安装，并作用于管道内壁，大大提高了可靠性；支撑轮安装座与机体框架之间通过弹簧组件调节支撑部分相对于机体框架伸出的长度，可以适应不同管径的环境，扩大了机器人的使用范围，使得机构更加柔性化；前后机体通过连接杆对称安装，运行过程中振动较小，有利于延长机体寿命。本发明装置机械结构简单紧凑、行程较大、管道内径适应性强、速度可调、运行稳定、工作效率高、安全可靠，为管道机器人的发展提供了一种新的设计思维，拥有广阔的应用前景。本发明具有对管道内径变化适应能力强、运行平稳可靠等特点，特别适用于管内检测作业。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的前机体结构示意图；

图3a、图3b分别为本发明的支撑轮结构示意图一和结构示意图二；

图4为本发明的弹簧调节结构示意图；

图5为本发明的小锥齿轮轴与蜗杆对接示意图；

图6为本发明的后机体结构示意图；

图7为本发明的后机体支撑轮结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图7，本发明包括前机体、后机体、中间连接杆、电机等组成部分。本发明所述前机体，电机安装于电机座内，固定安装于前机体框架上，通过轴承、大锥齿轮轴，将动力传输到大锥齿轮上，大锥齿轮与小锥齿轮啮合，小锥齿轮轴通过轴承与蜗杆叉分对接，带动蜗杆同步旋转，推动与两个滚轮同轴安装的涡轮旋转，实现前机体的整个动力传输，支撑轮安装座与机体框架之间通过弹簧调节，以适应不同管道内径；后机体主要起到支撑的作用，以及稳定整个装置的运行，后机体框架支撑轮安装座之间同样采用弹簧调节；前后机体之间通过连接杆连接，连接杆的长度可以调整，以满足机器人的长度方向尺寸。中间连接杆有4根，4根连接杆互成90°安装。前后机体的支撑轮机构、锥齿轮机构均有4组，互成90°分布于主对应机体框架的四周。小锥齿轮轴通过轴承与前机体框架的相对位置固定；蜗轮蜗杆与支撑轮、支撑轮安装座相对位置固定。

本发明的工作原理是：电机安装于电机座内，固定安装于前机体框架上，通过轴承、大锥齿轮轴，将动力传输到大锥齿轮上，大锥齿轮与小锥齿轮啮合，小锥齿轮轴通过轴承与蜗杆叉分对接，带动蜗杆同步旋转，推动与两个滚轮同轴安装的涡轮旋转，实现前机体的整个动力传输，支撑轮安装座与机体框架之间通过弹簧调节，以适应不同管道内径；后机体主要起到支撑的作用，以及稳定整个装置的运行，前机体支撑轮安装座之间同样采用弹簧调节；前后机体之间通过连接杆连接，连接杆的长度可以调整，以满足机器人的长度方向尺寸。

结合图1，本发明是一种优化的支撑轮式管道内检测机器人，能够实现管道内行走的管道机械装置。具体包括：前机体1、后机体2、中间连接杆3、电机4，所述电机安装于前机体，电机轴与大锥齿轮同轴相连，将动力输入到大锥齿轮，通过齿轮啮合带动蜗轮蜗杆工作，从而带动滚轮旋转。通过弹簧与限位块的调节作用控制支撑轮机构伸出的长度，以适应不同的管道内径。且所述电机转速可调，可以通过调节电机的转速控制整个装置的运行速度。

所述前机体1，如图2所示，大锥齿轮1-2与小锥齿轮1-3啮合，安装于前机体框架1-1内，小锥齿轮1-3带动轴1-4旋转，将动力输入到支撑轮机构。

所述支撑轮机构，如图3a和图3b所示，主要由前滑槽支座1-5、支座1-6、前支座1-12、轴承1-7、蜗轮1-9、蜗杆轴1-8、限位块1-14、滚轮1-10、弹簧1-11、传动轴1-13组成。支座1-6与支座1-12固定安装于前机体框架1-1上，蜗杆轴1-8通过轴承1-7安装于前滑槽支座1-5上，并且可以与前滚轮1-10同轴的涡轮啮合，前弹簧1-11与前限位块1-14共同控制前滑槽支座1-5的伸出尺寸，涡轮蜗杆旋转带动滚轮转动。前滑槽支座1-5、轴承1-7、蜗轮1-9、蜗杆轴1-8、前滚轮1-10、前滚轮轴1-13的伸出距离是相同的。

所述弹簧调节机构，如图4所示，弹簧1-11安装于支座1-12的短柱上，与前滑槽支座1-5的孔配合，并确保支座1-5可以有足够的安装空间；前限位块1-14固定于机体上，一端设置凸台与前滑槽支座1-5上的凹槽配合，限制前滑槽支座1-5的位置与伸出的极限位置，前限位块1-14有两个，分布于前滑槽支座1-5的两侧。在机器人工作的时候，前弹簧1-11始终处于压缩的状态，只是根据管道的内径不同，前弹簧1-11所受到的压缩力不同。

所述的小锥齿轮轴与蜗杆对接机构，如图5所示，蜗杆1-8设置滑槽，轴1-4设置与滑槽配合的结构，因为传动轴1-4与前机体框架1-1的相对位置固定，可以保证蜗杆轴1-8与支座1-5同步运动，可以沿着径向滑动。

所述后机体2，如图6所示，后机体框架2-1通过端盖2-2密封，中间为空，可以安装检测器件。后支座2-3与后滑槽支座2-5通过后弹簧2-4与后限位块2-6连接，并且限制后滑槽支座2-5只可以沿着径向移动。后滚轮2-7通过后滚轮轴2-8安装于后滑槽支座2-5上。

后机体的柔性伸出原理与前机体相同，如图7所示，支座2-5的径向移动距离受到后限位块2-6与弹簧2-4以及后支座2-3的共同作用。

综上所述，本发明可以实现机器人的管内运动，并且对变径管道的适应性强。本设计采用锥齿轮机构、蜗轮蜗杆机构的配合作为动力传动，弹簧机构与限位块的配合使用控制支撑部分的伸出距离，扩大了装置的适用范围；本发明装置机械结构简单紧凑、行程较大、管道内径适应性强、速度可调、运行稳定、工作效率高、安全可靠，为管道机器人的发展提供了一种新的设计思维，可以为管道内检测机器人的发展做出贡献。