本发明涉及一种管道机器人驱动装置。
背景技术：
市政管道环境非常恶劣，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，特别是水类管道，还容易堵塞等事故。因此管道的管内探测、清淤是一项十分重要的实用工程，目前管内探测、清污大多还采用人工进行操作，受管道尺寸、环境恶劣等因素限制，导致工作强度大、工作效率低，基于该问题，目前出现了管道机器人。
现有的专利公开了一种驱动滚筒，申请号201710896483.1，采用永磁电机和永磁联轴器进行动力传递，永磁联轴器通过永磁体的磁力将电机与第一转动件联接起来的一种新型联轴器，它无需直接的机械联接，密封效果良好，但是动力传递效率太低；另外，现有技术中驱动滚筒外壳全部为设置有螺旋叶片的外壳，在管道机器人工作时螺旋叶片与管道接触面大，摩擦力太大，导致管道机器人运动速度慢，效率低。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种管道机器人驱动装置，解决现有技术中驱动滚筒采用永磁电机和永磁联轴器进行动力传递，动力传递效率太低，且滚筒外壳上的螺旋叶片与管道接触面大，摩擦力太大，导致管道机器人运动速度慢，效率低的技术问题。
本发明为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种管道机器人驱动装置，沿其长度方向分为三段：包括驱动滚筒和设置在驱动滚筒两端的驱动滚轮，所述设置在驱动滚筒一端的驱动滚轮为麦克纳姆轮，另一端为麦克纳姆轮或者车轮；
所述驱动滚筒包括内筒、转动套设置在内筒外部的外筒，以及固定设置在外筒外部的壳体，壳体的外周面沿其长度方向固定设置有螺旋叶片；内筒中固定设置有电机；所述驱动装置的下端处，螺旋叶片的下缘高于麦克纳姆轮和车轮的下缘。螺旋叶片的下缘和麦克纳姆轮、车轮的下缘的高度差为2-10mm。螺旋叶片的高度为1-5cm。
当管道机器人在硬质介质上运动时，两端的车轮和麦克纳姆轮与地面接触，中间的螺旋叶片悬空，电机驱动滚筒和麦克纳姆轮同步转动，由于中间段的滚筒悬空，驱动装置与地面的接触面积较小，管道机器人运动速度快、效率高；又因为悬空麦克纳姆轮可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式，则可实现管道机器人的多方向运动，易控制。当管道机器人在软质介质上运动时，管道机器人因为重力作用会下陷，则车轮、麦克纳姆轮和中间的螺旋叶片均与地面接触，电机驱动滚筒和麦克纳姆轮同步转动，螺旋叶片转动，将淤泥等向后排出，使管道机器人向前移动，虽然此时管道机器人运动速度慢，但因为接触面积大，不会打滑；当管道机器人悬浮在水中时，螺旋叶片相当于螺旋桨，螺旋叶片转动向后排水驱动管道机器人前进。
上述车轮—螺旋叶片滚筒—麦克纳姆轮，或者麦克纳姆轮—螺旋叶片滚筒—麦克纳姆轮组合作为驱动轮，能够应对管道中不同状况，适应性强，效率高。
进一步改进，所述电机的输出轴伸出内筒，且位于外筒中，沿电机输出轴方向延伸依次同轴设置有第一法兰、电机盖、第一连接件和第二连接件，第一法兰、电机盖、第一连接件和第二连接件均为旋转体，第一法兰通过螺钉与内筒的第一端面连接，第一法兰的内壁与电机输出轴之间存在间隙，第一法兰的外周面与外筒内壁之间存在间隙；所述电机盖包括圆盘体和设置在圆盘体中央，且与圆盘体一体成型的第一柱状体，第一柱状体朝向远离电机的方向，第一柱状体的中心沿轴向开设有第一通孔，圆盘体与第一法兰通过螺钉固连，圆盘体的外周面与外筒的内壁之间存在间隙；
所述第一连接件通过第一推力轴承安装在电机盖上，第一连接件的外周面与外筒的内壁固连，且第一连接件的外周面与外筒的内壁之间设置有密封圈；第一连接件靠近电机一侧的端面中央沿轴线向外凸起延伸形成第二柱状体，第二柱状体旋转自如地插入第一通孔中，且第二柱状体与第一通孔之间设置有第一密封环；第一连接件沿轴向开设有第二通孔和第三通孔，第二通孔开设在第二柱状体中，第二通孔和第三通孔连通，电机输出轴插入第二通孔中，电机输出轴通过键与第一连接件固连；第二连接件位于第三通孔中，且与第一连接件转动连接；第三通孔中设置有密封垫将第二连接件与电机输出轴密封间隔开；
所述内筒远离电机输出轴的一端连接有第一端盖，第一端盖与内筒的端面密封固连，第一端盖的外端面中心部向外凸起并延伸形成空心轴，电机的电线从空心轴中穿出，电线与空心轴通过密封胶密封连接，空心轴上转动套设有第三连接件，第三连接件为旋转体，第三连接件的外周面与外筒的内壁密封固连。
基于申请号：201710896483.1，名称：一种驱动滚筒的专利申请，申请人继续研究、反复试验，进行了改进，通过将电机输出轴通过键与第一连接件直接连接，第一连接件的外周面与外筒固连，电机与内筒固连，则电机驱动第一连接件转动，带动外筒转动，动力传递效率高，能量损耗小，保证外筒能够正常转动。
同时，通过设置第一密封环、密封垫，以及在第一连接件的外周面设置密封件，设置多道防水组件，提高了良好的防水密封性能，保证电机能正常工作。
通过设置第一推力轴承，提高轴向载荷承载能力，增加整体结构稳定性，提高使用寿命。
进一步改进，所述第二连接件的外壁沿周向设置有第一间隔部，第一连接件通过第一球轴承和第二推力轴承与第二连接件转动连接，第一球轴承、第二推力轴承被第一间隔部隔开，其中第二推力轴承靠近密封垫；所述第二连接件的外端面密封固连设置有第二端盖，限位第一球轴承，第二端盖中央开设有通孔，第二连接件伸出通孔，第二连接件的端部可拆卸式连接有车轮，车轮的轮轴与内筒的轴线垂直。
通过设置第一球轴承和第二推力轴承，既提高了轴向载荷承载能力，又保证第二连接件与第一连接件能够稳定的发生相对转动。通过设置第一间隔部为第一球轴承和第二推力轴承提供安装面，保证其安装结构稳定，运行平稳。通过设置第二端盖，对第一球轴承起到定位作用，防止在工作中脱落。车轮为从动轮，其辅助作用。
进一步改进，所述空心轴上沿空心轴轴向向外依次套设有第三推力轴承、第二密封环、第二球轴承和第三端盖；所述第三连接件为筒状，其腔体包括大径部和小径部，小径部的内壁沿径向凸起，形成第二间隔部，第三推力轴承和第二密封环内嵌于第三连接件小径部，且位于第二间隔部的两侧，其中第三推力轴承的一端与第二端盖相抵靠，另一端与第二间隔部的一端面抵靠；所述第二球轴承内嵌于第三连接件大径部；所述第三端盖包括第二法兰盘和沿空心轴轴向方向向外延伸的第三柱状体，第三柱状体位于第二法兰盘中央，且与第二法兰盘一体成型；第三端盖通过第二法兰盘与第三连接件的端面密封固连，第三端盖中央沿轴线设置有通孔，空心轴伸出第三端盖，第三端盖的腔体中沿周向设置有第三间隔部，空心轴上套设有第三密封环和铜套，第三密封环和铜套位于第三端盖的腔体中，且被第三间隔部分开，其中第三密封环位于第三间隔部和第二球轴承之间；所述空心轴伸出第三端盖的一端设置有外螺纹，用于连接其他组件。
所述第三柱状体的外周面上均匀设置有多个麦克纳姆轮单体组成麦克纳姆轮，每个麦克纳姆轮单体的轴线与空心轴轴线的夹角为45度。
管道机器人在工作时，内筒与外筒发生相对转动，所以电机的电源线、控制信号线只能从与内筒保持相对静止的部件中穿出，同时考虑到密封防水，因此选择将电机的电线从空心轴中穿出，而对该结构进行密封，优选采用向空心轴的腔体中填充密封胶，为了保证密封效果，则空心轴的长度较长。设置第三推力轴承、第二球轴承，且通过第二间隔部隔开，有效的防止第三连接件沿轴向窜动，第三端盖通过螺钉与第三连接件的端面密封连接，球轴承载径向和轴向的压力，保证第三连接件与空心轴能发生相对转动，且不易沿轴向窜动；同时，通过设置第二密封环和第三密封环，密封好、具有良好的防水性能。通过设置耐磨铜套，硬度高，耐磨性极好，不易产生咬死现象，保证空心轴与第三端盖实现转动连接，稳定性好。
进一步改进，所述第二连接件伸出通孔一端的中央开设有螺纹盲孔，车轮支架的一端设置有外螺纹，并插入螺纹盲孔中，与第二连接件螺纹连接，车轮支架的底部转动设置有车轮。螺纹连接，方便拆装。
进一步改进，所述第三柱状体的外周面均匀开设有八个凹槽，凹面的底面为平面，每个凹槽中嵌设一个定位架，定位架为u形，定位架与第三柱状体通过螺钉连接，每个麦克纳姆轮单体通过转轴两端与定位架对应转动连接。每个麦克纳姆轮单体与对应的一个定位架连接，定位架与第三柱状体可拆卸式连接，拆装方便，定位架批量生产，成本低。
进一步改进，所述第一连接件、第三连接件的外周面上均开设有至少一个环形槽，环形槽中嵌有密封圈，防止漏水，提高密封性能。
进一步改进，所述第一间隔部、第二间隔部和第三间隔部均为环状，便于加工，且与推力轴承的接触面大、隔离效果好。
进一步改进，所述密封垫为2mm厚的铝片，铝片通过胶粘与第一连接件连接，方便安装，且不会松动脱落，密封效果好。
进一步改进，所述第一端盖与内筒的端面通过螺钉连接，第一连接件的外端面与第二端盖通过螺钉连接，第三端盖与第三连接件的端面通过螺钉连接，方便拆卸更换，且紧固效果好。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)、通过采用车轮—螺旋叶片滚筒—麦克纳姆轮，或者麦克纳姆轮—螺旋叶片滚筒—麦克纳姆轮组合作为驱动轮，能够应对管道中不同状况，适应性强，效率高；通过设置麦克纳姆轮可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式，则可实现管道机器人的多方向运动，易控制
2)、过将电机输出轴通过键与第一连接件直接连接，第一连接件的外周面与外筒固连，电机与内筒固连，则电机驱动第一连接件转动，带动外筒转动，动力传递效率高，能量损耗小，保证外筒能够正常转动。
附图说明
图1为本发明所述管道机器人驱动装置的结构图。
图2为图1的a-a剖视图。
图3为电机盖的结构图。
图4为图3的剖视图。
图5为第一连接件的结构图。
图6为图5的b-b剖视图。
图7为第二连接件的结构图。
图8为第一端盖、空心轴第的结构图。
图9为第三连接件的结构图。
图10为第三端盖的结构图。
图11为图10的剖视图。
图12为麦克纳姆轮单体的安装结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一：
如图1-12所示，一种管道机器人驱动装置，沿其长度方向分为三段：包括驱动滚筒和设置在驱动滚筒两端的驱动滚轮，所述设置在驱动滚筒一端的驱动滚轮为麦克纳姆轮22，另一端为者车轮23；
所述驱动滚筒包括内筒2、转动套设置在内筒外部的外筒1，以及固定设置在外筒外部的壳体100，壳体100的外周面沿其长度方向固定设置有螺旋叶片101；内筒2中固定设置有电机3；所述驱动装置的下端处，螺旋叶片101的下缘高于麦克纳姆轮22和车轮23的下缘。
在本实施例中，螺旋叶片的下缘和麦克纳姆轮、车轮的下缘的高度差5mm。螺旋叶片的高度为4cm。
当管道机器人在硬质介质上运动时，两端的车轮和麦克纳姆轮与地面接触，中间的螺旋叶片悬空，电机驱动滚筒和麦克纳姆轮同步转动，由于中间段的滚筒悬空，驱动装置与地面的接触面积较小，管道机器人运动速度快、效率高；又因为悬空麦克纳姆轮可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式，则可实现管道机器人的多方向运动，易控制。当管道机器人在软质介质上运动时，管道机器人因为重力作用会下陷，则车轮、麦克纳姆轮和中间的螺旋叶片均与地面接触，电机驱动滚筒和麦克纳姆轮同步转动，螺旋叶片转动，将淤泥等向后排出，使管道机器人向前移动，虽然此时管道机器人运动速度慢，但因为接触面积大，不会打滑；当管道机器人悬浮在水中时，螺旋叶片相当于螺旋桨，螺旋叶片转动向后排水驱动管道机器人前进。
上述车轮—螺旋叶片滚筒—麦克纳姆轮作为驱动轮，能够应对管道中不同状况，适应性强，效率高。
在本实施例中，所述电机3的输出轴伸出内筒2，且位于外筒1中，沿电机输出轴方向延伸依次同轴设置有第一法兰4、电机盖5、第一连接件8和第二连接件12，第一法兰4、电机盖5、第一连接件8和第二连接件12均为旋转体，第一法兰4通过螺钉与内筒2的第一端面连接，第一法兰4中央通孔的内壁与电机输出轴之间存在间隙，第一法兰4的外周面与外筒内壁2之间存在间隙；所述电机盖5包括圆盘体51和设置在圆盘体中央，且与圆盘51体一体成型的第一柱状体52，第一柱状体52朝向远离电机的方向，第一柱状体52的中心沿轴向开设有第一通孔53，圆盘体51与第一法兰4通过螺钉固连，圆盘体51的外周面与外筒1的内壁之间存在间隙；
所述第一连接件8通过第一推力轴承6安装在电机盖5上，第一连接件8的外周面与外筒1的内壁固连，且第一连接件8的外周面与外筒的内壁之间设置有密封圈；第一连接件8靠近电机一侧的端面中央沿轴线向外凸起延伸形成第二柱状体81，第二柱状体81旋转自如地插入第一通孔53中，且第二柱状体81与第一通孔53之间设置有第一密封环7；第一连接件8沿轴向开设有第二通孔82和第三通孔83，第二通孔82开设在第二柱状体81中，第二通孔82和第三通孔83连通，电机输出轴插入第二通孔中，电机输出轴通过键与第二柱状体81固连；第二连接件12位于第三通孔83中，且与第一连接件8转动连接；第三通孔83中设置有密封垫9将第二连接件12与电机输出轴密封间隔开。在本实施例中，密封垫9为2mm厚的铝片，铝片通过胶粘与第一连接件8连接。
所述内筒2远离电机输出轴的一端连接有第一端盖14，第一端盖14与内筒2的另一端面密封固连，第一端盖14的外端面中心部向外凸起并延伸形成空心轴15，电机1的电线从空心轴中穿出，电线与空心轴通过密封胶密封连接，空心轴15上转动套设有第三连接件16，第三连接件16为旋转体，第三连接件16的外周面与外筒1的内壁密封固连。
基于申请号：201710896483.1，名称：一种驱动滚筒的专利申请，申请人继续研究、反复试验，进行了改进，通过将电机输出轴通过键与第一连接件直接连接，第一连接件的外周面与外筒固连，电机与内筒固连，则电机驱动第一连接件转动，带动外筒转动，动力传递效率高，能量损耗小，保证外筒能够正常转动。
同时，通过设置第一密封环、密封垫，以及在第一连接件的外周面设置密封件，设置多道防水组件，提高了良好的防水密封性能，保证电机能正常工作。
通过设置第一推力轴承，提高轴向载荷承载能力，增加整体结构稳定性，提高使用寿命。
在本实施例中，所述第二连接件12的外壁沿周向设置有第一间隔部121，第一连接件8通过第一球轴承11和第二推力轴承10与第二连接件12转动连接，第一球轴承11、第二推力轴承10被第一间隔部121隔开，其中第二推力轴10承靠近密封垫9；所述第二连接件12的外端面密封固连设置有第二端盖13，限位第一球轴承11，第二端盖113中央开设有通孔，第二连接件12的一端伸出通孔，第二连接件12的伸出端部可拆卸式连接有车轮23，车轮23的轮轴与内筒2的轴线垂直。
通过设置第一球轴承和第二推力轴承，既提高了轴向载荷承载能力，又保证第二连接件与第一连接件能够稳定的发生相对转动。通过设置第一间隔部为第一球轴承和第二推力轴承提供安装面，保证其安装结构稳定，运行平稳。通过设置第二端盖，对第一球轴承起到定位作用，防止在工作中脱落。车轮为从动轮，其辅助作用。
在本实施例中，所述空心轴15上沿空心轴轴向向外依次套设有第三推力轴承17、第二密封环18、第二球轴承19和第三端盖20；所述第三连接件16为筒状，其腔体包括大径部和小径部，第三连接件16腔体小径部的内壁沿径向凸起，形成第二间隔部161，第三推力轴承17和第二密封环18内嵌于第三连接件16腔体小径部，且位于第二间隔部161的两侧，其中第三推力轴承17的一端与第二端盖14相抵靠，另一端与第二间隔部161的一端面抵靠；所述第二球轴承19内嵌于第三连接件16的腔体大径部；所述第三端盖20包括第二法兰盘201和沿空心轴轴向方向向外延伸的第三柱状体202，第三柱状体202位于第二法兰盘201中央，且与第二法兰盘一体成型；第三端盖通过第二法兰盘与第三连接件16的端面密封固连，第三端盖20中央沿轴线设置有通孔，空心轴15伸出第三端盖20，第三端盖的腔体中沿周向设置有第三间隔部203，空心轴上套设有第三密封环21和铜套24，第三密封环21和铜套24位于第三端盖20的腔体中，且被第三间隔部203分开，其中第三密封环21位于第三间隔部203和第二球轴承19之间；所述空心轴15伸出第三端盖20的一端设置有外螺纹，用于连接其他组件。
所述第三柱状体202的外周面上均匀设置有多个麦克纳姆轮单体组成麦克纳姆轮，每个麦克纳姆轮单体的轴线与空心轴15轴线的夹角为45度。
管道机器人在工作时，内筒与外筒发生相对转动，所以电机的电源线、控制信号线只能从与内筒保持相对静止的部件中穿出，同时考虑到密封防水，因此选择将电机的电线从空心轴中穿出，而对该结构进行密封，优选采用向空心轴的腔体中填充密封胶，为了保证密封效果，则空心轴的长度较长。设置第三推力轴承、第二球轴承，且通过第二间隔部隔开，有效的防止第三连接件沿轴向窜动，第三端盖通过螺钉与第三连接件的端面密封连接，球轴承载径向和轴向的压力，保证第三连接件与空心轴能发生相对转动，且不易沿轴向窜动；同时，通过设置第二密封环和第三密封环，密封好、具有良好的防水性能。通过设置耐磨铜套，硬度高，耐磨性极好，不易产生咬死现象，保证空心轴与第三端盖实现转动连接，稳定性好。
在本实施例中，所述第二连接件12伸出通孔一端的中央开设有螺纹盲孔，车轮支架25的一端设置有外螺纹，并插入螺纹盲孔中，与第二连接件12螺纹连接，车轮支架25的底部转动设置有车轮23。螺纹连接，方便拆装。
在本实施例中，所述第三柱状体202的外周面均匀开设有八个凹槽，凹面的底面为平面，每个凹槽中嵌设一个定位架204，定位架为u形，定位架与第三柱状体202通过螺钉连接，每个麦克纳姆轮单体205通过转轴两端与定位架204对应转动连接。每个麦克纳姆轮单体与对应的一个定位架连接，定位架与第三柱状体可拆卸式连接，拆装方便，定位架批量生产，成本低。
在本实施例中，所述第一连接件8、第三连接件16的外周面上均开设有两个环形槽，环形槽中嵌有密封圈，防止漏水，提高密封性能。在其他实施例中，环形槽的数量可以为一、三、四或五个。
在本实施例中，所述第一间隔部121、第二间隔部161和第三间隔部103均为环状，便于加工，且与推力轴承的接触面大、隔离效果好。在其他实施例中，间隔部可以为多个不连续的块状凸起。
在本实施例中，所述第一端盖14与内筒2的另一端面通过螺钉连接，第一连接件8的外端面与第二端盖13通过螺钉连接，第三端盖20与第三连接件16的端面通过螺钉连接，方便拆卸更换，且紧固效果好。
实施例二：
在本实施例中，驱动装置沿其长度方向分为三段：包括驱动滚筒和设置在驱动滚筒两端的麦克纳姆轮；采用麦克纳姆轮—螺旋叶片滚筒—麦克纳姆轮组合。
所述第二连接件伸出第二端盖部分的外周面上均匀开设有八个凹槽，凹面的底面为平面，每个凹槽中嵌设一个定位架，定位架为u形，定位架与第二连接件通过螺钉连接，每个麦克纳姆轮通过转轴两端与定位架对应转动连接。
其他部分与实施例中相同。
本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。