一种管道行走机器人的制作方法

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种管道行走机器人。

背景技术：

随着社会的发展和技术的进步，管道输送技术被广泛用于石油、天然气、水等各个运输场合。但是管道运输总是伴随着管道内部腐蚀、堵塞甚至破裂，这十分容易引发一系列的运输问题。因此，必须对管道内部进行清洗、检测等作业，需要一种可用于管道内部行走的机构。针对上述问题不少研究人员进行研究，研发了多种可用于管道内部行走的机构，所用的行走的方式有轮式，履带式、螺旋式等，并且取得了相应的成果。例如中国专利文献cn106015829b公开了一种管道机器人，该机器人的行走方式采用轮式，能适应不同管径、不同形状的管道，并且越障能力较强，这种机器人管径适应主要依靠固定弹簧的伸缩，当管径变化较大时弹簧会因弹力不足导致轮子与管道内壁的压力小而发生打滑现象；中国专利文献cn102425709b公开了一种管道机器人行走机构，该机构不需要外在的弹簧力形成封闭力系，依靠蜗杆驱动行星齿轮传动使得传动机构与调节机构一体化使得结构更加简单，但该机构由于蜗杆与三个方向的行星轮相作用，当管道出现凸起等障碍时，三个方向行星轮转动角度不一致，导致三个涡轮对蜗杆作用力不一致，容易导致机构的损坏。不管采用何种行走方式，管道机器人的性能指标主要是具有较大的驱动力、良好的管径适应性、以及可靠性。

因此，如何对现有的管道机器人进行改进，使其克服上述问题，是本领域技术人员亟待解决的一个问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种结构简单，驱动力大，并且能适应不同直径管道的管道机器人。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

具体实施方式：

为了使本发明的技术手段、达成的目的和优点更加清楚表达，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

管道行走机器人，包括机架组件、行走装置、行走驱动装置、径向支撑组件、丝杠传动装置。

其中，所述的机架组件包括机架、前后两盖板。所述机架为一两端无盖的正六棱柱壳，机架侧面开设有长方形缺口,长方形缺口共有六个，前后各三个缺口均布在六棱柱侧面；所述盖板为两个正六边形板，位于机架两端，盖板中间开设有圆形缺口，分别通过螺栓与机架的两端连接；

所述的行走装置为六组，前后各三组，其中前面三组为被动组，起支撑作用，后面三组驱动组，六组均布在机架外侧，包括行走腿支架、行走腿、行走轮。其中所述每组行走腿支架为两个，分别通过螺钉对称固接在机架外侧长方形缺口旁；所述行走腿的一端转动连接在行走腿支架上，使得行走装置可径向舒展；所述行走轮与行走腿一端转动连接，与管道的内壁接触。

所述行走驱动装置为三组，用于驱动机器人后面三组行走轮，每组包括第一电机座、第一电机、第一齿轮、第二齿轮、主动带轮、从动带轮、驱动带。其中所述三组第一电机座分别通过螺钉固接在机架外侧中间部分，用于第一电机的安装和固定；所述三组第一电机的规格相同，通过螺钉安装在电机座上，为后面三组行走轮提供动力；所述第一齿轮为圆柱齿轮，与第一电机通过平键连接；所述第二齿轮为圆锥齿轮，转动轴线和行走腿转动轴线重合，并且与第一齿轮啮合；所述主动带轮与第二齿轮同轴线并且同步转动；所述从动带轮与行走轮同轴线并且同步转动，主动带轮与从动带轮之间通过驱动带连接，第一电机的动力通过第一齿轮、第二齿轮、主动带轮和从动带轮传递至行走轮，进而使机器人移动。

所述径向支撑组件用于调节行走装置的径向伸展或收拢，包括固定架、弹簧支撑架、第一支杆、第二支杆。其中，所述固定架为两个，分通过螺栓固定在机架内部的一个侧面上，每个固定架上均匀设置有三个铰接孔；所述弹簧支撑架为六个，用于支撑六组行走装置，每个弹簧支架一端与行走腿一端转动连接，为行走装置的径向伸展或收拢提供支撑，使得行走轮与不同直径的管道内壁都可以保持接触，并且可以防止因行走装置径向调节过度或者行走中管道内壁的一些凸起障碍等使得行走轮与管道内壁间压力过大；所述第一支杆两端设置有铰接孔，其中一端与弹簧支撑架铰接；所述第二支杆两端也设置有铰接孔，其中一端与第一支杆和弹簧支撑架的一端铰接，另一端与固定架铰接；

所述丝杠传动装置位于机架内部，包括丝杠、丝杠螺母、第二电机座、第二电机、第三齿轮、第四齿轮、轴承支撑组件。其中，所述丝杠为双向丝杠，位于机架的内部，前后分别设有一段螺纹，螺纹的方向相反，丝杠中部设置有键槽；所述丝杠螺母为两个，分别与丝杠前后两端的螺纹连接，每个丝杠螺母侧面设置有三个铰接孔，当丝杠向一个方向旋转时，螺纹上的两个丝杠螺母向两端分开或者靠拢；所述第二电机座通过螺栓安装在机架的内部一个侧面上，用于第二电机的安装和固定；所述第二电机通过螺钉安装在第二电机座上，为丝杠的转动提供动力；所述第三齿轮为圆柱齿轮，通过平键与第二电机连接；所述第四齿轮为圆柱齿轮，通过平键连接在丝杠的中间部位，并且与第三齿轮啮合，第二电机的动力通过第三齿轮、第四齿轮传递至丝杠，使其沿轴线转动。

所述弹簧支撑架包括支撑架、滑杆、弹簧、滑套。其中，所述支撑架为u型，与行走腿铰接，为行走装置的伸展或收拢提供支撑，并且底部设有螺纹孔；所述滑杆一端设置有螺纹，与支撑架底部连接，另一端插入滑套内，可相对滑套移动；所述弹簧套装在滑杆上，并且位于支撑架和滑套之间；所述滑套的一端套装在滑杆上，另一端设置有铰接孔，用于第一支杆和第二支杆的铰接；

所述轴承支撑组件包括轴承座轴承、轴承端盖、轴向锁紧螺母。两个轴承座分别通过螺钉固定安装在前后两个盖板的中间部位，用于轴承的安装；所述轴承为两个滚动轴承，分别安装在前后两个轴承座上，用于丝杠的径向支撑；所述轴承端盖为两个位于在机架的两端，与轴承座通过螺钉连接，用于轴承的固定；所述轴向锁紧螺母为两个安装在丝杠两端，用于丝杠的轴向调节和固定。

使用时，首先第二电机工作，通过第三齿轮、第四齿轮带动丝杠转动，使得两丝杠螺母向两端分开，由于两丝杠上分别铰接三个第一支杆，而第一支杆又与第二支杆、弹簧支撑架铰接，第二支杆与固定架铰接，所以弹簧支撑架将径向移动，进而使行走装置径向收拢，当收拢至工作管道直径时，可将管道机器人置于工作管道内。然后第二电机反向转动，使行走装置径向伸展，当行走轮与管道内壁的压力调节至适合行走时第二电机停止工作，此时完成工作前的径向调节。第一电机工作驱动第一齿轮、第二齿轮转动，第二齿轮与主动带轮同步转动，从动带轮与行走轮同步转动，两带轮间通过驱动带连接，所以三组第一电机将分别驱动三组行走轮工作，从而实现了在管道内的行走。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明不仅可以适用于不同管径的管道，还可以调节行走轮和管壁间的压力，使得管道机器人在行走过程中不易发生打滑现象。

2.本发明行采用三个电机分别驱动三个行走装置，使得动力更加充足。

3.本发明采用双向丝杠可以保证两个丝杠螺母行走位移相同，进而保证前后行走装置在径向调节过程中始终保持相同变化。

4.本发明采用弹簧支撑架支撑行走装置，当行走装置调节过度时，弹簧提供了安全裕度,防止行走轮与管壁间压力过大，进而使管道或管道机器人损坏。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明的端部视角示意图；

图3为本发明的内部结构示意图；

图4为本发明的行走驱动装置俯视图；

图5为本发明的行走驱动装置结构示意图；

图6为本发明的径向支撑组件与丝杠传动装置、行走装置连接示意图；

图7为本发明的固定架结构示意图；

图8为本发明的弹簧支撑架结构示意图；

图9为本发明的丝杠传动装置结构示意图。

具体实施方式：

为了使本发明的技术手段、达成的目的和优点更加清楚表达，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2、图3管道行走机器人，包括机架组件1、行走装置2、行走驱动装置3、径向支撑组件4、丝杠传动装置5。其中，所述的机架组件1包括机架11、前后两盖板12。所述机架11为一两端无盖的正六棱柱壳，机架11侧面开设有长方形缺口,长方形缺口共有六个，前后各三个缺口均布在六棱柱侧面；所述盖板12为两个正六边形板，位于机架11两端，盖板12中间开设有圆形缺口，分别通过螺栓与机架11的两端连接；所述的行走装置2为六组，前后各三组，其中前面三组为被动组，起支撑作用，后面三组驱动组，六组均布在机架11外侧，包括行走腿支架21、行走腿22、行走轮23。其中所述每组行走腿支架21为两个，分别通过螺钉对称固接在机架11外侧长方形缺口旁；所述行走腿22的一端转动连接在行走腿支架21上，使得行走装置2可径向舒展；所述行走轮23与行走腿22一端转动连接，与管道的内壁接触。

如图3、图4和图5所示，所述行走驱动装置3为三组，用于驱动机器人后面三组行走轮23，每组包括第一电机座31、第一电机32、第一齿轮33、第二齿轮34、主动带轮35、从动带轮36、驱动带37。其中所述三组第一电机座31分别通过螺钉固接在机架11外侧中间部分，用于第一电机32的安装和固定；所述三组第一电机32的规格相同，通过螺钉安装在电机座上，为后面三组行走轮23提供动力；所述第一齿轮33为圆柱齿轮，与第一电机32通过平键连接；所述第二齿轮34为圆锥齿轮，转动轴线和行走腿22转动轴线重合，并且与第一齿轮33啮合；所述主动带轮35与第二齿轮34同轴线并且同步转动；所述从动带轮36与行走轮23同轴线并且同步转动，主动带轮35与从动带轮36之间通过驱动带37连接，第一电机32的动力通过第一齿轮33、第二齿轮34、主动带轮35和从动带轮36传递至行走轮23，进而使机器人移动。

如图3、图6和图7所示，所述径向支撑组件4用于调节行走装置2的径向伸展或收拢，包括固定架41、弹簧支撑架42、第一支杆43、第二支杆44。其中，所述固定架41为两个，分通过螺栓固定在机架11内部的一个侧面上，每个固定架41上均匀设置有三个铰接孔；所述弹簧支撑架42为六个，用于支撑六组行走装置2，每个弹簧支架一端与行走腿22一端转动连接，为行走装置2的径向伸展或收拢提供支撑，使得行走轮23与不同直径的管道内壁都可以保持接触，并且可以防止因行走装置径向调节过度或者行走中管道内壁的一些凸起障碍等使得行走轮与管道内壁间压力过大。所述第一支杆43两端设置有铰接孔，其中一端与弹簧支撑架42铰接；所述第二支杆44两端也设置有铰接孔，其中一端与第一支杆43和及弹簧支撑架42的一端铰接，另一端与固定架41铰接；

如图3、图9所示，所述丝杠传动装置5位于机架11内部，包括丝杠51、丝杠螺母52、第二电机座53、第二电机54、第三齿轮55、第四齿轮56、轴承支撑组件57。其中，所述丝杠51为双向丝杠，位于机架11的内部，前后分别设有一段螺纹，螺纹的方向相反，丝杠51中部设置有键槽；所述丝杠螺母52为两个，分别与丝杠51前后两端的螺纹连接，每个丝杠螺母52侧面设置有三个铰接孔，当丝杠51向一个方向旋转时，螺纹上的两个丝杠螺母52向两端分开或者靠拢；所述第二电机座53通过螺栓安装在机架11的内部一个侧面上，用于第二电机54的安装和固定；所述第二电机54通过螺钉安装在第二电机座53上，为丝杠51的转动提供动力；所述第三齿轮55为圆柱齿轮，通过平键与第二电机54连接；所述第四齿轮56为圆柱齿轮，通过平键连接在丝杠51的中间部位，并且与第三齿轮55啮合，第二电机54的动力通过第三齿轮55、第四齿轮56传递至丝杠51，使其沿轴线转动。

如图8所示，所述弹簧支撑架42包括支撑架421、滑杆422、弹簧423、滑套424。其中，所述支撑架421为u型，与行走腿铰接，为行走装置2的伸展或收拢提供支撑，并且底部设有螺纹孔；所述滑杆422一端设置有螺纹，与支撑架421连接，另一端插入滑套424内，可相对滑套424移动；所述弹簧423套装在滑杆422上，并且位于支撑架421和滑套424之间；所述滑套424的一端套装在滑杆422上，另一端设置有铰接孔，用于第一支杆43和第二支杆44的铰接；

如图3、图6和图9所示，所述轴承支撑组件57包括轴承座571轴承572、轴承端盖573、轴向锁紧螺母574。两个轴承座571分别通过螺钉固定安装在前后两个盖板12的中间部位，用于轴承572的安装；所述轴承572为两个滚动轴承，分别安装在前后两个轴承座571上，用于丝杠51的径向支撑；所述轴承端盖573为两个位于在机架11的两端，与轴承座571通过螺钉连接，用于轴承572的固定；所述轴向锁紧螺母574为两个安装在丝杠51两端，用于丝杠51的轴向调节和固定。

使用时，首先第二电机54工作，通过第三齿轮55、第四齿轮56带动丝杠51转动，使得两丝杠螺母52向两端分开，由于两丝杠51上分别铰接三个第一支杆43，而第一支杆43又与第二支杆44、弹簧支撑架42铰接，第二支杆44与固定架41铰接，所以弹簧支撑架42将径向移动，进而使行走装置2径向收拢，当收拢至工作管道直径时，可将管道机器人置于工作管道内。然后第二电机54反向转动，使行走装置2径向伸展，当行走轮23与管道内壁的压力调节至适合行走时第二电机54停止工作，此时完成工作前的径向调节。第一电机32工作驱动第一齿轮33、第二齿轮34转动，第二齿轮34与主动带轮35同步转动，从动带轮36与行走轮23同步转动，两带轮间通过驱动带37连接，所以三组第一电机32将分别驱动三组行走轮23工作，从而实现了在管道内的行走。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。