大变径轮式T型管道机器人的制作方法

本实用新型属于管道机器人领域，尤其涉及一种可以实现大变径，而且可以通过T型管道的机器人。

背景技术：

目前，管道输送作为一种材料运输的有效手段，在工业、核设施、石油、天然气和军事装备等领域被广泛使用。但由于管道的空间要求，人很难进入管道内工作，并且类似于核管道这种比较恶劣的环境时，机器人的优势更加的明显。但是现在市场上的管道机器人，大多不可变径或者变径范围较小。并且市场上大多管道机器人在作业时多为走直管，部分走弯管。能够走T型管甚至直管、弯管、T型管都可以工作的机器人有待开发，同时一款机器人的大变径问题也是个难题，目前大多将机器人做成一个系列，但是成本大大的提高。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的管道机器人大多为不可变径或者变径范围较小，能够拐T型管的机器人少之又少，当要求变径范围大的时候，成本较高，因此迫切需要一款体积小、变径范围大并能够拐T型管的机器人。

技术实现要素：

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种大变径轮式T型管道机器人，该机器人可以通过直管、弯管和T型管，并且具有体积小、变径范围大和成本低的特点。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种大变径轮式T型管道机器人，包括螺旋行走机构、前驱动机构和作业机构；所述螺旋行走机构包括旋转立板，在所述旋转立板的前端面上安装有两个变径气缸Ⅰ，其中一个变径气缸Ⅰ的输出轴朝上，另一个变径气缸Ⅰ的输出轴朝下，在每个变径气缸Ⅰ的输出轴上均安装有一个舵机Ⅰ，在每个所述舵机Ⅰ的输出轴上均安装有一个牵引轮，两个所述牵引轮沿同一竖向直线设置；所述旋转立板的后端面与前摆杆的前端固接，所述前摆杆的后端采用双联式万向节与后摆杆的前端连接，所述后摆杆的后端与直齿轮传动机构的输出端连接，所述直齿轮传动机构采用电机Ⅰ驱动，所述前摆杆与所述旋转立板垂直，在所述前摆杆上套装有摆动套，所述摆动套的前端部通过轴承与所述前摆杆的前端部连接，在所述摆动套的后端部设有沿竖向延伸的拨叉，所述拨叉卡设在所述摆动套的两侧，所述拨叉位于所述双联式万向节的前端处，所述拨叉固定在锥齿轮传动机构Ⅰ的输出端上，所述锥齿轮传动机构Ⅰ采用电机Ⅱ驱动，所述电机Ⅰ、所述电机Ⅱ、所述直齿轮传动机构和所述锥齿轮传动机构Ⅰ均安装在一个壳体内；所述前驱动机构包括上下两个车盘Ⅰ，在每个车盘Ⅰ的前端均安装有一支撑轮，后端安装有驱动轮Ⅰ，所述驱动轮Ⅰ由锥齿轮传动机构Ⅱ带动，所述锥齿轮传动机构Ⅱ由电机Ⅲ驱动，所述电机Ⅲ安装在相应的所述车盘Ⅰ上；在每个所述车盘Ⅰ远离管道内壁的盘面上均设有与其垂直的变径气缸Ⅱ，所述变径气缸Ⅱ安装在所述壳体上，在所述壳体的后端设有与其固接的连接架；所述作业机构包括设有滚轮Ⅰ的车身，在所述车身上搭载有作业设备，所述车身与所述连接架通过波纹管Ⅰ连接。

该机器人还包括后驱动机构，所述后驱动机构包括上下两个车盘Ⅱ，在每个车盘Ⅱ的前端安装有滚轮Ⅱ，后端安装有驱动轮Ⅱ，所述驱动轮Ⅱ由锥齿轮传动机构Ⅲ带动，所述锥齿轮传动机构Ⅲ由电机Ⅳ驱动，所述电机Ⅳ安装在相应的所述车盘Ⅱ上；在每个所述车盘Ⅱ远离管道内壁的盘面上均设有与其垂直的变径气缸Ⅲ，所述变径气缸Ⅲ安装在后驱架体上，所述后驱架体与所述车身通过波纹管Ⅱ连接。

所述作业设备为吸尘器，所述吸尘器安装在直线电机的输出轴上，所述直线电机安装在舵机Ⅱ的输出轴上，所述舵机Ⅱ安装在所述车身上。

本实用新型具有的优点和积极效果是：可以通过直管、弯管和T型管，并且具有体积小、变径大、成本低的特点，而且变径范围较现有管道机器人大。

附图说明

图1是本实用新型提供的机器人整体外观结构示意图；

图2是本实用新型提供的螺旋行走机构的结构示意图；

图3是本实用新型提供的螺旋行走机构内部结构图；

图4是本实用新型提供的螺旋行走机构摆动原理图；

图5是本实用新型提供的作业机构外观图；

图6是本实用新型提供的前驱动结构外观图；

图7是本实用新型提供的前驱动结构原理图；

图8是本实用新型提供的后驱动结构外观图；

图9是本实用新型提供的后驱动结构原理图；

图10是本实用新型提供的机器人在过T型管时的结构图。

图中：1-螺旋行走机构；2-前驱动机构；3-作业机构；4-后驱动结构；501-波纹管Ⅰ；502-波纹管Ⅱ；

101-变径气缸Ⅰ；102-舵机Ⅰ；103-牵引轮；104-摆动套；105-旋转立板；106-拨叉；107-壳体；108-电机Ⅰ；109-电机Ⅱ；110-锥齿轮传动机构Ⅰ；111-直齿轮传动机构；112-后摆杆；113-双联式万向节；114-前摆杆；

201-车盘Ⅰ；202-变径气缸Ⅱ；203-驱动轮Ⅰ；204-电机Ⅲ；205-锥齿轮传动机构Ⅱ；206-连接架；207-支撑轮；

301-滚轮Ⅰ；302-吸尘器；303-直线电机；304-舵机Ⅱ；305-车身；

401-车盘Ⅱ；402-驱动轮Ⅱ；403-变径气缸Ⅲ；404-后驱架体；405-电机Ⅳ；406-锥齿轮传动机构Ⅲ；407-滚轮Ⅱ。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图10，一种大变径轮式T型管道机器人，包括螺旋行走机构1、前驱动机构2和作业机构3。

所述螺旋行走机构1包括旋转立板105，在所述旋转立板105的前端面上安装有两个变径气缸Ⅰ101，其中一个变径气缸Ⅰ101的输出轴朝上，另一个变径气缸Ⅰ101的输出轴朝下，在每个变径气缸Ⅰ101的输出轴上均安装有一个舵机Ⅰ102，在每个所述舵机Ⅰ102的输出轴上均安装有一个牵引轮103，两个所述牵引轮103沿同一竖向直线设置；所述旋转立板105的后端面与前摆杆114的前端固接，所述前摆杆114的后端采用双联式万向节113与后摆杆112的前端连接，所述后摆杆112的后端与直齿轮传动机构111的输出端连接，所述直齿轮传动机构111采用电机Ⅰ108驱动，所述前摆杆114与所述旋转立板105垂直，在所述前摆杆114上套装有摆动套104，所述摆动套104的前端部通过轴承与所述前摆杆114的前端部连接，在所述摆动套104的后端部设有沿竖向延伸的拨叉106，所述拨叉106卡设在所述摆动套104的两侧，所述拨叉106位于所述双联式万向节113的前端处，所述拨叉106固定在锥齿轮传动机构Ⅰ110的输出端上，所述锥齿轮传动机构Ⅰ110采用电机Ⅱ109驱动，所述电机Ⅰ108、所述电机Ⅱ109、所述直齿轮传动机构111和所述锥齿轮传动机构Ⅰ110均安装在一个壳体107内。

所述前驱动机构包括上下两个车盘Ⅰ201，在每个车盘Ⅰ201的前端均安装有一支撑轮207，后端安装有驱动轮Ⅰ203，所述驱动轮Ⅰ203由锥齿轮传动机构Ⅱ205带动，所述锥齿轮传动机构Ⅱ205由电机Ⅲ204驱动，所述电机Ⅲ204安装在相应的所述车盘Ⅰ201上；在每个所述车盘Ⅰ201远离管道内壁的盘面上均设有与其垂直的变径气缸Ⅱ202，所述变径气缸Ⅱ202安装在所述壳体107上，在所述壳体107的后端设有与其固接的连接架206。

所述作业机构3包括设有滚轮Ⅰ301的车身305，在所述车身305上搭载有作业设备，所述车身305与所述连接架206通过波纹管Ⅰ501连接。

上述作业设备可以为吸尘器302，请参见图5，所述吸尘器302安装在直线电机303的输出轴上，所述直线电机303安装在舵机Ⅱ304的输出轴上，所述舵机Ⅱ304安装在所述车身305上。上述作业设备也可以为打磨机、滚扫式机械手、温湿度传感器和摄像头等。

在本实施例中，为了增大驱动力，满足竖向T型管的需要，该机器人还包括后驱动机构4，所述后驱动机构4包括上下两个车盘Ⅱ401，在每个车盘Ⅱ401的前端安装有滚轮Ⅱ407，后端安装有驱动轮Ⅱ402，所述驱动轮Ⅱ402由锥齿轮传动机构Ⅲ406带动，所述锥齿轮传动机构Ⅲ406由电机Ⅳ405驱动，所述电机Ⅳ405安装在相应的所述车盘Ⅱ401上；在每个所述车盘Ⅱ401远离管道内壁的盘面上均设有与其垂直的变径气缸Ⅲ403，所述变径气缸Ⅲ403安装在后驱架体404上，所述后驱架体404与所述车身305通过波纹管Ⅱ502连接。

本实用新型的工作原理：

当上述机器人在直管和弯管中运动时，使变径气缸Ⅰ101处于收缩状态，此时牵引轮103与管道内壁脱离，变径气缸Ⅱ202和变径气缸Ⅲ403伸出，使驱动轮Ⅰ203和驱动轮Ⅱ402与管道内壁接触，依靠电机Ⅲ204和电机Ⅳ405驱动机器人在管道中前进。

请参见图10，当通过T型管道时，机器人将螺旋行走机构1的头部先探出T型管，然后控制电机Ⅱ109工作，通过锥齿轮传动机构Ⅰ110带动拨叉106旋转，拨叉106带动摆动套104实现90゜摆动，摆动套104带动整个螺旋行走机构1的头部摆动90゜；然后舵机Ⅰ102摆动，改变牵引轮103轴线与管道中心线的角度，使其与设定螺旋角相等；再然后使变径气缸Ⅰ101伸出，带动舵机Ⅰ102和牵引轮103顶在管道内壁上。电机Ⅰ108经过双联式万向节113带动旋转立板105转动，当旋转立板105旋转时带动整个螺旋行走机构1的头部旋转，牵引轮103与管道内壁摩擦，实现螺旋运动，在前驱动机构2和/或后驱动机构4的协同作用下，使整个机器人实现通过T型管的功能。

本实用新型采用气缸实现变径，变径范围较大，体积较小。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。