一种柔性管道机器人的制作方法

1.本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种柔性管道机器人。


背景技术：

2.在一般工业、核设施、石油天然气、军事装备等领域中，管道作为一种有效的物料输送手段而得到广泛的应用。为提高管道的寿命、防止泄漏等事故的发生，就必须对管道进行有效的检测维护。管道直径较大时，人员可进入管道内进行检测维护，当管道内径较小例如内径为200mm-450mm，人员无法进入管道内，管道内壁很难进行打磨、焊接等操作。而延长打磨杆只能用于长度较小的管道无法适用于较长的管道，处理效率低，需要手持打磨杆操作，劳动强度大，延长打磨杆无法精确操作，影响管道内打磨、焊接、清理的精度，当管道出现弯头时，则在弯头处出现处理死角，影响管道的正常使用。


技术实现要素：

3.本发明针对现有的技术问题，提供一种柔性管道机器人。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种柔性管道机器人，包括行走机构、万向连接机构和工作机构，所述工作机构的两端均设有所述行走机构，所述工作机构通过所述万向连接机构与所述行走机构连接,所述行走机构可收合或张开；
5.所述工作机构包括装载平台、固定支架、回转支承、功能平台及可伸缩的自适应气囊机构，所述装载平台的两端均设有固定支架，所述固定支架的一侧安装有驱动电机二，另一侧设有所述自适应气囊机构，所述驱动电机二的输出端设有齿轮二，所述齿轮二与所述回转支承啮合，所述回转支承与所述装载平台连接并带动所述装载平台绕其轴线旋转，所述装载平台的侧壁上设有容纳槽，所述功能平台滑动安装在所述容纳槽内，所述功能平台上设有用于处理管道内壁的处理设备。
6.在上述技术方案的基础上，本发明为了达到使用的方便以及装备的稳定性，还可以对上述的技术方案作出如下的改进：
7.进一步，还包括驱动电机三，所述驱动电机三安装在所述装载平台内，所述驱动电机三的输出端设有齿轮三，所述功能平台的下端设有齿条，所述齿轮三与所述齿条啮合。
8.进一步，还包括弧形齿和转动体，所述功能平台为l形支撑板，所述l形支撑板包括连接的主板和翻边板，所述处理设备通过所述转动体安装在所述主板上，所述弧形齿设置在所述翻边板上，所述处理设备上设有与所述弧形齿啮合的齿轮,所述弧形齿的弧度为30
°‑
60
°
。
9.进一步，所述万向连接机构包括快换接头及位于所述快换接头两端的万向轴节，所述万向连接机构的一端通过连接轴一与所述行走机构连接，另一端通过连接轴二与所述固定支架连接。
10.进一步，所述自适应气囊机构包括凸轮盘、驱动电机一和多个气囊组件，所述驱动电机一安装在所述固定支架上，所述驱动电机一的输出端连接有齿轮一，所述齿轮一与所
述凸轮盘外圆周上的齿轮啮合，所述凸轮盘转动安装在所述连接轴二上，所述凸轮盘的端面上设有多个弧形槽，所述弧形槽沿着所述凸轮盘的径向延伸，多个所述气囊组件位于所述固定支架与所述凸轮盘之间并沿着所述凸轮盘周向均匀设置，所述气囊组件包括气囊支架及安装在所述气囊支架上的自适应气囊，所述气囊支架上还设有导向柱，所述导向柱插装在所述弧形槽内。
11.进一步，所述气囊支架包括支撑杆和弧形凹槽，所述导向柱安装在所述支撑杆上，所述弧形凹槽设置在所述支撑杆的端部，所述自适应气囊安装在所述弧形凹槽内，所述支撑杆上设有导向凸起，所述固定支架上设有导向槽，所述导向凸起插装在所述导向槽内。
12.进一步，所述行走机构包括固定板、丝杠轴、驱动装置及三组周向均匀设置的行走组件，所述连接轴一穿过所述固定板与所述丝杠轴连接，所述驱动装置驱动所述连接轴一和所述丝杠轴转动，所述行走组件包括电机轮一、滑套、固定套一、连杆三和推杆，所述滑套安装在所述丝杠轴上并可沿着所述丝杠轴移动，所述固定套一安装在所述连接轴一上，所述连杆三的一端与所述固定套一铰接，另一端与所述电机轮一铰接，所述推杆的一端与所述滑套铰接，另一端与所述连杆三的中部铰接。
13.进一步，所述驱动装置包括驱动电机四和锥齿轮一，所述驱动电机四安装在所述固定板上，所述驱动电机四的输出端设有锥齿轮二，所述锥齿轮一安装在所述连接轴一上，所述锥齿轮二与所述锥齿轮一啮合。
14.进一步，所述行走组件还包括电机轮二、连杆一、连杆二和固定套二，所述连杆一的一端与所述电机轮一铰接，另一端与所述电机轮二铰接，所述连杆二的一端与所述电机轮二铰接，另一端与所述固定套二铰接，所述固定套二安装在所述固定板上，所述固定套二通过连接支架与所述固定套一连接。
15.进一步，所述固定板呈三角形，所述三角形的三个顶角均为弧形角，所述固定板上设有换气风扇。
16.本发明的有益效果是：本发明通过设置可旋转的装载平台，使装载平台能够在管道内进行360
°
圆周运动，使处理设备对管道内某个位置进行360
°
加工，减少转动部署时间，提高工作效率；通过在功能平台上设置处理设备可对管道进行打磨、焊接、清理、检测等操作，采用一台管道机器人就可以实现多种功能，降低用户成本，提高操作的便利性，降低了劳动强度；通过将功能平台滑动安装在容纳槽内，使功能平台上的处理设备能够移动至指定位置，满足不同管道的处理需求；通过设置行走机构实现移动至管道指定位置，满足不同长度管道的使用需求，通过行走机构的收合或张开实现不同内径管道的使用需求，提高该管道机器人的使用范围；通过设置万向连接机构，实现行走机构任意角度的旋转，使该机器人能够在弯管或其它异形管道内行走，保证对转角处进行有效处理，避免出现死角，提高管道的处理精度，保证管道正常使用。
附图说明
17.图1为本发明柔性管道机器人的结构示意图；
18.图2为本发明工作机构的示意图；
19.图3为本发明工作机构另一个角度并移除固定支架的示意图；
20.图4为本发明装载平台的示意图；
21.图5为本发明功能平台的示意图；
22.图6为本发明行走机构的示意图。
23.附图标记记录如下：1、行走机构；1-1、电机轮一；1-2、电机轮二；1-3、固定板；1-4、连接轴一；1-5、换气风扇；1-6、丝杠轴；1-7、滑套；1-8、驱动电机四；1-9、锥齿轮一；1-10、固定套一；1-11、固定套二；1-12、连杆一；1-13、连杆二；1-14、连杆三；1-15、连接支架；1-16、推杆；
24.2、万向连接机构；2-1、万向轴节；2-2、快换接头；
25.3、工作机构；3-1、固定支架；3-2、装载平台；3-3、自适应气囊；3-4、气囊支架；3-5、凸轮盘；3-6、连接轴二；3-7、处理设备；3-8、功能平台；3-9、导向柱；3-10、驱动电机一；3-11、驱动电机二；3-12、回转支承；3-13、驱动电机三；3-14、齿条；3-15、弧形齿；3-16、转动体。
具体实施方式
26.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
27.如图1至图6所示，本发明公开了一种柔性管道机器人，包括行走机构1、万向连接机构2和工作机构3，所述工作机构3的两端均设有所述行走机构1，所述工作机构3通过所述万向连接机构2与所述行走机构1连接,所述行走机构1可收合或张开；
28.所述工作机构3包括装载平台3-2、固定支架3-1、回转支承3-12、功能平台3-8及可伸缩的自适应气囊机构，所述装载平台3-2的两端均设有固定支架3-1，所述固定支架3-1的一侧安装有驱动电机二3-11，另一侧设有所述自适应气囊机构，所述驱动电机二3-11的输出端设有齿轮二，所述齿轮二与所述回转支承3-12啮合，所述回转支承3-12与所述装载平台3-2连接并带动所述装载平台3-2绕其轴线旋转，所述装载平台3-2的侧壁上设有容纳槽，所述功能平台3-8滑动安装在所述容纳槽内，所述功能平台3-8上设有用于处理管道内壁的处理设备3-7。
29.其中，所述处理设备3-7可以为打磨机、目视摄像头、无损检测pt喷涂模块或焊接机等，满足管道的不同处理需求，提高该机器人的利用率，降低用户成本。
30.所述回转支承3-12和驱动电机二3-11均设有两个，两个所述回转支承3-12安装在所述装载平台3-2的两侧，每个驱动电机二3-11对应一个回转支承3-12，从而保证装载平台3-2转动的平稳性，避免发生倾斜。
31.柔性管道机器人还包括驱动电机三3-13，所述驱动电机三3-13安装在所述装载平台3-2内，所述驱动电机三3-13的输出端设有齿轮三，所述功能平台3-8的下端设有齿条3-14，所述齿轮三与所述齿条3-14啮合。所述容纳槽的下端设有容纳齿条3-14的凹槽，所述驱动电机三3-13带动齿轮三转动时，齿条3-14沿着凹槽移动，从而带动所述功能平台3-8移动及处理设备3-7，通过控制齿轮三的正转或反转，实现功能平台3-8及处理设备3-7往复移动，实现对管道内不同位置进行处理，满足管道各种处理需要。
32.进一步，所述功能平台3-8的下端设有导向销，所述装载平台3-2上设有导向长孔，所述导向长孔沿着所述装载平台3-2的径向设置，所述导向销插装在导向长孔内，并沿着导向长孔往复移动，增加处理设备3-7移动的稳定性，避免发生晃动，保证对管道的处理精度。
33.柔性管道机器人还包括弧形齿3-15和转动体3-16，所述功能平台3-8为l形支撑板，所述l形支撑板包括连接的主板和翻边板，所述处理设备3-7通过所述转动体3-16安装在所述主板上，所述弧形齿3-15设置在所述翻边板上，所述处理设备3-7上设有与所述弧形齿3-15啮合的齿轮,所述弧形齿3-15的弧度为30
°‑
60
°
。当对管道打磨时，处理设备3-7为打磨机，为了保证打磨效果，需要打磨机往复摆动，打磨机上设有与齿轮连接的电机，电机工作时，带动齿轮沿着弧形齿3-15移动，从而实现打磨机通过转动体3-16摆动。例如当弧形齿3-15的弧度为60
°
时，打磨机可实现水平
±
30
°
摆动。
34.具体的，所述转动体3-16包括上端面、下端面及位于两个端面之间的多个滚动体，所述上端面与处理设备3-7连接，下端面安装在l型支撑板的主板上。转动体3-16可降低处理设备3-7转动的阻力，提高处理设备3-7转动的灵活性。
35.所述万向连接机构2包括快换接头2-2及位于所述快换接头2-2两端的万向轴节2-1，所述万向连接机构2的一端通过连接轴一1-4与所述行走机构1连接，另一端通过连接轴二3-6与所述固定支架3-1连接，所述连接轴二3-6通过轴承转动安装在所述固定支架3-1内。所述快换接头2-2通过卡扣形式实现快速安装或拆卸。
36.其中快换接头2-2包括螺母及螺栓，快换接头2-2一端通过自身的螺栓与万向轴节2-1连接，另一侧通过外置螺栓与其自身螺母连接，外置螺栓与万向轴节2-1相连并利用销固定。快换接头2-2的中间为圆形球体，圆形球体后部带有弹簧，从而保证快换接头2-2在一定的受力范围内情况下不会脱离，保证连接的牢固性。
37.所述自适应气囊机构包括凸轮盘3-5、驱动电机一3-10和多个气囊组件，所述驱动电机一3-10安装在所述固定支架3-1上，所述驱动电机一3-10的输出端连接有齿轮一，所述齿轮一与所述凸轮盘3-5外圆周上的齿轮啮合，所述凸轮盘3-5转动安装在所述连接轴二3-6上，所述凸轮盘3-5的端面上设有多个弧形槽，所述弧形槽沿着所述凸轮盘3-5的径向延伸，多个所述气囊组件位于所述固定支架3-1与所述凸轮盘3-5之间并沿着所述凸轮盘3-5周向均匀设置，所述气囊组件包括气囊支架3-4及安装在所述气囊支架3-4上的自适应气囊3-3，所述气囊支架3-4上还设有导向柱3-9，所述导向柱3-9插装在所述弧形槽内。
38.具体的，所述弧形槽的一端靠近所述凸轮盘3-5的中心，另一端靠近所述凸轮盘3-5的外沿。凸轮盘3-5转动时，导向柱3-9沿着弧形槽移动，从而带动气囊支架3-4及自适应气囊3-3沿径向移动，移动到位后利用气囊充气，达到适应管径、管形的目的，同时提供摩擦力保证机器人稳定固定于管壁内，保证处理设备3-7工作时的稳定性。
39.所述气囊支架3-4包括支撑杆和弧形凹槽，所述导向柱3-9安装在所述支撑杆上，所述弧形凹槽设置在所述支撑杆的端部，所述自适应气囊3-3安装在所述弧形凹槽内，所述支撑杆上设有导向凸起，所述固定支架3-1上设有导向槽，所述导向槽呈工字形，所述导向槽沿着固定支架3-1的径向设置，所述导向凸起插装在所述导向槽内，实现对气囊支架3-4进行导向和安装，凸轮盘3-5转动时，凸轮盘3-5上的弧形槽驱动气囊支架3-4沿着固定支架3-1上的导向槽移动，通过导向槽与导向凸起配合保证气囊支架3-4及自适应气囊3-3移动的稳定性。
40.具体的，在本实施例中，所述气囊支架3-4设有四个，所述弧形槽设有四个。
41.所述行走机构1包括固定板1-3、丝杠轴1-6、驱动装置及三组周向均匀设置的行走组件，所述连接轴一1-4穿过所述固定板1-3与所述丝杠轴1-6连接，所述驱动装置驱动所述
连接轴一1-4和所述丝杠轴1-6转动，所述行走组件包括电机轮一1-1、滑套1-7、固定套一1-10、连杆三1-14和推杆1-16，电机轮一1-1为机器人前进、后退提供动力，所述滑套1-7安装在所述丝杠轴1-6上并可沿着所述丝杠轴1-6移动，所述固定套一1-10安装在所述连接轴一1-4上，所述连杆三1-14的一端与所述固定套一1-10铰接，另一端与所述电机轮一1-1铰接，所述推杆1-16的一端与所述滑套1-7铰接，另一端与所述连杆三1-14的中部铰接。
42.所述连接轴一1-4可在固定套一1-10内转动，从而带动丝杠轴1-6转动。所述固定套一1-10可通过连接支架1-15与固定板1-3连接，从而保证固定套一1-10安装的稳定性。
43.所述驱动装置包括驱动电机四1-8和锥齿轮一1-9，所述驱动电机四1-8安装在所述固定板1-3上，所述驱动电机四1-8的输出端设有锥齿轮二，所述锥齿轮一1-9安装在所述连接轴一1-4上，所述锥齿轮二与所述锥齿轮一1-9啮合。
44.所述滑套1-7内设有与丝杠轴1-6相配合的内螺纹，驱动装置带动丝杠轴1-6转动时，滑套1-7沿着丝杠轴1-6移动，从而通过连杆三1-14和推杆1-16配合实现电机轮的收合或张开。
45.所述固定板1-3呈三角形，所述三角形的三个顶角均为弧形角，所述固定板1-3上设有换气风扇1-5。通过将固定板1-3设置为带有弧形角的三角形，方便操作人员观察管道内机器人运行情况。同时若机器人需要线控方式，三角形结构可预留管路或者线路的位置且预留位置可安装换气风扇1-5。同时保证在放入管道时电机轮接触管道内壁，避免固定板1-3与管道内壁摩擦而损坏管道内壁。
46.所述行走组件还包括电机轮二1-2、连杆一1-12、连杆二1-13和固定套二1-11，所述连杆一1-12的一端与所述电机轮一1-1铰接，另一端与所述电机轮二1-2铰接，所述连杆二1-13的一端与所述电机轮二1-2铰接，另一端与所述固定套二1-11铰接，所述固定套二1-11安装在所述固定板1-3上，所述固定套二1-11通过连接支架1-15与所述固定套一1-10连接。即每组行走组件均包括两个电机轮，通过两个电机轮设为一组，可保证机器人行走时平衡性和稳定性。
47.以处理设备3-7为打磨机为例，介绍该柔性管道机器人的工作过程，具体如下：
48.(1)将柔性管道机器人放入管道中，驱动电机四1-8驱动丝杠轴1-6转动，从而使行走组件张开使电机轮一1-1和电机轮二1-2支撑管道内壁后，丝杠轴1-6停止转动，电机轮一1-1和电机轮二1-2开始转动，直至移动至指定位置。
49.(2)到达指定位置后，自适应气囊3-3按照预定气压进行充气，然后驱动电机一3-10驱动凸轮盘3-5转动，从而带动气囊支架3-4及自适应气囊3-3径向移动，使自适应气囊3-3紧贴管道内壁，保证机器人稳定固定于管壁内。
50.(3)驱动电机三3-13带动功能平台3-8及功能平台3-8上的打磨机伸出，打磨机启动，对需要打磨或加工的位置进行对点处置，通过打磨机的电机正反转，实现齿轮沿着弧形齿3-15往复运动，通过驱动电机二3-11与回转支承3-12配合，实现带动装载平台3-2绕轴线转动，从而带动打磨机转动，实现对待加工位置多角度处理，保证打磨效果。
51.(4)打磨机启动后，换气风扇1-5启动，将打磨产生的粉尘及时输出，并排出打磨产生的热量。
52.(5)打磨工作完成，驱动电机三3-13带动功能平台3-8及打磨机反向移动收回，同时自适应气囊3-3放气，驱动电机一3-10驱动凸轮盘3-5反向转动，带动气囊支架3-4架收
回。
53.(6)电机轮一1-1和电机轮二1-2开始转动，当移动到达指定位置后，驱动电机四1-8驱动丝杠轴1-6反向转动，行走组件收合与管道内壁分离，将柔性管道机器人取出。
54.进一步，可将目视摄像头安装在功能平台3-8上，方便操作人员了解打磨位置及精度，保证对管道的处理效果。
55.当处理设备3-7为其它机器时，可根据以上内容进行相应的调整，在此不再赘述。
56.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。