具有自适应能力的核设施管道检测机器人及其驱动单元的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有自适应能力的核设施管道检测机器人，其包括控制单元，以及分别固定在控制单元的两端的驱动单元。其中，所述驱动单元包括分别固定在滚珠丝杠的两端的前固定板和后固定板，设置在前固定板和后固定板之间的轴套，以及设置在前固定板、轴套和后固定板上的至少三组驱动组件。本机器人可以在不同内径的复杂的管道环境完成对管道内部的检测任务，以帮助工作人员对管道进行评估，对管道的使用情况有清晰的了解，合理地进行管道维修和退役，能够安全规避因管道损坏等问题造成核事故的隐患。同时，本管道机器人能够适应竖直管以及弯管、支岔管等，具备一定的管内越障能力。
【专利说明】
具有自适应能力的核设施管道检测机器人及其驱动单元
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种具有自适应能力的核设施管道检测机器人及其驱动单元。
【背景技术】
[0002]核物质可以为人类造福，但是核的巨大破坏力，和难以控制和处理的特性，使得核物质是一个潜在的威胁。因此如何有效地对核物质进行管理，如何有效地规避核事故的发生，如何快速处理应对、处理核辐射突发事件，成了当今和平发展核能中必须着重考虑的问题。
[0003]核管道在使用过程中，由于各种因素的影响，会产生各种各样的管道堵塞、管道故障或者损伤等问题。如果不及地的对核管道进行检测、维修及清理就是潜在的威胁，可能造成严重的事故，造成不可估量的损失。
[0004]传统的应对方法为人工检测、随机抽样、到期更换等，而这些方法危险系数高、工程量大、成本高，不符合可持续发展。
[0005]现有技术中也有应用在不同情况下的管道机器人，但这些管道机器人一是在弯管、支岔管中的通过性问题难以克服，机动灵活性及运行可靠性差;二是在竖直管道中前行缺乏足够大的驱动力及有效支撑;三是不具备在一定辐射剂量的环境下工作的性能。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是提供一种具有自适应能力的核设施管道检测机器人及其驱动单元，以解决现有管道机器人机动灵活性及运行可靠性差，且缺乏驱动力及有效支撑的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种具有自适应能力的核设施管道检测机器人的驱动单元，其包括分别固定在滚珠丝杠的两端的前固定板和后固定板，设置在前固定板和后固定板之间的轴套，以及设置在前固定板、轴套和后固定板上的至少三组驱动组件;前固定板和轴套之间的丝杆上设有弹簧;驱动组件包括一端与前固定板、轴套和后固定板连接，另一端与驱动器连接的高度调节装置;驱动器包括相互对置的右车轮架和左车轮架，以及分别固定在右车轮架和左车轮架两端的第一传动轴和第二传动轴;第一传动轴的两端分别设有一个前活动轮，第二传动轴的两端分别设有一个后活动轮;右车轮架和左车轮架的中部设有电机;电机通过传动装置驱动第一传动轴转动。
[0008]进一步地，右车轮架和左车轮架的前端的下方设有第一连杆轴，右车轮架和左车轮架的后端的下方设有第二连杆轴；高度调节装置包括左调节架和右调节架，以及连接在左调节架和右调节架之间的活动轴；左调节架的一端与前固定板连接，另一端连接至第一连杆轴;右调节架的一端分别与后固定板和轴套连接，另一端连接至第二连杆轴。
[0009]进一步地，左调节架包括依次活动连接在前固定板与第一连杆轴之间的第一活动杆和第二活动杆;右调节架为一活动菱形架，包括依次活动连接在后固定板与第二连杆轴之间的第三活动杆和第四活动杆，以及依次活动连接在轴套与第四活动杆的中部之间的第五活动杆和第六活动杆;且第三活动杆与第五活动杆的中部交叉活动连接;活动轴的一端连接至第一活动杆与第二活动杆之间的连接处，活动轴的另一端与第三活动杆与第四活动杆之间的连接处相连接。
[0010]进一步地，传动装置包括依次设置在第一传动轴与电机之间的第三传动轴和第四传动轴，以及与电机连接的第二锥形齿轮;第四传动轴的一端设有与第二锥形齿轮相配合的第一锥形齿轮，第四传动轴的另一端设有第四齿轮;第三传动轴的一端设有与第四齿轮相配合的第三齿轮，第三传动轴的另一端设有第二齿轮;第一传动轴的一端设有与第二齿轮相配合的第一齿轮。
[0011 ]进一步地，驱动组件的数目为四组。
[0012]进一步地，电机通过电机架固定在右车轮架和左车轮架之间，电机架呈L形，其垂直部固定在右车轮架或左车轮架上，其平行部横向垂直固定在右车轮架或左车轮架之间。
[0013]进一步地，轴套朝向后固定板的一侧设有螺母。
[0014]进一步地，控制单元的表面涂有一层防福射涂层。
[0015]—种具有自适应能力的核设施管道检测机器人，包括控制单元，以及分别固定在控制单元的两端的驱动单元，驱动单元包括上述驱动单元。
[0016]本实用新型的有益效果为:本机器人可以在不同内径的复杂的管道环境完成对管道内部的检测任务，以帮助工作人员对管道进行评估，对管道的使用情况有清晰的了解，合理地进行管道维修和退役，能够安全规避因管道损坏等问题造成核事故的隐患。同时，本管道机器人能够适应竖直管以及弯管、支岔管等，具备一定的管内越障能力。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型一个实施例的结构示意图；
[0018]图2为本实用新型一个实施例的驱动单元的结构示意图；
[0019]图3为本实用新型一个实施例的驱动单元的侧视图；
[0020]图4为本实用新型一个实施例的驱动器的结构示意图。
[0021]其中:1、控制单元;2、驱动单元;3、前固定板;4、轴套；5、滚珠丝杠;6、弹簧;7、螺母;8、后固定板;9、第一活动杆;91、第一活动杆;92、第二活动杆;93、第三活动杆;94、第四活动杆;95、第五活动杆;96、第六活动杆；10、活动轴；12、右车轮架；13、左车轮架；14、第一传动轴；141、第二传动轴；15、前活动轮；151、后活动轮;16、电机;17、电机架；18、第一齿轮；19、第一连杆轴;20、第三传动轴;21、第二齿轮;22、第三齿轮;23、第四传动轴;24、第一锥形齿轮;25、第四齿轮;26、摄像头;27、第二锥形齿轮;28、第二连杆轴。
【具体实施方式】
[0022]下面对本实用新型的【具体实施方式】进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于【具体实施方式】的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。
[0023]如图1所示的具有自适应能力的核设施管道检测机器人，包括控制单元I，以及分别固定在控制单元I的两端的驱动单元2。其中，如图2和图3所述，驱动单元2包括分别固定在滚珠丝杠5的两端的前固定板3和后固定板8，设置在前固定板3和后固定板8之间的轴套4，以及设置在前固定板3、轴套4和后固定板8上的至少三组驱动组件(本申请中采用的四组)。此外，前固定板3和轴套4之间的丝杆上设有弹簧6，轴套4朝向后固定板8的一侧设有螺母7。管道检测机器人采用三节四分支支撑轮结构，第二节为控制单元1，第一节和第三节为驱动单元2，每节之间通过万向节连接。三节式结构令机器人可通过各车轮组的差速转动来通过横截面积为圆形或者方形的弯管、支岔管等需要机器人变向的管道。
[0024]上述驱动组件包括一端与前固定板3、轴套4和后固定板8连接，另一端与驱动器连接的高度调节装置。
[0025]其中，如图4所示，驱动器包括相互对置的右车轮架12和左车轮架13，以及分别固定在右车轮架12和左车轮架13两端的第一传动轴14和第二传动轴141。第一传动轴14的两端分别设有一个前活动轮15，第二传动轴141的两端分别设有一个后活动轮151。右车轮架12和左车轮架13的中部设有电机16，电机16通过电机架17固定在右车轮架12和左车轮架13之间，电机架17呈L形，其垂直部固定在右车轮架12或左车轮架13上，其平行部横向垂直固定在右车轮架12或左车轮架13之间。并且，电机16通过传动装置驱动第一传动轴14转动。此夕卜，右车轮架12和左车轮架13的前端的下方设有第一连杆轴19，右车轮架12和左车轮架13的后端的下方设有第二连杆轴28。
[0026]传动装置包括依次设置在第一传动轴14与电机16之间的第三传动轴20和第四传动轴23，以及与电机16连接的第二锥形齿轮27。第四传动轴23的一端设有与第二锥形齿轮27相配合的第一锥形齿轮24，第四传动轴23的另一端设有第四齿轮25。第三传动轴20的一端设有与第四齿轮25相配合的第三齿轮22，第三传动轴20的另一端设有第二齿轮21;第一传动轴14的一端设有与第二齿轮21相配合的第一齿轮18。
[0027]驱动装置的驱动方式为:通过电机架17安装在左车轮架13上的直流电机16通电旋转，由第二锥形齿轮27及第一锥形齿轮24的传动，带动第四传动轴23旋转，通过第四传动轴23上的第四齿轮25及第三传动轴20上的第三齿轮22和第二齿轮21、及第一传动轴14上的第一齿轮18的相互啮合传动，最终带动安装在第一传动轴14上的两个前活动轮15旋转，而后活动轮151则为被动旋转。
[0028]如图2所示，上述高度调节装置包括左调节架和右调节架，以及连接在左调节架和右调节架之间的活动轴10。左调节架的一端与前固定板3连接，另一端连接至第一连杆轴19。右调节架的一端分别与后固定板8和轴套4连接，另一端连接至第二连杆轴28。
[0029]左调节架包括依次活动连接在前固定板3与第一连杆轴19之间的第一活动杆91和第二活动杆92。右调节架为一活动菱形架，包括依次活动连接在后固定板8与第二连杆轴28之间的第三活动杆93和第四活动杆94，以及依次活动连接在轴套与第四活动杆94的中部之间的第五活动杆95和第六活动杆96;并且，第三活动杆93与第五活动杆95的中部交叉活动连接。活动轴10的一端连接至第一活动杆91与第二活动杆92之间的连接处，活动轴10的另一端与第三活动杆93与第四活动杆94之间的连接处相连接。
[0030]在使用过程中，通过手动调节螺母7，令螺母7在滚珠丝杠5上向如图3的左边移动，推动轴套4同样向左移动并压缩弹簧6，此时，右调节架压缩，使整个驱动组件高度下降；同理，反向旋转螺母7时，即可令驱动组件至滚珠丝杠5的高度上升。
[0031]机器人的越障方式如下，当前活动轮15碰到障碍物，活动轴10因受力，各活动杆相对角度减小，最后推动与第三活动杆93相连的轴套4向压缩弹簧6方向运动，致使活动轮至滚珠丝杠5的高度降低，令活动轮越过障碍物。当驱动组件离开障碍物时，受弹簧6弹力的作用，轴套4被推动与螺母7紧靠，将会自动回到最初为受障碍物压迫的状态。
[0032]本申请中的驱动单元2的长度及宽度被设计在能够通过90度弯管的长度、宽度范围之内，机器人的控制单元I的长度及宽度被设计在能够通过可通过最小管径的90度弯管的长度、宽度范围之内，使得机器人不会卡死在弯管和支岔管中。并且，机器人通过高度调节装置能够对管道内壁产生一定的正压力，令机器人能够在垂直的管道中停止及行进。
[0033]此外，由于控制单元I内搭载有各电子系统，在低辐射环境作业时，需采取核防护措施，在控制单元I的表面涂覆一层防辐射涂层，使机器人能够在低辐射环境正常作业，而不被破坏。
[0034]在实际运用过程中，可在驱动器的侧壁上设置摄像头26，可通过控制单元I搭载控制系统、图像传输模块、数据传输模块、盖革计数器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器等，可对核环境管道进行摄像和相关信息收集，并将获取信息等实时反馈给远离核环境的遥控终端系统，为我国核设施的检测和退役的有效实施提供有价值的参照。
【主权项】
1.一种具有自适应能力的核设施管道检测机器人的驱动单元，其特征在于，所述驱动单元包括分别固定在滚珠丝杠的两端的前固定板和后固定板，设置在所述前固定板和后固定板之间的轴套，以及设置在所述前固定板、轴套和后固定板上的至少三组驱动组件;所述前固定板和轴套之间的丝杆上设有弹簧，所述轴套朝向后固定板的一侧设有用于调节轴套位置的螺母;所述驱动组件包括一端与所述前固定板、轴套和后固定板连接，另一端与驱动器连接的高度调节装置； 所述驱动器包括相互对置的右车轮架和左车轮架，以及分别固定在所述右车轮架和左车轮架两端的第一传动轴和第二传动轴;所述第一传动轴的两端分别设有一个前活动轮，所述第二传动轴的两端分别设有一个后活动轮;所述右车轮架和左车轮架的中部设有电机;所述电机通过传动装置驱动第一传动轴转动。2.根据权利要求1所述的具有自适应能力的核设施管道检测机器人的驱动单元，其特征在于，所述右车轮架和左车轮架的前端的下方设有第一连杆轴，所述右车轮架和左车轮架的后端的下方设有第二连杆轴;所述高度调节装置包括左调节架和右调节架，以及连接在左调节架和右调节架之间的活动轴;所述左调节架的一端与所述前固定板连接，另一端连接至第一连杆轴;所述右调节架的一端分别与所述后固定板和轴套连接，另一端连接至第二连杆轴。3.根据权利要求2所述的具有自适应能力的核设施管道检测机器人的驱动单元，其特征在于，所述左调节架包括依次活动连接在所述前固定板与第一连杆轴之间的第一活动杆和第二活动杆;所述右调节架为一活动菱形架，包括依次活动连接在所述后固定板与第二连杆轴之间的第三活动杆和第四活动杆，以及依次活动连接在所述轴套与所述第四活动杆的中部之间的第五活动杆和第六活动杆;且所述第三活动杆与所述第五活动杆的中部交叉活动连接;所述活动轴的一端连接至第一活动杆与第二活动杆之间的连接处，活动轴的另一端与所述第三活动杆与第四活动杆之间的连接处相连接。4.根据权利要求1所述的具有自适应能力的核设施管道检测机器人的驱动单元，其特征在于，所述传动装置包括依次设置在第一传动轴与电机之间的第三传动轴和第四传动轴，以及与所述电机连接的第二锥形齿轮;所述第四传动轴的一端设有与所述第二锥形齿轮相配合的第一锥形齿轮，第四传动轴的另一端设有第四齿轮;所述第三传动轴的一端设有与所述第四齿轮相配合的第三齿轮，第三传动轴的另一端设有第二齿轮;所述第一传动轴的一端设有与所述第二齿轮相配合的第一齿轮。5.根据权利要求1所述的具有自适应能力的核设施管道检测机器人的驱动单元，其特征在于，所述驱动组件的数目为四组。6.根据权利要求1所述的具有自适应能力的核设施管道检测机器人的驱动单元，其特征在于，所述电机通过电机架固定在右车轮架和左车轮架之间，所述电机架呈L形，其垂直部固定在右车轮架或左车轮架上，其平行部横向垂直固定在右车轮架或左车轮架之间。7.—种具有自适应能力的核设施管道检测机器人，包括控制单元，以及分别固定在控制单元的两端的驱动单元，其特征在于，所述驱动单元为权利要求1-6任一所述的驱动单J L ο8.根据权利要求7所述的具有自适应能力的核设施管道检测机器人，其特征在于，所述控制单元的表面涂有一层防辐射涂层。
【文档编号】F16L55/32GK205479976SQ201620294348
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】李新茂, 王基生, 刘满禄, 蒋小林, 黄鹏飞, 朱波, 吴仕超, 张静, 张敦凤
【申请人】西南科技大学