一种管道机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种管道机器人，包括电机筒，电机筒内安设电机，电机与控制柜电连接；在电机的一侧安装有行走单元，行走单元的前端安设有摄像头；所述行走单元包括行走丝杆、连接套筒、导向筒、行走螺母、第一滑块支撑座和第一伞形支撑体，所述行走丝杆的一端与电机的电机轴相连，行走丝杆的另一端依次穿过连接套筒、导向筒、行走螺母、第一滑块支撑座和第一伞形支撑体，与最前端的定位螺母相配合；第一滑块支撑座的前端固定有第一滑块，第一滑块与第一伞形支撑体的一端铰接，第一伞形支撑体的另一端与定位螺母相连；在第一伞形支撑体上安装有行走轮。本实用新型不易打滑、可为整个装置的运动提供足够的牵引力，适用于不同管径的管道。
【专利说明】
一种管道机器人
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种管道牵引器，具体涉及一种管道机器人。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，管道在当今社会得到了广泛应用。长期使用后，管道免不了会出现裂纹，堵塞等状况。由于很多管道埋在地下环境比较恶劣，或者管径很小人们无法进去进行定期检修，而挖出管道进行检修则要长期停止运营所以既不经济又不现实，这就迫切需要一种既能在管道里面检查又能拖动繁重的施工工具以及施工原材料的管道机器人。
[0003]目前的管道机器人大多采用直进轮式管道机器人，直进轮式管道机器人只能依赖机器人与井壁之间的摩擦力来提供爬行所需的牵引力，且只能依靠自身的重力压紧在管道内壁上，所以这种机器人对管壁的正压力十分有限，容易打滑，能提供的摩擦力有限，产生的牵引力也非常有限。因此，有必要对现有技术进行改进。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种牵引力大、不易打滑的管道机器人。
[0005]本实用新型采用的技术方案是:一种管道机器人，包括电机筒，电机筒内安设电机，电机与控制柜电连接;在电机筒的一侧安装有行走单元，行走单元的前端安设有摄像头;所述行走单元包括行走丝杆、连接套筒、导向筒、行走螺母、第一滑块支撑座和第一伞形支撑体，所述行走丝杆的一端与电机的电机轴相连，电机轴带动行走丝杆转动;行走丝杆的另一端依次穿过连接套筒、导向筒、行走螺母、第一滑块支撑座和第一伞形支撑体，与最前端的定位螺母相配合;连接套筒的一端与电机筒连接，连接套筒的另一端与导向筒连接;所述第一滑块支撑座的前端固定有第一滑块，第一滑块套在行走丝杆上;第一滑块与第一伞形支撑体的一端铰接，第一伞形支撑体的另一端与定位螺母相连;在第一伞形支撑体上安装有行走轮;当第一伞形支撑体撑开时，行走轮可与管道壁接触。
[0006]按上述方案，所述第一伞形支撑体包括位于中心的第一连杆座，以及周向间隔均勾布置在第一连杆座上的三组第一六杆连杆机构，第一连杆座也为第一六杆连杆机构的杆件之一;第一六杆连杆机构的后端为驱动端，三组第一六杆连杆机构的驱动端均铰接在第一滑块上;第一六杆连杆机构最前端的连杆为第一撑杆，第一撑杆的前端与第一连杆座铰接，第一撑杆的后端与第一轮杆铰接，第一轮杆的轴线与第一连杆座的轴线平行;所述第一轮杆上安装行走轮，行走轮的中心轴线不垂直于第一轮杆的轴线。
[0007]按上述方案，在行走螺母和第一滑块支撑座之间的行走丝杆上安装有第一弹簧座，第一弹簧座上安设有第一弹簧，第一弹簧的前端与第一滑块支撑座接触。
[0008]按上述方案，所述导向筒包括筒形本体，筒形本体的一端设有两块相对的变径板，两块变径板之间形成导向槽，所述导向槽与设置在行走螺母上的凸起相配置;筒形本体内部安设有两个导向电机，导向电机的驱动轴与蜗杆相连，蜗杆与涡轮相配合，涡轮固定在变径板上;变径板可沿筒形本体的轴线移动。
[0009]按上述方案，在电机筒的另一侧安装有扶正单元，扶正单元包括扶正丝杆、第二伞形支撑体、第二滑块支撑座和扶正螺母，扶正丝杆的一端与电机筒固定相连;扶正丝杆的另一端依次穿过第二伞形支撑体和第二滑块支撑座，与扶正螺母配合;所述第二伞形支撑体上安设有扶正轮，第二伞形支撑体的一端与电机筒相连，第二伞形支撑体的另一端与第二滑块铰接，第二滑块固定在第二滑块支撑座上。
[0010]按上述方案，在第二滑块支撑座和扶正螺母之间的扶正丝杆上设有第二弹簧座，第二弹簧座上套设有第二弹簧。
[0011]按上述方案，所述第二伞形支撑体包括位于中心的第二连杆座，以及周向间隔均勾布置在第二连杆座上的三组第二六杆连杆机构，第二连杆座为第二六杆连杆机构的杆件之一;第二六杆连杆机构的后端为驱动端，三组第二六杆连杆机构的驱动端均铰接在第二滑块上;第二六杆连杆机构最前端的连杆为第二撑杆，第二撑杆的前端铰接在第二连杆座上，第二撑杆的后端与第二轮杆铰接，第二轮杆的轴线与第二连杆座的轴线平行;所述第二轮杆上安装有扶正轮，扶正轮的中心轴线垂直于第二轮杆的轴线。
[0012]按上述方案，所述行走轮和扶正轮均为齿轮。
[0013]按上述方案，所述行走轮和扶正轮上分别安设有压力传感器。
[0014]本实用新型的有益效果为:
[0015]1、行走单元和扶正单元均通过丝杠螺纹副运动压缩弹簧，使伞形支撑体撑开，行走轮和扶正轮紧压在管道内壁，在管道内壁上产生足够大的正压力，不易打滑；由于行走轮的中心轴线与管道轴线存在一定的夹角，在摩擦力的作用下，行走轮沿管道内壁行走，为整个装置的运动提供足够的牵引力。
[0016]2、行走单元的导向筒结构可改变导向槽的长短，以适用不同管径的管道，应用范围广泛。
[0017]3、伞形支撑体的三组六杆连杆机构(相互间隔120°)均匀间隔分布，所述管道机器人的中心轴线和管道轴线重合，各扶正轮和行走轮受力均匀，保证了所述管道机器人的平稳运行。
[0018]4、行走单元的前置摄像头可使本实用新型有效避开障碍物，防止损坏。
[0019]5、行走轮和扶正轮上的压力传感器，可防止行走轮和扶正轮由于受压过大而压溃。
[0020]6、本实用新型结构简单合理，投资成本低;可靠性高，具备摄像检测和大载荷拖拽的能力，实用性强。
【附图说明】
[0021 ]图1为本实用新型一个具体实施例的结构示意图。
[0022]图2为本实施例中行走单元的结构简图。
[0023]图3为本实施例中扶正单元的结构示意图。
[0024]图4为本实施例中行走螺母与导向筒的结构示意图。
[0025]图5为本实施例中导向筒的结构示意图。
[0026]图6为本实施例中行走轮的安装示意图。
[0027]其中:1、定位螺母;2、第一连杆座;3、行走轮;4、第一滑块支撑座;4.1、第一滑块；
5、行走螺母;6、导向筒;6.1、筒形本体;6.2、变径板;6.3、导向电机;6.4、蜗杆;6.5、祸轮；6.6、导向槽;7、连接套筒;8、电机筒;9、第二连杆座；1、扶正轮;11、第二滑块支撑座；11.1、第二滑块；12、第二弹簧座；13、扶正螺母；14、拉钩；15、电缆；16、控制柜；17、第一弹簧；18、第二弹簧；19、行走丝杠;20、扶正丝杠;21、摄像头;22、第一弹簧座;23、第一六杆连杆机构；24、第二六杆连杆机构;25、第一撑杆;26、第二撑杆;27、第一轮杆;28、第二轮杆、29管道内壁。
【具体实施方式】
[0028]为了更好地理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地描述。
[0029]如图1所不的一种管道机器人，包括电机筒8，电机筒8内安设电机和减速器，电机通过电缆15与控制柜16电连接，控制柜16控制电机工作;在电机的一侧设置行走单元，行走单元的前端安置有摄像头21，摄像头21可观察管道内部情况，避开障碍物;电机的另一侧设置有扶正单元，电机为行走单元和扶正单元提供动力。
[0030]行走单元包括行走丝杆19、连接套筒7、导向筒6、行走螺母5(可为铜螺母)、第一弹簧座22、第一滑块支撑座4和第一伞形支撑体，行走丝杆19的一端与电机筒的减速器轴相连，电机轴带动减速器轴转动，减速器轴带动行走丝杆19转动;行走丝杆19的另一端依次穿过连接套筒7、导向筒6、第一弹簧座22、第一滑块支撑座4和第一伞形支撑体，与最前端的定位螺母I相配合;连接套筒7的一端与电机筒8连接(可螺纹连接)，连接套筒7的另一端与导向筒6连接(可螺纹连接)，导向筒6的前端设有导向槽，导向槽与行走螺母5上的凸起相配置，行走螺母5与行走丝杆19相配合;在行走螺母5与第一滑块支撑座4之间的第一弹簧座22上套设有第一弹簧17(行走螺母5与第一弹簧座22为整体式结构)；第一滑块支撑座4的前端固定有第一滑块4.1，第一滑块4.1套在行走丝杆19上;第一滑块4.1与第一伞形支撑体的一端铰接，第一伞形支撑体的另一端与定位螺母I相连;在第一伞形支撑体上安装有行走轮3;当行走螺母5与行走丝杆19相互作用，向第一伞形支撑体的方向移动时，第一伞形支撑体打开，第一伞形支撑体上的行走轮3可与管道壁接触。
[0031]在行走单元中，第一伞形支撑体包括位于中心的第一连杆座2，以及周向间隔布置在第一连杆座2上的三组第一六杆连杆机构23，第一连杆座2也为第一六杆连杆机构23的杆件之一;第一六杆连杆机构23的后端为驱动端，三组第一六杆连杆机构23的驱动端均铰接在第一滑块4.1上;第一六杆连杆机构23最前端(S卩为定位螺母I 一端)的连杆为第一撑杆25，第一撑杆25前端与第一连杆座2铰接，第一撑杆25的后端与第一轮杆27铰接，第一轮杆27的轴线与第一连杆座2的轴线平行;第一轮杆27上安装有行走轮3，行走轮3为齿轮，行走轮3上安设有压力传感器;行走轮3的中心轴线不垂直于第一轮杆27的轴线；当行走丝杆19与行走螺母5发生相对作用时，第一伞形支撑体上的三组第一六杆连杆机构23打开，第一轮杆27向外撑开，固定在第一轮杆27上的行走轮3与管道内壁接触。
[0032]扶正单元包括扶正丝杆20、第二伞形支撑体、第二滑块支撑座11、第二弹簧座12和扶正螺母13，扶正丝杆19的一端与电机筒相连(可焊接固定)，电机驱动行走单元前进，行走单元带动电机筒8前进(电机和电机筒8是螺栓连接，电机筒8和扶正丝杆20焊接)，电机筒8拖动扶正丝杆20前进;扶正丝杆20的另一端依次穿过第二伞形支撑体、第二滑块支撑座11和第二弹簧座12，与扶正螺母13配合(扶正丝杆20与扶正螺母13配合的一端伸出，与拉钩14连接，拉钩14连接拖拽钢丝绳)；所述第二伞形支撑体上安设有扶正轮10，第二伞形支撑体的一端与电机筒8相连，第二伞形支撑体的另一端与第二滑块11.1铰接，第二滑块11.1固定在第二滑块支撑座11的一端;在第二滑块支撑座11与第二弹簧座12之间设置第二弹簧18，第二弹簧18套设在第二弹簧座12上。
[0033]在扶正单元中，第二伞形支撑体包括位于中心的第二连杆座9，以及周向间隔布置在第二连杆座9上的三组第二六杆连杆机构24(相邻两个第二六杆连杆机构24间隔120°)，第二连杆座9也为第二六杆连杆机构24的杆件之一;第二六杆连杆机构24的后端为驱动端，三组第二六杆连杆机构24的驱动端均铰接在第二滑块11.1上;第二六杆连杆机构24最前端(最前端为位于电机筒8处的一端)的连杆为第二撑杆26，第二撑杆26的前端与第二连杆座9前端铰接，第二撑杆26的后端与第二轮杆28铰接，第二轮杆28的轴线与第二连杆座9的轴线平行；第二轮杆28上安装有扶正轮10，扶正轮10为齿轮，扶正轮10上安设有压力传感器;扶正轮10的中心轴线垂直于第二轮杆28的轴线；当扶正丝杆20与扶正螺母13作用时，第二伞形支撑体的三组第二六杆连杆机构24打开，第二轮杆28向外撑开，固定在第二轮杆28上的扶正轮10与管道内壁接触。
[0034]本实用新型中，行走单元和扶正单元均采用伞形支撑体和丝杠螺母副相结合的支撑机构，行走轮3和扶正轮10分别安装在行走单元和扶正单元的伞型支撑体六杆连杆机构(两个六杆连杆机构均为平行四边形连杆机构)的连杆上。行走单元和扶正单元的伞形支撑体的工作原理相同，均是利用弹簧的挤压作用逐渐张开，分别使行走轮3和扶正轮10对管道内壁产生足够的正压力。由于弹簧(包括第一弹簧17和第二弹簧18，本实施例中，第一弹簧17和第二弹簧18的刚度相同；且弹簧的刚度越大，在相同的管径下可提供更大的牵引力)具有一定的伸缩性和绕度，故本实用新型可用于不同管径的管道。
[0035]管道直径变化后，可以通过改变导向筒上的导向槽6.6长度来改变第一伞形支撑结构的外径，以适应直径变化了的管道。如图5，导向筒6包括筒形本体6.1，筒形本体6.1的一端设有两块正对的弧形变径板6.2，两块变径板6.2之间形成导向槽6.6;筒形本体6.1内部安设有两个导向电机6.3，导向电机6.3的驱动轴与蜗杆6.4相连，蜗杆6.4与祸轮6.5相配合，涡轮6.5固定在变径板6.2上;变径板6.2可沿筒形本体6.1的轴线移动。若需要改变导向槽6.6的长度，启动导向电机6.3，导向电机的电机轴带动蜗杆6.4转动，涡轮6.5随之转动，从而带动变径板6.2移动。两块变径板6.2同时向筒形本体6.1移动、靠近筒形本体6.1时，两块变径板6.1形成的导向槽6.6长度变短。导向槽6.6长度变化之后，弹簧的压缩量变化，行走单元的第一伞状支撑体往外张开的程度变化，故能适应管径不同的管道。两块换径板6.1都伸出时，可调节行走单元的第一伞形支撑体的张开程度;一块变径板伸出、一块变径板退回时，行走螺母5可退回导向槽(电机反转时因为行走丝杆19上的螺距较大，且行走螺母5的凸起转动了大半个圆周，所以行走螺母5的凸起下降距离足够让行走螺母5的凸起卡在伸出来的那块变径板边上，然后在行走丝杆19和行走螺母5的相互作用下，行走螺母5退回至导向槽6.6，与行走螺母5出导向筒过程相反，原理一样)。当管道直径变化时，可先通过改变导向槽6.6的长度来改变第一伞形支撑体的张开程度；当行走单元从一个管道进入另一个管径不同的管道时，可通过扶正螺母13来调节扶正单元的第二伞形支撑体的张开程度，以适应管道的变径。
[0036]本实用新型采用电压无极调速，当摄像头21显示前边无障碍而且隔目的地还相距甚远的时候，可操控所述管道机器人提高速度，快速行驶;若理想速度与实际速度的相差比较大，通过电位器调节晶闸管导通角，实现电机的供电电压连续变化来控制电机(管道机器人)无极调速(电压越大转速越大)，灵活改变行驶速度。
[0037]本实用新型的工作原理为:
[0038]I)初始状态时，本实用新型的第一伞形支撑体和第二伞形支撑体均为收缩状态；放入管道内后，转动扶正螺母13，扶正螺母13沿着扶正丝杆20的轴向移动，推动第二弹簧座12向前移动，压缩第二弹簧18;在第二弹簧18的作用下，第二滑块11.1轴向移动，此时一端铰接在第二滑块11.1上的第二伞形支撑体(第二伞形支撑体的前端受到电机筒8的阻力作用)打开，三组第二六杆连杆机构24受力向电机筒8方向移动并不断向外撑开，直至第二轮杆28上的扶正轮10与管道内壁接触(第二弹簧18此时停止压缩)，并产生一定的正压力。正压力保证了扶正丝杆20的轴线始终与管道轴线平行，第二伞形支撑体保持撑开状态，也避免了电缆15被拖拽铰断。
[0039]2)启动电机，电机带动行走丝杆19转动，与行走丝杆19配合的行走螺母5发生转动并产生轴向位移，由于行走螺母5的凸起卡在导向筒6的导向槽6.6内，行走螺母5不能发生转动，只能轴向向前移动。行走螺母5向前移动时不断压缩第一弹簧17，在第一弹簧17的作用下，第一伞形支撑体打开(第一伞形支撑体的前端受定位螺母I的阻力作用)，三组第一六杆连杆机构23受力向定位螺母I的方向移动并不断向外撑开，直至行走螺母5的凸起脱离导向筒6的导向槽，第一弹簧17停止作用，第一六杆连杆机构23完全打开，第一轮杆27上的行走轮3与管道内壁接触，与管道内壁之间产生足够大的正压力。由于行走轮3中心轴线不垂直于第一轮杆27的轴线，存在一定的夹角(也为螺旋角，螺旋角越小牵引力越大，速度越慢；螺旋角可为8°)，在摩擦力的驱动下，行走轮3沿着管道内壁螺旋前进(而扶正轮10只能沿着管道轴线移动)，带动整个装置移动。行走轮3的螺旋式运动为整个装置提供动力，驱动整个装置沿管道内壁前进。当所述机器人后退时，控制电机反转即可实现。电机反转时，因为行走丝杠19只转动一个导向槽6.6的宽度，所以行走螺母5的凸起下降距离很小，不会卡在导向槽6.6内。
[0040]以上说明仅为本实用新型的应用实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种管道机器人，其特征在于，包括电机筒，电机筒内安设电机，电机与控制柜电连接;在电机筒的一侧安装有行走单元，行走单元的前端安设有摄像头;所述行走单元包括行走丝杆、连接套筒、导向筒、行走螺母、第一滑块支撑座和第一伞形支撑体，所述行走丝杆的一端与电机的电机轴相连，电机轴带动行走丝杆转动;行走丝杆的另一端依次穿过连接套筒、导向筒、行走螺母、第一滑块支撑座和第一伞形支撑体，与最前端的定位螺母相配合;连接套筒的一端与电机筒连接，连接套筒的另一端与导向筒连接;所述第一滑块支撑座的前端固定有第一滑块，第一滑块套在行走丝杆上;第一滑块与第一伞形支撑体的一端铰接，第一伞形支撑体的另一端与定位螺母相连;在第一伞形支撑体上安装有行走轮；当第一伞形支撑体撑开时，行走轮可与管道壁接触。2.如权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于，所述第一伞形支撑体包括位于中心的第一连杆座，以及周向间隔均勾布置在第一连杆座上的三组第一六杆连杆机构，第一连杆座也为第一六杆连杆机构的杆件之一;第一六杆连杆机构的后端为驱动端，三组第一六杆连杆机构的驱动端均铰接在第一滑块上；第一六杆连杆机构最前端的连杆为第一撑杆，第一撑杆的前端与第一连杆座铰接，第一撑杆的后端与第一轮杆铰接，第一轮杆的轴线与第一连杆座的轴线平行;所述第一轮杆上安装行走轮，行走轮的中心轴线不垂直于第一轮杆的轴线。3.如权利要求2所述的一种管道机器人，其特征在于，在行走螺母和第一滑块支撑座之间的行走丝杆上安装有第一弹簧座，第一弹簧座上安设有第一弹簧，第一弹簧的前端与第一滑块支撑座接触。4.如权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于，所述导向筒包括筒形本体，筒形本体的一端设有两块相对的变径板，两块变径板之间形成导向槽，所述导向槽与设置在行走螺母上的凸起相配置;筒形本体内部安设有两个导向电机，导向电机的驱动轴与蜗杆相连，蜗杆与涡轮相配合，涡轮固定在变径板上;变径板可沿筒形本体的轴线移动。5.如权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于，在电机筒的另一侧安装有扶正单元，扶正单元包括扶正丝杆、第二伞形支撑体、第二滑块支撑座和扶正螺母，扶正丝杆的一端与电机筒固定相连;扶正丝杆的另一端依次穿过第二伞形支撑体和第二滑块支撑座，与扶正螺母配合;所述第二伞形支撑体上安设有扶正轮，第二伞形支撑体的一端与电机筒相连，第二伞形支撑体的另一端与第二滑块铰接，第二滑块固定在第二滑块支撑座上。6.如权利要求5所述的一种管道机器人，其特征在于，在第二滑块支撑座和扶正螺母之间的扶正丝杆上设有第二弹簧座，第二弹簧座上套设有第二弹簧。7.如权利要求5所述的一种管道机器人，其特征在于，所述第二伞形支撑体包括位于中心的第二连杆座，以及周向间隔均匀布置在第二连杆座上的三组第二六杆连杆机构，第二连杆座为第二六杆连杆机构的杆件之一;第二六杆连杆机构的后端为驱动端，三组第二六杆连杆机构的驱动端均铰接在第二滑块上;第二六杆连杆机构最前端的连杆为第二撑杆，第二撑杆的前端铰接在第二连杆座上，第二撑杆的后端与第二轮杆铰接，第二轮杆的轴线与第二连杆座的轴线平行;所述第二轮杆上安装有扶正轮，扶正轮的中心轴线垂直于第二轮杆的轴线。8.如权利要求5所述的一种管道机器人，其特征在于，所述行走轮和扶正轮均为齿轮。9.如权利要求5所述的一种管道机器人，其特征在于，所述行走轮和扶正轮上分别安设有压力传感器。
【文档编号】F16L101/30GK205534830SQ201620273566
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】吴超群, 黄正辉, 罗豪, 华伟杰, 刘凌豪, 赵伟静
【申请人】武汉理工大学