一種多功能復合驅動管道機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是一種將螺旋輪式驅動改進后與不同驅動模式結合起來，綜合性能優(yōu)異，并且能夠實現(xiàn)多種功能的多功能復合驅動管道機器人設計，屬于管道機器人結構設計領域。
【背景技術】
[0002]管道作為一種十分便利的運輸工具，從問世以來便得到了人們的青睞并且應用廣泛。如今工業(yè)管道系統(tǒng)已廣泛應用于冶金、石油、化工、及城市水暖供應等領域。工業(yè)管道的工作環(huán)境十分惡劣，長期使用后容易發(fā)生腐蝕，破裂等問題。因此管道的監(jiān)測、診斷、清理和維護就成為保障管道系統(tǒng)安全、暢通和高效運營的關鍵，然而受限于管道所處環(huán)境或管道尺寸，人不能直接到達或直接介入。為了達到實現(xiàn)管道內工作的目的，人們研究出了各種各樣的管道機器人。
[0003]但是，隨著社會和科技的進步，人們對管道機器人提出了更高的要求。當今的理念是“節(jié)能減排，低碳環(huán)?！保斚碌墓艿罊C器人性能各有優(yōu)劣，犧牲速度以獲得高驅動力，犧牲驅動力以獲得高速。并沒有一款綜合性能優(yōu)異的機器人。本設計針對這一問題，本發(fā)明使用了一種新型的螺旋輪式驅動，并且將不同的驅動方式結合起來，并且將工作裝置模塊化，實現(xiàn)了一種多功能復合驅動管道機器人的設計。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服當下管道機器人運行速度和軸向驅動力二者不可兼得的缺點，本發(fā)明提供一種多功能管道機器人，該管道機器人不僅有強大的軸向驅動力，而且能達到較高運行速度。機器人采用了一種新型的螺旋輪式驅動，在空間利用率上有了極大提高，降低了機器人成本。
[0005]—種多功能復合驅動管道機器人，其特征是:機器人前端采用頂壁履帶式驅動的模塊搭載部分，后端采用螺旋輪式驅動的輔助推進部分，兩部分用萬向節(jié)(9)連接。模塊搭載部分最外端為履帶(I)，由內置的履帶驅動輪(2)驅動，3條履帶環(huán)狀分布在模塊搭載機體(6)外端，每條履帶通過2根履帶調節(jié)桿(4)和4根履帶支撐桿(3)與模塊搭載機體(6)連接，6根桿關于履帶對稱分布，單邊有I根履帶調節(jié)桿(4)和2根履帶支撐桿(3)，履帶支撐桿(3)通過鉸鏈與模塊搭載機體(6)連接，履帶調節(jié)桿(4)與絲杠螺母(8)連接，3根絲杠(7)分別穿插于絲杠螺母(8)中，絲杠(7) —端與絲杠螺母驅動小齒輪(17)連接，3個絲杠螺母驅動小齒輪(17)環(huán)繞在絲杠螺母驅動大齒輪(16)周圍，形成了 4個齒輪，3對外嚙合關系。模塊搭載機體(6)外形為圓柱，采用中空設計，后端為4個齒輪形成的齒輪組，前端為連接模塊法蘭(18)。螺旋輪式推進部分，中心為螺旋倉太陽輪(14)，周圍環(huán)繞3個螺旋倉行星輪(15)，3個螺旋倉行星輪(15)與內壁為內嚙合齒輪的螺旋倉外殼(13)連接，螺旋倉外殼(13)外部環(huán)繞3個螺旋輪(10)，通過相交的螺旋輪支撐彈簧(12)和螺旋輪支撐桿(11)與螺旋倉外殼(13)連接。其中螺旋輪支撐桿(11)，螺旋輪支撐彈簧(12)，螺旋倉外殼(13)構成曲邊三角形，曲邊所對頂點為螺旋輪(10)。
[0006]進一步，螺旋架和螺旋倉一體化設計，螺旋倉外殼內部為內嚙合齒輪，通過行星輪和太陽輪建立傳動關系，工作時僅螺旋倉外殼轉動。
[0007]進一步，模塊搭載機體(6)前部連接模塊法蘭(18)用于連接工作模塊，并配有3個法蘭外連接螺母(19)用于連接輔助設備。
[0008]進一步，履帶支撐桿(3)裝有履帶阻尼器(5)。
[0009]進一步，曲邊三角形中；螺旋倉外殼直徑與該部分總體直徑比例為:1:3 - 2:3。
[0010]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:將軸向驅動力強大的螺旋輪式驅動進行改進后和運行速度高，越障能力強的頂壁履帶式驅動結合起來。用一個空心圓柱作為螺旋倉，3個螺旋輪支架周向均勻分布在螺旋倉外表面，螺旋輪固定在支架上。螺旋倉內壁為內嚙合齒輪，軸心處有一太陽輪，3個定軸行星輪圍繞太陽輪周向均勻分布，內嚙合齒輪，行星輪，太陽輪3者逐次嗤合。電機驅動太陽輪轉動，太陽輪驅動行星輪轉動，行星輪驅動外殼轉動，實現(xiàn)了僅外殼轉動的目的，螺旋倉外殼內保留了大量平穩(wěn)的空間，可以內置工作設備和動力設備。機器人前端采用頂壁履帶式驅動，后端采用新型螺旋輪式驅動，前端速度配合后端速度。兩部分用萬向節(jié)連接，萬向節(jié)只傳遞螺旋輪部分的軸向驅動力，避免搭載工作模塊的頂壁履帶部分運行不平穩(wěn)。頂壁履帶部分用來搭載工作模塊，這部分的模塊搭載機體采用中空的設計，機器人最前端設有連接法蘭，可以連接配套的各種工作模塊。為滿足工作模塊的工作需求，中空的部分可以內置各種儀器和部件，保證模塊的正常工作。
[0011]本發(fā)明的有益效果是空間利用率高，有效降低了管道機器人的成本。性能上既有強大的軸向驅動力，又能達到較高的運行速度，搭載工作模塊的空間較大且該部分運行平穩(wěn)，對工作模塊的搭載能力極強。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的總體設計圖-正視圖
[0013]圖2是本發(fā)明的總體設計圖-軸測圖
[0014]圖3是前端頂壁履帶式驅動的模塊搭載部分
[0015]圖4是后端螺旋輪式驅動部分軸測圖
[0016]圖5是螺旋倉內部結構圖
[0017]圖6是外部螺旋架近距離觀察圖
[0018]圖7是連接兩部分的萬向節(jié)
[0019]圖8是驅動履帶展開的齒輪機構
[0020]圖9是履帶調節(jié)后示意圖
[0021]圖中:履帶(I)、履帶驅動輪(2)、履帶支撐桿(3)、履帶調節(jié)桿(4)、履帶阻尼器
(5)、模塊搭載機體￠)、絲杠(7)、絲杠螺母(8)、萬向節(jié)(9)、螺旋輪(10)、螺旋輪支撐桿
(11)、螺旋輪支撐彈簧(12)、螺旋倉外殼(13)、螺旋倉太陽輪(14)、螺旋倉行星輪(15)、絲杠螺母驅動大齒輪(16)、絲杠螺母驅動小齒輪(17)、連接模塊法蘭(18)、法蘭外連接螺母
(19)、攝像頭(20)。
【具體實施方式】
[0022]在圖5中，螺旋倉太陽輪(14)由電機驅動，通過齒輪嚙合，螺旋倉行星輪(15)，螺旋倉外殼(13)依次轉動。
[0023]在圖6中，和螺旋倉外殼(13)為一體的螺旋輪支撐件(11)和(12)繞螺旋倉軸向旋轉，帶動螺旋輪(10)在管道內做螺旋運動。螺旋輪支撐桿(11)可以按壓螺旋輪支撐彈簧(12)達到使螺旋倉能主動變化適應管徑的目的。根據(jù)不同的工作需求，可以協(xié)調該部分螺旋倉外殼(13)直徑與總體直徑間的比例關系，螺旋倉外殼(13)直徑所占比例越大，該部分工作能力越強，但管徑適應能力降低。因此，該部分的尺寸關系可依照實際需求來取定。本設計中螺旋倉外殼直徑與該部分總體直徑比例為:5:11，這個比例使得螺旋推進部分有均衡的工作能力和管徑適應能力，既能滿足大部分的工作需求，又能適應較大范圍的管道直徑。
[0024]在圖8中，絲杠螺母⑶驅動大齒輪(16)轉動，使3個絲杠螺母驅動小齒輪(17)同時轉動，絲杠螺母(8)隨之運動，使履帶調節(jié)桿(4)與絲杠的夾角發(fā)生變化，履帶支撐桿
(3)隨之運動，調節(jié)履帶(I)和模塊搭載機體(6)之間的距離，使該部分可以主動適應管道直徑。圖9為調節(jié)至最大適應管徑的模塊搭載部分示意圖。這樣，機器人整體就具有了管徑適應的能力，可以進入適應范圍內的管道內工作。
[0025]如圖3所示，攝像頭(20)用螺釘固定在連接模塊法蘭(18)上，模塊搭載機體(6)中空部分內置了電源，對攝像頭(20)進行供電。這樣，機器人能夠通過攝像頭(20)采集管道內圖像，用于管道內壁損傷的分析等。連接模塊法蘭(18)還可以連接其他工作模塊，模塊搭載機體￠)的中空部分為模塊提供工作條件，以實現(xiàn)不同功能。
【主權項】
1.一種多功能復合驅動管道機器人，其特征是:機器人前端采用頂壁履帶式驅動的模塊搭載部分，后端采用螺旋輪式驅動的輔助推進部分，兩部分用萬向節(jié)(9)連接；模塊搭載部分最外端為履帶(I)，由內置的履帶驅動輪(2)驅動，3條履帶環(huán)狀分布在模塊搭載機體(6)外端，每條履帶通過2根履帶調節(jié)桿(4)和4根履帶支撐桿(3)與模塊搭載機體(6)連接，6根桿關于履帶對稱分布，單邊有I根履帶調節(jié)桿(4)和2根履帶支撐桿(3)，履帶支撐桿(3)通過鉸鏈與模塊搭載機體(6)連接，履帶調節(jié)桿(4)與絲杠螺母(8)連接，3根絲杠(7)分別穿插于絲杠螺母(8)中，絲杠(7)—端與絲杠螺母驅動小齒輪(17)連接，3個絲杠螺母驅動小齒輪(17)環(huán)繞在絲杠螺母驅動大齒輪(16)周圍，形成了 4個齒輪，3對外嚙合關系；模塊搭載機體(6)外形為圓柱，采用中空設計，后端為4個齒輪形成的齒輪組，前端為連接模塊法蘭(18);螺旋輪式推進部分，中心為螺旋倉太陽輪(14)，周圍環(huán)繞3個螺旋倉行星輪(15)，3個螺旋倉行星輪(15)與內壁為內嚙合齒輪的螺旋倉外殼(13)連接，螺旋倉外殼(13)外部環(huán)繞3個螺旋輪(10)，通過相交的螺旋輪支撐彈簧(12)和螺旋輪支撐桿(11)與螺旋倉外殼(13)連接；其中螺旋輪支撐桿(11)，螺旋輪支撐彈簧(12)，螺旋倉外殼(13)構成曲邊三角形，曲邊所對頂點為螺旋輪(10)。2.根據(jù)權利要求1所述的管道機器人，其特征是:螺旋架和螺旋倉一體化設計，工作時僅螺旋倉外殼轉動。3.根據(jù)權利要求1所述的管道機器人，其特征是:模塊搭載機體(6)前部連接模塊法蘭(18)用于連接工作模塊，并配有3個法蘭外連接螺母(19)用于連接輔助設備。4.根據(jù)權利要求1所述管道機器人，其特征是:履帶支撐桿(3)裝有履帶阻尼器(5)。5.根據(jù)權利要求1所述管道機器人，其特征是:曲邊三角形中；螺旋倉外殼直徑與該部分總體直徑比例為:1:3 - 2:3。
【專利摘要】一種多功能復合驅動管道機器人屬于機器人領域。本發(fā)明是一種綜合性能優(yōu)越的多功能復合驅動管道機器人。它將改進后的螺旋輪式驅動和頂壁履帶式驅動結合起來。前端采用頂壁履帶式驅動，后端采用新型螺旋輪式驅動，中間用萬向節(jié)連接。頂壁履帶部分用于搭載工作模塊，該部分前端有連接法蘭，且為中空設計，可以用法蘭連接工作模塊，中空部分為模塊提供工作條件。螺旋輪與螺旋倉外殼為一體設計，通過該部分的定軸行星輪驅動螺旋輪在管道內運動。
【IPC分類】F16L101/30, F16L55/40, F16L101/10, F16L55/30
【公開號】CN105003790
【申請?zhí)枴緾N201510398817
【發(fā)明人】張月澤, 王建華, 周洪, 謝啟航, 劉志峰
【申請人】北京工業(yè)大學
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月8日