[发明专利]一种主动驱动的螺旋管道机器人

说明书

技术领域

本发明涉及管道中行走的机器人，特别是一种主动驱动的螺旋管道机器人。

背景技术

目前，管道机器人技术是近年来兴起的一种将精密机械、机器人学、新材料、控制理论等相结合的一种新型技术。由于现代工农业生产及日常生活中使用着众多微小的管道，如核电厂的蒸汽发生器传热管、冶金、石油、化工、城市水暖供应，制冷行业的工业管道和煤气管道等，这些管道系统的工作环境非常恶劣，容易发生腐蚀、疲劳破坏或者使管道内部潜在的缺陷发展成破损而引起泄漏事故等。因此管道的监测、诊断、清理和维护就成为保障管道系统安全、畅通和高效运营的关键，管道的在役和在线检测也就成了管道无损检测技术应用、发展的重要方向之一。然而管道所处的环境或受管道尺寸所限，人不能直接到达或不能直接介入，检修难度大。

国内外管道机器人的快速发展，使得越来越多的管道检修工作采用管道机器人来进行。管道机器人的移动机构是其重要组成部分。日本东京工业大学研制的气压蠕动式爬行装置，速度较慢，控制系统较为复杂，难以实现精确控制。另外一种为螺旋驱动式，如中国专利2007100500568，公开的一种螺旋驱动的圆管管道机器人，其直流电机轴上安装有驱动轮架，驱动轮架的三条支臂端部分别与沿机体长度方向的驱动轮杆中部铰接，驱动轮杆末端安装有驱动轮，驱动轮的回转轴线与机体轴线的夹角为3～30度，机体中部或前部安装有导向轮架。现有螺旋移动装置是通过驱动安装有驱动轮的驱动架旋转，然后由驱动架带动安装于驱动架边缘的驱动轮沿着管道内壁螺旋行进，产生轴向推动力，使机器人向前直行，这种结构能量损失大，传递运动不可靠。机器人的行进速度受到驱动轮的回转轴线与机体轴线的夹角取值的影响，当该夹角较小时，驱动轮运动的螺旋轨迹的螺旋角较小，驱动驱动轮旋转的力较大，驱动轮转速较快，机器人运行顺畅，但由于螺旋轨迹的螺旋角较小前进速度较慢；随着夹角的增大，驱动驱动轮旋转的力逐渐变小，驱动轮转速降低但驱动轮运动的螺旋轨迹的螺旋角增大，机器人前进速度会随着该夹角的增大逐渐提高，但超过一定值时，由于驱动驱动轮旋转的力减小至过小导致驱动轮转速进一步降低，导致机器人前进速度降低，同时机器人运行稳定性降低，甚至出现无法前进的现象。因此，现有螺旋移动装置中驱动轮的转速会随着驱动轮的回转轴线与机体轴线的夹角的变化而变化，在不同工况下装置的运行稳定性差，同时，由于驱动轮是由驱动轮架带动运转，因此，难以实现机器人的准确定位和微小位移调整，操控性差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种驱动轮主动旋转、运行稳定性强的主动驱动的管道机器人。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种主动驱动的螺旋管道机器人，它包括驱动轮架、机体、导向轮架和动力装置，动力装置固设于机体内，驱动轮架通过轴承安装于机体的端部，且与机体的轴心重合，导向轮架固设于机体上，驱动轮架上设有变径机构，驱动轮架上还设有驱动轴和轮轴，轮轴上固定安装有驱动轮，变径机构上设有轴承座，轮轴通过轴承安装于轴承座内，驱动轴通过轴承安装于驱动轮架上，驱动轴和轮轴通过连接器相连接，驱动轴还通过传动装置与动力装置的输出轴连接，轮轴的轴线与机体轴线间具有夹角θ，且0°≤θ＜90°。

所述的传动装置为设置于动力装置输出轴上的主动齿轮和设置于驱动轴上的从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮相互啮合。

所述的传动装置为设置于动力装置输出轴上的主动齿轮、设置于驱动轴上的从动齿轮和设置于主动齿轮与从动齿轮之间的由多级齿轮组组成的变速器，变速器的多级齿轮组分别与主动齿轮和从动齿轮相啮合。

所述的导向轮架包括与机体固定连接的支架和安装于支架上的导向装置，所述的导向装置包括通过铰接轴铰接的前支撑腿和后支撑腿，铰接轴上还安装有导向轮，支架的末端安装有沿支架轴向滑动的调整机构，前支撑腿的另一端铰接于支架上，后支撑腿的另一端铰接于调整机构上，导向轮的回转轴线与机体轴线垂直，沿导向轮架周向均布有至少两组或两组以上的导向装置。

所述的变径机构包括立柱和支撑柱，立柱固设于驱动架上且与机体同轴设置，支撑柱固设于立柱上且沿与机体轴线垂直的方向设置，立柱上套装有滑套A，支撑柱上设置有滑套B，滑套A和滑套B通过连杆连接，连杆的两端分别铰接于滑套A和滑套B上，轴承座设置于滑套B上。

所述的变径机构为沿与机体轴线垂直的方向设置的液压缸，轴承座固设于液压缸的活塞杆A端部。所述的调整机构包括设置于支架内的电机、与电机轴固定连接的丝杠和滑动设置于支架上的滑块，滑块设有丝杆螺母，丝杠与丝杆螺母连接，后支撑腿铰接于滑块上。