[发明专利]一种管道机器人及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种管道机器人及其应用，特别涉及一种轮式管道机器人，属于机器人技术领域。

背景技术

管道广泛应用于机械、化工、能源、核电等工业领域，是重要的输送工具之一。工业上的输送管道一般长期处在工况恶劣的环境，容易产生堵塞、破裂、变形等损伤，严重影响正常的生产运行甚至会导致安全事故的发生，为保证输送管道的正常运作，可以使用管道机器人定期对管道进行探查和维护。然而大多数输送管道存在油污、泥泞等异物，并且管道结构复杂，比如T型、L型、U型等复杂结构，这对管道机器人运动性能要求较高。

目前，常用的管道机器人主要采用蠕动式、履带式、轮式结构。其中轮式管道机器人相对前两者而言具有运动平稳、结构简单、行进效率较高、实用性较强等特点。例如，中国专利文献CN101890708A公开了一种轮式移动管道机器人，其结构包括箱体、主动齿轮系、轮组。轮组包括小轮组与大轮组，小轮组中的单侧小轮之一为主动轮，大轮组包括侧桥板、快连接结构、大轮。箱体内设置有与主动齿轮系连接的电机。该种轮式移动管道机器人能够工作于不同内径的管道，在使用大轮组时不必卸掉小轮组，能提高机器人的越障能力。但是，该专利申请的管道机器人由于其结构不能产生封闭力，无法在垂直管道、L型管道、T型管道运动，致使其应用场合有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种新型结构形式的管道机器人。

本发明还提供上述一种管道机器人的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种管道机器人，包括一个或多个依次连接的机器人单元，所述机器人单元包括爬行机构和摆动机构，所述摆动机构前后连接两个所述的爬行机构；

所述爬行机构包括机架和驱动装置，在所述机架的上顶面、下底面、左侧面和右侧面各设置有两个转动轴，所述驱动装置包括驱动电机、带传动系、齿轮组系和驱动轮，所述驱动轮设置在转动轴上，转动轴通过齿轮组系连接，其中上顶面的转动轴一端与带传动系连接，所述驱动电机连接带传动系并通过带传动系驱动转动轴转动，最终借助驱动轮使爬行机构移动；

所述摆动机构包括摆动电机、摆动架、摆动连接体、摆动轴和摆动锥齿轮系，所述摆动架与机架固定连接，所述摆动轴与摆动锥齿轮系连接且摆动轴的两端设置在摆动架上，所述摆动电机设置在机架上且摆动电机与摆动锥齿轮系传动连接，所述摆动连接体的两端分别连接前后两个摆动轴，其中，一个摆动锥齿轮系横向设置，一个摆动锥齿轮系竖向设置。

优选的，所述机架包括支撑架和角钢架，所述角钢架通过螺钉固定安装在支撑架上组成长方体架构。此设计的好处在于，通过螺钉将角钢架与支撑架组装起来，方便安装和拆卸，利于组装管道机器人。

优选的，所述带传动系包括同步带轮和同步带，所述同步带轮设置在驱动电机的输出轴上以及上顶面两个转动轴的一端，所述同步带缠绕设置在同步带轮上。

优选的，所述带传动系还包括涨紧机构，所述涨紧机构包括两个涨紧轴和两个涨紧轮，所述两个涨紧轴滑动设置在机架上，两个涨紧轮分别设置在两个涨紧轴的一端，所述同步带绕过两个涨紧轮。此设计的好处在于，通过滑动涨紧轴的位置，可以使涨紧轮调节同步带的松紧程度。

优选的，所述齿轮组系包括两个相互啮合的锥齿轮，两个锥齿轮分别设置在相邻的两个转动轴的端部。此设计的好处在于，通过锥齿轮之间的相互配合，可使一个驱动电机同时带动上下左右的转动轴转动，从而使驱动轮行进。

优选的，所述驱动轮与转动轴之间通过键连接。

优选的，所述转动轴通过轴承固定设置在机架上。

优选的，所述摆动锥齿轮系包括两个相互啮合的摆动锥齿轮，其中一个摆动锥齿轮为主动摆动锥齿轮，另一个摆动锥齿轮为从动摆动锥齿轮，所述摆动电机的输出轴与主动摆动锥齿轮传动连接。

一种管道机器人的工作方法，包括以下步骤，

将管道机器人放置在待作业的管道内，驱动电机运行，通过带传动系带动转动轴转动，转动轴转动的同时，驱动轮驱使管道机器人行进；

当管道机器人需要转弯时，与管道接触的驱动轮受到管道内壁的约束作用，导引驱动轮按照管道弯道的方向转弯前进；转弯时，机器人摆动机构不受摆动电机控制，可以自由摆动，从而避免转弯过程中机器人各爬行机构之间相互约束和影响；