[发明专利]非圆齿轮驱动的双质体冲击式管道机器人及运动建模方法

说明书

本发明提供一种非圆齿轮驱动的双质体冲击式管道机器人及运动建模方法，管道机器人包括电机、一对非圆齿轮、一对同步圆齿轮、两个偏心块和外部壳体，电机输出轴与主动非圆齿轮固定连接，从动非圆齿轮与同步圆齿轮中的一个连接，两个同步圆齿轮分别与偏心块连接，两个偏心块形状相同，且保持对心旋转，外部壳体与管道内壁保持弹性接触。本发明提出的双质体冲击式管道机器人动力系统完全密封，不需要外部驱动部件，其尺寸、密封、耐腐蚀等性能更有优势，不但具有在普通管道环境下行走的能力，也具有在输送腐蚀、易燃介质或直径较小的特种管道系统中高效率运行的能力。

技术领域

本发明涉及管道机器人领域，具体涉及非圆齿轮驱动的双质体冲击式管道机器人及运动建模方法。

背景技术

管网是输水、供暖、通讯、天然气、石油化工以及核工业等领域的重要基础设施，但对于一些恶劣、较为危险的管道环境(比如具有辐射性、腐蚀性、有毒物质等)，或者是空间狭窄(比如下水道)的管道环境中，工作人员无法进行管道内的检测和维修，而传统的检测方法因为其工作量大、检测效率低、检测维修费用高、以及会造成资源的浪费，无法进行推广运用。

管道机器人是一类集多类传感器及操作装置(录像机、清理装置、焊接装置、防腐喷漆装置、机械手、位置传感器、超声波传感器等)一身的机器人，面对庞大的管网系统，管道机器人可以代替人工对生产安装过程中的管道质量进行检测；可以对使过程中焊缝情况、腐蚀破损等故障进行诊断；以及恶劣环境下进行管道清扫、焊接等维护工作,管道机器人已成为管网智慧管理必不可少的智能设备。

外部驱动的管道机器人，其整体结构较大，无法适用小口径管道，且重量较大，因此难以实现小型化、轻量化以及密封化。如公开号为CN112228698A的发明型专利，公开了一种斜向轮式转向管道机器人，包括：两个斜向滚轮组、两个固定支架、万向节连接件、万向节、两个驱动电机以及两个转向推杆。该斜向轮式转向管道机器人采用双驱斜向滚轮结构，滚轮轮毂采用的是多幅式分支结构，各辐条均能够单独地控制各自相应的橡胶轮径向伸缩，因而具有自适应管径大小变化的能力。公开号为CN 112325051 A的发明型专利，公开了一种新型管道机器人，包括：V型机械臂单元、一对支撑臂、滚动件、拉伸单元以及支撑单元。其采用V型反交叉结构设计，使用轮式驱动，使机器人拥有较强驱动力、转向能力的同时，具备较大的管径自适应性，并拥有越障等环境自适应性。

公开号为CN 212338592U的发明型专利，公开了一种管道检测机器人，包括底板。其通过伺服电机带动主动轮的转动，通过传送带从而带动从动轮的转动，通过将轮子设置成履带轮使管道机器人更便于检测。

公开号为CN108916533A的发明型专利，公开了一种非对称变径轮式防水管道机器人。包括防水行走机构、变径机构、摄像检测装置和防卡死装置。四轮的行走机构组成单个防水行走机构，运行效率高，负载能力大，虽然该发明设置了防水行走机构，但是驱动系统与管道环境之间为动密封，在高压、易燃、腐蚀性等恶劣环境下存在极大的动力隐患。

对于惯性驱动管道机器人目前多数形式为压电式。公开号为CN108799693A的发明型专利，公开了一种管道机器人。包括两个驱动模组、两个气囊、气泵组件和至少两根软轴。改变气囊的状态，可改变管道机器人的状态及运动模式，可以使管道机器人能够更好地适应管道内复杂的环境。气囊式机器人气流由外界提供通过管道输送，由于管道的限制，大大降低了管道机器人的工作距离。另外如公开号为CN108758166A的发明型专利，公开了一种单驱动蠕动式管道机器人。包括前支撑机构和后支承机构以及推进机构。前支撑机构与后支承机构依次接触管道内壁，推进机构的作用是推动前支撑机构相对于后支撑机构运动。该单驱动蠕动式管道机器人仅通过电机实现前支撑机构和后支撑机构的交替伸缩和相对运动，结构简单，可靠性高，自适应转向能力良好，但推进机构裸露外管道环境中，不可以在高压、易燃、腐蚀性等恶劣环境下运行。