[发明专利]具有导向头和单向行走轮结构的柔性蠕动管道机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种管道机器人研究领域，尤指一种具有导向头和单向轮结构的柔性蠕动管道机器人。

背景技术

管道机器人是一种可在管道中行走的机械装置，工作在输送管道内，用于完成管道缺陷检测、修复等的智能装置，是保障管道安全的重要工具。在当今社会，各种各样的管道得到了广泛的应用，现代工业、农业及日常生活中都离不开管道，管道成为物质输送的重要工具之一。在使用过程中由于受振动、热循环、腐蚀、超负荷等作用，加上管道本身可能隐藏的内在缺陷，寿命总是有限的。但是管道一般深埋在地下、空中或者建筑物中，内部结构错综复杂、环境恶劣，内径较小，人工难以在这样的环境下工作，管道机器人由此应运而生。这种检测技术提高了管道检侧的准确性，便于管道工程管理维护人员分析了解管道缺陷产生的原因，开展对缺陷的评估，制订管道维护方案，消除管道安全隐患，在事故发生前就有计划地维修或更换管段，从而节约大量的维修费用，降低管道维护成本，保障人民生活及财产安全，减少有毒气体或液体泄漏造成的环境污染。因此，开展管道检测机器人的研究具有重要的科学意义和明显的社会经济效益。

现有技术中公开有相关技术，如申请号ZL200910088008.7专利公开了一种具有导向头的柔性蠕动管道机器人，这种管道机器人结构复杂，难于控制，而且导向能力差。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供一种能在直线管道、L型弯管、T型弯管和变径管道中蠕动行走的柔性蠕动管道机器人。

为达到上述目的，本发明所提供的一种具有导向头和单向行走轮结构的柔性蠕动管道机器人，它包括：

前机体外壳和后机体外壳，前、后机体外壳的端部设有前、后机体端盖；

机器人的蠕动驱动机构，其包括驱动装置和传动装置，驱动装置固定在后机体上，传动装置包括柔性弹簧轴，前端通过柔性轴法兰固定在前机体上，其与电机轴的内梯形螺纹啮合形成螺旋传动机构，电机轴穿过行走电机的转子；

导向头机构，其包括一安装在前机体端盖的导向头，通过导向头铰链固定在导向头电机输出轴上，导向头电机固定在前机体端盖上，导向头和导向头铰链之间连接一拉伸弹簧；

单向行走轮机构，其包括安装在前、后机体端盖上的若干单向行走轮，所述行走轮设有单向轴承使行走轮只能向一个方向转动；

所述驱动装置为无框组合电机，该电机的转子是中空的。所述传动机构包括一电机轴和一柔性弹簧轴，行走电机安装在行走电机外壳内，行走电机外壳固定在所述后机体端盖上，行走电机转子的通孔内安装电机轴，该电机轴有内梯形螺纹，柔性弹簧轴与电机轴的内梯形螺纹啮合构成螺旋传动，柔性轴的前端通过柔性轴法兰与前机体固定；

电机轴通过轴承安装在后机体端盖上和行走电机外壳上，在行走电机的一端安装码盘，所述码盘通过编码器读取码盘的速度和角度信息；

可使单向行走轮与管道内壁紧密接触的行走轮机构，所述行走轮机构包括固定架、螺栓一和螺栓二、扭转弹簧和轮杆。所述固定架固定在所述前、后机体的端盖上，所述轮杆通过螺栓二连接在固定架上，轮杆可绕螺栓二旋转，螺栓上装有扭转弹簧，使行走轮保持与管道内壁紧接触。所述扭转弹簧采用形状记忆合金弹簧，该弹簧可以在电流的控制下，调整弹簧力的大小。所述轮架可以绕螺栓一旋转，轮架上安装两个行走轮；

只能单向旋转的行走轮，该行走轮包括轮架、行走轮、单向轴承和轮轴，所述行走轮内安装一单向轴承，使行走轮只能单向旋转，轮面上套有三个O型橡胶圈，使机器人行走更加平稳。所述轮轴将行走轮安装在轮架上；

该导向机构包括导向头电机、导向头铰链、导向头和拉伸弹簧。所述导向头电机固定在前机体端盖上，所述导向头铰链固定在导向头电机输出轴上，所述导向头固定在导向头铰链上，所述拉伸弹簧连接导向头和导向头铰链。导向头在导向头电机的控制下可以绕导向头电机轴线方向旋转360°，导向头在拉伸弹簧的作用下向一侧摆动，并与管道内壁接触。导向头顶端的球形结构可减少管壁对机器人的摩擦阻力；

根据权利要求1或6所述的具有导向头和单向行走轮结构的柔性蠕动管道机器人，其特征在于：在所述导向头铰链上有6个通孔。

本发明提供的具有导向头和单向行走轮结构的柔性蠕动管道机器人具有如下优点：

1、柔性弹簧轴穿过电机转子，与电机轴的内梯形螺纹啮合，结构紧凑。

2、采用旋转导向头机构，通过一个电机和一根拉伸弹簧控制导向头的方向，使得机器人顺利通过L型和T型弯管，结构简单，适应性高，导向能力强。