[发明专利]水库涵管检测机器人

说明书

技术领域

本发明属于机械领域，涉及一种管道机器人，具体涉及一种水库涵管检测机器人。

背景技术

管道作为一种方便有效的物料输送工具，在日常生活中应用非常广泛。管道在长期使用过程中，难免出现裂纹、泄漏等现象，特别是水库涵管，一旦发生问题造成水库坝体事故后果非常严重。水库涵管管径比较小，无支岔道，涵管内壁会有苔藓等物，底部有积水、淤泥，且伴有碎石、凹坑等障碍，人员无法直接进入，对水库涵管的检测是一件非常困难的事情。只有采用管道机器人才能高效地检测，通过其携带的传感器、摄像头等设备来完成水库涵管的检测工作。

现有的管道机器人在管道内驱动方式多样，大致可分为介质压差式、蠕动式、脚式、轮式、螺旋驱动式和履带式等几种，但还尚未有出现针对水库涵管检测工作的专用管道机器人。

介质压差式管道机器人，是通过管内流动介质的压力差驱动管道机器人向前运动，水库涵管工作在无水压状态，其启闭阀门在坝体有水一侧，且涵管内壁不平滑，故介质压差式管道机器人不适合水库涵管的工作环境。

蠕动式管道机器人通过模拟蚯蚓等尺蠖类动物自身的伸缩运动实现在管道内移动，但其缺点是在管道内移动速度慢，波动较大，且避障能力差，不合适水库涵管的工作环境。

脚式管道机器人是通过多足行走方式在管道内行走，但其缺点是具有较复杂的运动学和动力学特征，在步态规划和关节间协调控制等方面难度非常高。机器人结构非常复杂，需要大量的精密传感器，研究成本和制造成本都很高，且牵引能力有限，不适合长距离拖缆作业，不合适水库涵管的工作环境。

轮式管道机器人还可区分为支撑轮式和车型式两类，支撑轮管道机器人采用对称分布的支撑轮紧贴管道内壁，机器人中心与管道中心大致重合，机器人运动稳定性好，一般有变径机构，一定范围内适应不同管径；现有的变径机构一般采用平行四边形结构，虽然实现简单，但缺点是前后轮子变化量相同，容易造成空轮运行，不利于在管道内平衡。车型式管道机器人在管道底部行走，由于是依靠自重提供正压力，因此牵引能力有限，驱动轮与管壁间易打滑，不适合水库涵管内爬行。

螺旋驱动式管道机器人通常由静止部分和旋转部分组成，旋转部分各轮与管壁有一夹角，依靠机器人旋转部分旋转，各滚轮将沿着管壁螺旋上升，从而带动静止部分沿管壁轴线运动，由于旋转部分的各滚轮是沿着管壁螺旋上升，在该螺旋路径上遇到障碍无法避开，因此壁障能力差，不适合水库涵管。

履带式管道机器人依靠履带在管道内运动，虽履带附着力大，具有优越的越障能力，但驱动机构复杂，机械结构尺寸较大，在管道内难以调整姿态，不适合水库涵管的工作环境。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种水库涵管检测机器人，可实现变径以适应不同管径，摄像头居管道中心轴线上，且摄像头的方位角保持不变，采用倾角传感器确定管道机器人姿态角；摄像头发现有凹坑、碎石等障碍时通过原地绕管道中心轴线转动以调整姿态角避开障碍继续前行。

本发明包括驱动轮组、转向系统、连接机构、从动轮组、同步带和控制系统；所述的驱动轮组与从动轮组通过连接机构连接。

所述的驱动轮组包括第一主安装板、轮腿机构和分动系统；三个轮腿机构沿圆周均布设置在第一主安装板的侧壁上，分动系统设置在第一主安装板的中心处。

所述的轮腿机构包括转向筒支承件、浮动轮架伸缩弹簧、转向筒、浮动轮架、从动轴、驱动轮、驱动轮轴、驱动轮从动锥齿轮和驱动轮主动锥齿轮；所述的转向筒通过转向筒支承件支承在第一主安装板的侧壁上；浮动轮架与转向筒通过滑动副连接，且浮动轮架与转向筒之间设有浮动轮架伸缩弹簧；所述从动轴和驱动轮轴均通过轴承支承在浮动轮架上；驱动轮主动锥齿轮固定在从动轴外端；所述的驱动轮从动锥齿轮固定在驱动轮轴上，并与驱动轮主动锥齿轮啮合；两个驱动轮对中固定在驱动轮轴两端。

所述的分动系统包括分动驱动轴、分动主动锥齿轮、分动从动锥齿轮和驱动电机；所述驱动电机的底座固定在第一主安装板上，分动主动锥齿轮固定在驱动电机的输出轴上；三根分动驱动轴沿分动主动锥齿轮的转动中心均布，且均通过轴承支承在第一主安装板上；三根分动驱动轴的一端均固接有分动从动锥齿轮，另一端分别与对应一个轮腿机构的从动轴内端通过花键连接；三个分动从动锥齿轮均与分动主动锥齿轮啮合。