[发明专利]主动自适应管径变化的周布履带轮式管道检测机器人

说明书

一种主动自适应管径变化的周布履带轮式管道检测机器人，包括履带轮行进机构以及通过转弯机构连接在履带轮行进机构前端的检测机构；履带轮行进机构包括圆柱形主体套筒，圆柱形主体套筒的外周均匀分布有多个受履带驱动电机控制的履带轮，履带轮通过压紧调节曲柄滑块机构安装在滚珠丝杠上，滚珠丝杠与圆柱形主体套筒的外壁相固定。检测机构包括圆柱形检测筒，圆柱形检测筒的检测筒前端盖上伸出超声波探头与广角摄像头，超声波探头的前端安装有超声波反射镜，圆柱形主体套筒的内部还设有电气控制系统，电气控制系统连接电池。本发明的运动可控性好，爬坡和越障能力突出，能够主动适应变管径工况。

技术领域

本发明属于机器人制造领域，具体涉及一种主动自适应管径变化的周布履带轮式管道检测机器人，应对管道内部存在小型障碍物、内壁存在缺陷及变管径工况下的行进检测工作。

背景技术

目前，管道机器人已经广泛应用于油气管道以及其他工业生活管道的检测维护领域，现有的管道机器人以轮式管道机器人为主，履带式管道机器人较少，并且现有的履带式管道机器人在驱动构型上以小车式的履带底盘结构为主，周布履带轮的管道机器人较少。履带底盘式管道机器人虽然在运动平稳性和爬坡能力上有所提升，但是针对于管内大范围缺陷障碍，机器人的运动平稳性存在不足。其次，在大坡度工况下，由于仅靠机器人自重提供的履带与管壁正压力有限，造成履带轮与管壁间摩擦力较小，管道爬坡能力受到限制。有部分履带式管道机器人采用了弹簧压紧的周布履带轮式结构，但是这种被动的自适应结构，履带轮与管壁间的压紧力不可调，履带轮可控性较差，导致机器人整体运动灵活性和可靠性受到限制。此外，现有的管道机器人在机器人多节之间的连接方式采用万向节连接，机器人在拐弯处的方向选择完全被动，无自主转弯方向控制能力，不适用于有支管的工况。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种主动自适应管径变化的周布履带轮式管道检测机器人，其运动可控性好，爬坡和越障能力突出，能够主动适应变管径工况。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：包括履带轮行进机构以及通过转弯机构连接在履带轮行进机构前端的检测机构；履带轮行进机构包括圆柱形主体套筒，圆柱形主体套筒的外周均匀分布有多个受履带驱动电机控制履带轮，履带轮通过压紧调节曲柄滑块机构安装在滚珠丝杠上，滚珠丝杠与圆柱形主体套筒的外壁相固定；圆柱形主体套筒的内部设置有压紧力驱动电机，压紧力驱动电机通过传动齿轮组同时驱动各个滚珠丝杠运动，履带轮在压紧调节曲柄滑块机构的带动下调节与管道内壁的压紧力；检测机构包括圆柱形检测筒，圆柱形检测筒的外周上均匀分布多组弹性导向机构，圆柱形检测筒的检测筒前端盖上设有超声波反射镜与广角摄像头，超声波反射镜与位于圆柱形检测筒内的超声波探头相对；所述的转弯机构包括并联设置的多个电动推杆；履带驱动电机、压紧力驱动电机、电动推杆、超声波探头及广角摄像头均连接位于圆柱形主体套筒内部的电气控制系统，电气控制系统连接电池。

所述的圆柱形主体套筒包括由主体中间隔板分隔开的圆柱形主体前套筒和圆柱形主体后套筒，压紧力驱动电机固定在主体中间隔板的中心，压紧力驱动电机连接压紧力传动大齿轮，各个滚珠丝杠的端部连接压紧力传动小齿轮；压紧力传动大齿轮与压紧力传动小齿轮啮合。

所述的压紧力驱动电机通过动态扭矩传感器与压紧力传动大齿轮连接。

所述的压紧调节曲柄滑块机构包括沿运动方向，将铰接点前后设置在履带轮上的两个曲柄连接转动副，曲柄连接转动副的一端连接在固定座上，另一端连接能够在滚珠丝杠上活动的滚珠丝杠螺母，各个滚珠丝杠螺母在周向通过压紧力调节环连接在一起。

所述的履带轮包括履带轮固定外板以及设置在履带轮固定外板外周上的橡胶履带，履带轮固定外板的内侧上安装有履带驱动轮、履带张紧轮、履带支撑轮以及履带承重轮，橡胶履带的内壁中央同步齿与履带驱动轮的轮齿啮合，橡胶履带的内壁外缘与履带张紧轮、履带支撑轮和履带承重轮贴合；履带轮固定外板与橡胶履带形成的内部空间中设有履带驱动电机以及张紧轮固定机构，履带驱动电机通过履带锥齿轮传动箱和履带传动齿轮系连接履带驱动轮。