[实用新型]一种差速式可变径管道机器人驱动系统

说明书

本实用新型属于管道机器人领域，具体涉及一种差速式可变径管道机器人驱动系统。采用模块化设计思想，包括机身、中心差速器、驱动臂、预紧变径单元和支撑臂；中心差速器安装在机身内部，机器人过弯时能够差速调节驱动轮转速；驱动臂整体为四连杆机构，驱动轮实际有四个，保证了机器人运动的可靠性；预紧变径单元采用弹簧和丝杠螺母副混合预紧变径机构，变径范围大，预紧力可调；机身、驱动臂、预紧变径杆和预紧变径单元组成四连杆机构，能实现较大范围变径；支撑臂采用销连接和支承弹簧混合支承，支承范围可调，支承可靠。本实用新型具有弯管通过性能好，变径范围大，体积较小，运动稳定性高的有益效果。

技术领域

本实用新型属于管道机器人领域，具体涉及一种差速式可变径管道机器人驱动系统。

背景技术

管道机器人是工作于管道内特定空间并携带多种传感器或操作装置的智能装备，可完成管道清洁、缺陷检测、管内加工等多种管道作业。驱动系统是管道机器人重要组成部分之一，是管道机器人的动力来源，满足管道机器人在管线内部运动的要求。

根据管道机器人运动模式的差异，可将管道机器人分为压差驱动式、轮式、履带式、腹壁式、行走式、蠕动式、螺旋驱动式等七类，其中应用最广泛的是轮式管道机器人。轮式管道机器人具有速度快、运动平稳、负载能力强等优点，但机器人通过弯管时，由于各轮走过的弧长不同，某些驱动轮有可能成为制动轮从而产生运动干涉，这不光降低了其驱动力，而且加剧了功率的消耗和驱动部件的磨损，降低了其使用寿命。针对以上问题，现有技术多采用多个伺服电机同时驱动，每个驱动臂上各一个，从而采用控制技术实现管道机器人驱动系统对环境的自适应，但该种方法适应环境的实时性，平滑性还不够理想，而且多个伺服电机占用空间太大，限制了其在小管径管道中的适用性。另一种方法是采用差速式，该种方法具有机械自适应性，能够根据弯管曲率的不同自动调整驱动轮转速，使其能够顺利通过弯管，但采用差速式方法的管道机器人多数变径范围较小，采用差速器数目较多，体积较大，机械结构较为复杂，制造成本较高，而且多环向布置三组支撑轮，运动稳定性还不够好。因此，考虑到制造成本，迫切需要一种体积较小，变径范围大，具有机械自适应性的管道机器人。

实用新型内容

针对现有技术的上述不足，本实用新型要解决的技术问题是设计一种差速式可变径管道机器人驱动系统，解决同类产品弯管通过性能不好，变径范围较小，体积较大，运动稳定性不高的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种差速式可变径管道机器人驱动系统，包括机身、中心差速器、驱动臂、预紧变径单元和支撑臂，中心差速器安装在机身内部；驱动臂分为两组，对称安装在机身前部两端；预紧变径单元通过预紧变径杆与驱动臂连接，机身，驱动臂，预紧变径杆，预紧变径单元组成了四连杆机构，可实现大范围变径；支撑臂分为六组，四组沿机身环向均匀安装在机身后部，两组对称安装在机身前部两端，并与两组驱动臂环向四等分配置；机身内部安装有蓄电池，整个系统由蓄电池提供动力，避免了电缆长度的限制。

所述的中心差速器，动力由驱动电机输入，能够根据驱动臂反馈阻力的大小将输入运动按照所需比例分解为另外两种不同的运动，然后将动力传递到两组驱动臂，保证管道机器人顺利过弯。

所述的驱动臂，包括主动轮、传动链条、锥齿轮组、从动轮和支撑连杆，主动轮和从动轮均为驱动轮，驱动臂整体为四连杆机构；锥齿轮组将由中心差速器输入的运动换向，并将运动通过传动链条输入到主动轮，主动轮通过传动链条将运动传递给从动轮，实现了主动轮和从动轮的同步运动，增加了其运动的可靠性；主动轮和从动轮均作了防滑处理，增大了与管壁之间的摩擦力。

所述的预紧变径单元，包括丝杠、螺母、预紧弹簧、连接滑套和预紧电机，管道机器人工作时，预紧电机带动丝杠转动，进而使螺母压紧预紧弹簧一端；预紧弹簧另一端作用于连接滑套，连接滑套与预紧变径杆连接，可使预紧变径杆将驱动轮压紧管壁，从而获得了足够的正压力，并且实现了大范围变径。