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一种管道机器人的制作方法

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一种管道机器人的制作方法

发布日期:2020-07-26 作者: 点击:

一种管道机器人的制造方法与工艺

本实用新型涉及一种管道机器人,特别涉及一种轮式管道机器人,属于机器人技术领域。



背景技术:

管道广泛应用于机械、化工、能源、核电等工业领域,是重要的输送工具之一。工业上的输送管道一般长期处在工况恶劣的环境,容易产生堵塞、破裂、变形等损伤,严重影响正常的生产运行甚至会导致安全事故的发生,为保证输送管道的正常运作,可以使用管道机器人定期对管道进行探查和维护。然而大多数输送管道存在油污、泥泞等异物,并且管道结构复杂,比如T型、L型、U型等复杂结构,这对管道机器人运动性能要求较高。

目前,常用的管道机器人主要采用蠕动式、履带式、轮式结构。其中轮式管道机器人相对前两者而言具有运动平稳、结构简单、行进效率较高、实用性较强等特点。例如,中国专利文献CN101890708A公开了一种轮式移动管道机器人,其结构包括箱体、主动齿轮系、轮组。轮组包括小轮组与大轮组,小轮组中的单侧小轮之一为主动轮,大轮组包括侧桥板、快连接结构、大轮。箱体内设置有与主动齿轮系连接的电机。该种轮式移动管道机器人能够工作于不同内径的管道,在使用大轮组时不必卸掉小轮组,能提高机器人的越障能力。但是,该专利申请的管道机器人由于其结构不能产生封闭力,无法在垂直管道、L型管道、T型管道运动,致使其应用场合有限。



技术实现要素:

针对现有技术的不足,本实用新型提供一种新型结构形式的管道机器人。

本实用新型的技术方案如下:

一种管道机器人,包括一个或多个依次连接的机器人单元,所述机器人单元包括爬行机构和摆动机构,所述摆动机构前后连接两个所述的爬行机构;

所述爬行机构包括机架和驱动装置,在所述机架的上顶面、下底面、左侧面和右侧面各设置有两个转动轴,所述驱动装置包括驱动电机、带传动系、齿轮组系和驱动轮,所述驱动轮设置在转动轴上,转动轴通过齿轮组系连接,其中上顶面的转动轴一端与带传动系连接,所述驱动电机连接带传动系并通过带传动系驱动转动轴转动,最终借助驱动轮使爬行机构移动;

所述摆动机构包括摆动电机、摆动架、摆动连接体、摆动轴和摆动锥齿轮系,所述摆动架与机架固定连接,所述摆动轴与摆动锥齿轮系连接且摆动轴的两端设置在摆动架上,所述摆动电机设置在机架上且摆动电机与摆动锥齿轮系传动连接,所述摆动连接体的两端分别连接前后两个摆动轴,其中,一个摆动锥齿轮系横向设置,一个摆动锥齿轮系竖向设置。

优选的,所述机架包括支撑架和角钢架,所述角钢架通过螺钉固定安装在支撑架上组成长方体架构。此设计的好处在于,通过螺钉将角钢架与支撑架组装起来,方便安装和拆卸,利于组装管道机器人。

优选的,所述带传动系包括同步带轮和同步带,所述同步带轮设置在驱动电机的输出轴上以及上顶面两个转动轴的一端,所述同步带缠绕设置在同步带轮上。

优选的,所述带传动系还包括涨紧机构,所述涨紧机构包括两个涨紧轴和两个涨紧轮,所述两个涨紧轴滑动设置在机架上,两个涨紧轮分别设置在两个涨紧轴的一端,所述同步带绕过两个涨紧轮。此设计的好处在于,通过滑动涨紧轴的位置,可以使涨紧轮调节同步带的松紧程度。

优选的,所述齿轮组系包括两个相互啮合的锥齿轮,两个锥齿轮分别设置在相邻的两个转动轴的端部。此设计的好处在于,通过锥齿轮之间的相互配合,可使一个驱动电机同时带动上下左右的转动轴转动,从而使驱动轮行进。

优选的,所述驱动轮与转动轴之间通过键连接。

优选的,所述转动轴通过轴承固定设置在机架上。

优选的,所述摆动锥齿轮系包括两个相互啮合的摆动锥齿轮,其中一个摆动锥齿轮为主动摆动锥齿轮,另一个摆动锥齿轮为从动摆动锥齿轮,所述摆动电机的输出轴与主动摆动锥齿轮传动连接。

本实用新型的有益效果在于:

本实用新型管道机器人结构设计巧妙,简单实用,通过一个驱动电机即可驱动爬行机构的运行,同时通过摆动机构可以有效地使该管道机器人实现转弯、越障;相比目前市面上的管道类机器人,本实用新型管道机器人成本低、运行稳定可靠,便于维护保养,能够实现在垂直管道、L型管道、T型管道等多种复杂场合内的运行作业,其作用明显、效果显著,具有良好的经济价值和市场效益。

附图说明

图1为本实用新型管道机器人的结构示意图;

图2为本实用新型中爬行机构的正视图;

图3为本实用新型中爬行机构的左视图;

图4为图2中A-A方向的剖视图;

图5为图2中B-B方向的剖视图;

图6为本实用新型中涨紧机构的示意图;

图7为本实用新型中摆动机构的结构示意图;

图8为本实用新型中爬行机构的三维立体图;

图9为本实用新型中摆动机构的三维立体图;

图10为本实用新型管道机器人的三维立体图;

其中:1、爬行机构;2、内六角圆柱螺钉;3、平垫;4、弹垫;5、I型六角螺母;6、摆动机构;7、内六角圆柱头螺钉;8、平垫;9、弹垫;10、同步带;11、涨紧机构;12、角钢架A;13、角钢架B;14、内六角圆柱头螺钉;15、平垫;16、弹垫;17、内六角圆柱头螺钉;18、平垫;19、弹垫;20、I型六角螺母;21、支撑架;22、锥齿轮;23、键;24、长轴;25、开槽平端紧定螺钉;26、轴承座;27、深沟球轴承;28、隔套;29、键;30、驱动轮;31、短轴;32、从同步带轮;33、驱动电机;34、电机安装板;35、骨架油封;36、内六角圆柱头螺钉;37、主同步带轮;38、同步带轮档盖;39、内六角圆柱头螺钉;40、平垫;41、弹垫;42、I型六角螺母;43、弹垫;44、平垫;45、隔套;46、涨紧轴;47、深沟球轴承;48、摆动电机;49、内六角圆柱头螺钉;50、骨架油封;51、主动摆动锥齿轮;52、开槽平端紧定螺钉;53、摆动连接体;54、内六角圆柱头螺钉;55、平垫;56、弹垫;57、轴承盖;58、深沟球轴承;59、长隔套;60、摆动轴;61、摆动架;62、键;63、中隔套;64、从动摆动锥齿轮;65、短隔套;66、连接板;67、内六角圆柱头螺钉;68、平垫;69、弹垫;70、I型六角螺母。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本实用新型做进一步说明,但不限于此。

实施例1:

如图1至图10所示,本实施例提供一种管道机器人,该管道机器人包括一个机器人单元,该机器人单元包括爬行机构1和摆动机构6,摆动机构6前后连接两个所述的爬行机构1;

其中,爬行机构1包括机架和驱动装置,机架为长方体框架结构,由支撑架和角钢架组成,角钢架通过螺钉固定安装在支撑架上组成长方体架构,机架由一个角钢架A12、三个角钢架B13、八个支撑架21组成,通过内六角圆柱头螺钉17、平垫18、弹垫19以及I型六角螺母20将所有角钢架A12、角钢架B13和支撑架21组装成长方体架构。在所述机架的上顶面、下底面、左侧面和右侧面各设置有两个转动轴(共有八个转动轴,其中六个长轴24,两个短轴31),转动轴的两端通过轴承固定安装在机架上。

驱动装置包括驱动电机33、带传动系、齿轮组系和驱动轮,驱动轮安装在转动轴上并通过键连接,每根转动轴上安装有两个驱动轮,驱动轮30通过键29、隔套28将八个驱动轮30依次固定安装在六个长轴24以及两个短轴31上;通过深沟球轴承27将六个长轴24以及两个短轴31分别固定安装在十六个轴承座26上;通过内六角圆柱头螺钉7、平垫8以及弹垫9将十六个轴承座26分别固定安装在角钢架A12以及角钢架B13上。转动轴通过齿轮组系连接,其中机架上顶面转动轴的一端与带传动系连接,驱动电机连接带传动系并通过带传动系驱动转动轴转动,最终借助驱动轮使爬行机构移动;驱动电机33安装在机架的中心位置处,驱动电机33通过内六角圆柱头螺钉36固定在电机安装板34上,并用骨架油封35密封,通过内六角圆柱头螺钉14、平垫15以及弹垫16将电机安装板34固定在角钢架B13上;驱动电机的输出轴与带传动系传动连接。

其中,摆动机构6包含两个相同的组成单元,摆动单元机构6由摆动锥齿轮系、一个摆动连接体53、两个摆动架61、两个摆动轴60、两个摆动电机48、两个连接板66组成。其中,摆动架与机架固定连接,通过内六角圆柱螺钉2、平垫3、弹垫4以及I型六角螺母5将爬行机构1和摆动机构6组装成管道机器人整体。摆动轴与摆动锥齿轮系连接且摆动轴的两端通过轴承安装在摆动架上,摆动电机设置在机架内侧且摆动电机的输出轴直接与摆动锥齿轮系传动连接,摆动连接体53的两端分别连接前后两个摆动轴,其中,一个摆动锥齿轮系横向设置,一个摆动锥齿轮系竖向设置。通过摆动电机带动摆动锥齿轮系运行,横向设置的摆动锥齿轮系可以实现上下摆动,竖向设置的摆动锥齿轮系可以实现左右摆动。

两个摆动电机48是两个完全相同的步进电机,其中一个步进电机用来输出上下摆动运动的驱动,另一个步进电机用来输出左右偏摆运动的驱动;通过内六角圆柱头螺钉49将两个摆动电机48分别固定安装在两个摆动架61上,并用骨架油封50密封;两个摆动架61通过内六角圆柱头螺钉67、平垫68、弹垫69以及I型六角螺母70分别安装固定在两个连接板66上;

两个摆动轴60分别插入到摆动连接体53的两个轴孔中,通过长隔套59、中隔套63、短隔套65、键62将摆动轴60定位固定在摆动连接体53上;通过深沟球轴承58将摆动轴60安装在摆动架61上;通过内六角圆柱头螺钉54、平垫55、弹垫56将轴承端盖57固定在摆动架61上,用来对深沟球轴承58的轴向定位。

另外,带传动系由一个主同步带轮37、两个从同步带轮32及一个同步带10构成;主同步带轮37通过同步带轮档盖38、内六角圆柱头螺钉39、平垫40以及弹垫41固定安装在驱动电机33的主轴上,两个从同步带轮32分别安装在机架上顶面两个转动轴的同一端;同步带10缠绕在主同步带轮37和从同步带轮32上。

齿轮组系包括两个相互啮合的锥齿轮,两个锥齿轮分别设置在相邻的两个转动轴的端部。通过锥齿轮之间的相互配合,可使一个驱动电机33同时带动上下左右的转动轴转动,从而带动驱动轮行进。所述齿轮组系由十二个锥齿轮22组成,通过键23、开槽平端紧定螺钉25将十二个锥齿轮22分别安装固定在六个长轴24以及两个短轴31的端部,使得锥齿轮22成对啮合;

摆动锥齿轮系包括两个相互啮合的摆动锥齿轮,其中一个摆动锥齿轮为主动摆动锥齿轮,另一个摆动锥齿轮为从动摆动锥齿轮,摆动电机48的输出轴与主动摆动锥齿轮传动连接。摆动锥齿轮系由两个主动摆动锥齿轮51、两个从动摆动锥齿轮64组成,通过开槽平端紧定螺钉52将两个摆动锥齿轮51、两个从动摆动锥齿轮64分别固定安装在两个摆动电机48的轴以及两个摆动轴60上;一个主动摆动锥齿轮51与一个从动摆动锥齿轮64相互啮合,用来实现上下摆动运动的传动;另一个主动摆动锥齿轮与另一个从动摆动锥齿轮相互啮合,用来实现左右偏摆运动的传动;

在针对一些特殊需求的场合,该管道机器人可以将多个机器人单元依次连接起来形成一个体形较长的管道机器人,可以在管道机器人上安装相应的探测设备或检测设备,实现对管道的检测或维护。

实施例2:

一种管道机器人,结构如实施例1所述,其不同之处在于:带传动系还包括涨紧机构,涨紧机构包括两个涨紧轴和两个涨紧轮,两个涨紧轴滑动设置在机架上,两个涨紧轮分别设置在两个涨紧轴的一端,同步带绕过两个涨紧轮。

涨紧机构11主要由隔套45、涨紧轴46、深沟球轴承47组成,并通过I型六角螺母42、弹垫43以及平垫44来调节涨紧机构11在角钢架A12上的位置,从而调节同步带10的涨紧程度。

实施例3:

一种如实施例2所述的管道机器人的工作方法,包括以下步骤,

将管道机器人放置在待作业的管道内,驱动电机33运行,通过带传动系带动转动轴(长轴24、以及短轴31)转动,转动轴转动的同时,驱动轮30在管道内行进;

当管道机器人需要转弯时,与管道接触的驱动轮30受到管道内壁的约束作用,导引驱动轮30按照管道弯曲的方向转弯前进;转弯时,机器人摆动机构6不受摆动电机48控制,可以自由摆动,从而避免转弯过程中机器人各爬行机构之间相互约束和影响;

当管道机器人需要在垂直管道(如L型或T型管道)运动时,机器人相邻两个爬行机构1之间通过摆动机构的上下摆动进行相对转动(机器人上下摆动由上下摆动电机48来控制驱动力的大小和方向),此时,相邻的两个爬行机构1的上顶面和下底面两侧驱动轮30会受到管道内壁的约束产生的封闭支撑力,从而使上顶面和下底面两侧的驱动轮3与管道内壁之间产生向上运动的摩擦驱动力,驱动机器人各爬向机构垂直向上爬行。


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