專利名稱：一種管道機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，是一種對人不能直接進(jìn)入其作業(yè)的管道，使用機(jī)器人在 其上安裝傳感器及操作機(jī)械，如機(jī)械手、噴槍、焊槍、刷子等，在管道內(nèi)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)管道的檢 測與維修。
背景技術(shù)：
管道機(jī)器人屬于特種作業(yè)機(jī)器人的一種，其視像檢測系統(tǒng)為當(dāng)今的管道檢測方式 提供了較為先進(jìn)和有應(yīng)用價(jià)值的補(bǔ)充。隨著現(xiàn)代工業(yè)水平的提高，地下管道，地上管道，工 業(yè)管道，民用管道都日益增多，但是由于大多數(shù)管道都不能由人直接作業(yè)，因此管道機(jī)器人 成為重要的作業(yè)工具。但是現(xiàn)有管道機(jī)器人尚有許多不足，例如現(xiàn)有刷式機(jī)器人只能在固 定直徑管道內(nèi)作業(yè)，在管道直徑變化時(shí)，由于摩擦力的增大或減小，有可能是機(jī)器人在管道 內(nèi)卡死，不能正常工作；并且對其刷子的材料要求比較高，故增加了成本。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上不足，本發(fā)明提供了一種能夠自動(dòng)適應(yīng)管道直徑變化，并且能在彎管中 運(yùn)行的管道機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是
一種管道機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于它由均位于管道內(nèi)的前部機(jī)架和后部機(jī) 架組成，前部機(jī)架和后部機(jī)架通過萬向節(jié)連接；
所述的前部機(jī)架包括位于管道中心的前部機(jī)架筒和鉸接在機(jī)架筒外圓周上以120 度布置的三組只能單向運(yùn)動(dòng)的前部行走結(jié)構(gòu)，所述的前部行走結(jié)構(gòu)包括自由滾動(dòng)的第一滾 輪和帶有單向棘輪的第二滾輪；第一滾輪連接第一滾輪支桿，第二滾輪連接第二滾輪支桿， 第一滾輪支桿比第二滾輪支桿長；第一滾輪支桿通過第一彈簧筒內(nèi)腔和第二彈簧后連接在 第二鉸接點(diǎn)上，第二滾輪支桿通過第二彈簧筒內(nèi)腔和第一彈簧后連接在第一鉸接點(diǎn)上；第 一彈簧筒和第二彈簧筒外壁設(shè)有前部鉸接點(diǎn)；前部機(jī)架筒固定連接推桿，所述推桿與萬向 節(jié)連接；
所述的后部機(jī)架包括位于管道中心的后部機(jī)架筒和鉸接在機(jī)架筒外圓周上以120 度布置的三組只能單向運(yùn)動(dòng)的后部行走結(jié)構(gòu)，所述的后部行走結(jié)構(gòu)包括自由滾動(dòng)的第四滾 輪和帶有單向棘輪的第三滾輪；第三滾輪連接第三滾輪支桿，第四滾輪連接第四滾輪支桿， 第四滾輪支桿比第三滾輪支桿長；第三滾輪支桿通過第三彈簧筒內(nèi)腔和第三彈簧后連接在 第四鉸接點(diǎn)上，第四滾輪支桿通過第四彈簧筒內(nèi)腔和第四彈簧后連接在第三鉸接點(diǎn)上；第 三彈簧筒和第四彈簧筒外壁設(shè)有后部鉸接點(diǎn)；后部機(jī)架筒內(nèi)固定有氣缸，所述的氣缸通過 曲柄連桿機(jī)構(gòu)連接固定在后部機(jī)架筒內(nèi)的電機(jī)，所述的氣缸活塞桿外端與萬向節(jié)連接；
所述的第一鉸接點(diǎn)和第二鉸接點(diǎn)不在同一平面內(nèi)，所述的第三鉸接點(diǎn)和第四鉸接 點(diǎn)也不在同一平面內(nèi)。
本發(fā)明的有益效果是管道機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠適應(yīng)不同直徑的直管道和彎管道中的工作，這是最為突出的特點(diǎn)，同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)新穎，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，且成本較 低的特點(diǎn)。


圖1是機(jī)器人在直管內(nèi)行走示意圖2是機(jī)器人在彎管內(nèi)行走示意圖中1前部機(jī)架，2后部機(jī)架，3萬向節(jié)，4氣缸，5活塞桿，6推桿，7管道，8電機(jī)， 9曲柄連桿機(jī)構(gòu)，101第一滾輪，102第二滾輪，103第一滾輪支桿，104第二滾輪支桿，105第 一彈簧，106第二彈簧，107第一彈簧筒，108第二彈簧筒，109前部鉸接點(diǎn)，110第一鉸接點(diǎn)， 111第二鉸接點(diǎn)，201第三滾輪，202第四滾輪，203第三滾輪支桿，204第四滾輪支桿，205第 三彈簧，206第四彈簧，207第三彈簧筒，208第四彈簧筒，209后部鉸接點(diǎn)，210第三鉸接點(diǎn)， 211第四鉸接點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
如圖1，該種管道機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它由均位于管道7內(nèi)的前部機(jī)架1和后部機(jī)架 2組成，前部機(jī)架和后部機(jī)架通過萬向節(jié)3連接。
前部機(jī)架1包括位于管道中心的前部機(jī)架筒和鉸接在機(jī)架筒外圓周上以120度 布置的三組只能單向運(yùn)動(dòng)的前部行走結(jié)構(gòu)，所述的前部行走結(jié)構(gòu)包括自由滾動(dòng)的第一滾輪 101和帶有單向棘輪的第二滾輪102 ；第一滾輪101連接第一滾輪支桿103，第二滾輪102連 接第二滾輪支桿104，第一滾輪支桿103比第二滾輪支桿104長；第一滾輪支桿103通過第 一彈簧筒107內(nèi)腔和第二彈簧106后連接在第二鉸接點(diǎn)111上，第二滾輪支桿104通過第 二彈簧筒108內(nèi)腔和第一彈簧105后連接在第一鉸接點(diǎn)110上；第一彈簧筒107和第二彈 簧筒108外壁設(shè)有前部鉸接點(diǎn)109 ；前部機(jī)架筒固定連接推桿6，所述推桿6與萬向節(jié)3連 接。
后部機(jī)架2包括位于管道中心的后部機(jī)架筒和鉸接在機(jī)架筒外圓周上以120度 布置的三組只能單向運(yùn)動(dòng)的后部行走結(jié)構(gòu)，所述的后部行走結(jié)構(gòu)包括自由滾動(dòng)的第四滾輪 202和帶有單向棘輪的第三滾輪201 ；第三滾輪201連接第三滾輪支桿203，第四滾輪202連 接第四滾輪支桿204，第四滾輪支桿204比第三滾輪支桿203長；第三滾輪支桿203通過第 三彈簧筒207內(nèi)腔和第三彈簧205后連接在第四鉸接點(diǎn)211上，第四滾輪支桿204通過第 四彈簧筒208內(nèi)腔和第四彈簧206后連接在第三鉸接點(diǎn)210上；第三彈簧筒207和第四彈 簧筒208外壁設(shè)有后部鉸接點(diǎn)209 ；后部機(jī)架筒內(nèi)固定有氣缸4，所述的氣缸4通過曲柄連 桿機(jī)構(gòu)9連接固定在后部機(jī)架筒內(nèi)的電機(jī)8，所述的氣缸活塞桿5外端與萬向節(jié)3連接.
第一鉸接點(diǎn)110和第二鉸接點(diǎn)111不在同一平面內(nèi)，所述的第三鉸接點(diǎn)210和第 四鉸接點(diǎn)211也不在同一平面內(nèi)。
第二滾輪102和第三滾輪201連接時(shí)在其滾輪軸上安裝一單向式棘輪，使?jié)L輪只 能單方向方滾動(dòng).各彈簧固定在相應(yīng)的機(jī)架筒和彈簧筒上，均為復(fù)位彈簧。
當(dāng)電機(jī)8帶動(dòng)活塞桿5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由曲柄連桿機(jī)構(gòu)9將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊?的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；若活塞從左往右運(yùn)動(dòng)，前部機(jī)架1受到向后的拉力，根據(jù)作用力與反作用 力，后部機(jī)架2將受到受到向前的拉力；由于第二滾輪102由于棘輪的作用只能向前滾動(dòng)，在摩擦力作用下固定不動(dòng)，機(jī)器人前半部滾輪均不能滾動(dòng)，而后后部機(jī)架的滾輪能夠滾動(dòng)， 在拉力作用下只能向前運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)距離為活塞的一個(gè)行程距離。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到最右端后，將 反向向左運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，機(jī)器人前半部受到向前的推力，而后半部受到向后的作用力；同理，這 時(shí)后半部的滾輪由于摩擦力固定不動(dòng)，而前半部在推力作用下只能向前運(yùn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn) 了機(jī)器人在管道內(nèi)通過間歇式運(yùn)動(dòng)而向前移動(dòng)。
在運(yùn)行中若管道直徑變化，則管道壁對滾輪的正壓力也發(fā)生變化；因此當(dāng)遇到管 道直徑的減小時(shí)，各滾輪向內(nèi)壓縮，使各滾輪支桿與管道中心線之間的夾角變小，在鉸接在 一起的兩個(gè)彈簧筒夾角也發(fā)生變化并同時(shí)壓縮相應(yīng)的彈簧，以適應(yīng)管道直徑的突變減小。 同理，當(dāng)遇到管道直徑的變大時(shí)，與上述過程相反。
如圖2當(dāng)在彎曲管道中運(yùn)行時(shí)，由于萬向節(jié)的前后軸之間允許一定夾角的原理， 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在彎管中的運(yùn)動(dòng)。萬向節(jié)的位置要保證其在后部機(jī)架中心位置，以免偏離軸心 的力使機(jī)架運(yùn)動(dòng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
如圖1的受力分析，滾輪支桿一長一短的設(shè)計(jì)目的在于減小a角而使正壓力Fy增 大從而增大摩擦力，以防止?jié)L輪與管道中打滑，增加運(yùn)動(dòng)的可靠性。
由于第一鉸接點(diǎn)110和第二鉸接點(diǎn)111不在同一平面內(nèi)，所述的第三鉸接點(diǎn)210 和第四鉸接點(diǎn)211也不在同一平面內(nèi)。因此，無論對于前部機(jī)架還是后部機(jī)架，其三組六個(gè) 滾輪在機(jī)架筒上的支撐點(diǎn)也不在同一平面內(nèi)，這樣就相當(dāng)于滾輪在六個(gè)點(diǎn)支撐機(jī)架筒，從 而增加了機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1. 一種管道機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于它由均位于管道內(nèi)的前部機(jī)架和后部機(jī)架 組成，前部機(jī)架和后部機(jī)架通過萬向節(jié)連接；所述的前部機(jī)架包括位于管道中心的前部機(jī)架筒和鉸接在機(jī)架筒外圓周上以120度 布置的三組只能單向運(yùn)動(dòng)的前部行走結(jié)構(gòu)，所述的前部行走結(jié)構(gòu)包括自由滾動(dòng)的第一滾輪 和帶有單向棘輪的第二滾輪；第一滾輪連接第一滾輪支桿，第二滾輪連接第二滾輪支桿，第 一滾輪支桿比第二滾輪支桿長；第一滾輪支桿通過第一彈簧筒內(nèi)腔和第二彈簧后連接在第 二鉸接點(diǎn)上，第二滾輪支桿通過第二彈簧筒內(nèi)腔和第一彈簧后連接在第一鉸接點(diǎn)上；第一 彈簧筒和第二彈簧筒外壁設(shè)有前部鉸接點(diǎn)；前部機(jī)架筒固定連接推桿，所述推桿與萬向節(jié) 連接；所述的后部機(jī)架包括位于管道中心的后部機(jī)架筒和鉸接在機(jī)架筒外圓周上以120度 布置的三組只能單向運(yùn)動(dòng)的后部行走結(jié)構(gòu)，所述的后部行走結(jié)構(gòu)包括自由滾動(dòng)的第四滾輪 和帶有單向棘輪的第三滾輪；第三滾輪連接第三滾輪支桿，第四滾輪連接第四滾輪支桿，第 四滾輪支桿比第三滾輪支桿長；第三滾輪支桿通過第三彈簧筒內(nèi)腔和第三彈簧后連接在第 四鉸接點(diǎn)上，第四滾輪支桿通過第四彈簧筒內(nèi)腔和第四彈簧后連接在第三鉸接點(diǎn)上；第三 彈簧筒和第四彈簧筒外壁設(shè)有后部鉸接點(diǎn)；后部機(jī)架筒內(nèi)固定有氣缸，所述的氣缸通過曲 柄連桿機(jī)構(gòu)連接固定在后部機(jī)架筒內(nèi)的電機(jī)，所述的氣缸活塞桿外端與萬向節(jié)連接；所述的第一鉸接點(diǎn)和第二鉸接點(diǎn)不在同一平面內(nèi)，所述的第三鉸接點(diǎn)和第四鉸接點(diǎn)也 不在同一平面內(nèi)。
全文摘要
一種管道機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它由均位于管道內(nèi)的前部機(jī)架和后部機(jī)架組成，前部機(jī)架和后部機(jī)架通過萬向節(jié)連接；所述的前部機(jī)架和后部機(jī)架均設(shè)有位于管道中心的機(jī)架筒和鉸接在機(jī)架筒外圓周上以120度布置的三組只能單向運(yùn)動(dòng)的行走結(jié)構(gòu)，在后部機(jī)架內(nèi)固定有氣缸，所述的氣缸通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)連接固定在后部機(jī)架筒內(nèi)的電機(jī)，所述的氣缸活塞桿外端與萬向節(jié)連接；所述的第一鉸接點(diǎn)和第二鉸接點(diǎn)不在同一平面內(nèi)，所述的第三鉸接點(diǎn)和第四鉸接點(diǎn)也不在同一平面內(nèi)。管道機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠適應(yīng)不同直徑的直管道和彎管道中的工作，這是最為突出的特點(diǎn)，同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)新穎，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，且成本較低的特點(diǎn)。
文檔編號F16L55/32GK102032417SQ20101060504
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者萬帥, 于振國, 井偉, 何為, 劉運(yùn)嬌, 尚俊, 常朝, 張龍, 王曉, 董元真, 鄧白泉, 郭曉穎 申請人:張龍