本發(fā)明涉及管道機器人，特別是涉及一種自適應(yīng)管道機器人。

背景技術(shù)：

1、管道被廣泛用作固體、液體和氣體等國家重要材料的運輸工具。隨著高壓、內(nèi)外部材料腐蝕、人為破壞和地質(zhì)層運動的影響，管道中的隱患越來越多，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來許多潛在威脅。因此，定期對管道進(jìn)行質(zhì)量檢查和維護是必要的。由于管道長時間埋在地下，或放置在建筑物外墻中，很難被人類檢測和維護。因此，為了取代人類完成檢測、維護和清潔等任務(wù)，開發(fā)管道機器人迫在眉睫。

2、對管道機器人的設(shè)計需要綜合考慮管道的特點。通常管道結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜，存在著大量的水平、傾斜、豎直管道；另外，管道設(shè)計使用中，常需要通過焊接方式連接不同直徑的管道，導(dǎo)致管道系統(tǒng)內(nèi)存在多種直徑尺寸的管道、變管徑的管口以及彎曲管道等，對機器人管道適應(yīng)性、運動靈活性提出要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種自適應(yīng)管道機器人，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，對管道的適應(yīng)性高，運動靈活性強。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明提供一種自適應(yīng)管道機器人，包括驅(qū)動機構(gòu)、管道自適應(yīng)機構(gòu)和多個驅(qū)動輪組件；所述驅(qū)動機構(gòu)具有中軸線和多個輸出轉(zhuǎn)軸，各所述輸出轉(zhuǎn)軸分別繞所述中軸線周向分布，且各所述輸出轉(zhuǎn)軸均能夠繞各自的自身軸線轉(zhuǎn)動；所述管道自適應(yīng)機構(gòu)位于所述驅(qū)動機構(gòu)的一側(cè)，所述管道自適應(yīng)機構(gòu)包括第一軸桿、滑塊、彈性元件、限位件和多個支撐桿；所述第一軸桿的一端固定設(shè)置在所述驅(qū)動機構(gòu)的一端，且所述第一軸桿的另一端向遠(yuǎn)離所述驅(qū)動機構(gòu)的方向延伸；所述第一軸桿的軸線與所述中軸線同軸；所述滑塊沿所述第一軸桿的軸線方向滑動設(shè)置在所述第一軸桿上；所述限位件穿設(shè)在所述軸桿上，且所述限位件位于所述滑塊遠(yuǎn)離所述驅(qū)動機構(gòu)的一側(cè)，所述限位件能夠與所述第一軸桿相對位置固定；所述彈性元件位于所述滑塊與所述限位件之間，且所述彈性元件能夠擠壓所述滑塊并使所述滑塊向靠近所述驅(qū)動機構(gòu)的方向移動；各所述支撐桿繞所述滑塊的軸線周向分布，且各所述支撐桿的一端與所述滑塊鉸接；各所述支撐桿遠(yuǎn)離所述滑塊的一端分別通過一個所述驅(qū)動輪組件與一個所述輸出轉(zhuǎn)軸相連；所述驅(qū)動輪組件包括傳動桿及驅(qū)動輪；所述傳動桿的一端通過萬向節(jié)與一個所述輸出轉(zhuǎn)軸連接，所述傳動桿的另一端固定設(shè)置有驅(qū)動輪，所述驅(qū)動輪能夠與管道內(nèi)壁接觸；所述支撐桿遠(yuǎn)離所述滑塊的一端通過關(guān)節(jié)軸承與對應(yīng)的所述傳動桿連接；在第一剖切面的投影上，所述傳動桿的軸線與所述驅(qū)動機構(gòu)的所述中軸線之間具有夾角；在第二剖切面的投影上，所述傳動桿的軸線與所述驅(qū)動機構(gòu)的所述中軸線之間具有夾角；所述驅(qū)動機構(gòu)的所述中軸線既位于所述第一剖切面上也位于所述第二剖切面上，且所述第一剖切面與所述第二剖切面相互垂直。

4、優(yōu)選的，所述第一軸桿上設(shè)置有外螺紋段，所述外螺紋的長度方向與所述第一軸桿的軸線方向平行，所述外螺紋段上設(shè)置有外螺紋，所述限位件上設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述內(nèi)螺紋螺紋連接在所述外螺紋上。

5、優(yōu)選的，所述第一軸桿外側(cè)壁上設(shè)置有花鍵，所述花鍵的長度方向與所述第一軸桿的軸線方向平行，所述滑塊內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有花鍵槽，所述滑塊通過所述花鍵槽滑動設(shè)置在所述第一軸桿的所述花鍵上。

6、優(yōu)選的，所述管道自適應(yīng)機構(gòu)還包括第一內(nèi)滑套，所述第一內(nèi)滑套套設(shè)所述滑塊遠(yuǎn)離所述驅(qū)動機構(gòu)一側(cè)的所述第一軸桿上，所述第一內(nèi)滑套的一端與所述滑塊固定連接，且所述第一內(nèi)滑套的另一端固定設(shè)置有第一擋環(huán)，所述第一擋環(huán)外凸于所述第一內(nèi)滑套的外側(cè)壁；所述第一內(nèi)滑套外側(cè)壁上套設(shè)有推動環(huán)，所述推動環(huán)與所述限位件固定連接。

7、優(yōu)選的，所述驅(qū)動機構(gòu)包括外殼、動力裝置和齒輪組件；所述外殼的軸線即為所述中軸線；所述動力裝置固定設(shè)置在所述外殼內(nèi)部；所述動力裝置具有轉(zhuǎn)動的主輸出軸；所述齒輪組件包括齒輪箱、主轉(zhuǎn)動輪、多個從動輪及多個傳動齒輪；所述齒輪箱固定設(shè)置在所述動力裝置遠(yuǎn)離管道自適應(yīng)機構(gòu)的一側(cè)；所述主轉(zhuǎn)動輪、各所述從動輪及各所述傳動齒輪均轉(zhuǎn)動設(shè)置在所述齒輪箱內(nèi)；所述主轉(zhuǎn)動輪與所述主輸出軸固定連接，各所述從動輪繞所述中軸線周向均勻分布，所述主轉(zhuǎn)動輪與各所述從動輪之間均通過一個所述傳動齒輪傳動連接；所述從動輪上固定設(shè)置有所述輸出轉(zhuǎn)軸。

8、優(yōu)選的，所述驅(qū)動機構(gòu)遠(yuǎn)離所述管道自適應(yīng)機構(gòu)的一側(cè)固定設(shè)置有導(dǎo)引機構(gòu)；所述導(dǎo)引機構(gòu)外側(cè)壁上設(shè)置有多個滾動鋼珠，各所述滾動鋼珠繞所述驅(qū)動機構(gòu)的所述中軸線周向分布，各所述滾動鋼珠遠(yuǎn)離所述中軸線的一側(cè)凸出于所述驅(qū)動機構(gòu)的外側(cè)壁。

9、優(yōu)選的，所述導(dǎo)引機構(gòu)遠(yuǎn)離所述驅(qū)動機構(gòu)的一端設(shè)置有攝像裝置。

10、優(yōu)選的，所述驅(qū)動輪為球形。

11、優(yōu)選的，所述驅(qū)動輪的材質(zhì)為能夠彈性變形的材質(zhì)。

12、優(yōu)選的，所述驅(qū)動輪組件的數(shù)量為3個，各所述驅(qū)動輪組件繞所述中軸線周向均勻分布。

13、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：

14、本發(fā)明提供的自適應(yīng)管道機器人，通過由傳動桿轉(zhuǎn)動帶動驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動軸線與中軸線具有夾角，該夾角使得驅(qū)動輪相對管道內(nèi)壁的轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生兩個方向的移動，其一為繞管道軸線周向的旋轉(zhuǎn)運動，其二為沿管道軸線方向的移動運動，即驅(qū)動輪的運動軌跡為圍繞管道軸線的空間螺旋線，基于驅(qū)動輪與管道內(nèi)壁之間存在的摩擦力，兩個方向的力分別形成其對應(yīng)方向的驅(qū)動力，最終實現(xiàn)整體螺旋行進(jìn)動作；管道自適應(yīng)機構(gòu)的滑塊能夠在第一軸桿上進(jìn)行位置移動，從而使各驅(qū)動輪向外張開的直徑大小不同，以適應(yīng)在不同大小管徑的管道內(nèi)使用；其設(shè)置的彈性元件能夠提供滑塊一個彈性推力，其能夠使各驅(qū)動輪緊緊抵壓在管道內(nèi)壁上，保證驅(qū)動輪與管道內(nèi)壁之間良好的接觸狀態(tài)；且彈性元件的彈性推力能夠使各驅(qū)動輪自動適應(yīng)不同大小的管徑，其即使對于連接有不同直徑的管道也能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)使用；驅(qū)動輪的自適應(yīng)調(diào)整實現(xiàn)其空間螺旋線的行進(jìn)螺距的調(diào)整，主動通過彎曲管道，避免出現(xiàn)運動奇點，且只需一個驅(qū)動機構(gòu)即可，控制簡單，便于精確調(diào)整位置；最終形成對管道的適用性高，運動靈活性強的效果，滿足水平、傾斜、豎直等管道內(nèi)的使用。

15、進(jìn)一步的，限位件通過內(nèi)螺紋與第一軸桿的外螺紋螺紋連接，其能夠使限位件通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整其在第一軸桿上的相對位置，以通過對滑塊位置的調(diào)整將各驅(qū)動輪所張開形成的外直徑大小的調(diào)整，適應(yīng)不同尺寸的管道。

16、進(jìn)一步的，第一軸桿上設(shè)置的花鍵與滑塊的花鍵槽配合，從而使滑塊僅能夠沿第一軸桿的軸線方向移動，其保證滑塊在單一方向上的穩(wěn)定滑動效果，又能通過各支撐桿保證各傳動桿的相對位置。

17、進(jìn)一步的，限位件可通過擠壓彈性元件實現(xiàn)將滑塊向靠近驅(qū)動機構(gòu)的方向移動，且限位件也可通過推動環(huán)推動第一內(nèi)滑套上的第一擋環(huán)，實現(xiàn)將滑塊向遠(yuǎn)離驅(qū)動機構(gòu)的方向帶動的效果，從而保證操作者通過改變限位件在第一軸桿上的相對位置即可實現(xiàn)對滑塊在第一軸桿上相對位置調(diào)整的效果。

18、進(jìn)一步的，驅(qū)動機構(gòu)采用由動力裝置輸出動力，并通過主轉(zhuǎn)動輪及傳動齒輪帶動周向均布的各從動輪轉(zhuǎn)動，其機械結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠，能夠保證各從動輪穩(wěn)定轉(zhuǎn)動。

19、進(jìn)一步的，基于導(dǎo)引機構(gòu)上的滾動鋼珠的設(shè)置，其能夠與管道內(nèi)壁時刻保持滾動接觸狀態(tài)，降低對管道內(nèi)壁的摩擦，提高行進(jìn)流暢程度，引導(dǎo)整體穩(wěn)定順暢行進(jìn)，在彎管中行進(jìn)時，可搭配各驅(qū)動輪實現(xiàn)整體在行進(jìn)前后方向與管道內(nèi)壁之間的穩(wěn)定接觸，保持其在彎管彎曲路徑的內(nèi)壁上良好的貼合導(dǎo)引效果。

20、進(jìn)一步的，攝像裝置的設(shè)置能夠?qū)艿赖膬?nèi)部進(jìn)行監(jiān)測，為操作者對管道內(nèi)部情況檢修觀察提供依據(jù)。

21、進(jìn)一步的，驅(qū)動輪采用球形的形狀，其能夠在驅(qū)動輪改變位置后仍與管道內(nèi)壁保持良好的接觸狀態(tài)，保證接觸面積，為驅(qū)動輪的驅(qū)動提供良好的接觸條件。

22、進(jìn)一步的，驅(qū)動輪采用能夠彈性變形的材質(zhì)，其能夠承受較大的彎曲變形，適應(yīng)管道內(nèi)徑變化，且可降低震動，減小對管道內(nèi)壁的損害。

23、進(jìn)一步的，采用三個驅(qū)動輪組件實現(xiàn)對整體在管道內(nèi)的支撐以及驅(qū)動，其驅(qū)動力大，控制簡單，運動效率高。