一種具有主動(dòng)適應(yīng)和自適應(yīng)功能的履帶式管道機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于不同管道直徑的履帶式管道機(jī)器人，特別是一種具有主動(dòng)適應(yīng)和自適應(yīng)功能的履帶式管道機(jī)器人。
技術(shù)背景:
[0002]目前，履帶式管道機(jī)器人已逐漸應(yīng)用于石油管道和天然氣管道檢測(cè)、中央空調(diào)管道的檢測(cè)與清洗等領(lǐng)域，現(xiàn)有的履帶式管道機(jī)器人分為能適應(yīng)特定直徑管道作業(yè)環(huán)境和能適應(yīng)變直徑管道作業(yè)環(huán)境的履帶式管道機(jī)器人，其中能適應(yīng)特定直徑管道作業(yè)環(huán)境的履帶式管道機(jī)器人只能適應(yīng)單一直徑管道作業(yè)環(huán)境，環(huán)境適應(yīng)性較差，能適應(yīng)變直徑管道作業(yè)環(huán)境的履帶式管道機(jī)器人由專門控制器驅(qū)動(dòng)專門電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，可以適應(yīng)不同管道直徑作業(yè)環(huán)境，但在實(shí)際使用過(guò)程中由于管道存在接頭和管道內(nèi)部可能存在凹凸不平的局部障礙等問題，實(shí)際使用效果受到一定的影響。因此，尋求一種具有主動(dòng)適應(yīng)和自適應(yīng)功能的履帶式管道機(jī)器人，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)由螺旋機(jī)構(gòu)、搖桿滑塊機(jī)構(gòu)、平行四邊形機(jī)構(gòu)組成的串聯(lián)式組合機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)適應(yīng)不同管道直徑的變化并保持履帶與管道內(nèi)壁之間有一定的壓力；同時(shí)，在絲杠螺母和滑塊之間安裝有一組蝶型彈簧，利用蝶型彈簧的變形能自動(dòng)適應(yīng)管道接頭以及管道內(nèi)表面凹凸不平的局部障礙等，使其具有可以通過(guò)主動(dòng)適應(yīng)裝置適應(yīng)不同管道直徑工作環(huán)境的能力，同時(shí)又具有可以通過(guò)自適應(yīng)裝置自動(dòng)適應(yīng)管道接頭、凹凸不平的局部障礙的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)提供一種具有主動(dòng)適應(yīng)和自適應(yīng)功能的履帶式管道機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)履帶式管道機(jī)器人在不同直徑管道中行駛并能自動(dòng)適應(yīng)管道接頭以及管道內(nèi)表面凹凸不平的局部障礙等工況，完成在管道中的自動(dòng)行走功會(huì)K。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)包括隨動(dòng)裝置滾輪組件、隨動(dòng)裝置搖桿、隨動(dòng)裝置電池、萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)、步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、后下支撐座、后上支撐座、支撐板、雙面同步齒型帶、伺服電機(jī)組件、前下支撐座、前上支撐座、控制系統(tǒng)用電池箱、電池箱壓板、主動(dòng)曲柄、小連桿、連桿、圓柱齒輪、從動(dòng)曲柄、隨動(dòng)裝置前連接板、隨動(dòng)裝置電池箱、隨動(dòng)裝置電池箱壓板、隨動(dòng)裝置后連接板、隨動(dòng)裝置連桿、隨動(dòng)裝置滑座、隨動(dòng)裝置導(dǎo)向軸、隨動(dòng)裝置壓縮彈簧、隨動(dòng)裝置連接桿、步進(jìn)電機(jī)后連接板、軸頭、步進(jìn)電機(jī)連接桿、中間連接桿、滾珠絲杠、絲杠螺母、壓力傳感器、固定板、蝶型彈簧、滑塊、絲杠前連接板、絲杠后連接板、步進(jìn)電機(jī)前連接板、絲杠連接桿、主動(dòng)同步帶輪、主動(dòng)同步帶輪軸、圓錐齒輪軸、從動(dòng)圓錐齒輪、主動(dòng)圓錐齒輪、從動(dòng)同步帶輪軸、從動(dòng)同步帶輪和軸承；隨動(dòng)裝置前連接板和隨動(dòng)裝置后連接板分別安裝在隨動(dòng)裝置導(dǎo)向軸的前后兩端，隨動(dòng)裝置前連接板和隨動(dòng)裝置后連接板之間采用三個(gè)隨動(dòng)裝置連接桿固定連接；隨動(dòng)裝置滑座間隙配合安裝在隨動(dòng)裝置導(dǎo)向軸上，隨動(dòng)裝置壓縮彈簧安裝在隨動(dòng)裝置導(dǎo)向軸的前部，隨動(dòng)裝置壓縮彈簧的一端頂在隨動(dòng)裝置前連接板上，另一端頂在隨動(dòng)裝置滑座上；隨動(dòng)裝置滑座和隨動(dòng)裝置連桿分別與隨動(dòng)裝置搖桿連接組成搖桿滑塊機(jī)構(gòu)；隨動(dòng)裝置滾輪組件采用鋼制銷軸安裝在隨動(dòng)裝置搖桿上組成轉(zhuǎn)動(dòng)副；絲杠前連接板和絲杠后連接板分別安裝在滾珠絲杠的前后端組成轉(zhuǎn)動(dòng)副；絲杠前連接板和絲杠后連接板之間采用三個(gè)絲杠連接桿固定連接，絲杠后連接板和步進(jìn)電機(jī)前連接板通過(guò)三個(gè)中間連接桿連接，步進(jìn)電機(jī)前連接板與步進(jìn)電機(jī)后連接板通過(guò)三個(gè)步進(jìn)電機(jī)連接桿連接，步進(jìn)電機(jī)前連接板和步進(jìn)電機(jī)后連接板之間安裝有步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的前端與聯(lián)軸器連接，步進(jìn)電機(jī)后連接板、步進(jìn)電機(jī)連接桿、中間連接桿、絲杠前連接板、絲杠后連接板、步進(jìn)電機(jī)前連接板和絲杠連接桿共同形成機(jī)架；滑塊與絲杠螺母固定連接，絲杠螺母與滑塊之間依次設(shè)有壓力傳感器、固定板和蝶型彈簧，絲杠螺母、壓力傳感器、固定板、蝶型彈簧和滑塊貫穿連接為一體；機(jī)架前后兩端的外側(cè)延周向分別均勻分布安裝有三個(gè)主動(dòng)曲柄和三個(gè)從動(dòng)曲柄，每個(gè)主動(dòng)曲柄和從動(dòng)曲柄之間均通過(guò)連桿連接，主動(dòng)曲柄、連桿、從動(dòng)曲柄與機(jī)架組成三組平行四邊形機(jī)構(gòu)，每組平行四邊形機(jī)構(gòu)上均安裝有同步齒型帶，每個(gè)連桿上安裝有前下支撐座和后下支撐座，前下支撐座和后下支撐座上分別與前上支撐座和后上支撐座連接；伺服電機(jī)組件安裝在由前下支撐座、前上支撐座組成的前支撐座和由后下支撐座、后上支撐座組成的后支撐座的定位孔內(nèi)并被夾緊；主動(dòng)圓錐齒輪安裝在伺服電機(jī)組件的輸出軸上，與安裝在圓錐齒輪軸上的從動(dòng)圓錐齒輪相互嚙合并傳遞動(dòng)力；圓錐齒輪軸和主動(dòng)同步帶輪軸上分別安裝有一個(gè)圓柱齒輪，兩個(gè)圓柱齒輪相互嚙合并傳遞動(dòng)力；主動(dòng)同步帶輪安裝在主動(dòng)同步帶輪軸上，從動(dòng)同步帶輪安裝在從動(dòng)同步帶輪軸上，主動(dòng)同步帶輪通過(guò)雙面同步齒型帶驅(qū)動(dòng)從動(dòng)同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)；從動(dòng)同步帶輪軸、主動(dòng)同步帶輪軸和圓錐齒輪軸通過(guò)軸承安裝在由前下支撐座、前上支撐座組成的前支撐座和由后下支撐、后上支撐座組成的后支撐座上；電池組安裝在隨動(dòng)裝置電池箱內(nèi)，為步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)組件供電，隨動(dòng)裝置電池箱壓板蓋在隨動(dòng)裝置電池箱上；隨動(dòng)裝置前連接板通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)和軸頭與步進(jìn)電機(jī)后連接板相連，控制系統(tǒng)用電池箱固定在支撐板上，電池箱壓板安裝在控制系統(tǒng)用電池箱上方將控制系統(tǒng)用電池箱內(nèi)的電池壓緊，支撐板安裝在絲杠前連接板和絲杠后連接板上，為控制系統(tǒng)供電的電池放在電池箱中并用電池箱壓板壓緊。
[0005]本發(fā)明工作時(shí)，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并驅(qū)動(dòng)絲杠螺母移動(dòng)，與絲杠螺母固連在一起的滑塊隨絲杠螺母一起移動(dòng)，并通過(guò)小連桿推動(dòng)主動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿作平動(dòng)，從而保證履帶式管道機(jī)器人實(shí)現(xiàn)主動(dòng)適應(yīng)不同的管道直徑的功能并保持履帶與管道內(nèi)壁之間有一定的壓力；當(dāng)管道機(jī)器人在行進(jìn)過(guò)程中遇到如管道接頭、表面凹凸不平的局部障礙等工況時(shí)，蝶型彈簧在增加的壓力作用下進(jìn)一步發(fā)生彈性變形，滑塊移動(dòng)并帶動(dòng)主動(dòng)曲柄回?cái)[，管道機(jī)器人外徑減小以自動(dòng)適應(yīng)上述工況；伺服電機(jī)組件通過(guò)從動(dòng)圓錐齒輪、主動(dòng)圓錐齒輪和一對(duì)圓柱齒輪驅(qū)動(dòng)主動(dòng)同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)雙面同步齒型帶運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)管道機(jī)器人的行駛功能。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的由螺旋機(jī)構(gòu)、搖桿滑塊機(jī)構(gòu)、平行四邊形機(jī)構(gòu)組成的串聯(lián)式組合機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)適應(yīng)不同管道直徑的變化并保持履帶與管道內(nèi)壁之間有一定的壓力；利用一組安裝在絲杠螺母和滑塊之間的蝶型彈簧受力后產(chǎn)生的變形自動(dòng)適應(yīng)管道內(nèi)管道接頭、表面凹凸不平的局部障礙等工況；三個(gè)伺服電機(jī)經(jīng)圓錐齒輪和圓柱齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)三組同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)三條作為管道機(jī)器人履帶的雙面同步齒型帶運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)管道機(jī)器人的行駛功能；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，操作運(yùn)行安全，可在不同直徑的管道內(nèi)工作，環(huán)境適應(yīng)性好，應(yīng)用廣泛，既能主動(dòng)適應(yīng)裝置適應(yīng)不同管道直徑工作環(huán)境，又能自動(dòng)適應(yīng)管道接頭和凹凸不平的局部障礙。
【附圖說(shuō)明】
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[0007]圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0008]圖2為本發(fā)明的主體部分剖視結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0009]圖3為本發(fā)明的主體俯視結(jié)構(gòu)原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0010]下面結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述。
[0011]實(shí)施例:
[0012]本實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)包括隨動(dòng)裝置滾輪組件1、隨動(dòng)裝置搖桿2、隨動(dòng)裝置電池3、萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)4、步進(jìn)電機(jī)5、聯(lián)軸器6、后下支撐座7、后上支撐座8、支撐板9、雙面同步齒型帶10、伺服電機(jī)組件11、前下支撐座12、前上支撐座13、控制系統(tǒng)用電池箱14、電池箱壓板15、主動(dòng)曲柄16、小連桿17、連桿18、圓柱齒輪19、從動(dòng)曲柄20、隨動(dòng)裝置前連接板21、隨動(dòng)裝置電池箱22、隨動(dòng)裝置電池箱壓板23、隨動(dòng)裝置后連接板24、隨動(dòng)裝置連桿25、隨動(dòng)裝置滑座26、隨動(dòng)裝置導(dǎo)向軸27、隨動(dòng)裝置壓縮彈簧28、隨動(dòng)裝置連接桿29、步進(jìn)電機(jī)后連接板30、軸頭31、步進(jìn)電機(jī)連接桿32、中間連接桿33、滾珠絲杠34、絲杠螺母35、壓力傳感器36、固定板37、蝶型彈簧38、滑塊39、絲杠前連接板40、絲杠后連接板41、步進(jìn)電機(jī)前連接板42、絲杠連接桿43、主動(dòng)同步帶輪44、主動(dòng)同步帶輪軸45、圓錐齒輪軸46、從動(dòng)圓錐齒輪47、主動(dòng)圓錐齒輪48、從動(dòng)同步帶輪軸49、從動(dòng)同步帶輪50和軸承51 ;由鋁合金制作的隨動(dòng)裝置前連接板21和隨動(dòng)裝置后連接板24分別安裝在隨動(dòng)裝置導(dǎo)向軸27的前后兩端，隨動(dòng)裝置前連接板21和隨動(dòng)裝置后連接板24之間采用三個(gè)鋼制隨動(dòng)裝置連接桿29通過(guò)M5螺母固定連接；鋁合金制成的隨動(dòng)裝置滑座26間隙配合安裝在隨動(dòng)裝置導(dǎo)向軸27上，隨動(dòng)裝置壓縮彈簧28安裝在隨動(dòng)裝置導(dǎo)向軸27的前部，隨動(dòng)裝置壓縮彈簧28的一端頂在隨動(dòng)裝置前連接板21上，另一端頂在隨動(dòng)裝置滑座26上；鋁合金制成的隨動(dòng)裝置滑座26和隨動(dòng)裝置連桿25分別用鋼制銷軸與隨動(dòng)裝置搖桿2連接組成搖桿滑塊機(jī)構(gòu)；聚氨酯制成的隨動(dòng)裝置滾輪組件I采用鋼制銷軸安裝在隨動(dòng)裝置搖桿2上組成轉(zhuǎn)動(dòng)副；鋁合金制成的絲杠前連接板40和絲杠后連接板41分別安裝在滾珠絲杠34的前后端組