专利名称：单一电机、轮式和变速螺旋式混合驱动的管道机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种单ー电机、轮式和变速螺旋式混合驱动的管道机器人，属于管道机器人领域。
背景技术：
目前，管道作业越加頻繁，其作业要求和作业环境复杂而多变。传统的管道机器人采用四轮式，其行走不稳定，容易倾覆，且驱动力不足。由于携带的传感器重量不同并且管道坡度不同，导致电机的工作负载变化很大，输出功率不易满足要求。目前的螺旋式机器人行进速度単一，功率往往不能充分利用。再者，机器人在不同区域的行进条件不同，行进速度要求也往往不同。现有的机器人工作适应能力差，速度、驱动カ単一。但是，目前仍然没能对这些问题进行有效地解决。
发明内容
本发明的目的是解决现有的机器人输出功率不满足要求，工作适应能力差，速度、驱动カ単一的问题，提供ー种行进稳定、速度调节空间大、驱动カ适应条件广的单ー电机、轮式和变速螺旋式混合驱动的管道机器人。为了达到上述目的，本发明提供了ー种单ー电机、轮式和变速螺旋式混合驱动的管道机器人，其特征在于，包括螺旋式驱动装置、轮式驱动装置和电机动カ输出装置；所述的螺旋式驱动装置包括旋转体，旋转体上设有直齿轮，旋转体上均匀分布的三个孔内分别设有一套倾斜轮组，倾斜轮组与倾角调节机构连接；所述的轮式驱动装置包括支撑体，支撑体上均匀分布有三套驱动轮组，支撑体内设有联动结构；所述的电机动カ输出装置包括夹持体，夹持体内设有滑移分流轴，滑移分流轴的中间设有第二齿轮，第二齿轮与电机直齿轮哨合，电机直齿轮与电机的输出端连接，电机的另一端与支撑体连接，支撑体上设有电磁铁组件。优选地，所述的倾角调节机构包括步进电机，步进电机一端上的第一齿轮与分度齿轮啮合，分度齿轮与大锥齿轮固结，大锥齿轮与倾斜轮组上的第一小锥齿轮啮合。优选地，所述的旋转体上设有电磁销，电磁销前端为齿形结构，当电磁销没有通电吋，电磁销与分度齿轮啮合；当电磁销通电时，电磁销与分度齿轮分离。优选地，所述的联动结构包括锥齿轮直齿轮固结体，锥齿轮直齿轮固结体上的第五齿轮分别与均匀分布的三个第二小锥齿轮啮合，三个第二小锥齿轮分别通过三个第一连接杆与三组滑移直齿轮组上的第七齿轮连接，三组滑移直齿轮组上的第八齿轮分别通过第ニ连接杆与三对锥齿轮组连接，三对锥齿轮组分别与三套驱动轮组连接。优选地，所述的滑移分流轴通过第三齿轮与直齿轮啮合。优选地，所述的滑移分流轴通过第四齿轮与锥齿轮直齿轮固结体上的第六齿轮啮
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本发明通过使用一台电机驱动实现螺旋式驱动或者轮式驱动，相当于节省了ー套电机及配套设备的重量，且又避免控制不当导致两种驱动方式同时工作的情況。根据作业要求和实际负载，选择恰当的驱动方式。在螺旋驱动时，可通过调节螺旋角的大小，进ー步改变速度和驱动カ的大小。本发明行进很稳定，速度调节空间很大，驱动カ适应条件很广。
图I为ー种单ー电机、轮式和变速螺旋式 混合驱动的管道机器人的结构示意图；图2为螺旋式驱动装置的内部结构示意图；图3为轮子的螺旋角较小时的螺旋式驱动装置的结构示意图；图4为轮子的螺旋角较大时的螺旋式驱动装置的结构示意图；图5为轮子的螺旋角为90度时的螺旋式驱动装置的结构示意图；图6为轮式驱动装置内部联动结构与电机动カ输出装置的内部结构示意图；图7为通过螺旋式驱动装置驱动时的电机动カ输出装置的结构示意图；图8为通过轮式驱动装置驱动时的电机动カ输出装置的结构示意图。附图标记说明I为旋转体、2为直齿轮、3为倾斜轮组、4为分度齿轮、5为电磁销、6为步进电机、7为大锥齿轮、8为第一小锥齿轮、9为驱动轮组、10为锥齿轮组、11为滑移直齿轮组、12为第二小锥齿轮、13为锥齿轮直齿轮固结体、14为支撑体、15为电机、16为电机直齿轮、17为滑移分流轴、18为电磁铁组件、19为夹持体、20为螺旋式驱动装置、21为轮式驱动装置、22为电机动カ输出装置、23为第一齿轮、24为第一连接杆、25为第二连接杆、26为第二齿轮、27为第三齿轮、28为第四齿轮、29为第五齿轮、30为第六齿轮,31为第七齿轮,32为第八齿轮，33为倾角调节机构，34为联动结构。
具体实施例方式为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。实施例I如图I所示，为ー种单ー电机、轮式和变速螺旋式混合驱动的管道机器人的结构示意图。本发明为ー种单ー电机、轮式和变速螺旋式混合驱动的管道机器人，包括螺旋式驱动装置20、轮式驱动装置21和电机动カ输出装置22。螺旋式驱动装置20包括如下结构,旋转体I上设有直齿轮2,旋转体I通过内啮合的直齿轮2带动而转动，旋转体I上均匀分布的三个孔内分别设有ー套倾斜轮组3，倾斜轮组3与倾角调节机构33连接。如图2所示,为螺旋式驱动装置20的内部结构示意图。倾角调节机构33包括步进电机6，步进电机6 —端上的第一齿轮23与分度齿轮4啮合，分度齿轮4与大锥齿轮7固结，大锥齿轮7与倾斜轮组3上的第一小锥齿轮8啮合，旋转体I上设有电磁销5,电磁销5前端为齿形结构，当电磁销5没有通电时，电磁销5与分度齿轮4啮合，在弹簧作用下锁住分度齿轮4 ;当电磁销5通电时，电磁销5与分度齿轮4分离。如图6所示，为轮式驱动装置21与电机动カ输出装置22的内部结构示意图，并结合如图I所示,轮式驱动装置21包括如下结构,支撑体14上均匀分布有三套驱动轮组9,支撑体14内设有联动结构34。联动结构34包括锥齿轮直齿轮固结体13，锥齿轮直齿轮固结体13上的第五齿轮29分别与均匀分布的三个第二小锥齿轮12啮合，三个第二小锥齿轮12分别通过三个第一连接杆24与三组滑移直齿轮组11上的第七齿轮31连接，三组滑移直齿轮组11上的第八齿轮32分别通过第二连接杆25与三对锥齿轮组10连接，三对锥齿轮组10分别与三套驱动轮组9连接。结合图I和图6所示，电机动カ输出装置22包括如下结构，夹持体19内设有滑移分流轴17，滑移分流轴17的中间固定有第二齿轮26，第二齿轮26与电机直齿轮16啮合，电机直齿轮16与电机15的输出端连接，电机15的另一端与支撑体14连接，支撑体14上设有电磁铁组件18 (包括弹簧)，滑移分流轴17的一端固定有第三齿轮27，另一端固定有第四齿轮28。 电机15的旋转端装有电机直齿轮16，电机直齿轮16始終和滑移分流轴17中间的较宽的第二齿轮26啮合，带动滑移分流轴17转动。滑移分流轴17两端分别装有第四齿轮28和第三齿轮27，分别用来传动轮式驱动装置21和螺旋式驱动装置20。而电磁铁组件18就是用来控制滑移分流轴17的位置即到底传动何种驱动装置，决定机器人采用的行进方式。机器人在行进时阻力较小的情况下(如负载较小，管道水平)或者在无需停留作业的路段，机器人可以在功率允许内以较大速度前迸。经计算判定，可使用轮式驱动方式。电磁铁组件18通电工作，滑移分流轴17 —端的第四齿轮28与轮式驱动装置21中的锥齿轮直齿轮固结体13的第六齿轮30啮合。同吋，螺旋式驱动装置20的轮子的螺旋角调为90度(如图5所示，为轮子的螺旋角为90度时的螺旋式驱动装置的结构示意图)，轮式驱动装置21工作。电机15的动カ通过锥齿轮直齿轮固结体13上的第六齿轮30带动锥齿轮直齿轮固结体13转动。锥齿轮直齿轮固结体13的转动通过锥齿轮直齿轮固结体13上的第五齿轮29传给三个第二小锥齿轮12，第二小锥齿轮12通过第一连接杆24各自带动对应的第七齿轮31。该第七齿轮31较宽，允许窄的第八齿轮32在始终啮合的情况下滑移。滑移的第八齿轮32带动与轮子关联的ー对锥齿轮组10，最終带动轮子转动。机器人所行驶的管道坡度较大或者负载较重，机器人可改用螺旋式驱动方式。此吋，电磁铁组件18释放滑移分流轴17，滑移分流轴17的第三齿轮27在弹簧作用下与螺旋式驱动装置20的直齿轮2啮合，螺旋式驱动装置20工作。当机器人采用螺旋式行进时，可再次根据工作需要和负载压力以及管道情况调节行进速度和驱动力。电机15的动カ通过内啮合的直齿轮2带动旋转体I转动,处于倾斜位置的轮子滚动，产生向上的牵引力，机器人成螺旋式前迸。当步进电机6接受信号转动，同时电磁销5通电收回，步进电机6带动直齿轮2，进而带动大锥齿轮7，大锥齿轮7转动，带动第一小锥齿轮8，进而使得轮子的倾斜角改变(如图3、图4所示，图3为轮子的螺旋角较小时的螺旋式驱动装置的结构示意图；图4为轮子的螺旋角较大时的螺旋式驱动装置的结构示意图)，机器人将以不同的螺旋角前进，来满足速度和驱动カ要求。
权利要求
1.ー种单ー电机、轮式和变速螺旋式混合驱动的管道机器人，其特征在于，包括螺旋式驱动装置(20)、轮式驱动装置(21)和电机动カ输出装置(22)； 所述的螺旋式驱动装置(20)包括旋转体(I),旋转体(I)上设有直齿轮(2),旋转体(I)上均匀分布的三个孔内分别设有ー套倾斜轮组(3)，倾斜轮组(3)与倾角调节机构(33)连接； 所述的轮式驱动装置(21)包括支撑体(14)，支撑体(14)上均匀分布有三套驱动轮组(9)，支撑体(14)内设有联动结构(34)； 所述的电机动カ输出装置(22)包括夹持体(19)，夹持体(19)内设有滑移分流轴(17)，滑移分流轴(17)的中间设有第二齿轮(26)，第二齿轮(26)与电机直齿轮(16)啮合，电机直齿轮(16)与电机(15)的输出端连接，电机(15)的另一端与支撑体(14)连接,支撑体(14)上设有电磁铁组件(18)。
2.如权利要求I所述的ー种单ー电机、轮式和变速螺旋式混合驱动的管道机器人，其特征在于，所述的倾角调节机构(33)包括步进电机￠)，步进电机(6) —端上的第一齿轮(23)与分度齿轮(4)啮合，分度齿轮(4)与大锥齿轮(7)固结，大锥齿轮(7)与倾斜轮组(3)上的第一小锥齿轮(8)哨合。
3.如权利要求I所述的ー种单ー电机、轮式和变速螺旋式混合驱动的管道机器人，其特征在于，所述的旋转体(I)上设有电磁销(5)，电磁销(5)前端为齿形结构，当电磁销(5)没有通电时，电磁销(5)与分度齿轮(4)哨合；当电磁销(5)通电时，电磁销(5)与分度齿轮⑷分尚。
4.如权利要求I所述的ー种单ー电机、轮式和变速螺旋式混合驱动的管道机器人，其特征在于，所述的联动结构(34)包括锥齿轮直齿轮固结体(13)，锥齿轮直齿轮固结体(13)上的第五齿轮(29)分别与均匀分布的三个第二小锥齿轮(12)啮合，三个第二小锥齿轮(12)分别通过三个第一连接杆(24)与三组滑移直齿轮组(11)上的第七齿轮(31)连接，三组滑移直齿轮组(11)上的第八齿轮(32)分别通过第二连接杆(25)与三对锥齿轮组(10)连接，三对锥齿轮组(10)分别与三套驱动轮组(9)连接。
5.如权利要求I所述的ー种单ー电机、轮式和变速螺旋式混合驱动的管道机器人，其特征在于，所述的滑移分流轴(17)通过第三齿轮(27)与直齿轮(2)啮合。
6.如权利要求I所述的ー种单ー电机、轮式和变速螺旋式混合驱动的管道机器人，其特征在于，所述的滑移分流轴(17)通过第四齿轮(28)与锥齿轮直齿轮固结体(13)上的第六齿轮(30)啮合。
全文摘要
本发明公开了一种单一电机、轮式和变速螺旋式混合驱动的管道机器人，其特征在于，包括螺旋式驱动装置、轮式驱动装置和电机动力输出装置；螺旋式驱动装置包括旋转体，旋转体上设有直齿轮，旋转体上均匀分布的三个孔内分别设有一套倾斜轮组，倾斜轮组与倾角调节机构连接；轮式驱动装置包括支撑体，支撑体上均匀分布有三套驱动轮组，支撑体内设有联动结构；电机动力输出装置包括夹持体，夹持体内设有滑移分流轴，滑移分流轴的中间设有第二齿轮，第二齿轮与电机直齿轮啮合，电机直齿轮与电机的输出端连接，电机的另一端与支撑体连接，支撑体上设有电磁铁组件。本发明具有行进稳定、速度调节空间大、驱动力适应条件广的特点。
文档编号F16L55/32GK102691856SQ20121018026
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月2日 优先权日2012年6月2日
发明者吴羊豪, 周虎, 顾友林, 马帅 申请人:东华大学