一种轮履串联式管道机器人的制作方法

本发明属于机器人技术领域，涉及一种管道机器人，尤其涉及一种轮履串联式管道机器人。

背景技术：

近年来，随着石油、天然气、化工及军事装备等行业的发展，管道作为一种重要而有效的物料传输设备被广泛应用。然而管道所处的环境通常是人力所不及的，人工检修难度大，而且效率低。为了减轻人工劳动强度和伤害，减少不必要的损失，提高生产效率，管道机器人应运而生。目前已有的管道机器人主要有轮式、履带式和螺旋式，存在如下优缺点：

轮式管道机器人运动平稳、连续，应用广泛；但是运动不稳定，易发生倾斜，越障能力有限，牵引力较小，微型化比较困难。

履带式管道机器人牵引力大，越障能力强，抓地性好、适应管道环境能力强；但是其结构复杂，在转弯时易产生较大的剪切力，且不够灵活。

螺旋式管道机器人利用机器人的螺旋运动与管道内壁产生摩擦力，即机器人前进的推力，该类型机器人常用在管径较小的管道中；缺点是推力小，工作效率低。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种轮履串联式管道机器人，以解决目前管道机器人搭载能力差的问题，该机器人通过能力和搭载能力更强，可适应不同管径的管道。

一种轮履串联式管道机器人包括由万向节连接的顶壁履带式结构和螺旋轮式结构。

顶壁履带式结构主要包括行走机构和变径机构；所述的行走机构包括履带舱侧板、带轮安装轴、主动带轮、从动带轮、支撑杆、双面同步带和蜗轮蜗杆减速电机；所述的蜗轮蜗杆减速电机安装在一侧履带舱侧板上；所述的主动带轮安装在蜗轮蜗杆减速电机轴上，通过双面同步带与从动带轮连接；从动带轮通过安装轴与履带舱侧板连接；每块履带舱侧板均通过连杆与电机舱铰接；两履带舱侧板之间通过支撑杆连接。

所述的变径机构包括控制箱、直流减速电机、丝杠螺母、丝杠、直线轴承、光杠、压力杆、加固板、固定架；所述的丝杠一端通过轴承与固定架连接，另一端通过联轴器与直流减速电机连接；所述的光杠通过固定架分别与控制箱和电机舱连接，与丝杠螺母之间通过直线轴承连接；所述的压力杆一端与丝杠螺母铰接，另一端通过加固板与履带舱侧板铰接。

螺旋轮式结构主要包括螺旋行走机构和径向变径机构；所述的螺旋行走机构包括电机防尘盖、直流减速电机、过渡架、后轴承架、前轴承架、舱盖、减速机构、薄壁轴承、螺旋轮和同步架；所述的直流减速电机与齿轮轴通过联轴器连接；所述的减速机构包括齿轮轴、太阳轮、行星轮、内齿轮、行星轴，齿轮之间通过齿轮啮合的方式进行连接，前、后轴承架之间通过轴承连接齿轮轴和行星轴；内齿轮和轴承架之间通过薄壁轴承连接；过渡架、后轴承架、减速机构、前轴承架、舱盖之间通过螺栓连接；螺旋轮通过支架固定端固定在内齿轮外表面。

所述的径向变径机构包括压力杆和同步架，压力杆连接螺旋轮和内齿轮外表面；同步架连接三个压力杆。

附图说明

图1是本发明的主体结构立体图；

图2是顶壁履带式结构立体图；

图3是螺旋轮式结构立体图；

图4是行星轮系减速机构立体图；

图5是履带舱内部结构立体图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

一种轮履串联式管道机器人包括由万向节4连接的顶壁履带式结构5和螺旋轮式结构1。

顶壁履带式结构5主要包括行走机构6和变径机构7；所述的行走机构6包括履带舱侧板13、双面同步带14、蜗轮蜗杆减速电机15、大从动带轮42、小从动带轮43、带轮安装轴44、支撑杆46、主动带轮47；所述的蜗轮蜗杆减速电机15安装在一侧履带舱侧板13上；所述的主动带轮47安装在蜗轮蜗杆减速电机15轴上，通过双面同步带14与从动带轮42、43连接；从动带轮42、43通过带轮安装轴44与履带舱侧板13连接；每块履带舱侧板13均通过连杆16与电机舱19铰接；两履带舱侧板13之间通过支撑杆46连接。

所述的变径机构7包括光杠9、丝杠10、丝杠螺母11、直线轴承12、固定架18、直流减速电机20、压力杆21和加固板22；所述的丝杠10一端通过轴承45与固定架18连接，另一端通过联轴器17与直流减速电机20连接；所述的光杠9通过固定架18分别与控制箱8和电机舱19连接，与丝杠螺母11之间通过直线轴承12连接；所述的压力杆21一端与丝杠螺母11铰接，另一端通过加固板22与履带舱侧板13铰接。

螺旋轮式结构1主要包括螺旋行走机构2和径向变径机构3；所述的螺旋行走机构2包括直流减速电机23、电机防尘盖24、过渡架25、后轴承架26、减速机构27、薄壁轴承28、前轴承架30、舱盖31、同步架32和螺旋轮34；所述的直流减速电机23与齿轮轴38通过联轴器17连接；所述的减速机构27包括行星轮35、太阳轮36、齿轮轴38、行星轴40和内齿轮41，齿轮之间通过齿轮啮合的方式进行连接，前、后轴承架30、26之间通过轴承37、39连接齿轮轴38和行星轴40；内齿轮41和轴承架26、30之间通过薄壁轴承28连接；过渡架25、后轴承架26、减速机构27、薄壁轴承28、前轴承架30、舱盖31之间通过螺栓连接；螺旋轮34通过支架固定端29固定在内齿轮41外表面。

所述的径向变径机构3包括同步架32和压力杆33，压力杆33连接螺旋轮34和内齿轮41外表面；同步架32连接三个压力杆33。

一种轮履串联式管道机器人工作原理：

蜗轮蜗杆减速电机15带动主动带轮47转动，通过双面同步带14带动大从动带轮42和小从动带轮43转动，从而实现顶壁履带式结构5的运动；直流减速电机23通过联轴器17带动齿轮轴38转动，太阳轮36随之转动，带动周围行星轮35转动，从而带动内齿轮41转动，使螺旋轮34沿管壁做螺旋运动，而机器人沿管道轴线运动，实现机器人的移动。

该管道机器人转弯时，控制其中一个蜗轮蜗杆减速电机15使其中一个履带舱减速或者停止，另外两个履带舱加速，实现转弯功能。中间用万向节4连接使得机器人易于转弯。

当管道机器人在变径管道中行驶时，顶壁履带式结构5的变径机构7中，直流减速电机20带动丝杠10转动，带动丝杠螺母11沿丝杆10轴线方向移动，带动压力杆21往复运动，从而带动连杆16运动，实现对不同管径的适应；螺旋轮式结构1变径机构3中，压力杆33在减震的同时使其具有一定的管径适应能力。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种轮履串联式管道机器人，属于管道机器人领域。包括顶壁履带式结构和螺旋轮式结构两部分，中间由万向节连接。顶壁履带式结构主要包括行走机构和变径机构，变径机构采用滚珠丝杠螺母副调节方式，丝杠由电机带动旋转，带动丝杠螺母沿轴线方向来回移动，从而带动连杆运动，达到变径的目的。螺旋轮式结构主要包括螺旋行走机构及变径机构，螺旋行走机构通过电机驱动使驱动轮沿管壁作螺旋运动，同时机身在导向轮周向摩擦力的作用下沿管道轴线移动，变径机构采用压力杆，在减震的同时使其具有一定的管径适应能力。该机器人越障能力强，适应管径范围广，搭载能力强，可以应用于不同管径的管道，可以在泥泞、坎坷不平的管道内工作。

技术研发人员：郭雷;董湘敏
受保护的技术使用者：承德石油高等专科学校
技术研发日：2017.05.13
技术公布日：2017.08.01