一种具有二级气囊推出导向装置的气囊封堵机器人的制作方法

1.本发明涉及管道检测技术领域，具体来说是一种具有二级气囊推出导向装置的气囊封堵机器人。


背景技术：

2.市政排水管道工程施工分管道检测、养护、修复等几大类，高水位管道施工前期均需封堵管道后进行降水、排水、清洗等工作。气囊封堵是管道封堵最常用的方式之一，目前基本上是人工下井作业。
3.但是由于每个窨井上方都安装有安全的窨井盖，所以使窨井和管道就形成一个封闭的有限空间。当窨井内的自然物质腐烂后，很容易产生沼气等其他有毒气体，尤其是污、雨水管道产生条件更为充分。沼气无色、无味、难溶于水的可燃性气体。当积聚的有毒气体浓度较高时，作业人员在无保护措施进入窨井找那个很容易发生中毒昏迷甚至死亡。所以目前的气囊10封堵工作的作业人员在下井之前，需要做好防毒准备工作，如防毒面具。但因为窨井均在户外，分散在城市的各个角落，对于作业人员的监管工作存在很大难度，对于安全意识薄弱的作业人员，在无人监管的情况下往往不作任何防毒措施就进入窨井，存在非常大的人生安全问题。且人工作业效率低。
4.随着机器人技术发展，管道检测机器人应用越来越广泛，但是目前机器人进入检查井后需要通过移动机构进入横井进行作业，对于需要在管道端部进行气囊封堵的情况，机器人进入管道放置气囊增加了机器人运行控制的难度。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于如果根据井下封堵位置不同，提供多种气囊推进尺寸的机器人。
6.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
7.一种具有二级气囊推出导向装置的气囊封堵机器人，包括外框架组件(1)、内导筒组件(2)；所述外框架组件(1)开有容纳内导筒组件(2)的容纳腔，所述内导筒组件(2)套设在外框架组件(1)内并沿容纳腔做直线运动，伸出所述外框架组件(1)或退回外框架组件(1)内；所述内导筒组件包括用于推送气囊的推送机构，所述气囊容纳于内导筒组件(2)内，所述推送机构将气囊推送至指定位置；所述行走机构包括两个螺旋驱动轮(16)，以及与每个螺旋驱动轮(16)对应的主动摆臂(14)、从动摆臂(15)、摆臂驱动件(17)、驱动轮驱动件(18)；两所述摆臂驱动件(17)和驱动轮驱动件(18)均固定在所述外框架组件(1)的底部；两所述螺旋驱动轮(16)位于外框架组件(1)的左右两侧；所述螺旋驱动轮(16)的两端分别与对应的主动摆臂(14)、从动摆臂(15)的一端转动连接，主动摆臂(14)的另一端与对应的所述摆臂驱动件(17)的输出端传动连接；所述从动摆臂(15)的另一端与对应的所述驱动轮驱动件(18)的输出端转动连接；所述摆臂驱动件(17)驱动主动摆臂(14)上下摆动，带动对应螺旋驱动轮(16)上下运动。
8.机器人采用二级气囊推出及导向装置，缩回时结构紧凑、便利进出直径较小的垂直井口、井道。伸出时行程大，可确保多种规格尺寸气囊推放到位。
9.进一步的，所述外框架组件(1)包括前侧板(11)、后侧板(12)、连接前侧板(11)、后侧板(12)的多根连接杆(13)、伸缩驱动件(25)；其中至少一根连接杆(13)上安装有导向套(10)，所述导向套(10)与内导筒(21)组件外壁接触；所述伸缩驱动件(25)的底座转动连接在后侧板(12)，输出端与所述内导筒(21)组件朝向前侧板(11)的一端转动连接，所述伸缩驱动件(25)启动后，带动内导筒(21)组件穿出前侧板(11)向前滑动。
10.进一步的，所述螺旋驱动轮(16)向上运动收纳于前侧板(11)、后侧板(12)之间，向下运动用于支撑或行走；所述驱动轮驱动件(18)通过第一链轮组件驱动对应的螺旋驱动轮(16)转动。
11.进一步的，其中一个所述连接杆(13)位于前侧板(11)和后侧板(12)底部的中间位置，两所述螺旋驱动轮(16)及其两端的主动摆臂(14)、从动摆臂(15)对称布置在底部所述连接杆(13)两侧；两所述摆臂驱动件(17)和驱动轮驱动件(18)均固定在连接杆(13)的两侧；两个所述驱动轮驱动件(18)通过第一链轮组件与螺旋驱动轮(16)的转轴连接。
12.进一步的，所述第一链轮组件包括驱动链轮(101)、传动链轮(102)、第一链条(103)；所述驱动链轮(101)固定在从动摆臂(15)朝向连接杆(13)的一端，传动链轮(102)固定在从动摆臂(15)朝向螺旋驱动轮(16)的一端，第一链条(103)连接驱动链轮(101)和传动链轮(102)，所述传动链轮(102)与螺旋驱动轮(16)的转轴固定；所述驱动链轮(101)与驱动轮驱动件(18)的输出轴固定。
13.进一步的，在底部所述连接杆(13)的两端固定有电机座(19)，所述电机座(19)上开有两个安装孔，两个安装孔对称的位于底部连接杆(13)两侧；摆臂驱动件(17)和驱动轮驱动件(18)的机座与底部连接杆(13)固定，输出端分别与底部连接杆(13)两端的安装孔固定；所述主动摆臂(14)、从动摆臂(15)分别与底部连接杆(13)两端的安装孔转动连接。
14.进一步的，所述内导筒组件(2)包括内导筒(21)、推板(22)、第二链轮组件(23)、推板驱动件(24)，所述内导筒(21)为圆筒结构；所述推板(22)位于内导筒(21)内，所述推板驱动件(24)通过第二链轮组件(23)驱动推板(22)在内导筒(21)内前后移动，从而将气囊(10)推至内导筒(21)外；所述伸缩驱动件(25)的输出端与内导筒(21)的前端转动连接。
15.进一步的，所述内导筒(21)左右两侧沿其运动方向开设有滑槽(211)，所述推板(22)的左右两侧均固定有导向轴(221)，所述导向轴(221)伸出滑槽(211)；所述第二链轮组件(23)位于内导筒(21)外壁，包括分别固定在滑槽(211)两端的主动齿轮(231)、从动齿轮(232)、与主动齿轮(231)、从动齿轮(232)啮合的链条；所述链条的两端均与导向轴(221)固定，形成闭环；所述主动齿轮(231)位于内导筒(21)的后端，内导筒(21)后端的两个主动齿轮(231)均与传动轴(26)固定，所述推板驱动件(24)带动传动轴(26)转动。
16.进一步的，所述传动轴(26)两端通过万向节(29)与两个主动齿轮(231)固定。
17.进一步的，所述推板驱动件(24)固定在内导筒(21)内部，位于推板(22)后方和传动轴(26)之间；所述推板驱动件(24)通过第三链轮组件(27)与传动轴(26)传动连接。
18.本发明的优点在于：
19.机器人总体设计外截面轮廓限定在垂直检查井口允许的直径范围内，内部截面以气囊横截面直径为界，在确保可靠携带气囊下井的前提下，实现体积最小化；
20.机器人采用一级推出内导筒，二级推出气囊的推送机构，缩回时结构紧凑、便利进出直径较小的垂直井口、井道。伸出时行程大，可确保多种规格尺寸气囊推放到位。
21.第一级推出机构采用伺服电动缸驱动，结构简单，响应速度快，伺服电动缸可根据需求停留在设定位置，满足不同长度气囊推放需求；通过调节电缸伸缩速度调节气囊推出速度；电缸具备自锁功能，可以增加设备的安全性。根据动力源一级推出机构还可选用气缸、液压油缸等元器件。
22.第二级推出机构通过单伺服电机同轴驱动左右二组链轮，确保左右链条同步位移。第二级推出机构驱动链轮组通过万向节驱动链轮组，在两个变角度的转轴件传递驱动力，万向节可适应于较大交角的动力传递，满足伺服电机在机器人有限位置布局需求。第二级推出电机通过调节驱动电机转速调节气囊推出速度，控制气囊推出稳定性；通过调节伺服电机转数，控制二级推出机构行程，满足不同规格尺寸气囊对推板行程的需求；二级推出机构受力点位于气囊中下部，防止气囊推出过程中产生上推力，导致气囊后上方抵压在导向筒上臂产生摩擦阻力甚至卡死在导向筒内。
23.二级推出机构可根据气囊规格长度和气囊推出后放置需求，设定单级伸缩、二级同步伸缩或二级单独伸缩。
24.内导筒与导向套在一级推出过程中起导向、承重作用，消除推出过程中气囊对伸缩驱动件的活塞杆产生的弯曲力。滑槽在二级推出过程中起导向作用。二级推出机构设置多组尼龙滑槽导向机构，增强装置运行稳定性、结构强度和减小摩擦阻力。另外滑槽导向组件模块化设计，便利磨损后维修、更换。内导筒在保证强度的前提下，采用铝合金或高强度耐磨非金属材料镂空设计，减轻结构重量。导向套选用具备自润滑功能的尼龙材质，简化水下润滑需要的密封结构。
25.折叠式对称摆动臂结构，收缩后结构紧凑、截面呈圆形，适配检查井口形状，便于进出检查井口、搬运储存。
26.此二级气囊推出及导向装置可实现在管道内由机器人代替人工，将气囊由检查井放入横井指定封堵位置，安全、智能，避免人员下井造成的伤亡事故。
附图说明
27.图1为本发明实施例中机器人整体的应用结构示意图；
28.图2为本发明实施例中机器人的展开状态结构示意图；
29.图3为本发明实施例中机器人的外框架组件结构示意图；
30.图4为本发明实施例中机器人一侧的螺旋驱动轮及摆臂的结构示意图；
31.图5为本发明实施例中机器人的从动摆臂打开盖板后展示链轮组件的结构示意图；
32.图6为本发明实施例中机器人行走机构打开的端面结构示意图；
33.图7为本发明实施例中机器人行走机构收纳的端面结构示意图；
34.图8为本发明实施例中内导筒及内部推板、推板驱动件的结构示意图；
35.图9为本发明实施例中内导筒外壁的链路组结构示意图。
具体实施方式
36.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.本实施例公开的具有二级气囊推出导向装置的气囊封堵机器人，应用于井下气囊封堵工作。井下气囊封堵工作涉及到设备如图1所示，包括机器人、气囊10、空压机、电缆箱4、井架3；井架3架设在检查井口，用于输送机器人进入检查井内，电缆箱4为机器人提供电缆输送及供电，空压机为机器人内的驱动件充气，保证其密封性。气囊10放置在机器人内，由机器人推送至横井，并由空压机充气。下面针对每个部分进行详细描述。
38.如图2、图3所示，机器人包括外框架组件1内导筒组件2、行走机构。外框架组件1包括前侧板11、后侧板12、连接前侧板11、后侧板12的多根连接杆13、伸缩驱动件；本实施例中，前侧板11、后侧板12为同直径圆环形板体，多根连接杆13两端分别与前侧板11和后侧板12固定，从而形成一个大体为圆柱筒的筒体。为了便于其他部件的固定，本实施例中，连接杆13为5根，顶部两根，中间位置左右两侧各一根，底部一根，中间两根和底部一根形成等腰三角形结构。
39.外框架组件1还包括行走机构；如图4所示，行走机构包括主动摆臂14、从动摆臂15、两个螺旋驱动轮16、两个摆臂驱动件17、两个驱动轮驱动件18。
40.在底部的连接杆13的左右两侧分别固定一个摆臂驱动件17和一个驱动轮驱动件18，两个驱动件的输出轴分别朝向前后，为了便于与摆臂固定，所以在底部连接杆13的两端还固定有电机座19，如图3中显示，电机座19大体为板状结构，与连接杆13焊接固定或螺栓固定。电机座19上开有两个安装孔，两个安装孔对称的位于底部连接杆13两侧；如图2所示，摆臂驱动件17和驱动轮驱动件18的机座与底部连接杆13固定，输出端分别与底部连接杆13两端的安装孔固定。
41.如图4所示，每个螺旋驱动轮16的两端分别与主动摆臂14、从动摆臂15的一端转动连接，如图2所示，从动摆臂15的另一端分别与对应位置的电机座19上的安装孔固定，主动摆臂14的另一端与对应的电机座19安装孔固定(图2中电机座19未标出)，从而与对应的摆臂驱动件17的输出端转动连接。本实施例中，主动摆臂14和从动摆臂15均为弧形结构，摆臂驱动件17驱动主动摆臂14收起时，主动摆臂14带动螺旋驱动轮16向上摆动，收纳于前侧板11与后侧板12之间，打开时，可根据需要调节两边摆臂打开的角度，从而控制机器人整体的高度。两个螺旋驱动轮16也为机器人提供稳定的支撑。
42.本实施例中，驱动轮驱动件18需要通过第一链轮组件与螺旋驱动轮16的转轴连接。如图5所示，第一链轮组件包括驱动链轮101、传动链轮102、第一链条103；驱动链轮101固定在从动摆臂15朝向连接杆13的一端，传动链轮102固定在从动摆臂15背离的一端，第一链条103连接驱动链轮101和传动链轮102，传动链轮102与螺旋驱动轮16的转轴固定(螺旋驱动轮16参阅图2)；驱动链轮101与驱动轮驱动件18(驱动轮驱动件18参阅图2)的输出轴固定。本实施例中，从动摆臂15设有用于容纳第一链条103的凹槽151，由于凹槽151整体弧形，所以在凹槽151内设置有多个张紧辊，链条被多个张紧辊张紧位于凹槽151内，避免与凹槽151壁发生刮擦。另外凹槽151朝向主动摆臂14一侧(主动摆臂14参阅图2)。当启动驱动轮驱
动件18时，可通过链轮传动带动螺旋驱动轮16正反转动(螺旋驱动轮16参阅图2)，从而使机器人前进后退。通过盖板和硅胶密封垫密封凹槽151，保证第一链轮组件的稳定、安全、可靠。
43.本实施例中，为了将机器人吊装送入检查井内，还在后侧板12的外壁固定有一根横杆，形成吊架121，同时也可以提高后侧板12的强度，位于顶部的两根连接杆13上固定有u形挂环121-1，u形挂环121-1的两端分别转动在两根顶部的连接杆13上，并靠近前侧板11，吊架121和挂环121-1构成两个吊点，便于吊装过程中控制机器人的首尾高度。u形挂环121-1收起时紧贴连接杆13，便于存储机器人。
44.如图6、图7所示，图6为机器人螺旋驱动轮打开的状态，图7为收起的状态。
45.本实施例中，如图2所示，在前侧板11上固定有浑水相机6及声纳7，在多个连接杆13上安装有多个避障测距传感器8，在内导筒21壁上固定有姿态传感器9。机器人前上端分别搭载有防水照明灯、水下浑水相机或偏振光相机和前扫成像声呐，以及避障测距传感器，用于探测需封堵横井在垂直检查井的位置，引导机器人移动定位。气囊推放到位和充气封堵完成，辅助检测气囊姿态和封堵情况。
46.如图8所示，内导筒组件2包括内导筒21、推板22、第二链轮组件23、推板驱动件24，内导筒21为圆筒结构，整体为镂空状，可减轻机器人整体重量；内导筒21为于前侧板11、后侧板12、5根连接杆13围合成的圆柱筒内，其中前侧板11的中间通孔直径大于内导筒21，内导筒21的运动路径为从前侧板11伸出或退回。
47.本实施例为了保证内导筒21运动时路径不发生偏斜，其中至少一根连接杆13上安装有导向套100，导向套100与内导筒21组件外壁接触；本实施例在中间两根连接杆13上安装有导向套100，由于内导筒21组件的外壁为弧面，所述导向套100与内导筒21组件外壁接触的面也为弧面，便于与内导筒21组件外壁贴合。两个导向套100在内导筒21在运动过程中提供限位和导向，使得内导筒21运动过程顺畅。本实施例中导向套100的截面大体成三角形，中间开有孔，连接柱穿在孔内，二者可通过螺栓固定或焊接固定均可。为了减少摩擦力，导向套100与内导筒21的接触面制作成光滑面。
48.内导筒21通过伸缩驱动件25驱动伸缩。伸缩驱动件25为电推杆，其底座转动连接在后侧板12，输出端与内导筒21朝向前侧板11的一端转动连接，伸缩驱动件25启动后，带动内导筒21穿出前侧板11向前滑动。前侧板11上开有供伸缩驱动件25输出端穿过的限位孔。本实施例中，伸缩驱动件25位于两根顶部连接杆13的中间位置。
49.推板22位于内导筒21内，推板22的面积小于内导筒21内截面积，整体位于内导筒21内腔的下方，推板驱动件24位于推板22后方，气囊10位于推板22前方，推板驱动件24驱动推板22前进时，推板22推动气囊10前进，从而送入指定的管道内。具体的驱动结构为：
50.如图8所示，内导筒21左右两侧沿其运动方向开设有滑槽211，推板22的左右两侧均固定有导向轴221，导向轴221伸出滑槽211与导向轴滑座221-1固定；如图9所示，第二链轮组件23位于内导筒21外壁，包括分别固定在滑槽211两端的主动齿轮231、从动齿轮232、与主动齿轮231、从动齿轮232啮合的第二链条233；第二链条233的两端均与导向轴滑座221-1串接，形成闭环；主动齿轮231位于内导筒21的后端。如图8所示，在内导筒21内位于推板22后方转动固定有传动轴26，两个主动齿轮231均与传动轴26固定，推板驱动件24带动传动轴26转动，传动轴26带动两个主动齿轮231转动，从而带动链条运转，由于导向轴滑座
221-1作为链条的一个部分，被牵引着沿滑槽211运行，从而带动推板22运动，推板22推着气囊10运动，实现将气囊10推出内导筒21的目的。本实施例中，由于振动、摩擦力等原因，传动轴26两端通过万向节29与两个主动齿轮231固定，允许所连接的两轴之间有较大交角，满足伺服电机在机器人有限位置布局需求。
51.本实施例中，还在滑槽221上固定要滑套234，滑套234可采用光滑度高的尼龙材质，采用模块化设计，便于拆卸更换，导向轴211滑动时与滑套234之间滑动配合，减小摩擦力。
52.在内导筒21内固定有安装架28，安装架28位于推板22后方，推板驱动件24通过螺钉固定安装架28内，本实施例中，安装架28高于传动轴26，空间上可错位布置。推板驱动件24通过第三链轮组件27与传动轴26传动连接。通过第三链轮组件27的传动，是的一个推板驱动件24可同时带动两个主动齿轮231转动，减少驱动件数量，既节约成本，又能保证推板22两边运行速度一直，还能减轻机器人重量。本实施例中第三链轮组件27为常规的主动轮、从动轮及链条的组合结构，在此不再详述。
53.为了保护第二链轮组件23，还在在滑槽211外部还盖有护罩212；主动齿轮231、从动齿轮232、链条均位于护罩212内。由于护罩212具有一定厚度，为了减少内导筒21与外框架件的间距，本实施例在前侧板11对应位置开槽，供护罩212穿出，这样能既能为内导筒21的运行路径起到导向作用，又能使机器人结构更加紧凑。
54.如图9所示，本实施例还在内导筒21上开设有至少一条辅助滑槽222，推板22额外设计一个滑块与辅助滑槽222配合(图9中未示出)，结合上述两个滑槽，形成至少三点支撑，可保证推板22滑动过程的稳定性。
55.通过单伺服电机同轴驱动左右二组链轮，确保左右链条同步位移，实现气囊10推板平稳推动气囊10进入井道。通过调节驱动电机转速调节气囊10推出速度，控制气囊10推出稳定性；通过调节伺服电机转数，控制二级推出机构行程，满足不同规格尺寸气囊10对推板行程的需求。
56.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。