一种用于管内的伞面调速丝杠变径爬行机器人

本技术涉及管道检测机器人领域，具体涉及一种用于管内的伞面调速丝杠变径爬行机器人。

背景技术：

1、管道机器人，也可以称作管道爬行器，是一种管道内部工作的特种机器。主要用于天然气管道、石油管道、自来水管道、城市供排水管道等多种管道的缺陷检测、修补和杂物清理等工作。

2、目前已有的管道检测机器人较少涉及连接负载驱动或从动部件，或者采用刚性连接件连接负载端，无法实现高负载多样化检测工作。

3、目前已有的管道检测机器人主要采用皮碗连接机器人本体，由于皮碗不易发生形变，无法改变在管道内与流体接触的截面积，或者皮碗各部分形变不规则，不能稳定调整与流体接触面积的大小；另外，皮碗设计的管道机器人，在通过弯曲管道时，大部分只能将机器人整体尺寸设计小一点实现过弯，与此同时带来的问题是此类机器人只能适合较小管径的管道，并且机器人携带的检测仪器及各类传感器有所限制。因此该机器人难以适应在不同管径的管道内进行运动。

4、管道机器人大多采用拖缆的方式在管道内行走，完成探测和管道维护，这种拖拽线缆的方式使得管道机器人在管道中的探测距离十分受限。

技术实现思路

1、本实用新型为了解决现有管道机器人大多采用皮碗连接机器人或拖缆作业方式，导致管道机器人难以适应在不同管径的管道内进行运动及在管道中的探测距离受限的问题，而提供一种用于管内的伞面调速丝杠变径爬行机器人。

2、本实用新型为解决上述问题而采用的技术方案是：

3、一种用于管内的伞面调速丝杠变径爬行机器人，其组成包括伞面调速机构、前部变径机构、前机身壳体、柔性金属软管、后机身壳体和后部变径机构；所述前机身壳体的筒壁上沿圆周方向均布设置有三个第一长孔，前部变径机构安装在前机身壳体内部，且前部变径机构上的三个双变径臂与三个第一长孔一一对应，所述后机身壳体的筒壁上沿圆周方向均布设置有三个第二长孔，后部变径机构安装在后机身壳体内部，且后部变径机构上的三个单变径臂与三个第二长孔一一对应，柔性金属软管的一端与前机身壳体连接，柔性金属软管的另一端与后机身壳体连接，伞面调速机构设置在前机身壳体的前端，且伞面调速机构中的伞面单向丝杠支撑在前机身壳体中。

4、进一步的，所述伞面调速机构包括伞面单向丝杠、伞面螺母、伞面挡盘、伞面驱动电机、伞面、三个伞面丝杠轴承、数个伞骨支撑座、数个伞骨支撑杆和数根伞骨；伞面螺母与伞面单向丝杠螺纹连接，伞面单向丝杠的前端通过伞面丝杠轴承支撑在伞面挡盘中，伞面单向丝杠的后端通过伞面丝杠轴承支撑在前机身壳体中，伞面单向丝杠的输入端与伞面驱动电机的电机轴连接，数个伞骨支撑座均布设置在伞面螺母的周向外表面上，且伞骨支撑座与伞面螺母固接，伞骨支撑杆的一端与伞骨支撑座铰接，伞骨支撑杆的另一端与伞骨铰接，伞骨的前端与伞面挡盘铰接，伞面覆盖粘贴在数根伞骨的外表面。

5、进一步的，所述前部变径机构包括正反牙丝杠、前部变径紧固件、正反牙丝杠轴承、正反牙丝杠驱动电机、两个前部变径移动螺母、三个前部变径主支座、三个前部变径副支座和三个双变径臂；所述正反牙丝杠两端的螺纹旋向相反，即一端为左旋螺纹、另一端为右旋螺纹，正反牙丝杠的左旋螺纹上连接一个前部变径移动螺母，正反牙丝杠的右旋螺纹上连接一个前部变径移动螺母，前部变径紧固件位于两个前部变径移动螺母之间，前部变径紧固件套装在正反牙丝杠的中部，正反牙丝杠的两端均通过正反牙丝杠轴承支撑在前机身壳体中，正反牙丝杠的输入端与正反牙丝杠驱动电机的电机轴连接，三个前部变径主支座均布设置在前部变径紧固件的周向外表面，且前部变径主支座与前部变径紧固件固接，每个前部变径移动螺母的周向外表面均布设置有三个前部变径副支座，且前部变径副支座与前部变径移动螺母固接，前部变径移动螺母上的三个前部变径副支座与前部变径紧固件上的三个前部变径主支座轴向一一正对，三个双变径臂与三个前部变径主支座一一对应，双变径臂与其对应的前部变径主支座和前部变径副支座铰接。

6、进一步的，所述正反牙丝杠与前部变径紧固件的连接处为光轴，该光轴处设置有第一环形凸起，前部变径紧固件的内壁设置有与第一环形凸起相配合的第一环形凹槽，前部变径紧固件由三个第一瓦状体扣合而成，前部变径紧固件为圆形或六角形。

7、进一步的，每个所述双变径臂包括两个双变径支撑杆、两个双变径连杆、两个双变径驱动轮、两个双变径弹簧、两个双变径测力单元和两个双变径u形杆；两个双变径支撑杆相对于前部变径主支座对称设置，双变径支撑杆的一端与前部变径主支座铰接，双变径支撑杆的另一端与双变径测力单元连接，双变径弹簧的一端与双变径测力单元连接，双变径弹簧的另一端与双变径u形杆连接，双变径驱动轮安装在双变径u形杆上，双变径连杆的一端与双变径支撑杆的中部铰接，双变径连杆的另一端与前部变径副支座铰接。

8、进一步的，所述后部变径机构包括后部变径丝杠、后部变径移动螺母、后部变径紧固件、后部变径丝杠轴承、后部变径丝杠驱动电机、三个后部变径主支座、三个后部变径副支座和三个单变径臂；所述后部变径紧固件套装在后部变径丝杠上，后部变径移动螺母与后部变径丝杠螺纹连接，后部变径丝杠的两端均通过后部变径丝杠轴承支撑在后机身壳体中，后部变径丝杠的输入端与后部变径丝杠驱动电机的电机轴连接，三个后部变径主支座均布设置在后部变径紧固件的周向外表面，且后部变径主支座与后部变径紧固件固接，每个后部变径移动螺母的周向外表面均布设置有三个后部变径副支座，且后部变径副支座与后部变径移动螺母固接，后部变径移动螺母上的三个后部变径副支座与后部变径紧固件上的三个后部变径主支座轴向一一正对，三个单变径臂与三个后部变径主支座一一对应，单变径臂与其对应的后部变径主支座和后部变径副支座铰接。

9、进一步的，所述后部变径丝杠与后部变径紧固件的连接处为光轴，该光轴处设置有第二环形凸起，后部变径紧固件的内壁设置有与第二环形凸起相配合的第二环形凹槽，后部变径紧固件由三个第二瓦状体扣合而成，后部变径紧固件为圆形或六角形。

10、进一步的，每个所述单变径臂包括单变径支撑杆、单变径连杆、单变径驱动轮、单变径弹簧、单变径测力单元和单变径u形杆；单变径支撑杆的一端与后部变径主支座铰接，单变径支撑杆的另一端与单变径测力单元连接，单变径弹簧的一端与单变径测力单元连接，单变径弹簧的另一端与单变径u形杆连接，单变径驱动轮安装在单变径u形杆上，单变径连杆的一端与单变径支撑杆的中部铰接，单变径连杆的另一端与后部变径副支座铰接。

11、进一步的，所述前机身壳体的尾部设置有前机身螺纹杆，前机身螺纹杆与柔性金属软管的前端螺纹连接。

12、进一步的，所述后机身壳体的前端设置有后机身螺纹杆，后机身螺纹杆与柔性金属软管的后端螺纹连接。

13、本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

14、1、本实用新型通过前部变径机构和后部变径机构，实现机器人在不同内径和曲率的管道中进行运动检测。本实用新型设计了伞面调速机构，机器人在管道内流体的作用下，通过伞面调速机构的伞面伸张与收缩来改变流体流经机器人的面积，进而改变作用到机器人身上的流体驱动力，实现对机器人运动速度的调节。采用柔性金属软管连接前机身壳体和后机身壳体，使得机器人能够顺利通过弯曲管道，避免运动干涉的产生，实现高负载多样化检测工作。

15、2、本实用新型设计的管道机器人，在通过弯曲管道的过程中，当无拖挂负载时，双变径支撑杆、单变径支撑杆和伞面通过其上的丝杠螺母移动实现整体收缩，以便顺利通过；即使尾部拖挂负载时，通过柔性金属软管的连接，也可实现各部分顺利通过，无运动干涉的产生。

16、3、本实用新型面积调节部分的伞面采用柔性材料设计，多根伞骨对称式周向布置，通过伞面螺母的移动调整伞面面积的大小，可稳定调控机器人在流体管道内的受力大小，进而稳定控制机器人的运动速度。

17、4、相较于现有设计的轮式管道机器人，大多采用多连杆连接多个驱动轮实现同步运动，结构复杂，体积臃肿。而本实用新型采用的正反牙双向丝杠连接，通过将多驱动轮布置在丝杠两端，可实现同步运动。由于两侧驱动轮运动相反，可实现机器人主动变径。

18、5、相较于现有设计的单一主动变径管道机器人，本实用新型采用主被动联合方案对机器人实现变径。主动变径方案采用正反牙丝杠将前部变径移动螺母的水平移动转为双变径支撑杆绕前部变径紧固件的旋转运动，实现大范围变径；被动变径方案采用弹簧连接驱动轮方案，可实现小范围变径。

19、6、相较于现有采用的单体机器人结构设计，存在作业单一，无法实现高额负载。本实用新型在机器人前机身壳体的尾部设计了前机身螺纹杆、后机身壳体的前端设计了后机身螺纹杆，根据负载的需求，采用柔性金属软管连接前机身螺纹杆和后机身螺纹杆，后机身壳体可以携带更多检测仪器，可实现在管道内进行不同作业。

20、7、本实用新型在双变径弹簧和单变径弹簧处均设计了测力单元(压力传感器)；弹簧最大形变量对应的最大压力，压力传感器测得的压力不超过最大压力值时，采用弹簧被动变径；压力传感器测得的压力超出最大压力值时，采用双变径支撑杆和单变径支撑杆转动配合弹簧联合变径。