一種自適應(yīng)管徑的管道機(jī)器人的制作方法

本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域。具體是一種自適應(yīng)管道管徑的管道機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代化和城市化的步伐加快，管道作為一種重要的物料輸送方式被廣泛應(yīng)用，由于城市地下管道空間狀況非常復(fù)雜，在這種地區(qū)施工的風(fēng)險(xiǎn)和難度越來越大，由于施工過程不明確地下管道分布而造成的安全事故屢見不鮮，因此，明確地下管道的分布情況尤為重要。鑒于管道內(nèi)部工作空間的局限性，人力工作強(qiáng)度大，故需要管道機(jī)器人攜帶檢測裝置在管道內(nèi)行走，由檢測裝置采集并記錄管道分布三維坐標(biāo)信息，從而了解地下管道的分布狀況。

現(xiàn)有管道機(jī)器人主要有流動式、輪式、履帶式、蠕動式、行走式、蛇形等，或沿壁行走，或在管道底部行走，或不能變徑，對于搭載檢測裝置并使之處于管道軸心線誤差允許范圍內(nèi)位置的管道機(jī)器人，還沒有相關(guān)產(chǎn)品。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種自適應(yīng)管徑的管道機(jī)器人，該管道機(jī)器人既可以變徑，又可以保證所攜帶的檢測裝置處于誤差允許范圍內(nèi)的管道軸心線位置。

一種自適應(yīng)管徑的管道機(jī)器人，包括殼體，控制部分，伸縮桿，行進(jìn)機(jī)構(gòu)。殼體為整個(gè)裝置起到支撐固定的作用，控制部分保證整個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)所需的功能，伸縮桿在整個(gè)裝置中起到調(diào)距和傳動作用，行進(jìn)機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)提供動力。

所述殼體設(shè)在整個(gè)裝置的中心位置，殼體內(nèi)壁嵌入支撐板，在支撐板上連接控制部分；所述控制部分，包括控制盒、伺服電機(jī)、減速器、陀螺儀和加速度計(jì)，控制盒內(nèi)包含控制電路，陀螺儀和加速度計(jì)配合使用判斷爬坡角度；所述伸縮桿包括齒輪傳動和螺紋傳動，實(shí)現(xiàn)距離調(diào)節(jié)，并傳遞動力給行進(jìn)機(jī)構(gòu)；所述行進(jìn)機(jī)構(gòu)包括12個(gè)行進(jìn)輪、錐齒輪、固定套，固定套保證相互嚙合的一對齒輪能夠保持嚙合穩(wěn)定，在伸縮桿隨著管徑變化而變化的情況下，相互嚙合的齒輪不分離，不影響傳動；所述的行進(jìn)輪12個(gè)分兩組，即前、后行進(jìn)輪組，每組6個(gè)按照相隔120度再分成三組，每組兩個(gè)輪子通過軸對稱安置在錐齒輪的兩側(cè)；與該錐齒輪相嚙合的另一個(gè)錐齒輪與伸縮桿連接，伸縮桿的另一端與另一對錐齒輪的其中一個(gè)錐齒輪連接，與之嚙合的錐齒輪通過控制部分的減速器與伺服電機(jī)相連，如此，均勻分布于三個(gè)方向。

所述自適應(yīng)管徑的管道機(jī)器人，還包括用于檢測管道三維坐標(biāo)的檢測裝置。

所述伸縮桿結(jié)構(gòu)包括：直齒輪，齒輪軸，螺釘，帶內(nèi)螺紋的齒輪套，不帶內(nèi)螺紋的齒輪套，帶外螺紋的圓柱薄壁結(jié)構(gòu)，螺距與帶內(nèi)螺紋的齒輪套對應(yīng)，伸縮桿內(nèi)部齒輪傳動靠電機(jī)驅(qū)動從而帶動外齒輪套，帶外螺紋的薄壁圓柱結(jié)構(gòu)亦由電機(jī)驅(qū)動，二者配合實(shí)現(xiàn)調(diào)距。

所述行進(jìn)輪為橡膠輪，增大行進(jìn)輪與管道內(nèi)壁之間的摩擦力，輪轂材質(zhì)選用質(zhì)量較輕的鋁合金材質(zhì)，減小整體裝置的重量。

所述連接于伺服電機(jī)和錐齒輪之間的減速器為行星減速器或直齒輪減速器。

所述連接于一對輪胎之間軸上的錐齒輪，其大端直徑必須小于輪胎直徑；與該齒輪嚙合的齒輪大端直徑必須小于對稱分布于該錐齒輪兩側(cè)的行進(jìn)輪之間的距離，其一，避免錐齒輪與地面或者輪胎發(fā)生摩擦，其二，避免配合尺寸不合理導(dǎo)致運(yùn)動失效，其他尺寸亦然。

所述伸縮桿作為傳動軸并具有調(diào)整距離的作用，作為傳動軸，傳遞轉(zhuǎn)矩驅(qū)動行進(jìn)機(jī)構(gòu)完成運(yùn)動，調(diào)距保證裝置適應(yīng)管徑變化。

本發(fā)明與其它管道機(jī)器人的側(cè)重點(diǎn)有所不同，大部分管道機(jī)器人用于檢修，清理，故障檢測等，專門針對管道自身的維護(hù)而設(shè)計(jì)，本發(fā)明側(cè)重于攜帶檢測裝置且保證檢測裝置處于誤差允許范圍內(nèi)的管道軸心線位置，由檢測裝置根據(jù)管道機(jī)器人攜帶它走過的路徑檢測出三維坐標(biāo)并記錄。

本發(fā)明所采用伸縮桿，其結(jié)構(gòu)中帶內(nèi)螺紋的齒輪套與帶外螺紋的圓柱薄壁機(jī)構(gòu)配合使用，齒輪傳動驅(qū)動齒輪套轉(zhuǎn)動，螺紋傳動驅(qū)動帶螺紋結(jié)構(gòu)運(yùn)動，通過兩個(gè)電機(jī)對齒輪和帶外螺紋的圓柱薄壁結(jié)構(gòu)的相對轉(zhuǎn)速控制，實(shí)現(xiàn)距離的保持和變化。

本發(fā)明有2種測量管徑方法：1)通過超聲波模塊測距；2)通過伸縮桿長度變化量以及整個(gè)裝置相關(guān)硬件尺寸計(jì)算出管徑值。

行進(jìn)輪采用橡膠輪，其優(yōu)點(diǎn)在于增大管道與輪之間的摩擦，保證行進(jìn)輪不打滑，有利于爬坡時(shí)提供足夠摩擦力，輪轂采用鋁合金材質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)在于減輕裝置本身的重量，提高靈活性。

本發(fā)明行進(jìn)輪成對存在，相對于單獨(dú)輪子行進(jìn)，其優(yōu)點(diǎn)在于增強(qiáng)管道機(jī)器人的穩(wěn)定性。

本發(fā)明采用120度分布式結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)在于穩(wěn)定，并能夠分散載荷，承受較大的力。

本發(fā)明所采用的微控制器需滿足供電電壓范圍寬的要求，由于管道機(jī)器人在負(fù)荷大或者行走路程長的情況下伸縮桿電壓有所下降，為保證微控制器正常工作，這就需要其本身有較寬范圍的供電電壓，例如STM32微控制器具備該優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明所采用的錐齒輪傳動，其優(yōu)點(diǎn)在于利用錐齒輪改變傳動方向。

附圖說明

如圖1所示為自適應(yīng)管徑的管道機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2所示為自適應(yīng)管徑的管道機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)主視圖。

如圖3所示為自適應(yīng)管徑的管道機(jī)器人主視圖沿著A-A方向的剖視圖。

如圖4所示為自適應(yīng)管徑的管道機(jī)器人伸縮桿示意圖。

如圖5所示為自適應(yīng)管徑的管道機(jī)器人伸縮桿結(jié)構(gòu)圖。

如圖6所示為自適應(yīng)管徑的管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。

圖中：總分四部分：1、行進(jìn)機(jī)構(gòu)，2、伸縮桿，3、殼體，4、控制部分；對應(yīng)每部分：101、錐齒輪A，102、車輪軸，103、固定套，104、錐齒輪B，105、車輪；201、內(nèi)部電機(jī)，202、連接件，203、帶內(nèi)螺紋的外部齒輪套，204、帶外螺紋的圓柱薄壁結(jié)構(gòu)，205、齒輪軸，206、螺釘，207、直齒輪，208、鍵，209、不帶螺紋的外部齒輪套；301、外殼體，302、支撐板；401、控制盒，402、連接柱，403、下置120度電機(jī)盒，404、錐齒輪D，405、錐齒輪C，406、伺服電機(jī)，407、支撐臺。

具體實(shí)施方式

如圖1，圖2，圖3，圖5，圖6所示，一種自適應(yīng)管徑的管道機(jī)器人，包括殼體3，為整個(gè)裝置提供穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)，包括外殼體301和支撐板302，外殼，301是圓柱薄壁結(jié)構(gòu)，支撐板302上可攜帶三維檢測裝置進(jìn)行檢測。在外殼體301前后依次相隔120度各分布3個(gè)圓孔，共6個(gè)。圓孔作用是穿過伸縮桿2，伸縮桿2連接控制部分4以及行進(jìn)輪組1。外殼體301內(nèi)壁嵌入一塊支撐板302，上置控制盒401，通過連接柱402定位裝配，下置120度電機(jī)盒403，用于安裝120度分布電機(jī)，支撐板407上安裝伺服電機(jī)406，伺服電機(jī)406連接錐齒輪D404，與錐齒輪D404嚙合的錐齒輪C405連接伸縮桿2的帶外螺紋的圓柱薄壁結(jié)構(gòu)204，帶外螺紋的圓柱薄壁結(jié)構(gòu)204通過螺紋傳動連接帶內(nèi)螺紋的外部齒輪套203，不帶螺紋的外部齒輪套通過螺釘207與203連接，由203和204組成的齒輪套通過齒輪傳動與直齒輪207連接，207通過鍵208與齒輪軸205連接。內(nèi)部電機(jī)201和齒輪軸205通過連接件202連接，連接件202作用相當(dāng)于聯(lián)軸器，連接兩個(gè)直徑不同的軸，傳遞扭矩。伸縮桿2的不帶螺紋的外部齒輪套通過連接件與錐齒輪B104連接，與錐齒輪B104嚙合的錐齒輪A101通過車輪軸102與一對車輪105連接，目的是保證運(yùn)動平穩(wěn)，采用錐齒輪傳動使車輪105穩(wěn)定沿管道內(nèi)壁行走。車輪軸102和伸縮桿2的不帶螺紋的外部齒輪套連接固定套103，固定套103是長方體薄壁結(jié)構(gòu)，保證兩相互嚙合的錐齒輪B104和錐齒輪A101不發(fā)生偏移，維持穩(wěn)定傳動。在車輪105與車輪軸102之間安裝壓力傳感器，根據(jù)壓力的變化將信號反饋到控制部分4，通過控制盒401控制調(diào)節(jié)伸縮桿2的長度變化，在兩個(gè)電機(jī)201和406的同時(shí)驅(qū)動下，伸縮桿2實(shí)現(xiàn)調(diào)距功能。

在管道機(jī)器人正常行走在管徑相同的管道中時(shí)，控制整個(gè)伸縮桿的電機(jī)406與伸縮桿內(nèi)部電機(jī)201轉(zhuǎn)速相同，以避免因螺紋傳動而導(dǎo)致的相對運(yùn)動改變伸縮桿的長度，使得呈120度分布式的各個(gè)伸縮桿長度在誤差允許范圍內(nèi)相等，管徑不發(fā)生變化正常行走情況下，行進(jìn)機(jī)構(gòu)1所受壓力保持穩(wěn)定，當(dāng)管徑發(fā)生變化時(shí)，壓力傳感器將檢測到的壓力信號變化反饋至控制部分4，控制整個(gè)伸縮桿2的電機(jī)406，與伸縮桿內(nèi)部電機(jī)201轉(zhuǎn)速不同，根據(jù)管徑變化大小、螺紋旋向以及螺距決定兩電機(jī)的相對轉(zhuǎn)速大小以實(shí)現(xiàn)伸縮桿2長度的變化，達(dá)到自適應(yīng)管徑的目的。