管道机器人驱动装置和管道机器人的制作方法
管道机器人驱动装置和管道机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于机器人领域，具体涉及一种管道机器人驱动装置和管道机器人。
【背景技术】
[0002]现有技术管道机器人有车辆式管道机器人、履带式管道机器人和行走式管道机器人。车辆式管道机器人如专利号:201010240870.8、201310118019.1，这类结构的机器人设计简单，但是适应性差，很难越障，且类似结构的管道机器人不能在垂直管道内爬行。履带式管道机器人如专利号:200910061704.9，这类管道机器人，地面附着力比一般车辆式管道机器人大，适应能力好，但是在管道内过弯会很困难，有翻车的危险。行走式管道机器人如专利号:201310069842.8，行走式管道机器人适应性较前面两种适应性要好，但是结构复杂，可靠性差，对工作环境要求很高。当管道出现拓扑结构形式突变(T型、Y型、L型、十字型)、截面形状不规则(非圆形、环形裂缝、对接凹陷或凸起)、内壁物理特性不一致(粗糙度、附着系数)状况时，现有技术的管道机器人难以适应这种管道拓扑结构突变状况。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型主要是解决现有技术所存在的问题，提供一种结构简单，可以在各种形状管道内自由行走的管道机器人驱动装置和管道机器人。本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
[0004]本实用新型提供一种管道机器人驱动装置，包括基板和对称分布在基板外侧的若干条驱动腿，相邻两条驱动腿之间连接有弹簧，驱动腿内设有码盘电机、输出轴和轮轴，码盘电机和输出轴连接，输出轴上设有啮合联动的主动锥齿轮和从动锥齿轮，轮轴两侧对称设有驱动轮；所述驱动腿端部设有齿条座、转向架和定位机构；齿条座与轮轴连接，齿条座上设有齿轮和齿条，当转向架位置固定没有转动时，齿轮和齿条分开，当转向架转动，齿轮和齿条相互啮合，定位机构可以定位转向架转动的角度；所述驱动装置还包括舵机，所述转向架通过第一拉索与舵机相连。
[0005]作为优选，所述定位机构包括销和定位板，定位板上设有个可以插入销的定位孔，所述销与齿条座固定连接。
[0006]作为优选，所述管道机器人驱动装置还包括解锁装置，所述解锁装置包括解锁部件和第二拉索，第二拉索与弹簧连接，打开解锁部件时第二拉索与弹簧分开。
[0007]作为优选，所述驱动腿为4条。
[0008]作为优选，所述基板为正方形。
[0009]作为优选，所述驱动腿与基板通过铰链连接。
[0010]本实用新型还公开了提供一种管道机器人，包括如上所述的管道机器人驱动装置，以及控制主机，所述驱动装置与控制主机相连，控制主机与服务器无线通讯。
[0011]本实用新型的带来的有益效果是:
[0012](I)管道机器人驱动装置通过锥齿啮合和齿轮齿条以及销的巧妙组合，让同一电机来实现车轮前行和转向等姿态的调整，使机器人可以在复杂的环境中工作。
[0013](2)管道机器人驱动装置对称设置有若干条驱动腿，可以使机器人始终保持在管道中间行走。
[0014](3)当管道机器人出现障碍时，打开解锁装置，使弹簧松开驱动腿收缩，用线将机器人从管道中拖出，避免机器人卡死在管道内。
【附图说明】
[0015]附图1为本实用新型管道机器人驱动装置的主视图；
[0016]附图2为本实用新型管道机器人驱动装置的后视图；
[0017]附图3为本实用新型管道机器人驱动装置的驱动腿端部剖视图；
[0018]附图4为图3的左视图；
[0019]附图5为本实用新型管道机器人在T型管道爬行过程及姿态变化图；
[0020]附图6为本实用新型管道机器人在L型管道爬行过程及姿态变化图；
[0021]附图7为本发明管道机器人四种姿态控制示意图，其中(I)直行姿态图，(2)小螺旋姿态图，(3)大螺旋姿态图和(4)原地转圈姿态图。
[0022]如附图所示:1、码盘电机；2、输出轴；3、主动锥齿轮；4、从动锥齿轮；5、轮轴；6、驱动轮；7、弹簧；8、第一拉索；9、齿条座；10、转向架；11、基板；12、舵机；13、解锁装置；14、第二拉索；15、定位板；16、齿轮；17、齿条；18、销。
【具体实施方式】
[0023]下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0024]管道机器人驱动装置，包括正方形基板11和对称分布在基板11外侧的4条驱动腿，驱动腿与基板11通过铰链连接，相邻两条驱动腿之间连接有弹簧7，驱动腿内设有码盘电机1、输出轴2和轮轴5，码盘电机I和输出轴2连接，输出轴2上设有啮合联动的主动锥齿轮3和从动锥齿轮4，轮轴5两侧对称设有驱动轮6 ;驱动装置还包括舵机12和可以控制驱动腿转向的转向装置，转向装置设置在驱动腿端部，转向机构通过第一拉索8与舵机12相连。转向装置包括齿条座9、转向架10和定位机构；齿条座9连接在轮轴5上，齿条座9上设有齿轮16和齿条17，当转向架10位置固定没有转向时，齿轮16和齿条17分开，当转向架10转向，齿轮16和齿条17相互嗤合，定位机构可以定位转向架10转向的角度。定位机构包括销18和定位板15，所述定位板15上设有4个可以插入销18的定位孔，所述销18与齿条座9固定连接。码盘电机I驱动输出轴2带动主动锥齿轮3旋转，带动与3啮合的从动锥齿轮4旋转，通过轮轴5带动驱动轮6旋转，自由行管道机器人其它各驱动腿也按该方式工作，并以其铰接在基板11上。在弹簧7的拉力作用下，相邻驱动腿可以紧贴管壁，在驱动力作用下机器人沿着管壁前行。
[0025]管道机器人驱动装置还包括解锁装置，解锁装置包括解锁部件13和第二拉索14，第二拉索14与弹簧7连接，打开解锁部件13时第二拉索14与弹簧7分开。解锁装置13和第二拉索14是在机器人卡死情况下的自救装置，过程是:机器人卡死，解锁装置13解锁，第二拉索14放松，弹簧7失去拉力，各驱动腿自由，机器人通过保险绳拉出管道。
[0026]本实用新型的种管道机器人，包括如以上所述的管道机器人驱动装置，以及控制主机，驱动装置与控制主机相连，控制主机与服务器无线通讯。
[0027]本实用新型的管道机器人可以实现T型和L型管道的过弯，主要通过驱动轮6等的旋转方向来调整，实现弹簧7的不同变形量，实现过弯和T型接头的爬行动作。如附图5、6所示。下面是两种过弯例子:
[0028]一、图5(1)-(3)展示T型管道过弯，图5(1)机器人处于前行姿态，图5 (2)下面两个轮旋转方向相反，在摩擦力作用下，下驱动腿分开，上驱动腿进入旁通管道，图5 (3)上驱动轮与管壁接触获得驱动力，机器人爬入旁通管道。
[0029]二、图6(1)-(3)展示L型管道过弯，图6(1)机器人处于前行姿态，图6 (2)进入过弯前段，下面3个驱动轮与管壁接触，获得驱动力实现前段拐弯，图6 (3)进入过弯后段，上面和左边驱动轮接触管壁获得驱动力，通过3个过程实现L型过弯。
[0030]当机器人需要调整姿态时，舵机12工作，第一拉索8拉动齿条座9，齿轮16和齿条17啮合，如图3、4所示，由于齿条座固定，此时旋转的主动锥齿轮3和从动锥齿轮4驱动转向架10转动，从而实现姿态调整，不同的姿态通过销18与定位板15配合实现4种姿态，具体姿态形式如附图7所示。
[0031]图7-⑴为直行姿态，销插在定位板的孔I内(销孔按逆时针方向为孔1、孔2、孔
3、孔4)，转向架固定，驱动轮直行；
[0032]图7-⑵为小螺旋姿态，舵机12控制齿条与轮轴上齿轮啮合，驱动轮不转，在锥齿作用下，转向架旋转一定角度，销插入孔2，转向架固定，进入小螺旋姿态。转向架继续转动，销插入孔3，图7-(3)为大螺旋姿态。转向架继续转动，销插入孔4，图7-(4)为原地转圈姿态。调整姿态的作用是:机器人可以越过障碍、也可以进行三维扫描(如安装激光扫描)。
[0033]上述【具体实施方式】用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，如:驱动轮增加，转向机构由拉索变成拉杆，解锁形式不变而解锁装置的改变，都落入本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.管道机器人驱动装置，其特征在于包括基板(11)和对称分布在基板(11)外侧的若干条驱动腿，相邻两条驱动腿之间连接有弹簧(7)，驱动腿内设有码盘电机(1)、输出轴(2)和轮轴(5)，码盘电机(I)和输出轴(2)连接，输出轴(2)上设有啮合联动的主动锥齿轮(3)和从动锥齿轮(4)，轮轴(5)两侧对称设有驱动轮(6);所述驱动腿端部设有齿条座(9)、转向架(10)和定位机构；齿条座(9)与轮轴(5)连接，齿条座(9)上设有齿轮(16)和齿条(17 )，当转向架(10 )位置固定没有转动时，齿轮(16 )和齿条(17 )分开，当转向架(10 )转动，齿轮(16)和齿条(17)相互啮合，定位机构可以定位转向架(10)转动的角度；所述驱动装置还包括舵机(12)，所述转向架(10)通过第一拉索(8)与舵机(12)相连。2.根据权利要求1所述的管道机器人驱动装置，其特征在于所述定位机构包括销(18)和定位板(15)，定位板(15)上设有4个可以插入销(18)的定位孔，所述销(18)与齿条座(9)固定连接。3.根据权利要求1所述的管道机器人驱动装置，其特征在于所述管道机器人驱动装置还包括解锁装置，所述解锁装置包括解锁部件(13)和第二拉索(14)，第二拉索(14)与弹簧(7)连接，打开解锁部件(13)时第二拉索(14)与弹簧(7)分开。4.根据权利要求1所述的管道机器人驱动装置，其特征在于所述驱动腿为4条。5.根据权利要求1所述的管道机器人驱动装置，其特征在于所述基板(11)为正方形。6.根据权利要求1所述的管道机器人驱动装置，其特征在于所述驱动腿与基板(11)通过铰链连接。7.—种管道机器人，其特征在于包括如权利要求1-6任一项所述管道机器人驱动装置，以及控制主机，所述驱动装置与控制主机相连，控制主机与服务器无线通讯。
【专利摘要】本实用新型提供一种管道机器人驱动装置和管道机器人，包括基板和对称分布在基板外侧的若干条驱动腿，相邻两条驱动腿之间连接有弹簧，驱动腿内设有码盘电机、输出轴和轮轴，码盘电机和输出轴连接，输出轴上设有啮合联动的主动锥齿轮和从动锥齿轮，轮轴两侧对称设有驱动轮；所述驱动腿端部设有齿条座、转向架和定位机构；齿条座与轮轴连接，齿条座上设有齿轮和齿条，当转向架位置固定没有转动时，齿轮和齿条分开，当转向架转动，齿轮和齿条相互啮合，定位机构可以定位转向架转动的角度；所述驱动装置还包括舵机，所述转向架通过第一拉索与舵机相连。本实用新型结构简单，机器人可以在各种形状管道内自由行走。
【IPC分类】F16L55/32, F16L101/30
【公开号】CN204717232
【申请号】CN201520216719
【发明人】张夏良, 朱赢鹏, 邱海亮, 徐高欢, 潘婷, 吴碧霞, 陈吉露, 蓝张依
【申请人】浙江水利水电学院
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年4月10日
【技术领域】
[0001]本实用新型属于机器人领域，具体涉及一种管道机器人驱动装置和管道机器人。
【背景技术】
[0002]现有技术管道机器人有车辆式管道机器人、履带式管道机器人和行走式管道机器人。车辆式管道机器人如专利号:201010240870.8、201310118019.1，这类结构的机器人设计简单，但是适应性差，很难越障，且类似结构的管道机器人不能在垂直管道内爬行。履带式管道机器人如专利号:200910061704.9，这类管道机器人，地面附着力比一般车辆式管道机器人大，适应能力好，但是在管道内过弯会很困难，有翻车的危险。行走式管道机器人如专利号:201310069842.8，行走式管道机器人适应性较前面两种适应性要好，但是结构复杂，可靠性差，对工作环境要求很高。当管道出现拓扑结构形式突变(T型、Y型、L型、十字型)、截面形状不规则(非圆形、环形裂缝、对接凹陷或凸起)、内壁物理特性不一致(粗糙度、附着系数)状况时，现有技术的管道机器人难以适应这种管道拓扑结构突变状况。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型主要是解决现有技术所存在的问题，提供一种结构简单，可以在各种形状管道内自由行走的管道机器人驱动装置和管道机器人。本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
[0004]本实用新型提供一种管道机器人驱动装置，包括基板和对称分布在基板外侧的若干条驱动腿，相邻两条驱动腿之间连接有弹簧，驱动腿内设有码盘电机、输出轴和轮轴，码盘电机和输出轴连接，输出轴上设有啮合联动的主动锥齿轮和从动锥齿轮，轮轴两侧对称设有驱动轮；所述驱动腿端部设有齿条座、转向架和定位机构；齿条座与轮轴连接，齿条座上设有齿轮和齿条，当转向架位置固定没有转动时，齿轮和齿条分开，当转向架转动，齿轮和齿条相互啮合，定位机构可以定位转向架转动的角度；所述驱动装置还包括舵机，所述转向架通过第一拉索与舵机相连。
[0005]作为优选，所述定位机构包括销和定位板，定位板上设有个可以插入销的定位孔，所述销与齿条座固定连接。
[0006]作为优选，所述管道机器人驱动装置还包括解锁装置，所述解锁装置包括解锁部件和第二拉索，第二拉索与弹簧连接，打开解锁部件时第二拉索与弹簧分开。
[0007]作为优选，所述驱动腿为4条。
[0008]作为优选，所述基板为正方形。
[0009]作为优选，所述驱动腿与基板通过铰链连接。
[0010]本实用新型还公开了提供一种管道机器人，包括如上所述的管道机器人驱动装置，以及控制主机，所述驱动装置与控制主机相连，控制主机与服务器无线通讯。
[0011]本实用新型的带来的有益效果是:
[0012](I)管道机器人驱动装置通过锥齿啮合和齿轮齿条以及销的巧妙组合，让同一电机来实现车轮前行和转向等姿态的调整，使机器人可以在复杂的环境中工作。
[0013](2)管道机器人驱动装置对称设置有若干条驱动腿，可以使机器人始终保持在管道中间行走。
[0014](3)当管道机器人出现障碍时，打开解锁装置，使弹簧松开驱动腿收缩，用线将机器人从管道中拖出，避免机器人卡死在管道内。
【附图说明】
[0015]附图1为本实用新型管道机器人驱动装置的主视图；
[0016]附图2为本实用新型管道机器人驱动装置的后视图；
[0017]附图3为本实用新型管道机器人驱动装置的驱动腿端部剖视图；
[0018]附图4为图3的左视图；
[0019]附图5为本实用新型管道机器人在T型管道爬行过程及姿态变化图；
[0020]附图6为本实用新型管道机器人在L型管道爬行过程及姿态变化图；
[0021]附图7为本发明管道机器人四种姿态控制示意图，其中(I)直行姿态图，(2)小螺旋姿态图，(3)大螺旋姿态图和(4)原地转圈姿态图。
[0022]如附图所示:1、码盘电机；2、输出轴；3、主动锥齿轮；4、从动锥齿轮；5、轮轴；6、驱动轮；7、弹簧；8、第一拉索；9、齿条座；10、转向架；11、基板；12、舵机；13、解锁装置；14、第二拉索；15、定位板；16、齿轮；17、齿条；18、销。
【具体实施方式】
[0023]下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0024]管道机器人驱动装置，包括正方形基板11和对称分布在基板11外侧的4条驱动腿，驱动腿与基板11通过铰链连接，相邻两条驱动腿之间连接有弹簧7，驱动腿内设有码盘电机1、输出轴2和轮轴5，码盘电机I和输出轴2连接，输出轴2上设有啮合联动的主动锥齿轮3和从动锥齿轮4，轮轴5两侧对称设有驱动轮6 ;驱动装置还包括舵机12和可以控制驱动腿转向的转向装置，转向装置设置在驱动腿端部，转向机构通过第一拉索8与舵机12相连。转向装置包括齿条座9、转向架10和定位机构；齿条座9连接在轮轴5上，齿条座9上设有齿轮16和齿条17，当转向架10位置固定没有转向时，齿轮16和齿条17分开，当转向架10转向，齿轮16和齿条17相互嗤合，定位机构可以定位转向架10转向的角度。定位机构包括销18和定位板15，所述定位板15上设有4个可以插入销18的定位孔，所述销18与齿条座9固定连接。码盘电机I驱动输出轴2带动主动锥齿轮3旋转，带动与3啮合的从动锥齿轮4旋转，通过轮轴5带动驱动轮6旋转，自由行管道机器人其它各驱动腿也按该方式工作，并以其铰接在基板11上。在弹簧7的拉力作用下，相邻驱动腿可以紧贴管壁，在驱动力作用下机器人沿着管壁前行。
[0025]管道机器人驱动装置还包括解锁装置，解锁装置包括解锁部件13和第二拉索14，第二拉索14与弹簧7连接，打开解锁部件13时第二拉索14与弹簧7分开。解锁装置13和第二拉索14是在机器人卡死情况下的自救装置，过程是:机器人卡死，解锁装置13解锁，第二拉索14放松，弹簧7失去拉力，各驱动腿自由，机器人通过保险绳拉出管道。
[0026]本实用新型的种管道机器人，包括如以上所述的管道机器人驱动装置，以及控制主机，驱动装置与控制主机相连，控制主机与服务器无线通讯。
[0027]本实用新型的管道机器人可以实现T型和L型管道的过弯，主要通过驱动轮6等的旋转方向来调整，实现弹簧7的不同变形量，实现过弯和T型接头的爬行动作。如附图5、6所示。下面是两种过弯例子:
[0028]一、图5(1)-(3)展示T型管道过弯，图5(1)机器人处于前行姿态，图5 (2)下面两个轮旋转方向相反，在摩擦力作用下，下驱动腿分开，上驱动腿进入旁通管道，图5 (3)上驱动轮与管壁接触获得驱动力，机器人爬入旁通管道。
[0029]二、图6(1)-(3)展示L型管道过弯，图6(1)机器人处于前行姿态，图6 (2)进入过弯前段，下面3个驱动轮与管壁接触，获得驱动力实现前段拐弯，图6 (3)进入过弯后段，上面和左边驱动轮接触管壁获得驱动力，通过3个过程实现L型过弯。
[0030]当机器人需要调整姿态时，舵机12工作，第一拉索8拉动齿条座9，齿轮16和齿条17啮合，如图3、4所示，由于齿条座固定，此时旋转的主动锥齿轮3和从动锥齿轮4驱动转向架10转动，从而实现姿态调整，不同的姿态通过销18与定位板15配合实现4种姿态，具体姿态形式如附图7所示。
[0031]图7-⑴为直行姿态，销插在定位板的孔I内(销孔按逆时针方向为孔1、孔2、孔
3、孔4)，转向架固定，驱动轮直行；
[0032]图7-⑵为小螺旋姿态，舵机12控制齿条与轮轴上齿轮啮合，驱动轮不转，在锥齿作用下，转向架旋转一定角度，销插入孔2，转向架固定，进入小螺旋姿态。转向架继续转动，销插入孔3，图7-(3)为大螺旋姿态。转向架继续转动，销插入孔4，图7-(4)为原地转圈姿态。调整姿态的作用是:机器人可以越过障碍、也可以进行三维扫描(如安装激光扫描)。
[0033]上述【具体实施方式】用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，如:驱动轮增加，转向机构由拉索变成拉杆，解锁形式不变而解锁装置的改变，都落入本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.管道机器人驱动装置，其特征在于包括基板(11)和对称分布在基板(11)外侧的若干条驱动腿，相邻两条驱动腿之间连接有弹簧(7)，驱动腿内设有码盘电机(1)、输出轴(2)和轮轴(5)，码盘电机(I)和输出轴(2)连接，输出轴(2)上设有啮合联动的主动锥齿轮(3)和从动锥齿轮(4)，轮轴(5)两侧对称设有驱动轮(6);所述驱动腿端部设有齿条座(9)、转向架(10)和定位机构；齿条座(9)与轮轴(5)连接，齿条座(9)上设有齿轮(16)和齿条(17 )，当转向架(10 )位置固定没有转动时，齿轮(16 )和齿条(17 )分开，当转向架(10 )转动，齿轮(16)和齿条(17)相互啮合，定位机构可以定位转向架(10)转动的角度；所述驱动装置还包括舵机(12)，所述转向架(10)通过第一拉索(8)与舵机(12)相连。2.根据权利要求1所述的管道机器人驱动装置，其特征在于所述定位机构包括销(18)和定位板(15)，定位板(15)上设有4个可以插入销(18)的定位孔，所述销(18)与齿条座(9)固定连接。3.根据权利要求1所述的管道机器人驱动装置，其特征在于所述管道机器人驱动装置还包括解锁装置，所述解锁装置包括解锁部件(13)和第二拉索(14)，第二拉索(14)与弹簧(7)连接，打开解锁部件(13)时第二拉索(14)与弹簧(7)分开。4.根据权利要求1所述的管道机器人驱动装置，其特征在于所述驱动腿为4条。5.根据权利要求1所述的管道机器人驱动装置，其特征在于所述基板(11)为正方形。6.根据权利要求1所述的管道机器人驱动装置，其特征在于所述驱动腿与基板(11)通过铰链连接。7.—种管道机器人，其特征在于包括如权利要求1-6任一项所述管道机器人驱动装置，以及控制主机，所述驱动装置与控制主机相连，控制主机与服务器无线通讯。
【专利摘要】本实用新型提供一种管道机器人驱动装置和管道机器人，包括基板和对称分布在基板外侧的若干条驱动腿，相邻两条驱动腿之间连接有弹簧，驱动腿内设有码盘电机、输出轴和轮轴，码盘电机和输出轴连接，输出轴上设有啮合联动的主动锥齿轮和从动锥齿轮，轮轴两侧对称设有驱动轮；所述驱动腿端部设有齿条座、转向架和定位机构；齿条座与轮轴连接，齿条座上设有齿轮和齿条，当转向架位置固定没有转动时，齿轮和齿条分开，当转向架转动，齿轮和齿条相互啮合，定位机构可以定位转向架转动的角度；所述驱动装置还包括舵机，所述转向架通过第一拉索与舵机相连。本实用新型结构简单，机器人可以在各种形状管道内自由行走。
【IPC分类】F16L55/32, F16L101/30
【公开号】CN204717232
【申请号】CN201520216719
【发明人】张夏良, 朱赢鹏, 邱海亮, 徐高欢, 潘婷, 吴碧霞, 陈吉露, 蓝张依
【申请人】浙江水利水电学院
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年4月10日
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