專利名稱：一種管道外行走機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沿管道在管道外行走的機(jī)器人，也就是說為各種工業(yè)輸送管道/
民用管道/大橋斜拉索等圓柱形體的管外質(zhì)量檢測(cè)、維護(hù)修復(fù)等作業(yè)提供一種新型的沿管道管外行走機(jī)器人。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中使用大量管道，如核電廠的蒸汽發(fā)生器傳熱管、石油、化工、制冷行業(yè)的工業(yè)管道和煤氣管道等，出于管道安裝、維護(hù)及檢測(cè)等工作穩(wěn)定性、安全性以及工作效率的考慮，管道作業(yè)越來越多地要求采用管道機(jī)器人作為移動(dòng)載體來代替人工操作。另外，隨著各種跨海、跨江斜拉索大橋的興建，斜拉索鋼管或鋼絲外部的質(zhì)量檢測(cè)、油漆與防銹，也成了一個(gè)急待解決的重要問題。與管內(nèi)機(jī)器人相比，在管道外面進(jìn)行管道作業(yè)的機(jī)器人由于沒有了管道內(nèi)封閉圓柱面的導(dǎo)向或支撐作用，因而使得其移動(dòng)和控制都更加困難。目前，沿管道在管道外表面上作業(yè)的機(jī)器人大多采用蠕動(dòng)式的移動(dòng)方式，即通過電機(jī)、液壓缸或氣缸驅(qū)動(dòng)，由幾個(gè)模塊交替、協(xié)調(diào)工作進(jìn)行夾持、伸縮等動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)功能，也有機(jī)器人采用連續(xù)的移動(dòng)方式，即通過壓緊輪或形成封閉鏈包繞在管子外表面連續(xù)移動(dòng)，例發(fā)明專利申請(qǐng)2008100250001公布了一種管外自動(dòng)噴涂機(jī)器人，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。通過對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有沿管道管外機(jī)器人存在諸如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制困難、效率低下、加工成本高等不同程度的不足之處，以至于它們很難被廣泛地推廣應(yīng)用。 綜上所述，管道及圓柱形體外部的檢測(cè)、維護(hù)、修復(fù)等技術(shù)的發(fā)展和實(shí)用化迫切需要?jiǎng)?chuàng)造出高效實(shí)用的管外行走機(jī)器人。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案是 一種管道外行走機(jī)器人，由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、行走導(dǎo)向裝置以及連接這兩部分的彈性可彎曲可伸縮元件組合體組成，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置由筒形體和筒形驅(qū)動(dòng)主體通過內(nèi)外圈不分離的滾動(dòng)軸承構(gòu)成一個(gè)可作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)體，而筒形體的內(nèi)壁上安裝有一個(gè)或一個(gè)以上的電機(jī)，電機(jī)軸與筒形體的軸線平行并安裝有齒輪；而筒形驅(qū)動(dòng)主體的內(nèi)壁的一端固定安裝有一個(gè)內(nèi)齒圈并與齒輪相嚙合，在其內(nèi)壁的其它圓周位置上至少安裝二個(gè)以上可轉(zhuǎn)動(dòng)的安裝架，驅(qū)動(dòng)輪活套在安裝架的橫軸上，且驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與筒形驅(qū)動(dòng)主體的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線呈一銳角且可通過安裝架的轉(zhuǎn)動(dòng)可調(diào)節(jié)大?。欢凶邔?dǎo)向裝置由筒形導(dǎo)向主體及其內(nèi)壁上安裝有至少二組以上沿圓周均布的導(dǎo)向輪架組成，每組導(dǎo)向輪架上再安裝1 2個(gè)導(dǎo)向輪，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與筒形導(dǎo)向主體的軸線相互垂直。 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置的筒形體一端，用固定連接環(huán)通過一組彈性可彎曲可伸縮元件，與行走導(dǎo)向裝置的筒形導(dǎo)向主體一端的固定連接環(huán)固定連接。 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置上的筒形驅(qū)動(dòng)主體的安裝架和行走導(dǎo)向裝置的筒形導(dǎo)向主體的導(dǎo)向輪架均為浮動(dòng)體，且用彈性元件來產(chǎn)生一定的徑向漲縮量，使驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪始終貼緊于管道的外壁。 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置中的筒形體、筒形驅(qū)動(dòng)主體和行走導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向主體，各自既可以是整體式空心體，也可以是由二個(gè)或二個(gè)以上圓弧形體通過鉸鏈連接而成的可開合的組合式空心體，通過開合處的鎖扣可快速扎緊聯(lián)結(jié)成一個(gè)空心體。 本發(fā)明與現(xiàn)有管外機(jī)器人相比，具有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)l).采用連續(xù)的螺旋移動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，控制方便，加工制造成本低，同時(shí)行走效率高；2).由于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置與行走導(dǎo)向裝置之間使用彈性可彎曲元件連接，機(jī)器人可以在曲率較大的彎管(如T型或L型管)外靈活自如地行進(jìn)；3).采用彈簧等彈性元件使所有輪子緊貼于管道外壁，使該機(jī)器人可以在半徑有變化的管道外行進(jìn)，同時(shí)起到避震作用，使得運(yùn)行更加平穩(wěn)，且在豎直的或者截面并非嚴(yán)格圓形的管道外也可順利行進(jìn)。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖一是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖二是其動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置的主視圖和右視圖。
圖三是其行走導(dǎo)向裝置的主視圖和右視圖。
圖四是組合式空心體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如圖一所示，由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、行走導(dǎo)向裝置以及連接這兩部分的六只連接轉(zhuǎn)向彈簧11組成。動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置由筒形體1和筒形驅(qū)動(dòng)主體4通過內(nèi)外圈不分離的滾動(dòng)軸承3構(gòu)成一個(gè)可作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)體，而筒形體l的內(nèi)壁上安裝有二個(gè)電機(jī)2，電機(jī)軸與筒形體1的軸線平行并安裝有齒輪6;而筒形驅(qū)動(dòng)主體4的內(nèi)壁的一端固定安裝有一個(gè)內(nèi)齒圈5并與齒輪6相嚙合，在其內(nèi)壁的其它圓周位置上至少安裝三個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的安裝架7，驅(qū)動(dòng)輪8活套在安裝架7的橫軸9上，且驅(qū)動(dòng)輪8的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與筒形驅(qū)動(dòng)主體4的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線呈一銳角e，且可通過安裝架7的轉(zhuǎn)動(dòng)可調(diào)節(jié)大?。欢凶邔?dǎo)向裝置由筒形導(dǎo)向主體12的內(nèi)壁上安裝有至少三組沿圓周均布的導(dǎo)向輪架13組成，每組導(dǎo)向輪架上再安裝2個(gè)導(dǎo)向輪14，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與筒形導(dǎo)向主體12的軸線相互垂直。
動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置的筒形體l一端，用固定連接環(huán)16通過一組六只連接轉(zhuǎn)向彈簧11，與行走導(dǎo)向裝置的筒形導(dǎo)向主體12 —端的固定連接環(huán)17固定連接。
動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置上的筒形驅(qū)動(dòng)主體4的安裝架7和行走導(dǎo)向裝置的筒形導(dǎo)向主體12的導(dǎo)向輪架13均為浮動(dòng)體，且用彈簧15來產(chǎn)生一定徑向漲縮量，使驅(qū)動(dòng)輪8和導(dǎo)向輪14始終貼緊于管道IO的外壁。 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置中的筒形體l、筒形驅(qū)動(dòng)主體4和行走導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向主體12，各自既可以是整體式空心體，也可以由二個(gè)圓弧形體通過鉸鏈18連接而成為可開合的組合式空心體，且可通過開合處的鎖扣19快速扎緊成一個(gè)空心體。 該管道管外行走機(jī)器人的工作原理是如是組合式空心體結(jié)構(gòu)的管外機(jī)器人，工作前先解開鎖扣19，開啟筒形體l、筒形驅(qū)動(dòng)主體4和筒形導(dǎo)向主體12，把它們套在管壁外，然后扣上鎖扣19。機(jī)器人工作時(shí)，電機(jī)2驅(qū)動(dòng)齒輪6轉(zhuǎn)動(dòng)，通過內(nèi)齒圈5，使筒形驅(qū)動(dòng)主體4轉(zhuǎn)動(dòng)，因驅(qū)動(dòng)輪8貼緊于管道外壁而產(chǎn)生摩擦力，又因其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與筒形驅(qū)動(dòng)主體4的軸線呈一銳角傾斜角，因此，驅(qū)動(dòng)輪8與管道10的外壁接觸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為沿著管道軸線的空間螺旋線，因筒形驅(qū)動(dòng)主體4一端安裝有軸承3，從而使得筒形驅(qū)動(dòng)主體4可在管道外壁上沿管道軸線行走；而行走導(dǎo)向裝置的筒形導(dǎo)向主體12的三組導(dǎo)向輪14，因其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與筒形導(dǎo)向主體12的軸線相互垂直，故行走導(dǎo)向裝置通過六只連接轉(zhuǎn)向彈簧ll只能沿管道軸線方向隨動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置一起前進(jìn)或后退，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，起到導(dǎo)向作用，以保證機(jī)器人整體在管道中能夠平穩(wěn)地行進(jìn)。本案所述的電機(jī)2既可以采用自帶電池驅(qū)動(dòng)，也可采用外接交流電或直流電驅(qū)動(dòng)。 若在筒形驅(qū)動(dòng)主體4的圓周外表面上加裝攝像頭、清洗工具或者探傷裝置20，并配置無線電控制技術(shù)、無線視頻傳輸成像技術(shù)等手段，就可使該管外行走機(jī)器人完成智能化的管道外部質(zhì)量檢測(cè)、故障診斷、維護(hù)修復(fù)等工作。
權(quán)利要求
一種管道外行走機(jī)器人，由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、行走導(dǎo)向裝置以及連接這兩部分的彈性可彎曲可伸縮元件組合體組成，其特征在于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置由筒形體(1)和筒形驅(qū)動(dòng)主體(4)通過內(nèi)外圈不分離的滾動(dòng)軸承(3)構(gòu)成一個(gè)可作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)體，而筒形體(1)的內(nèi)壁上安裝有一個(gè)或一個(gè)以上的電機(jī)(2)，電機(jī)軸與筒形體(1)的軸線平行并安裝有齒輪(6)；而筒形驅(qū)動(dòng)主體(4)的內(nèi)壁的一端固定安裝有一個(gè)內(nèi)齒圈(5)并與齒輪(6)相嚙合，在其內(nèi)壁的其它圓周位置上至少安裝二個(gè)以上可轉(zhuǎn)動(dòng)的安裝架(7)，驅(qū)動(dòng)輪(8)活套在安裝架(7)的橫軸(9)上，且驅(qū)動(dòng)輪(8)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與筒形驅(qū)動(dòng)主體(4)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線呈一銳角(θ)且可通過安裝架(7)的轉(zhuǎn)動(dòng)可調(diào)節(jié)大小；而行走導(dǎo)向裝置由筒形導(dǎo)向主體(12)及其內(nèi)壁上安裝有至少二組以上沿圓周均布的導(dǎo)向輪架(13)組成，每組導(dǎo)向輪架上再安裝1～2個(gè)導(dǎo)向輪(14)，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與筒形導(dǎo)向主體(12)的軸線相互垂直。
2. 按權(quán)利要求1所述的管道外行走機(jī)器人，其特征在于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置的筒形體(1) 一 端，用固定連接環(huán)(16)通過一組彈性可彎曲可伸縮元件(11)，與行走導(dǎo)向裝置的筒形導(dǎo)向 主體(12) —端的固定連接環(huán)(17)固定連接。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的管道外行走機(jī)器人，其特征在于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置上的筒形 驅(qū)動(dòng)主體(4)的安裝架(7)和行走導(dǎo)向裝置的筒形導(dǎo)向主體(12)的導(dǎo)向輪架(13)均為浮動(dòng) 體，且用彈性元件(15)來產(chǎn)生一定的徑向漲縮量，使驅(qū)動(dòng)輪(8)和導(dǎo)向輪(14)始終貼緊于 管道(IO)的外壁。
4. 按權(quán)利要求1或2或3所述的管道外行走機(jī)器人，其特征在于所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置中 的筒形體(l)、筒形驅(qū)動(dòng)主體(4)和行走導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向主體(12)，各自既可以是整體式空 心體，也可以是由二個(gè)或二個(gè)以上圓弧形體通過鉸鏈(18)連接而成的可開合的組合式空 心體，通過開合處的鎖扣(19)可快速扎緊聯(lián)結(jié)成一個(gè)空心體。
全文摘要
一種管道外行走機(jī)器人，由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、行走導(dǎo)向裝置及其連接彈性元件組合體(11)組成，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置由筒形體(1)和筒形驅(qū)動(dòng)主體(4)通過滾動(dòng)軸承(3)構(gòu)成一個(gè)回轉(zhuǎn)體，而筒形體(1)的內(nèi)壁上固定安裝有一個(gè)以上的電機(jī)(2)，電機(jī)軸與筒形體(1)的軸線平行并安裝有齒輪(6)；而筒形驅(qū)動(dòng)主體(4)內(nèi)壁的一端固定安裝有一個(gè)內(nèi)齒圈(5)并與齒輪(6)相嚙合，在其內(nèi)壁上安裝一組驅(qū)動(dòng)輪(8)，且其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與筒形驅(qū)動(dòng)主體(4)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線呈一銳角；而行走導(dǎo)向裝置的筒形導(dǎo)向主體(12)的內(nèi)壁上安裝有至少二組以上的導(dǎo)向輪(14)，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與筒形導(dǎo)向主體(12)的軸線相互垂直。安裝架(7)和導(dǎo)向輪架(13)均為浮動(dòng)體，且用彈性元件(15)來產(chǎn)生一定的徑向漲縮量，使驅(qū)動(dòng)輪(8)和導(dǎo)向輪(14)始終貼緊于管道(10)的外壁。電機(jī)驅(qū)動(dòng)后能使機(jī)器人沿管道軸線方向前進(jìn)或后退，可用于各種管道、大橋斜拉索的管外質(zhì)量檢測(cè)、維護(hù)修復(fù)等作業(yè)。
文檔編號(hào)B62D57/00GK101691128SQ20091018008
公開日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月26日
發(fā)明者俞成龍, 劉善淑, 李航, 沈惠平, 王云, 鄧嘉鳴 申請(qǐng)人:江蘇工業(yè)學(xué)院