本發(fā)明涉及一種非水平管道清理機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于非等休凸輪組的協(xié)調(diào)作用，在等徑或極小變徑的豎直管道內(nèi)實(shí)現(xiàn)全過(guò)程強(qiáng)支撐及單驅(qū)雙向蠕動(dòng)行走的管道清理機(jī)器人。

背景技術(shù)：

在清管作業(yè)過(guò)程中，蠕動(dòng)式管道機(jī)器人具有更大的牽引能力和地形適應(yīng)性，更適合管道清理作業(yè)。但是，現(xiàn)有的清管機(jī)器人和清管器大多只具有單向行走能力，在管道清理的過(guò)程中遇到特殊障礙物無(wú)法后退回收，造成機(jī)器人卡滯在管內(nèi)。而對(duì)于現(xiàn)有的雙向蠕動(dòng)式管道清理機(jī)器人，難以用一個(gè)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)對(duì)管壁的全過(guò)程強(qiáng)支撐、雙向行走和管道清理三項(xiàng)功能，尤其是在前后機(jī)體支撐狀態(tài)交替變化的間隙，容易出現(xiàn)因支撐不足而失穩(wěn)的現(xiàn)象，從而不利于非水平管道(最典型的如豎直管道)管道的清理。因此，針對(duì)單驅(qū)動(dòng)雙向蠕行清管機(jī)器人無(wú)法實(shí)現(xiàn)全過(guò)程強(qiáng)支撐等問(wèn)題，從實(shí)際情況出發(fā)，基于非等休凸輪組協(xié)調(diào)作用，研制開(kāi)發(fā)出一種適用于等徑或極小變徑的全強(qiáng)支撐型單驅(qū)雙向蠕行式管道清理機(jī)器人，從而為非水平管道清理的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種全強(qiáng)支撐型單驅(qū)雙向蠕行式管道清理機(jī)器人，基于非等休凸輪組的協(xié)調(diào)作用，實(shí)現(xiàn)在非水平管道內(nèi)的全過(guò)程強(qiáng)支撐和雙向蠕動(dòng)行走，從而實(shí)現(xiàn)在管道清理中的無(wú)間斷連續(xù)牽引，提高管道行走過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種全強(qiáng)支撐型單驅(qū)雙向蠕行式管道清理機(jī)器人，包括前機(jī)體組件、傳動(dòng)組件和后機(jī)體組件；

其中，所述傳動(dòng)組件由一個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，且通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和非等休凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)作用，使得前機(jī)體組件和后機(jī)體組件沿徑向交替收縮與支撐的全過(guò)程中實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷的強(qiáng)支撐作用(即任一時(shí)刻，前后機(jī)體中至少有一個(gè)機(jī)體處于強(qiáng)支撐狀態(tài))，同時(shí)實(shí)現(xiàn)前機(jī)體組件和后機(jī)體組件之間的軸向交替伸縮，以及清淤刀盤(pán)的同步旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人沿非水平管道的全過(guò)程強(qiáng)支撐作用、雙向蠕動(dòng)行走和管道清理作業(yè)。

優(yōu)選的，所述前機(jī)體組件包括前機(jī)殼、清淤刀盤(pán)、前機(jī)架、上下兩側(cè)的前彈性伸縮臂以及左右兩側(cè)的前彈性支撐輪；

其中，所述前機(jī)殼套裝在前機(jī)架外，且與前機(jī)架固接；清淤刀盤(pán)設(shè)置于前機(jī)架前側(cè)，其包括輪盤(pán)、沿輪盤(pán)周向均布的刀桿以及與刀桿固接的清淤刀片；

所述前彈性伸縮臂(主動(dòng)式)包括彈性橡膠墊、滑動(dòng)桿、第一壓簧、彈簧限位片以及滾子，且彈性橡膠墊設(shè)置于滑動(dòng)桿的頂端；所述第一壓簧套裝在滑動(dòng)桿上，并通過(guò)滑動(dòng)桿底部的彈簧限位片實(shí)現(xiàn)第一壓簧的下限位；滑動(dòng)桿一側(cè)外壁處設(shè)置有連通底部的凹槽，所述滾子通過(guò)支撐桿安裝于凹槽底部(即滾子采用偏置安裝)，并通過(guò)支撐桿沿凹槽的滑動(dòng)固定實(shí)現(xiàn)滾子與滑動(dòng)桿間距的調(diào)整，以適應(yīng)不同管道的徑向尺寸；所述前彈性伸縮臂的底部穿過(guò)前機(jī)殼，并通過(guò)前機(jī)殼實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)桿上第一壓簧的上限位；

所述前彈性支撐輪(被動(dòng)式)包括伸縮軸、套設(shè)于伸縮軸外的伸縮套及設(shè)置于伸縮軸頂端的輪子，且伸縮套內(nèi)設(shè)置有與伸縮軸底部相連的第二壓簧，通過(guò)第二壓簧實(shí)現(xiàn)伸縮軸與伸縮套的伸縮運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)前彈性支撐輪長(zhǎng)度的彈性調(diào)整，以適應(yīng)不同管道的徑向尺寸；所述前彈性支撐輪通過(guò)伸縮套設(shè)置于前機(jī)殼的左右兩側(cè)。

優(yōu)選的，所述后機(jī)體組件包括后機(jī)殼、后機(jī)架、上下兩側(cè)的后彈性伸縮臂以及左右兩側(cè)的后彈性支撐輪；其中，所述后機(jī)殼套裝在后機(jī)架外，且與后機(jī)架固接；所述后彈性伸縮臂及后彈性支撐輪的結(jié)構(gòu)(包括組件結(jié)構(gòu)及與后機(jī)殼的連接關(guān)系)分別與前機(jī)體組件中的前彈性伸縮臂、前彈性支撐輪相同。

優(yōu)選的，所述傳動(dòng)組件包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)、刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)組件、前驅(qū)組件、后驅(qū)組件及中驅(qū)組件；其中，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)置于后機(jī)架前側(cè)，其穿過(guò)后機(jī)架前側(cè)板的輸出軸上套設(shè)有第一直齒輪，且第一直齒輪與后機(jī)架前側(cè)板的后側(cè)相貼合；

所述中驅(qū)組件包括連接前機(jī)架與后機(jī)架的若干導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及曲柄連桿機(jī)構(gòu)；所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于前機(jī)架后側(cè)板上的導(dǎo)向桿及設(shè)置于后機(jī)架前側(cè)板上的直線軸承，通過(guò)導(dǎo)向桿與直線軸承的滑動(dòng)配合實(shí)現(xiàn)前機(jī)架與后機(jī)架的伸縮連接；

所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一組相適配的滑動(dòng)軸及軸承套，所述軸承套的側(cè)壁上設(shè)置有長(zhǎng)條形通槽，且滑動(dòng)軸的側(cè)壁上設(shè)置有圓柱銷(xiāo)，通過(guò)圓柱銷(xiāo)與通槽的滑動(dòng)配合實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)軸與軸承套的同步轉(zhuǎn)動(dòng)及伸縮滑動(dòng)；所述滑動(dòng)軸遠(yuǎn)離軸承套的一側(cè)貫穿前機(jī)架的后側(cè)板，且滑動(dòng)軸上設(shè)置有兩個(gè)第一限位環(huán)，所述第一限位環(huán)分別與前機(jī)架后側(cè)板的前后兩側(cè)相貼合，通過(guò)兩個(gè)第一限位環(huán)限制滑動(dòng)軸相對(duì)于前機(jī)架后側(cè)板的軸向滑動(dòng)；所述軸承套遠(yuǎn)離滑動(dòng)軸的一側(cè)貫穿后機(jī)架的前側(cè)板，且軸承套上設(shè)置有第二限位環(huán)及第二直齒輪，所述第二限位環(huán)與后機(jī)架前側(cè)板的前側(cè)相貼合，第二直齒輪與后機(jī)架前側(cè)板的后側(cè)相貼合；通過(guò)第二限位環(huán)及第二直齒輪限制軸承套相對(duì)于后機(jī)架前側(cè)板的軸向滑動(dòng)，且第二直齒輪與第一直齒輪嚙合傳動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸至軸承套的轉(zhuǎn)速傳動(dòng)；所述滑動(dòng)軸遠(yuǎn)離軸承套的一端套設(shè)有第一錐齒輪，且軸承套遠(yuǎn)離滑動(dòng)軸的一端套設(shè)有第二錐齒輪；

所述前驅(qū)組件包括設(shè)置于前機(jī)架內(nèi)的前轉(zhuǎn)軸、前非等休凸輪組及第三錐齒輪，且前非等休凸輪組及第三錐齒輪套設(shè)于前轉(zhuǎn)軸上；所述第三錐齒輪與第一錐齒輪嚙合傳動(dòng)，并帶動(dòng)前轉(zhuǎn)軸及前非等休凸輪組的同步轉(zhuǎn)動(dòng)；所述前非等休凸輪組包括兩個(gè)完全相同的前非等休凸輪(即凸輪的遠(yuǎn)休止角和近休止角不相等)，且兩個(gè)前非等休凸輪180°錯(cuò)位疊裝；所述前機(jī)體組件中上下兩側(cè)的前彈性伸縮臂底部(偏置安裝)的滾子分別與兩個(gè)前非等休凸輪抵觸安裝，通過(guò)兩個(gè)前非等休凸輪實(shí)現(xiàn)兩個(gè)前彈性伸縮臂的同步徑向伸縮調(diào)整；

所述后驅(qū)組件包括設(shè)置于后機(jī)架內(nèi)的后轉(zhuǎn)軸、后非等休凸輪組及第四錐齒輪，且后驅(qū)組件的連接結(jié)構(gòu)與前驅(qū)組件相同；所述第四錐齒輪與第二錐齒輪嚙合傳動(dòng)，并帶動(dòng)后轉(zhuǎn)軸及后非等休凸輪組的同步轉(zhuǎn)動(dòng)；所述后非等休凸輪組包括兩個(gè)完全相同的后非等休凸輪，通過(guò)兩個(gè)后非等休凸輪實(shí)現(xiàn)兩個(gè)后彈性伸縮臂的同步徑向伸縮調(diào)整；

所述刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)組件包括第五錐齒輪、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及刀盤(pán)轉(zhuǎn)軸，所述第五錐齒輪與第三錐齒輪嚙合傳動(dòng)，并通過(guò)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀盤(pán)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，且清淤刀盤(pán)的輪盤(pán)套設(shè)于刀盤(pán)轉(zhuǎn)軸穿過(guò)前機(jī)架前側(cè)板的一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)清淤刀盤(pán)的同步旋轉(zhuǎn)；

所述曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于前機(jī)架及后機(jī)架左右兩側(cè)的連桿及曲柄，且曲柄套設(shè)于延伸至后機(jī)架外的后轉(zhuǎn)軸上而與后轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)；所述連桿的一端鉸接于前機(jī)架的左/右側(cè)板上，其另一端鉸接于該側(cè)的曲柄上，通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)前機(jī)體組件和后機(jī)體組件之間的軸向伸縮調(diào)整。

本發(fā)明的工作原理是：首先，由人工將裝有傳感器、攝像頭以及清淤刀盤(pán)的管道機(jī)器人置入非水平管道，然后控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)，齒輪和非等休凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)作用，使得前后機(jī)體沿著徑向交替收縮與支撐的全過(guò)程中實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷強(qiáng)支撐(即任一時(shí)刻，兩個(gè)機(jī)體中至少有一個(gè)機(jī)體處于強(qiáng)支撐狀態(tài))，同時(shí)前后機(jī)體沿軸線方向也會(huì)交替伸縮，且清淤刀盤(pán)通過(guò)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，通過(guò)各運(yùn)動(dòng)部件間的協(xié)調(diào)配合，使得機(jī)器人沿管道蠕動(dòng)行走的同時(shí)實(shí)施清理作業(yè)。當(dāng)管道機(jī)器人在管內(nèi)遇到嚴(yán)重障礙無(wú)法前行時(shí)，控制電機(jī)反轉(zhuǎn)使機(jī)器人向后退出，以便采取其他應(yīng)對(duì)措施。

優(yōu)選的，所述清淤刀盤(pán)的刀桿及清淤刀片均為可拆卸式，便于刀桿及清淤刀片的維修及更換，節(jié)約成本。

優(yōu)選的，所述支撐桿上開(kāi)有第一長(zhǎng)槽，且凹槽內(nèi)開(kāi)有第一螺紋孔，通過(guò)緊固螺栓穿過(guò)第一長(zhǎng)槽后與第一螺紋孔的緊固配合實(shí)現(xiàn)支撐桿沿凹槽的伸縮調(diào)整，連接簡(jiǎn)單方便。

優(yōu)選的，所述伸縮套的側(cè)壁上開(kāi)有第二長(zhǎng)槽，且伸縮軸的側(cè)壁上設(shè)置有第二圓柱銷(xiāo)，通過(guò)第二圓柱銷(xiāo)與第二長(zhǎng)槽的配合限制伸縮軸沿伸縮套的伸縮運(yùn)動(dòng)，防止伸縮軸脫出。

優(yōu)選的，所述前非等休凸輪(與后非等休凸輪完全相同)的遠(yuǎn)休止角不小于180°，從而保證全過(guò)程連續(xù)強(qiáng)支撐。因?yàn)橥馆嗈D(zhuǎn)動(dòng)一周360°，只有當(dāng)非等休凸輪的遠(yuǎn)休止角不小于180°，近休止角、升程角和回程角之和才不大于180°，那么運(yùn)動(dòng)全過(guò)程中才能保持連續(xù)強(qiáng)支撐。換句話(huà)說(shuō)，如圖14所示，任一時(shí)刻，前機(jī)體支撐狀態(tài)曲線s1和后機(jī)體支撐狀態(tài)曲線s2中至少有一個(gè)曲線是在縱坐標(biāo)p1點(diǎn)上，p1點(diǎn)代表強(qiáng)支撐。

有益效果：本發(fā)明提供的全強(qiáng)支撐型單驅(qū)雙向蠕行式管道清理機(jī)器人，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、通過(guò)一個(gè)動(dòng)力源和一套機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)在等徑或極小變徑豎直管道內(nèi)的全過(guò)程強(qiáng)支撐和雙向蠕動(dòng)行走，在管道清理遇到特殊故障而無(wú)法繼續(xù)向前行走時(shí)，能夠向后退出管道，提高了管道機(jī)器人應(yīng)對(duì)復(fù)雜管道環(huán)境的機(jī)動(dòng)能力；2、機(jī)器人本體更加緊湊化和輕便化，大大提高了管道機(jī)器人的續(xù)航能力，同時(shí)能夠保持全過(guò)程連續(xù)牽引，因而對(duì)于需要保持連續(xù)支撐力的等徑或極小變徑豎直管道，可實(shí)現(xiàn)全過(guò)程強(qiáng)支撐，對(duì)管道綜合清理具有實(shí)際工程意義。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的主視圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中清淤刀盤(pán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中彈性伸縮臂的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例中彈性支撐輪的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例中傳動(dòng)組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例中傳動(dòng)組件的俯視圖；

圖9和圖10分別是本發(fā)明實(shí)施例中前非等休凸輪組和后非等休凸輪組的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖；

圖11是本發(fā)明實(shí)施例中曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；

圖12是本發(fā)明實(shí)施例中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是本發(fā)明實(shí)施例中后非等休凸輪的轉(zhuǎn)角位置圖；

圖14是本發(fā)明實(shí)施例中前后機(jī)體支撐狀態(tài)隨凸輪轉(zhuǎn)角變化圖；

圖15a～e是本發(fā)明實(shí)施例中機(jī)器人沿管道的運(yùn)動(dòng)流程圖。

圖中包括：1、前機(jī)體組件，1-1、前機(jī)殼，1-2、清淤刀盤(pán)，1-3、前機(jī)架，1-4、前彈性伸縮臂，1-5、前彈性支撐輪，1-2-1、清淤刀片，1-2--2、刀桿，1-2-3、輪盤(pán)，1-4-1、彈性橡膠墊，1-4-2、滑動(dòng)桿，1-4-3、第一壓簧，1-4-4、彈簧限位片，1-4-5、滾子，1-4-6、凹槽，1-4-7、支撐桿，1-5-1、輪子，1-5-2、伸縮軸，1-5-3、伸縮套，

2、傳動(dòng)組件，2-1、刀盤(pán)轉(zhuǎn)軸，2-2、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，2-3、前非等休凸輪組，2-4、導(dǎo)向桿，2-5、直線軸承，2-6、旋轉(zhuǎn)電機(jī)，2-7、第一直齒輪，2-8、后轉(zhuǎn)軸，2-9、后非等休凸輪組，2-10、第四錐齒輪，2-11、曲柄，2-12、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，2-13、連桿，2-14、第三錐齒輪，2-15、前轉(zhuǎn)軸，2-16、第五錐齒輪，2-12-1、第一錐齒輪，2-12-2、第一限位環(huán)，2-12-3、滑動(dòng)軸，2-12-4、圓柱銷(xiāo)，2-12-5、軸承套，2-12-6、通槽，2-12-7、第二限位環(huán)，2-12-8、第二直齒輪，2-12-9、第二錐齒輪，

3、后機(jī)體組件，3-1、后機(jī)殼，3-2、后機(jī)架，3-3、后彈性伸縮臂，3-4、后彈性支撐輪。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1、2所示為全強(qiáng)支撐型單驅(qū)雙向蠕行式管道清理機(jī)器人，包括前機(jī)體組件1、傳動(dòng)組件2和后機(jī)體組件3；

其中，所述傳動(dòng)組件2由一個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，且通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和非等休凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)作用，使得前機(jī)體組件1和后機(jī)體組件3沿徑向交替收縮與支撐的全過(guò)程中實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷的強(qiáng)支撐作用(即任一時(shí)刻，前后機(jī)體中至少有一個(gè)機(jī)體處于強(qiáng)支撐狀態(tài))，同時(shí)實(shí)現(xiàn)前機(jī)體組件1和后機(jī)體組件3之間的軸向交替伸縮，以及清淤刀盤(pán)1-2的同步旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人沿非水平管道的全過(guò)程強(qiáng)支撐作用、雙向蠕動(dòng)行走和管道清理作業(yè)。

如圖3所示，所述前機(jī)體組件1包括前機(jī)殼1-1、清淤刀盤(pán)1-2、前機(jī)架1-3、上下兩側(cè)的前彈性伸縮臂1-4以及左右兩側(cè)的前彈性支撐輪1-5；

其中，所述前機(jī)殼1-1套裝在前機(jī)架1-3外，且與前機(jī)架1-3固接；如圖4所示，清淤刀盤(pán)1-2設(shè)置于前機(jī)架1-3前側(cè)，其包括輪盤(pán)1-2-3、沿輪盤(pán)1-2-3周向均布的刀桿1-2-2以及與刀桿1-2-2固接的清淤刀片1-2-1；

如圖5所示，所述前彈性伸縮臂1-4包括彈性橡膠墊1-4-1、滑動(dòng)桿1-4-2、第一壓簧1-4-3、彈簧限位片1-4-4以及滾子1-4-5，且彈性橡膠墊1-4-1設(shè)置于滑動(dòng)桿1-4-2的頂端；所述第一壓簧1-4-3套裝在滑動(dòng)桿1-4-2上，并通過(guò)滑動(dòng)桿1-4-2底部的彈簧限位片1-4-4實(shí)現(xiàn)第一壓簧1-4-3的下限位；滑動(dòng)桿1-4-2一側(cè)外壁處設(shè)置有連通底部的凹槽1-4-6，所述滾子1-4-5通過(guò)支撐桿1-4-7安裝于凹槽1-4-6底部，并通過(guò)支撐桿1-4-7沿凹槽1-4-6的滑動(dòng)固定實(shí)現(xiàn)滾子1-4-5與滑動(dòng)桿1-4-2間距的調(diào)整，以適應(yīng)不同管道的徑向尺寸；所述前彈性伸縮臂1-4的底部穿過(guò)前機(jī)殼1-1，并通過(guò)前機(jī)殼1-1實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)桿1-4-2上第一壓簧1-4-3的上限位；

如圖6所示，所述前彈性支撐輪1-5包括伸縮軸1-5-2、套設(shè)于伸縮軸1-5-2外的伸縮套1-5-3及設(shè)置于伸縮軸1-5-2頂端的輪子1-5-1，且伸縮套1-5-3內(nèi)設(shè)置有與伸縮軸1-5-2底部相連的第二壓簧，通過(guò)第二壓簧實(shí)現(xiàn)伸縮軸1-5-2與伸縮套1-5-3的伸縮運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)不同管道的徑向尺寸；所述前彈性支撐輪1-5通過(guò)伸縮套1-5-3設(shè)置于前機(jī)殼1-1的左右兩側(cè)。

本實(shí)施例中，所述后機(jī)體組件3包括后機(jī)殼3-1、后機(jī)架3-2、上下兩側(cè)的后彈性伸縮臂3-3以及左右兩側(cè)的后彈性支撐輪3-4；其中，所述后機(jī)殼3-1套裝在后機(jī)架3-2外，且與后機(jī)架3-2固接；所述后彈性伸縮臂3-3及后彈性支撐輪3-4的結(jié)構(gòu)(包括組件結(jié)構(gòu)及與后機(jī)殼3-1的連接關(guān)系)分別與前機(jī)體組件1中的前彈性伸縮臂1-4、前彈性支撐輪1-5相同(前后為完全相同的通用組件)。

如圖7、8所示，所述傳動(dòng)組件2包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)2-6、刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)組件、前驅(qū)組件、后驅(qū)組件及中驅(qū)組件；

其中，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)2-6設(shè)置于后機(jī)架3-2前側(cè)，其穿過(guò)后機(jī)架3-2前側(cè)板的輸出軸上套設(shè)有第一直齒輪2-7，且第一直齒輪2-7與后機(jī)架3-2前側(cè)板的后側(cè)相貼合；

所述中驅(qū)組件包括連接前機(jī)架1-3與后機(jī)架3-2的若干導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2-12及曲柄連桿機(jī)構(gòu)；所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于前機(jī)架1-3后側(cè)板上的導(dǎo)向桿2-4及設(shè)置于后機(jī)架3-2前側(cè)板上的直線軸承2-5，通過(guò)導(dǎo)向桿2-4與直線軸承2-5的滑動(dòng)配合實(shí)現(xiàn)前機(jī)架1-3與后機(jī)架3-2的伸縮連接；

如圖12所示，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2-12包括一組相適配的滑動(dòng)軸2-12-3及軸承套2-12-5，所述軸承套2-12-5的側(cè)壁上設(shè)置有長(zhǎng)條形通槽2-12-6，且滑動(dòng)軸2-12-3的側(cè)壁上設(shè)置有圓柱銷(xiāo)2-12-4，通過(guò)圓柱銷(xiāo)2-12-4與通槽2-12-6的滑動(dòng)配合實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)軸2-12-3與軸承套2-12-5的同步轉(zhuǎn)動(dòng)及伸縮滑動(dòng)；所述滑動(dòng)軸2-12-3遠(yuǎn)離軸承套2-12-5的一側(cè)貫穿前機(jī)架1-3的后側(cè)板，且滑動(dòng)軸2-12-3上設(shè)置有兩個(gè)第一限位環(huán)2-12-2，所述第一限位環(huán)2-12-2分別與前機(jī)架1-3后側(cè)板的前后兩側(cè)相貼合，通過(guò)兩個(gè)第一限位環(huán)2-12-2限制滑動(dòng)軸2-12-3相對(duì)于前機(jī)架1-3后側(cè)板的軸向滑動(dòng)；所述軸承套2-12-5遠(yuǎn)離滑動(dòng)軸2-12-3的一側(cè)貫穿后機(jī)架3-2的前側(cè)板，且軸承套2-12-5上設(shè)置有第二限位環(huán)2-12-7及第二直齒輪2-12-8，所述第二限位環(huán)2-12-7與后機(jī)架3-2前側(cè)板的前側(cè)相貼合，第二直齒輪2-12-8與后機(jī)架3-2前側(cè)板的后側(cè)相貼合；通過(guò)第二限位環(huán)2-12-7及第二直齒輪2-12-8限制軸承套2-12-5相對(duì)于后機(jī)架3-2前側(cè)板的軸向滑動(dòng)，且第二直齒輪2-12-8與第一直齒輪2-7嚙合傳動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)2-6的輸出軸至軸承套2-12-5的轉(zhuǎn)速傳動(dòng)；所述滑動(dòng)軸2-12-3遠(yuǎn)離軸承套2-12-5的一端套設(shè)有第一錐齒輪2-12-1，且軸承套2-12-5遠(yuǎn)離滑動(dòng)軸2-12-3的一端套設(shè)有第二錐齒輪2-12-9；

所述前驅(qū)組件包括設(shè)置于前機(jī)架1-3內(nèi)的前轉(zhuǎn)軸2-15、前非等休凸輪組2-3及第三錐齒輪2-14，且前非等休凸輪組2-3及第三錐齒輪2-14套設(shè)于前轉(zhuǎn)軸2-15上；所述第三錐齒輪2-14與第一錐齒輪2-12-1嚙合傳動(dòng)，并帶動(dòng)前轉(zhuǎn)軸2-15及前非等休凸輪組2-3的同步轉(zhuǎn)動(dòng)；如圖9所示，所述前非等休凸輪組2-3包括兩個(gè)完全相同的前非等休凸輪2-3a，2-3b，且兩個(gè)前非等休凸輪180°錯(cuò)位疊裝；所述前機(jī)體組件1中上下兩側(cè)的前彈性伸縮臂1-4a，1-4b底部的滾子1-4-5分別與兩個(gè)前非等休凸輪2-3a，2-3b抵觸安裝，通過(guò)兩個(gè)前非等休凸輪實(shí)現(xiàn)兩個(gè)前彈性伸縮臂1-4的同步徑向伸縮調(diào)整；

所述后驅(qū)組件包括設(shè)置于后機(jī)架3-2內(nèi)的后轉(zhuǎn)軸2-8、后非等休凸輪組2-9及第四錐齒輪2-10，且后驅(qū)組件的連接結(jié)構(gòu)與前驅(qū)組件相同(前后為完全相同的通用組件)；所述第四錐齒輪2-10與第二錐齒輪2-12-9嚙合傳動(dòng)，并帶動(dòng)后轉(zhuǎn)軸2-8及后非等休凸輪組2-9的同步轉(zhuǎn)動(dòng)；如圖10所示，所述后非等休凸輪組2-9包括兩個(gè)完全相同的后非等休凸輪2-9a，2-9b，通過(guò)兩個(gè)后非等休凸輪實(shí)現(xiàn)兩個(gè)后彈性伸縮臂3-3a，3-3b的同步徑向伸縮調(diào)整；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2-12在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)錐齒輪組的嚙合傳動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)所述前驅(qū)組件和后驅(qū)組件的反向等速轉(zhuǎn)動(dòng)，使得前非等休凸輪組2-3和后非等休凸輪組2-9也作反向等速轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)組件包括第五錐齒輪2-16、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2-2及刀盤(pán)轉(zhuǎn)軸2-1，所述第五錐齒輪2-16與第三錐齒輪2-14嚙合傳動(dòng)，并通過(guò)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2-2帶動(dòng)刀盤(pán)轉(zhuǎn)軸2-1的轉(zhuǎn)動(dòng)，且清淤刀盤(pán)1-2的輪盤(pán)1-2-3套設(shè)于刀盤(pán)轉(zhuǎn)軸2-1穿過(guò)前機(jī)架1-3前側(cè)板的一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)清淤刀盤(pán)1-2的同步旋轉(zhuǎn)；

如圖11所示，所述曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于前機(jī)架1-3及后機(jī)架3-2左右兩側(cè)的連桿2-13及曲柄2-11，且曲柄2-11套設(shè)于延伸至后機(jī)架3-2外的后轉(zhuǎn)軸2-8上而與后轉(zhuǎn)軸2-8同步轉(zhuǎn)動(dòng)；所述連桿2-13的一端鉸接于前機(jī)架1-3的左/右側(cè)板上，其另一端鉸接于該側(cè)的曲柄2-11上，通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)前機(jī)體組件1和后機(jī)體組件3之間的軸向伸縮調(diào)整。

本實(shí)施例中，所述清淤刀盤(pán)1-2的刀桿1-2-2及清淤刀片1-2-1均為可拆卸式；所述支撐桿1-4-7上開(kāi)有第一長(zhǎng)槽，且凹槽1-4-6內(nèi)開(kāi)有第一螺紋孔，通過(guò)緊固螺栓穿過(guò)第一長(zhǎng)槽后與第一螺紋孔的緊固配合實(shí)現(xiàn)支撐桿1-4-7沿凹槽1-4-6的伸縮調(diào)整。

本實(shí)施例中，所述伸縮套1-5-3的側(cè)壁上開(kāi)有第二長(zhǎng)槽，且伸縮軸1-5-2的側(cè)壁上設(shè)置有第二圓柱銷(xiāo)，通過(guò)第二圓柱銷(xiāo)與第二長(zhǎng)槽的配合限制伸縮軸1-5-2沿伸縮套1-5-3的伸縮運(yùn)動(dòng)。

本實(shí)施例中，所述非等休凸輪2-3a，2-3b，2-9a，2-9b的遠(yuǎn)休止角取180°，其近休止角為144°，推程角和回程角均為18°。由于采用非等休凸輪的遠(yuǎn)休止角為180°，所以在運(yùn)動(dòng)全過(guò)程中，前機(jī)體或后機(jī)體中至少有一個(gè)處于強(qiáng)支撐狀態(tài)。因此，在豎直管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，前后機(jī)體能夠在交替支撐管壁的過(guò)程中，不會(huì)因支撐不足而失穩(wěn)。此外，在基圓大小一定且不超過(guò)許用壓力角的前提下，由于本發(fā)明要求非等休凸輪的遠(yuǎn)休止角不小于180°，所以當(dāng)近休止角一定時(shí)，使得非等休凸輪相對(duì)于等休凸輪的徑向變化范圍較小，因而本發(fā)明只適用于在小變徑和等徑管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)。特別說(shuō)明的是，本發(fā)明要求的非等休凸輪的遠(yuǎn)休止角只要求數(shù)值不小于180°，所以本發(fā)明實(shí)施不限于此特定角度。

本發(fā)明的具體實(shí)施方式如下：

管道機(jī)器人行走過(guò)程，如圖13、14、15a～e所示。根據(jù)圖13中后非等休凸輪的轉(zhuǎn)角位置變化，圖14中的s1和s2分別代表前機(jī)體和后機(jī)體的徑向支撐狀態(tài)。為敘述方便，將機(jī)器人劃分成三部分，分別是前機(jī)體b1(徑向伸縮)，中機(jī)體b2(軸向伸縮)和后機(jī)體b3(徑向伸縮)。同時(shí)，將各部分的伸縮狀態(tài)按伸展程度劃分為三種，分別是全伸，中間，全縮狀態(tài)。其中，徑向全縮狀態(tài)對(duì)管壁不起支撐作用，徑向中間狀態(tài)對(duì)管壁起到弱支撐作用，徑向全伸狀態(tài)對(duì)管壁起強(qiáng)支撐作用。管道機(jī)器人行走過(guò)程具體闡述如下：

第一步，曲柄2-11順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)0°。如圖15a所示，此時(shí)曲柄2-11上的鉸接孔處于1號(hào)位。由圖14可知，前機(jī)體b1為徑向全伸狀態(tài)，中機(jī)體b2為軸向全縮狀態(tài)，后機(jī)體b3為徑向全伸狀態(tài)。

第二步，曲柄2-11順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°。如圖15b所示，此時(shí)曲柄2-11上的鉸接孔處于2號(hào)位。由圖14可知，前機(jī)體b1為徑向全縮狀態(tài)，中機(jī)體b2為軸向中間狀態(tài)，后機(jī)體b3為徑向全伸狀態(tài)。

第三步，曲柄2-11順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°。如圖15c所示，此時(shí)曲柄2-11上的鉸接孔處于3號(hào)位。由圖14可知，前機(jī)體b1為徑向全伸狀態(tài)，中機(jī)體b2為軸向全伸狀態(tài)，后機(jī)體b3為徑向全伸狀態(tài)。

第四步，曲柄2-11順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)270°。如圖15d所示，此時(shí)曲柄2-11上的鉸接孔處于4號(hào)位。由圖14可知，前機(jī)體b1為徑向全伸狀態(tài)，中機(jī)體b2為軸線中間狀態(tài)，后機(jī)體b3為徑向全縮狀態(tài)。

第五步，曲柄2-11順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)360°。如圖15e所示，此時(shí)曲柄2-11上的鉸接孔回到1號(hào)位。由圖14可知，前機(jī)體b1為徑向全伸狀態(tài)，中機(jī)體b2為軸向全縮狀態(tài)，后機(jī)體b3為徑向全伸狀態(tài)。

通過(guò)觀察圖15a～e中的標(biāo)線(a—f)，可以清楚的觀察到該管道機(jī)器人沿管道向左蠕行，且全過(guò)程實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷強(qiáng)支撐行走。

本發(fā)明通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)，齒輪傳動(dòng)和非等休凸輪機(jī)構(gòu)組合，即一個(gè)動(dòng)力和一套機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人前后機(jī)體的徑向收縮與擴(kuò)張，以及前后機(jī)體間距的縮放，從而實(shí)現(xiàn)豎直管道內(nèi)的全過(guò)程強(qiáng)支撐和正反雙向蠕動(dòng)式行走，同時(shí)在行走的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)管道清理，增強(qiáng)管道了管道清理作業(yè)的穩(wěn)定性和可靠性。

本發(fā)明基于非等休凸輪組的協(xié)調(diào)作用，在前后機(jī)體支撐狀態(tài)交替變化過(guò)程中實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)間斷牽引和全過(guò)程強(qiáng)支撐。所以，本發(fā)明不僅適用于極小變徑的非水平管道清理(如豎直管道)，也同樣適用于極小變徑的水平管道，對(duì)管道綜合清理具有實(shí)際工程意義。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。