一種軟體履帶式管道機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軟體履帶式管道機(jī)器人，它包括一個(gè)充氣膨脹本體（1）和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行裝置，運(yùn)動(dòng)執(zhí)行裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)（4）和履帶（5），履帶（5）呈螺旋形閉合設(shè)置于充氣膨脹本體（1）表面，履帶（5）的下部間隔設(shè)置有多個(gè)驅(qū)動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪（6），每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪（6）均連接有一個(gè)驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)、固設(shè)于充氣膨脹本體（1）上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)（4）。本發(fā)明的有益效果是：結(jié)合了履帶式和螺旋式管道機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，減小了由于中間機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)而引起的能量損失，傳動(dòng)效率高，軸向牽引力大；機(jī)器人運(yùn)行平穩(wěn)可靠；機(jī)器人行走位置控制更加精確。
【專利說明】一種軟體履帶式管道機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及管道中行走裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種軟體履帶式管道機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]管道機(jī)器人技術(shù)是集自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)、新材料、人工智能測試技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的綜合性科學(xué)技術(shù)。目前管道已廣泛應(yīng)用于石油、化工、天然氣及核工業(yè)等領(lǐng)域。管道經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后，會(huì)發(fā)生諸如腐蝕、裂紋、凹陷或變形等損壞。為避免發(fā)生意外事故，延長管道壽命，對管道進(jìn)行定期的檢查與維護(hù)顯得尤為重要。在大多數(shù)情況下，當(dāng)管道發(fā)生損壞后，對管道的維修也必須在管道內(nèi)進(jìn)行。然而管道內(nèi)空間狹小，其輸送的又多為有毒有害物質(zhì)，人工檢修困難。因此，需要一種管道工具，能實(shí)現(xiàn)定期對管道進(jìn)行檢查，能在管道內(nèi)部進(jìn)行修復(fù)工作。
[0003]近年來，石油化工、核工業(yè)等行業(yè)的發(fā)展及管道檢測、維護(hù)的需要刺激了管道機(jī)器人的研究，管道機(jī)器人在管道檢修方面的應(yīng)用逐漸廣泛?，F(xiàn)應(yīng)用較多的有流動(dòng)式管道機(jī)器人(即管道豬)、輪式管道機(jī)器人以及履帶式管道機(jī)器人。其中流動(dòng)式機(jī)器人需依靠流體推動(dòng)前行，無自主行走能力，因此其移動(dòng)速度和檢測區(qū)域均不易控制，對管道內(nèi)壁要求較高。在此基礎(chǔ)上，輪式機(jī)器人克服了流動(dòng)式機(jī)器人的某些缺點(diǎn)，它可以自主行走，可以轉(zhuǎn)彎。但由于管道多數(shù)是圓形，機(jī)器人的輪子平面不在圓管的徑向方向，因此存在側(cè)滑的可能，對管道的傾斜程度也有一定的要求。履帶式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)，越障性能好，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易小型化，兩排履帶輪的結(jié)構(gòu)在圓管中容易發(fā)生傾覆。另外有一種螺旋驅(qū)動(dòng)式管道機(jī)器人，如中國專利CN201210180267.4，公開一種單一電機(jī)、輪式和變速螺旋式混合驅(qū)動(dòng)的管道機(jī)器人，其包括螺旋式驅(qū)動(dòng)裝置、輪式驅(qū)動(dòng)裝置和電機(jī)動(dòng)力輸出裝置。機(jī)器人在行進(jìn)時(shí)阻力較小的情況下，可使用輪式驅(qū)動(dòng)方式，以較大速度前進(jìn)，此時(shí)螺旋驅(qū)動(dòng)裝置輪子的螺旋角調(diào)為90度。在管道坡度較大或者負(fù)載較重的情況下，機(jī)器人可改用螺旋式驅(qū)動(dòng)方式。此時(shí)，電磁鐵組件釋放滑移分流軸，電機(jī)的動(dòng)力通過內(nèi)嚙合的直齒輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)，從而引起傾斜的輪子滾動(dòng)，產(chǎn)生向上的牽引力，機(jī)器人成螺旋式前進(jìn)。但這種驅(qū)動(dòng)存在一些缺點(diǎn)，由于傾斜輪是在旋轉(zhuǎn)輪架的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，中間機(jī)構(gòu)的摩擦等會(huì)造成較大的能量損耗，傳遞運(yùn)動(dòng)不可靠，機(jī)器人的行進(jìn)速度受到驅(qū)動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)軸線與機(jī)體軸線的夾角取值的影響，當(dāng)該夾角較小時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)的螺旋軌跡的螺旋角較小，驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的力較大，驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速較快，機(jī)器人運(yùn)行順暢，但由于螺旋軌跡的螺旋角較小前進(jìn)速度較慢；隨著夾角的增大，驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的力逐漸變小，驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速降低但驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)的螺旋軌跡的螺旋角增大，機(jī)器人前進(jìn)速度會(huì)隨著該夾角的增大逐漸提高，但超過一定值時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的力減小至過小導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速進(jìn)一步降低，導(dǎo)致機(jī)器人前進(jìn)速度降低，同時(shí)機(jī)器人運(yùn)行穩(wěn)定性降低，甚至出現(xiàn)無法前進(jìn)的現(xiàn)象。因此，現(xiàn)有螺旋移動(dòng)裝置中驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速會(huì)隨著驅(qū)動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)軸線與機(jī)體軸線的夾角的變化而變化，在不同工況下裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性差，同時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)輪是由驅(qū)動(dòng)輪架帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的準(zhǔn)確定位和微小位移調(diào)整，操控性差。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種傳動(dòng)效率高、軸向牽引力大、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、位置控制精確的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的履帶連續(xù)螺旋形循環(huán)軟體履帶式管道機(jī)器人。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種軟體履帶式管道機(jī)器人，它包括一個(gè)充氣膨脹本體和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行裝置，充氣膨脹本體內(nèi)部為封閉的充氣腔，充氣膨脹本體連接有充放氣裝置，充氣膨脹本體的中心設(shè)置有一個(gè)軸向通道，所述的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和履帶，履帶呈螺旋形閉合設(shè)置于充氣膨脹本體表面，所述的螺旋形閉合為履帶從充氣膨脹本體的一端呈螺旋形纏繞于充氣膨脹本體的外表面，履帶到達(dá)充氣膨脹本體的另一端后從軸向通道內(nèi)穿入返回形成閉合履帶，履帶的下部間隔設(shè)置有多個(gè)驅(qū)動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪，每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪均連接有一個(gè)驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)、固設(shè)于充氣膨脹本體上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
[0006]它還包括控制單元，控制單元設(shè)置于充氣膨脹本體內(nèi)，控制單元與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接。
[0007]所述的控制單元包含控制電路板和電纜，控制電路板通過電纜與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接。
[0008]所述的充氣膨脹本體包括外殼和設(shè)置于外殼內(nèi)的氣囊，氣囊連接充放氣裝置，外殼上設(shè)置有螺旋形凹槽，履帶設(shè)置于螺旋形凹槽內(nèi)。
[0009]所述的履帶為截面為圓形的彈性圓形履帶，所述的驅(qū)動(dòng)輪為摩擦滑輪，彈性圓形履帶與固連在驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸上的驅(qū)動(dòng)輪摩擦接觸。
[0010]所述的履帶為非彈性履帶，所述的驅(qū)動(dòng)輪為與履帶相配合的帶輪，非彈性履帶由固連在驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸上的驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)。
[0011 ] 所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)置于氣囊外表面。
[0012]所述的放氣裝置為連通氣囊的通氣管線，通氣管線連接于充氣膨脹本體的尾部。
[0013]所述的充放氣裝置為設(shè)置于氣囊內(nèi)的微型泵，氣囊上設(shè)置有控制充氣膨脹本體內(nèi)部與外界接通或隔斷的閥門。
[0014]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明結(jié)合了履帶式和螺旋式管道機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，履帶是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪主動(dòng)驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此減小了由于中間機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)而引起的能量損失，傳動(dòng)效率高，軸向牽引力大；同時(shí)，由于履帶是螺旋形連續(xù)循環(huán)，形成了一條閉合回路，因此防止了履帶行走時(shí)脫離驅(qū)動(dòng)輪現(xiàn)象的發(fā)生，使機(jī)器人運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠；履帶主動(dòng)驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、啟停實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人軸向位置的調(diào)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人行走位置的更加精確的控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 圖3為本發(fā)明的側(cè)向結(jié)構(gòu)示意圖 圖4為本發(fā)明的側(cè)剖結(jié)構(gòu)示意圖 圖5為本發(fā)明使用時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖
圖6為本發(fā)明的氣囊與電纜配合結(jié)構(gòu)示意圖
圖中，1-充氣膨脹本體，2-通氣管線，3-軸向通道，4-驅(qū)動(dòng)電機(jī)，5-履帶，6-驅(qū)動(dòng)輪，7-外殼，8-氣囊，9-螺旋形凹槽，10-電纜?！揪唧w實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述: 如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種軟體履帶式管道機(jī)器人，它包括一個(gè)充氣膨脹本體I
和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行裝置，充氣膨脹本體I采用柔性材料制成，充氣膨脹本體I內(nèi)部為封閉的充氣腔，充氣膨脹本體I連接有連通充氣腔的充放氣裝置，充氣膨脹本體I的中心設(shè)置有一個(gè)軸向通道3，所述的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)4和履帶5，履帶5呈螺旋形閉合設(shè)置于充氣膨脹本體I表面，所述的螺旋形閉合為履帶5從充氣膨脹本體I的一端呈螺旋形纏繞于充氣膨脹本體I的外表面，履帶5到達(dá)充氣膨脹本體I的另一端后從軸向通道3內(nèi)穿入返回形成閉合履帶5，履帶5的下部間隔設(shè)置有多個(gè)驅(qū)動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪6，每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪6均連接有一個(gè)驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)、固設(shè)于充氣膨脹本體I上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)4，所述的多個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)4呈螺旋形等距分布。
[0017]它還包括控制單元，控制單元設(shè)置于充氣膨脹本體I內(nèi)，控制單元與驅(qū)動(dòng)電機(jī)4連接。所述的控制單元包含控制電路板和電纜10，控制電路板通過電纜10與驅(qū)動(dòng)電機(jī)4連接。
[0018]所述的充氣膨脹本體I呈球形或橢球形。所述的充氣膨脹本體I包括外殼7和設(shè)置于外殼7內(nèi)的氣囊8。外殼7和氣囊8均由有彈性的柔性材料制成，外殼7上設(shè)置有螺旋形凹槽9，履帶5設(shè)置于螺旋形凹槽9內(nèi)，以使圓形履帶截面的一半嵌入其中，形成密封結(jié)構(gòu)，防止管道內(nèi)的雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)器人內(nèi)部，干擾其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)輪6設(shè)置于凹槽的底部，并連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)4的輸出軸。所述的氣囊8和外殼7可以隨著輸入氣壓的增大或減小而產(chǎn)生體積的改變，從而張緊履帶5，并使履帶5抵緊管道內(nèi)壁，履帶5在驅(qū)動(dòng)電機(jī)4的帶動(dòng)下主動(dòng)地螺旋形運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)充氣膨脹本體I沿管道前進(jìn)或后退；遇到管道截面發(fā)生變化的場合，因機(jī)器人機(jī)體是彈性的，可根據(jù)管道的截面改變自身徑向尺寸，從而適應(yīng)一定范圍內(nèi)的不同管徑的變化，如圖5所示。
[0019]所述的履帶5為截面為圓形的彈性圓形履帶，所述的驅(qū)動(dòng)輪6為摩擦滑輪，彈性圓形履帶與固連在驅(qū)動(dòng)電機(jī)4輸出軸上的驅(qū)動(dòng)輪6摩擦接觸，由驅(qū)動(dòng)輪6帶動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng)。所述的驅(qū)動(dòng)輪6凹面半徑應(yīng)與履帶5的橫截面半徑保持一致，以使二者相切的接觸面盡可能增大，提高摩擦傳動(dòng)的效率。
[0020]所述的履帶5也可為非彈性履帶,則驅(qū)動(dòng)輪6采用與履帶5相配合的帶輪，由固連在驅(qū)動(dòng)電機(jī)4輸出軸上的驅(qū)動(dòng)輪6驅(qū)動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng)。使用非彈性履帶時(shí)，依靠改變管道機(jī)器人軸向的長度，來改變管道機(jī)器人的直徑。此時(shí)，充放氣是用來改變管道機(jī)器人的長度，而體積不變，由于長度的改變，將使得外徑發(fā)生改變。
[0021]所述的充放氣裝置為連通氣囊8的通氣管線2，通氣管線2連接于充氣膨脹本體I的尾部。所述的充放氣裝置也可為設(shè)置于氣囊8內(nèi)的微型泵，微型泵可以向內(nèi)充氣(或液)，氣囊8上設(shè)置有控制充氣膨脹本體I內(nèi)部與外界接通或隔斷的閥門，可以釋放氣體。
[0022]控制單元設(shè)置于氣囊8內(nèi)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)4設(shè)置于氣囊8外表面，連接控制電路板與驅(qū)動(dòng)電機(jī)4的電纜10通過氣囊8的部分做增強(qiáng)處理，且一次性澆筑成型，如圖6所示，這樣氣囊與電纜10是一體的，不會(huì)存在漏氣的可能。電纜10采用多芯線。
[0023]所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)4要保證型號一致、轉(zhuǎn)速一致，以確保固連在驅(qū)動(dòng)電機(jī)4上的驅(qū)動(dòng)輪6的轉(zhuǎn)速一致，使履帶5平穩(wěn)勻速地連續(xù)循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，防止履帶5的局部不均勻的張緊與放松。
[0024]本發(fā)明的工作過程如下:充氣膨脹本體I隨著充放氣裝置輸入氣壓的增大或減小而產(chǎn)生體積的改變，從而張緊履帶5，并使履帶5抵緊管道內(nèi)壁，履帶5在驅(qū)動(dòng)電機(jī)4的帶動(dòng)下主動(dòng)地螺旋形運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)充氣膨脹本體I沿管道前進(jìn)或后退；遇到管道截面發(fā)生變化的場合，因機(jī)器人機(jī)體是彈性的，可根據(jù)管道的截面改變自身徑向尺寸，如圖5所示，從而適應(yīng)一定范圍內(nèi)的不同管徑的變化。
【權(quán)利要求】
1.一種軟體履帶式管道機(jī)器人，其特征在于:它包括一個(gè)充氣膨脹本體(I)和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行裝置，充氣膨脹本體(I)內(nèi)部為封閉的充氣腔，充氣膨脹本體(I)連接有充放氣裝置，充氣膨脹本體(I)的中心設(shè)置有一個(gè)軸向通道(3 )，所述的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4 )和履帶(5)，履帶(5)呈螺旋形閉合設(shè)置于充氣膨脹本體(I)表面，所述的螺旋形閉合為履帶(5)從充氣膨脹本體(I)的一端呈螺旋形纏繞于充氣膨脹本體(I)的外表面，履帶(5)到達(dá)充氣膨脹本體(I)的另一端后從軸向通道(3)內(nèi)穿入返回形成閉合履帶(5)，履帶(5)的下部間隔設(shè)置有多個(gè)驅(qū)動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪(6)，每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪(6)均連接有一個(gè)驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)、固設(shè)于充氣膨脹本體(I)上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟體履帶式管道機(jī)器人，其特征在于:它還包括控制單元，控制單元設(shè)置于充氣膨脹本體(I)內(nèi)，控制單元與驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種軟體履帶式管道機(jī)器人，其特征在于:所述的控制單元包含控制電路板和電纜(10 )，控制電路板通過電纜(10 )與驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4 )連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟體履帶式管道機(jī)器人，其特征在于:所述的充氣膨脹本體(I)包括外殼(7)和設(shè)置于外殼(7)內(nèi)的氣囊(8)，氣囊(8)連接充放氣裝置，外殼(7)上設(shè)置有螺旋形凹槽(9)，履帶(5)設(shè)置于螺旋形凹槽(9)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種軟體履帶式管道機(jī)器人，其特征在于:所述的履帶(5)為截面為圓形的彈性圓形履帶，所述的驅(qū)動(dòng)輪(6)為摩擦滑輪，彈性圓形履帶與固連在驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4)輸出軸上的驅(qū)動(dòng)輪(6)摩擦接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種軟體履帶式管道機(jī)器人，其特征在于:所述的履帶(5)為非彈性履帶，所述的驅(qū)動(dòng)輪(6)為與履帶(5)相配合的帶輪，非彈性履帶由固連在驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4)輸出軸上的驅(qū)動(dòng)輪(6)驅(qū)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種軟體履帶式管道機(jī)器人，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4)設(shè)置于氣囊(8)外表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種軟體履帶式管道機(jī)器人，其特征在于:所述的放氣裝置為連通氣囊(8)的通氣管線(2)，通氣管線(2)連接于充氣膨脹本體(I)的尾部。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種軟體履帶式管道機(jī)器人，其特征在于:所述的充放氣裝置為設(shè)置于氣囊(8)內(nèi)的微型泵，氣囊(8)上設(shè)置有控制充氣膨脹本體(I)內(nèi)部與外界接通或隔斷的閥門。
【文檔編號】F16L55/32GK103742755SQ201310692722
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】劉清友, 任濤, 李雨佳, 陳永華 申請人:西南石油大學(xué)