一種具有主動適應(yīng)和自適應(yīng)功能的履帶式管道機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于不同管道直徑的履帶式管道機器人，特別是一種具有主動適應(yīng)和自適應(yīng)功能的履帶式管道機器人。
技術(shù)背景:
[0002]目前，履帶式管道機器人已逐漸應(yīng)用于石油管道和天然氣管道檢測、中央空調(diào)管道的檢測與清洗等領(lǐng)域，現(xiàn)有的履帶式管道機器人分為能適應(yīng)特定直徑管道作業(yè)環(huán)境和能適應(yīng)變直徑管道作業(yè)環(huán)境的履帶式管道機器人，其中能適應(yīng)特定直徑管道作業(yè)環(huán)境的履帶式管道機器人只能適應(yīng)單一直徑管道作業(yè)環(huán)境，環(huán)境適應(yīng)性較差，能適應(yīng)變直徑管道作業(yè)環(huán)境的履帶式管道機器人由專門控制器驅(qū)動專門電動機進(jìn)行控制，可以適應(yīng)不同管道直徑作業(yè)環(huán)境，但在實際使用過程中由于管道存在接頭和管道內(nèi)部可能存在凹凸不平的局部障礙等問題，實際使用效果受到一定的影響。因此，尋求一種具有主動適應(yīng)和自適應(yīng)功能的履帶式管道機器人，采用步進(jìn)電機驅(qū)動由螺旋機構(gòu)、搖桿滑塊機構(gòu)、平行四邊形機構(gòu)組成的串聯(lián)式組合機構(gòu)，實現(xiàn)主動適應(yīng)不同管道直徑的變化并保持履帶與管道內(nèi)壁之間有一定的壓力；同時，在絲杠螺母和滑塊之間安裝有一組蝶型彈簧，利用蝶型彈簧的變形能自動適應(yīng)管道接頭以及管道內(nèi)表面凹凸不平的局部障礙等，使其具有可以通過主動適應(yīng)裝置適應(yīng)不同管道直徑工作環(huán)境的能力，同時又具有可以通過自適應(yīng)裝置自動適應(yīng)管道接頭、凹凸不平的局部障礙的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，尋求設(shè)計提供一種具有主動適應(yīng)和自適應(yīng)功能的履帶式管道機器人，實現(xiàn)履帶式管道機器人在不同直徑管道中行駛并能自動適應(yīng)管道接頭以及管道內(nèi)表面凹凸不平的局部障礙等工況，完成在管道中的自動行走功會K。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)包括隨動裝置滾輪組件、隨動裝置搖桿、隨動裝置電池、萬向聯(lián)軸節(jié)、步進(jìn)電機、聯(lián)軸器、后下支撐座、后上支撐座、支撐板、雙面同步齒型帶、伺服電機組件、前下支撐座、前上支撐座、控制系統(tǒng)用電池箱、電池箱壓板、主動曲柄、小連桿、連桿、圓柱齒輪、從動曲柄、隨動裝置前連接板、隨動裝置電池箱、隨動裝置電池箱壓板、隨動裝置后連接板、隨動裝置連桿、隨動裝置滑座、隨動裝置導(dǎo)向軸、隨動裝置壓縮彈簧、隨動裝置連接桿、步進(jìn)電機后連接板、軸頭、步進(jìn)電機連接桿、中間連接桿、滾珠絲杠、絲杠螺母、壓力傳感器、固定板、蝶型彈簧、滑塊、絲杠前連接板、絲杠后連接板、步進(jìn)電機前連接板、絲杠連接桿、主動同步帶輪、主動同步帶輪軸、圓錐齒輪軸、從動圓錐齒輪、主動圓錐齒輪、從動同步帶輪軸、從動同步帶輪和軸承；隨動裝置前連接板和隨動裝置后連接板分別安裝在隨動裝置導(dǎo)向軸的前后兩端，隨動裝置前連接板和隨動裝置后連接板之間采用三個隨動裝置連接桿固定連接；隨動裝置滑座間隙配合安裝在隨動裝置導(dǎo)向軸上，隨動裝置壓縮彈簧安裝在隨動裝置導(dǎo)向軸的前部，隨動裝置壓縮彈簧的一端頂在隨動裝置前連接板上，另一端頂在隨動裝置滑座上；隨動裝置滑座和隨動裝置連桿分別與隨動裝置搖桿連接組成搖桿滑塊機構(gòu)；隨動裝置滾輪組件采用鋼制銷軸安裝在隨動裝置搖桿上組成轉(zhuǎn)動副；絲杠前連接板和絲杠后連接板分別安裝在滾珠絲杠的前后端組成轉(zhuǎn)動副；絲杠前連接板和絲杠后連接板之間采用三個絲杠連接桿固定連接，絲杠后連接板和步進(jìn)電機前連接板通過三個中間連接桿連接，步進(jìn)電機前連接板與步進(jìn)電機后連接板通過三個步進(jìn)電機連接桿連接，步進(jìn)電機前連接板和步進(jìn)電機后連接板之間安裝有步進(jìn)電機，步進(jìn)電機的前端與聯(lián)軸器連接，步進(jìn)電機后連接板、步進(jìn)電機連接桿、中間連接桿、絲杠前連接板、絲杠后連接板、步進(jìn)電機前連接板和絲杠連接桿共同形成機架；滑塊與絲杠螺母固定連接，絲杠螺母與滑塊之間依次設(shè)有壓力傳感器、固定板和蝶型彈簧，絲杠螺母、壓力傳感器、固定板、蝶型彈簧和滑塊貫穿連接為一體；機架前后兩端的外側(cè)延周向分別均勻分布安裝有三個主動曲柄和三個從動曲柄，每個主動曲柄和從動曲柄之間均通過連桿連接，主動曲柄、連桿、從動曲柄與機架組成三組平行四邊形機構(gòu)，每組平行四邊形機構(gòu)上均安裝有同步齒型帶，每個連桿上安裝有前下支撐座和后下支撐座，前下支撐座和后下支撐座上分別與前上支撐座和后上支撐座連接；伺服電機組件安裝在由前下支撐座、前上支撐座組成的前支撐座和由后下支撐座、后上支撐座組成的后支撐座的定位孔內(nèi)并被夾緊；主動圓錐齒輪安裝在伺服電機組件的輸出軸上，與安裝在圓錐齒輪軸上的從動圓錐齒輪相互嚙合并傳遞動力；圓錐齒輪軸和主動同步帶輪軸上分別安裝有一個圓柱齒輪，兩個圓柱齒輪相互嚙合并傳遞動力；主動同步帶輪安裝在主動同步帶輪軸上，從動同步帶輪安裝在從動同步帶輪軸上，主動同步帶輪通過雙面同步齒型帶驅(qū)動從動同步帶輪轉(zhuǎn)動；從動同步帶輪軸、主動同步帶輪軸和圓錐齒輪軸通過軸承安裝在由前下支撐座、前上支撐座組成的前支撐座和由后下支撐、后上支撐座組成的后支撐座上；電池組安裝在隨動裝置電池箱內(nèi)，為步進(jìn)電機和伺服電機組件供電，隨動裝置電池箱壓板蓋在隨動裝置電池箱上；隨動裝置前連接板通過萬向聯(lián)軸節(jié)和軸頭與步進(jìn)電機后連接板相連，控制系統(tǒng)用電池箱固定在支撐板上，電池箱壓板安裝在控制系統(tǒng)用電池箱上方將控制系統(tǒng)用電池箱內(nèi)的電池壓緊，支撐板安裝在絲杠前連接板和絲杠后連接板上，為控制系統(tǒng)供電的電池放在電池箱中并用電池箱壓板壓緊。
[0005]本發(fā)明工作時，步進(jìn)電機經(jīng)聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動并驅(qū)動絲杠螺母移動，與絲杠螺母固連在一起的滑塊隨絲杠螺母一起移動，并通過小連桿推動主動曲柄轉(zhuǎn)動，主動曲柄轉(zhuǎn)動時，連桿作平動，從而保證履帶式管道機器人實現(xiàn)主動適應(yīng)不同的管道直徑的功能并保持履帶與管道內(nèi)壁之間有一定的壓力；當(dāng)管道機器人在行進(jìn)過程中遇到如管道接頭、表面凹凸不平的局部障礙等工況時，蝶型彈簧在增加的壓力作用下進(jìn)一步發(fā)生彈性變形，滑塊移動并帶動主動曲柄回擺，管道機器人外徑減小以自動適應(yīng)上述工況；伺服電機組件通過從動圓錐齒輪、主動圓錐齒輪和一對圓柱齒輪驅(qū)動主動同步帶輪轉(zhuǎn)動，從而帶動雙面同步齒型帶運動，實現(xiàn)管道機器人的行駛功能。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用步進(jìn)電機驅(qū)動的由螺旋機構(gòu)、搖桿滑塊機構(gòu)、平行四邊形機構(gòu)組成的串聯(lián)式組合機構(gòu)，實現(xiàn)主動適應(yīng)不同管道直徑的變化并保持履帶與管道內(nèi)壁之間有一定的壓力；利用一組安裝在絲杠螺母和滑塊之間的蝶型彈簧受力后產(chǎn)生的變形自動適應(yīng)管道內(nèi)管道接頭、表面凹凸不平的局部障礙等工況；三個伺服電機經(jīng)圓錐齒輪和圓柱齒輪傳動驅(qū)動三組同步帶輪轉(zhuǎn)動從而帶動三條作為管道機器人履帶的雙面同步齒型帶運動并實現(xiàn)管道機器人的行駛功能；其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，操作運行安全，可在不同直徑的管道內(nèi)工作，環(huán)境適應(yīng)性好，應(yīng)用廣泛，既能主動適應(yīng)裝置適應(yīng)不同管道直徑工作環(huán)境，又能自動適應(yīng)管道接頭和凹凸不平的局部障礙。
【附圖說明】
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[0007]圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0008]圖2為本發(fā)明的主體部分剖視結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0009]圖3為本發(fā)明的主體俯視結(jié)構(gòu)原理示意圖。
【具體實施方式】
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[0010]下面結(jié)合附圖并通過實施例對本發(fā)明進(jìn)一步闡述。
[0011]實施例:
[0012]本實施例的主體結(jié)構(gòu)包括隨動裝置滾輪組件1、隨動裝置搖桿2、隨動裝置電池3、萬向聯(lián)軸節(jié)4、步進(jìn)電機5、聯(lián)軸器6、后下支撐座7、后上支撐座8、支撐板9、雙面同步齒型帶10、伺服電機組件11、前下支撐座12、前上支撐座13、控制系統(tǒng)用電池箱14、電池箱壓板15、主動曲柄16、小連桿17、連桿18、圓柱齒輪19、從動曲柄20、隨動裝置前連接板21、隨動裝置電池箱22、隨動裝置電池箱壓板23、隨動裝置后連接板24、隨動裝置連桿25、隨動裝置滑座26、隨動裝置導(dǎo)向軸27、隨動裝置壓縮彈簧28、隨動裝置連接桿29、步進(jìn)電機后連接板30、軸頭31、步進(jìn)電機連接桿32、中間連接桿33、滾珠絲杠34、絲杠螺母35、壓力傳感器36、固定板37、蝶型彈簧38、滑塊39、絲杠前連接板40、絲杠后連接板41、步進(jìn)電機前連接板42、絲杠連接桿43、主動同步帶輪44、主動同步帶輪軸45、圓錐齒輪軸46、從動圓錐齒輪47、主動圓錐齒輪48、從動同步帶輪軸49、從動同步帶輪50和軸承51 ;由鋁合金制作的隨動裝置前連接板21和隨動裝置后連接板24分別安裝在隨動裝置導(dǎo)向軸27的前后兩端，隨動裝置前連接板21和隨動裝置后連接板24之間采用三個鋼制隨動裝置連接桿29通過M5螺母固定連接；鋁合金制成的隨動裝置滑座26間隙配合安裝在隨動裝置導(dǎo)向軸27上，隨動裝置壓縮彈簧28安裝在隨動裝置導(dǎo)向軸27的前部，隨動裝置壓縮彈簧28的一端頂在隨動裝置前連接板21上，另一端頂在隨動裝置滑座26上；鋁合金制成的隨動裝置滑座26和隨動裝置連桿25分別用鋼制銷軸與隨動裝置搖桿2連接組成搖桿滑塊機構(gòu)；聚氨酯制成的隨動裝置滾輪組件I采用鋼制銷軸安裝在隨動裝置搖桿2上組成轉(zhuǎn)動副；鋁合金制成的絲杠前連接板40和絲杠后連接板41分別安裝在滾珠絲杠34的前后端組