一種水庫涵管檢測機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種管道機(jī)器人，具體涉及一種水庫涵管檢測機(jī) 器人。
【背景技術(shù)】
[0002] 管道作為一種方便有效的物料輸送工具，在日常生活中應(yīng)用非常廣泛。管道在長 期使用過程中，難免出現(xiàn)裂紋、泄漏等現(xiàn)象，特別是水庫涵管，一旦發(fā)生問題造成水庫壩體 事故后果非常嚴(yán)重。水庫涵管管徑比較小，無支岔道，涵管內(nèi)壁會有苔蘚等物，底部有積水、 淤泥，且伴有碎石、凹坑等障礙，人員無法直接進(jìn)入，對水庫涵管的檢測是一件非常困難的 事情。只有采用管道機(jī)器人才能高效地檢測，通過其攜帶的傳感器、攝像頭等設(shè)備來完成水 庫涵管的檢測工作。
[0003] 現(xiàn)有的管道機(jī)器人在管道內(nèi)驅(qū)動方式多樣，大致可分為介質(zhì)壓差式、蠕動式、腳 式、輪式、螺旋驅(qū)動式和履帶式等幾種，但還尚未有出現(xiàn)針對水庫涵管檢測工作的專用管道 機(jī)器人。
[0004] 介質(zhì)壓差式管道機(jī)器人，是通過管內(nèi)流動介質(zhì)的壓力差驅(qū)動管道機(jī)器人向前運(yùn) 動，水庫涵管工作在無水壓狀態(tài)，其啟閉閥門在壩體有水一側(cè)，且涵管內(nèi)壁不平滑，故介質(zhì) 壓差式管道機(jī)器人不適合水庫涵管的工作環(huán)境。
[0005] 蠕動式管道機(jī)器人通過模擬蚯蚓等尺蠖類動物自身的伸縮運(yùn)動實(shí)現(xiàn)在管道內(nèi)移 動，但其缺點(diǎn)是在管道內(nèi)移動速度慢，波動較大，且避障能力差，不合適水庫涵管的工作環(huán) 境。
[0006] 腳式管道機(jī)器人是通過多足行走方式在管道內(nèi)行走，但其缺點(diǎn)是具有較復(fù)雜的運(yùn) 動學(xué)和動力學(xué)特征，在步態(tài)規(guī)劃和關(guān)節(jié)間協(xié)調(diào)控制等方面難度非常高。機(jī)器人結(jié)構(gòu)非常復(fù) 雜，需要大量的精密傳感器，研究成本和制造成本都很高，且牽引能力有限，不適合長距離 拖纜作業(yè)，不合適水庫涵管的工作環(huán)境。
[0007] 輪式管道機(jī)器人還可區(qū)分為支撐輪式和車型式兩類，支撐輪管道機(jī)器人采用對稱 分布的支撐輪緊貼管道內(nèi)壁，機(jī)器人中心與管道中心大致重合，機(jī)器人運(yùn)動穩(wěn)定性好，一般 有變徑機(jī)構(gòu)，一定范圍內(nèi)適應(yīng)不同管徑；現(xiàn)有的變徑機(jī)構(gòu)一般采用平行四邊形結(jié)構(gòu)，雖然實(shí) 現(xiàn)簡單，但缺點(diǎn)是前后輪子變化量相同，容易造成空輪運(yùn)行，不利于在管道內(nèi)平衡。車型式 管道機(jī)器人在管道底部行走，由于是依靠自重提供正壓力，因此牽引能力有限，驅(qū)動輪與管 壁間易打滑，不適合水庫涵管內(nèi)爬行。
[0008] 螺旋驅(qū)動式管道機(jī)器人通常由靜止部分和旋轉(zhuǎn)部分組成，旋轉(zhuǎn)部分各輪與管壁有 一夾角，依靠機(jī)器人旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)，各滾輪將沿著管壁螺旋上升，從而帶動靜止部分沿管壁 軸線運(yùn)動，由于旋轉(zhuǎn)部分的各滾輪是沿著管壁螺旋上升，在該螺旋路徑上遇到障礙無法避 開，因此壁障能力差，不適合水庫涵管。
[0009] 履帶式管道機(jī)器人依靠履帶在管道內(nèi)運(yùn)動，雖履帶附著力大，具有優(yōu)越的越障能 力，但驅(qū)動機(jī)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸較大，在管道內(nèi)難以調(diào)整姿態(tài)，不適合水庫涵管的工作 環(huán)境。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010] 本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水庫涵管檢測機(jī)器人，可實(shí) 現(xiàn)變徑以適應(yīng)不同管徑，攝像頭居管道中心軸線上，且攝像頭的方位角保持不變，采用傾角 傳感器確定管道機(jī)器人姿態(tài)角；攝像頭發(fā)現(xiàn)有凹坑、碎石等障礙時通過原地繞管道中心軸 線轉(zhuǎn)動以調(diào)整姿態(tài)角避開障礙繼續(xù)前行。
[0011] 本實(shí)用新型包括驅(qū)動輪組、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、連接機(jī)構(gòu)、從動輪組、同步帶和控制系統(tǒng)；所 述的驅(qū)動輪組與從動輪組通過連接機(jī)構(gòu)連接。
[0012] 所述的驅(qū)動輪組包括第一主安裝板、輪腿機(jī)構(gòu)和分動系統(tǒng)；三個輪腿機(jī)構(gòu)沿圓周 均布設(shè)置在第一主安裝板的側(cè)壁上，分動系統(tǒng)設(shè)置在第一主安裝板的中心處。
[0013] 所述的輪腿機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向筒支承件、浮動輪架伸縮彈簧、轉(zhuǎn)向筒、浮動輪架、從動 軸、驅(qū)動輪、驅(qū)動輪軸、驅(qū)動輪從動錐齒輪和驅(qū)動輪主動錐齒輪；所述的轉(zhuǎn)向筒通過轉(zhuǎn)向筒 支承件支承在第一主安裝板的側(cè)壁上；浮動輪架與轉(zhuǎn)向筒通過滑動副連接，且浮動輪架與 轉(zhuǎn)向筒之間設(shè)有浮動輪架伸縮彈簧；所述從動軸和驅(qū)動輪軸均通過軸承支承在浮動輪架 上；驅(qū)動輪主動錐齒輪固定在從動軸外端；所述的驅(qū)動輪從動錐齒輪固定在驅(qū)動輪軸上， 并與驅(qū)動輪主動錐齒輪嚙合；兩個驅(qū)動輪對中固定在驅(qū)動輪軸兩端。
[0014] 所述的分動系統(tǒng)包括分動驅(qū)動軸、分動主動錐齒輪、分動從動錐齒輪和驅(qū)動電機(jī)； 所述驅(qū)動電機(jī)的底座固定在第一主安裝板上，分動主動錐齒輪固定在驅(qū)動電機(jī)的輸出軸 上；三根分動驅(qū)動軸沿分動主動錐齒輪的轉(zhuǎn)動中心均布，且均通過軸承支承在第一主安裝 板上；三根分動驅(qū)動軸的一端均固接有分動從動錐齒輪，另一端分別與對應(yīng)一個輪腿機(jī)構(gòu) 的從動軸內(nèi)端通過花鍵連接；三個分動從動錐齒輪均與分動主動錐齒輪嚙合。
[0015] 所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括繩索、轉(zhuǎn)向繩索輥、第一輔助安裝板、轉(zhuǎn)向電機(jī)、轉(zhuǎn)向復(fù)位彈 簧、初位止動銷、拉臂和終位止動銷；所述的第一輔助安裝板與驅(qū)動輪組的第一主安裝板固 定；所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的底座固定在第一輔助安裝板上，轉(zhuǎn)向繩索棍固定在轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸 上；三根繩索的一端均繞在轉(zhuǎn)向繩索輥上，另一端分別與一個拉臂固定；三個拉臂分別固 定在驅(qū)動輪組的一個輪腿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向筒上；拉臂與第一主安裝板通過轉(zhuǎn)向復(fù)位彈簧連接； 所述的初位止動銷和終位止動銷均固定在第一主安裝板上；正常行進(jìn)狀態(tài)下，拉臂在轉(zhuǎn)向 復(fù)位彈簧的預(yù)緊力下壓緊初位止動銷，驅(qū)動輪的周向沿管道的軸線方向設(shè)置；遇到障礙狀 態(tài)下，轉(zhuǎn)向電機(jī)開啟，繩索拉動拉臂壓緊終位止動銷，驅(qū)動輪的周向與管道的軸線垂直設(shè) 置。
[0016] 所述的從動輪組包括第二主安裝板、第二輔助安裝板和輪腿機(jī)構(gòu)；所述的第二輔 助安裝板固定在第二主安裝板上；三個輪腿機(jī)構(gòu)沿圓周均布，每個輪腿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向筒通過 轉(zhuǎn)向筒支承件支承在第二主安裝板上；從動輪組的每個輪腿機(jī)構(gòu)通過一根同步帶與驅(qū)動輪 組對應(yīng)的一個輪腿機(jī)構(gòu)連接。
[0017] 所述的控制系統(tǒng)包括控制器、傾角傳感器和攝像頭；所述的傾角傳感器設(shè)置在第 二主安裝板頂部的水平側(cè)壁上；所述的控制器分別與傾角傳感器、攝像頭、轉(zhuǎn)向電機(jī)及驅(qū)動 電機(jī)連接。
[0018] 所述的連接機(jī)構(gòu)包括螺母和連接桿；三根連接桿的一端均與第一主安裝板通過螺 母連接，另一端均與第二主安裝板通過螺母連接。
[0019] 所述的控制系統(tǒng)還包括攝像頭支架和配重塊；所述的攝像頭支架通過軸承支承在 第二輔助安裝板上；所述的攝像頭和配重塊均與攝像頭支架固定；所述攝像頭和攝像頭支 架的旋轉(zhuǎn)中心均與第二主安裝板的旋轉(zhuǎn)中心重合。
[0020] 本實(shí)用新型具有的有益效果是：
[0021] 本實(shí)用新型適合水庫涵管工作環(huán)境，能在管道內(nèi)原地繞管道中心軸線自轉(zhuǎn)，以避 開凹坑、碎石等障礙；采用前后兩排輪組和伸縮式變徑機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，每個輪腿伸縮量相 互獨(dú)立，適應(yīng)管道直徑變化能力強(qiáng)；拉繩式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)前后兩排輪組同步轉(zhuǎn)向，結(jié)構(gòu)簡 單靈活，易于實(shí)現(xiàn)；電機(jī)數(shù)量少，重量輕，攝像頭定向設(shè)計(jì)，避障姿態(tài)角計(jì)算簡單，控制系統(tǒng) 簡單。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)立體圖；
[0023] 圖2為本實(shí)用新型中驅(qū)動輪組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖3為本實(shí)用新型中輪腿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖4-1為本實(shí)用新型中分動系統(tǒng)的運(yùn)動原理簡圖；
[0026] 圖4-2為本實(shí)用新型中驅(qū)動電機(jī)與第一主安裝板的裝配示意圖；
[0027] 圖5-1為本實(shí)用新型中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖；
[0028] 圖5-2為本實(shí)用新型中轉(zhuǎn)向電機(jī)與第一輔助安裝板的裝配示意圖；
[0029] 圖6-1為本實(shí)用新型中輪腿機(jī)構(gòu)未轉(zhuǎn)向狀態(tài)的示意圖；
[0030] 圖6-2為本實(shí)用新型中輪腿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向狀態(tài)的示意圖；
[0031] 圖7為本實(shí)用新型中從動輪組的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0032] 圖8為本實(shí)用新型中驅(qū)動輪組與從動輪組的裝配立體圖；
[0033] 圖9為本實(shí)用新型中控制系統(tǒng)的裝配位置示意圖；
[0034] 圖10為本實(shí)用新型的工作原理流程圖。
[0035] 圖中：1、驅(qū)動輪組，2、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，3、輪腿機(jī)構(gòu)，4、分動系統(tǒng)，5、連接機(jī)構(gòu)，6、從動輪 組，7、同步帶，8、控制系統(tǒng)，1-1、第一主安裝板，2-1、繩索，2-2、轉(zhuǎn)向繩索輥，2-3、第一輔助 安裝板，2-4、轉(zhuǎn)向電機(jī)，2-5、轉(zhuǎn)向復(fù)位彈簧，2-6、初位止動銷，2-7、拉臂，2-8、終位止動銷， 3- 1、轉(zhuǎn)向筒支承件，3-2、浮動輪架伸縮彈簧，3-3、轉(zhuǎn)向筒，3-4、浮動輪架，3-5、從動軸，3-6、 驅(qū)動輪，3-7、驅(qū)動輪軸，3-8、驅(qū)動輪從動錐齒輪，3-9、驅(qū)動輪主動錐齒輪，4-1、分動驅(qū)動軸， 4- 2、分動主動錐齒輪，4-3、分動從動錐齒輪，4-4、驅(qū)動電機(jī)，5-1、螺母，5-2、連接桿，6-1、第 二主安裝板，6-2、第二輔助安裝板，8-1、控制器，8-2、傾角傳感器，8-3、攝像頭，8-4、攝像頭 支架，8-5、配重塊。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0037] 如圖1所示，一種水庫涵管檢測機(jī)器人，包括驅(qū)動輪組1、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2、連接機(jī)構(gòu)5、 從動輪組6、同步帶7和控制系統(tǒng)8 ;驅(qū)動輪組1與從動輪組6通過連接機(jī)構(gòu)5連接，轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)2控制驅(qū)動輪組1的轉(zhuǎn)向。
[0038] 如圖1和2所示，驅(qū)動輪組1包括第一主安裝板1-1、輪腿機(jī)構(gòu)3和分動系統(tǒng)4 ;三 個輪腿機(jī)構(gòu)3沿圓周均布設(shè)置在第一主安裝板1-1的側(cè)壁上；分動系統(tǒng)4設(shè)置在第一主安 裝板1-1的中心處，驅(qū)動三個輪腿機(jī)構(gòu)3。
[0039] 如圖2和3所示，輪腿機(jī)構(gòu)3包括轉(zhuǎn)向筒支承件3-1、浮動輪架伸縮彈簧3-2、轉(zhuǎn)向 筒3-3、浮動輪架3-4、從動軸3-5、驅(qū)動輪3-6、驅(qū)動輪軸3-7、驅(qū)動輪從動錐齒輪3-8和驅(qū) 動輪主動錐齒輪3-9 ;轉(zhuǎn)向筒3-3通過轉(zhuǎn)向筒支承件3-1支承在第一主安裝板1-1的側(cè)壁 上，可相對第一主安裝板1-1轉(zhuǎn)動；浮動輪架3-4與轉(zhuǎn)向筒3-3通過滑動副連接，且浮動輪 架3-