專利名稱：一種管道移動機構的制作方法
技術領域：
本發明屬于管道機器人工程技術領域，特別是涉及一種在管道內探查作業 的管道移動機構。
背景技術：
隨著經濟和社會的發展，管道作為主要的流體(天然氣、石油、水等)輸 送工具因其便捷性和經濟性得到了廣泛的應用。但是隨著使用年限的增加，管 道不可避免的會出現老化，腐蝕或者受到外來施工的破壞。如果不及時處理， 一旦發生事故不但給國家帶來巨大的經濟損失，對環境也會造成嚴重的污染。 因此對管道進行經常性的勘察和維護就顯得非常必要。管道探查機器人就是一 種檢查管道的有效設備。目前，用于管道探查機器人的管內行走機構的運動形 式主要有輪式、履帶式、彈力支撐式、腿式、尺蠖式、等等，主要靠電控系統 來實現管道環境的適應，移動機構的管道環境適應性不足。在文獻
M. Horodinca， L. Doroftei, E. Mignon, A. Pre腿ont. "A simple architecture for in—pipe inspection robots"中提到的基于螺方走與區動原理 的管道內移動機器人由定子、轉子、支撐臂、驅動臂和螺旋輪組成。定子上裝 有電機，電機輸出軸與轉子相連，電機帶動轉子旋轉。轉子上的螺旋輪能夠繞 著自身的軸線旋轉，轉子旋轉時螺旋輪也旋轉，機器人就可以向前運動。該機 構雖然可以實現管道內的前后運動，但當管內有異物或有障礙時，機器人往往 不能越過障礙。如果沒有特殊的保護很容易就卡死在管道中間；又由于該種移 動機構自帶電源，與外界無物理上的聯接，當機器人卡在管道中間時，給救援 工作帶來了困難。 發明內容
為了解決上述存在的技術問題，本發明提供一種管道移動機構。它是靠機 械機構本身來調節機器人本體的前進方向和后退方向，不需要其它的電控操 作。
本發明的技術方案是
本發明包括前進驅動機構、后退驅動機構、支撐機構、傳動機構、聯動機 構及鎖緊機構，前進驅動機構通過第一傳動機構與后退驅動機構連接，并通過 第二傳動機構與支撐機構內的電動機相連接，在前進驅動機構與第一傳動機構
間安裝有聯動機構及鎖緊機構，在所述后退驅動機構上連接有摩擦力調節機 構。
所述的聯動機構包括安裝于前進驅動機構前進驅動臂的導向套簡、連接桿、安裝于第一傳動機構傳動軸端部的上轉盤、下轉盤及第一彈簧，上、下轉 盤沿圓周相同位置均開有V型槽，且上、下轉盤的V型槽開口方向相反，連
接桿為T型結構，中間端通過導向套簡、第一彈簧與前進驅動臂連接，另兩端 分別安裝于上、下轉盤的V型槽中，并可沿V型槽的側壁滑動。
所述的導向套簡為帶有圓管的圓盤，圓管中心孔為鎖銷孔。所述的鎖銷孔 截面為方形。所述的連接桿中間端為與導向套簡的圓管鎖銷孔相配合的形狀。
所述的鎖緊機構為滑盤、連接桿及第二彈簧，上、下轉盤間安裝有第二彈 簧，滑盤置于上轉盤的上方，固定在第一傳動機構傳動軸上，沿滑盤圓周對應 上、下轉盤的V型槽及連接桿的位置開有與連接桿相配合的卡槽。
所述的摩擦力調節機構包括摩擦片、彈簧及調整螺釘，彈簧安裝在摩擦片 帶有至少兩個支桿，第三彈簧安裝在摩擦片的支桿上并與調整螺釘接觸，第三 彈簧及調整螺釘均置于后退驅動機構的后輪框內內，摩擦片的另一表面與支撐 機構相接觸。
本發明的優點是適應性強。由于其結構由前進驅動機構、后退驅動機構、 支撐機構組成，當管道中的障礙物超過機器人越障能力時，該移動機構可以依 靠機械部分自動調整移動方向，以防止被障礙物卡死在管道中，這個過程不需 要外界控制。由于其帶有聯動機構，當其中一個前進驅動臂遇到障礙物而向中 心收縮時，通過聯動機構聯動，其余的前進驅動臂也將向中心收縮，實現驅動 臂同步運動。由于其帶有鎖緊機構，當前進驅動臂遇到障礙向管道中心收縮 時，鎖緊機構限制了前進驅動臂的轉動，此時動力輸出轉換路徑，后退驅動臂 旋轉并產生向后的驅動力，這時機器人向相反的方向移動。


圖1為本發明外形平面結構示意圖。
圖2為本發明結構外形示意圖。
圖3為圖2的內部結構示意圖。
圖4為圖3的平面結構示意圖。
圖5為本發明第一傳動機構示意圖。
圖6為本發明的聯動機構示意圖。
圖7為圖6中連接桿和套簡配合結構示意圖。
圖8為本發明摩擦力調節機構局部剖視示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
實施例1:如圖1-圖4、圖8所示，本發明包括前進驅動機構1、后退驅 動機構2、支撐機構3、傳動機構、聯動機構及鎖緊機構，前進驅動機構l通 過第一傳動機構與后退驅動機構2連接，并通過第二傳動機構與支撐機構3內 的電動機4連接，在前進驅動機構1與第一傳動機構間還安裝有鎖緊機構及聯動機構，在所述后退驅動機構2上連接有摩擦力調節機構。
如圖l、圖3所示，其中所述的前進驅動機構1包括前輪框8、沿其圓周 均布的三個前進驅動臂7，每個前進驅動臂上安裝l個被動滾輪35、所述被動 滾輪35的滾動軸線與管道截面成0-45度角度。所述的后退驅動機構2包括 后輪框9、沿其圓周均布的三個后退驅動臂6、每個后退驅動臂6端部安裝1 個被動滾輪35,所述被動滾輪35的滾動軸線與管道截面成0-45度角度。所 述的支撐機構3包括沿其外殼上均布的三個支撐臂5,每個支撐臂5上安裝1 個支撐輪36,所述支撐輪36的滾動方向與管道軸線方向平行。
如困4、圖5所示，所述的第一傳動機構是行星傳動機構，包括傳動軸 19、置于前輪框8內軸承托架28上的內齒輪21、安裝于傳動軸19的太陽輪 20及太陽輪20和內齒輪21圓周間均布的3個行星輪22、 23、 24。如圖3所 示，所述的第二傳動機構是分別安裝于傳動軸19和電動機4上的相互嚙合的 第一直齒輪17和第二直齒輪18。如圖5所示，所述的聯動機構包括安裝于前 進驅動機構前進驅動臂7的導向套簡13、連接桿14、安裝于第一傳動機構傳 動軸19端部的上轉盤15、下轉盤16以及第一彈簧IO,如圖7所示，導向套 簡13為帶有圓簡的圓盤，圓簡中心孔為方形孔；連接桿14為T型結構，其中 間端為方形，與導向套簡13的圓簡方形孔固定配合，稱為水平桿31,與該水 平桿31垂直的為豎直桿29，連接桿14通過導向套筒13、第一彈簧10與前進 驅動臂7連接。上、下轉盤沿圓周相同位置均開有V型槽38,且上、下轉盤 的V型槽開口方向相反，連接桿14的豎直桿29兩端分別安裝于上、下轉盤的 V型槽中，并可沿V型槽的側壁滑動。導向套簡13的中心方形孔與連接桿14 的水平桿31固定連接，使連接桿14不能夠繞導向套簡13的軸心旋轉，這樣 連接桿14的豎直桿29兩端能夠保持與上下轉盤之間的垂直。如圖3所示，所 述的鎖緊機構包括滑盤ll、連接桿14以及第二彈簧12，上、下轉盤間安裝有 第二彈簧12，滑盤11置于上轉盤15的上方，固定在第一傳動機構傳動軸19 上，沿滑盤ll圓周對應上、下轉盤的V型槽38及連接桿14的位置開有與連 接桿W相配合的卡槽30。傳動軸19頂端滑盤11的上方固定有擋片27,用于 將傳動軸19安裝在前輪框8上。鎖緊工作時，在第二彈簧12的作用下，由于 上下轉盤的V型槽38的形狀完全相同，開口方向相反。這樣在導向套簡13、 上下轉盤的作用下，連接桿14受到一個沿轉盤中心的法線方向向外的力。當 三個連接桿14不同步時，靠近中心的連接桿14所受外力較大使其向外運動， 直到三個連接桿"上所受外力相同，三個連接桿14運動同步。當三個連接桿 l4克服作用在其上的外力向中心運動到一定距離上，三個連接桿14的豎直桿 29端沿上、下轉盤的V型槽389滑動，同時進入到滑盤11的卡槽30中，而 卡槽30固定在傳動軸19上不能轉動，所以三個連接桿14達到同步鎖定的作 用。連接桿14靠近傳動軸19的豎直桿29端具有鎖緊、聯動功能，水平桿31端穿過導向套簡13及第一彈簧10與前進驅動臂7相連接，連接桿14、導向 套簡13具有導向功能。如圖8、圖4所示，所述的摩擦力調節機構包括摩擦 片25、第三彈簧33及調整螺釘34,摩擦片25帶有3個支桿32,第三彈簧33 分別安裝在摩擦片25的支桿32上并與調整螺釘34接觸，第三彈簧33及調整 螺釘34均置于后退驅動機構6后輪框9內，而摩擦片25另一表面與支撐機構 3相接觸。調整螺釘34通過第三彈簧33壓緊或松開摩擦片25來調節第三彈 簧33與支撐機構3之間的正壓力從而調整摩擦力的大小。
本發明的工作過程如圖4 圖8所示，驅動電機4通過減速器37帶動 第一直齒輪18轉動，第一直齒輪18帶動與之嚙合的第二直齒輪17轉動。第 二直齒輪17與傳動軸19相連，傳動軸19旋轉時帶動太陽輪20旋轉進而帶動 第一行星輪22、第二行星輪23、第三行星輪24旋轉，行星輪轉動時帶動與之 相連的內齒輪21旋轉。前輪框8旋轉時帶動前進驅動臂7隨之旋轉，因此機
器人向前運動；如果轉動方向相反，機器人則向后運動。
如圖3、 5所示，當機器人前進過程中遇到障礙物時，前進驅動臂7的運 動受到了阻礙而速度下降，又由于障礙物的作用，前進驅動臂7將向管道中心 收縮，此時前進驅動臂7通過連接桿14帶動上轉盤15、下轉盤16旋轉，由 于上、下旋轉盤與3個前進驅動臂7通過V型槽連接，所以其它的前進驅動臂 7也將向中心收縮。這樣只要其中一個前進驅動臂7向中心收縮，其它的前進 驅動臂7也將收縮。如圖3所示，由于滑盤11與傳動軸19相連并固定，當前 進驅動臂7繼續向中心收縮，接觸到滑盤ll的邊緣處，此時為邊界條件。前 進驅動臂7繼續向中心收縮則會進入到滑盤11上的卡槽30中這樣前進驅動機 構1就固連到了支撐機構3上，因此前進驅動臂7不再旋轉。此時動力輸出轉 換路徑，具體為驅動電機4帶動第一直齒輪18和第二直齒輪17轉動，然后第 二直齒輪17通過傳動軸19帶動太陽輪20和行星輪旋轉，3個行星輪轉軸均 與后輪框9相連，行星輪旋轉克服后輪框9與支撐機構3之間的摩擦片25的 摩擦力帶動后輪框9旋轉，后輪框9帶動后驅動臂6旋轉，后驅動臂6旋轉并 產生向后的驅動力，這時機器人向相反方向移動。
實施例2:本例移動機構與實施例l結構相同，不同的是前進驅動機構 1中前進驅動臂7沿前輪框8圓周均布4個，每個前進驅動臂7上的被動滾輪 35為1個；后退驅動機構2中后退驅動臂6沿后輪框9圓周均布5個，每個 后退驅動臂6的被動滾輪35為2個；支撐機構3中支撐臂5沿支撐機構外框 圓周均布6個，每個支撐臂5的支撐輪36為2個。
實施例3:本例移動機構與實施例l結構相同，不同的是前進驅動機構 1中前進驅動臂7沿前輪框8圓周均布6個，每個前進驅動臂7上的被動滾輪 35為2個；后驅動機構2中后退驅動臂6沿后輪框9圓周均布6個，每個后 退驅動臂6的被動滾輪35為2個；支撐機構3中支撐臂5沿支撐機構外框圓周均布6個，每個支撐臂5的支撐輪36為4個。
實施例4:本例移動機構與實施例1結構相同，不同的是前進驅動機構 1中前進驅動臂7沿前輪框8圓周均布8個，每個前進驅動臂7上的被動滾輪 35為2個；后驅動機構2中后退驅動臂6沿后輪框9圓周均布4個，每個后 退驅動臂6的被動滾輪35為1個；支撐機構3中支撐臂5沿支撐機構外框圓 周均布5個，每個支撐臂5的支撐輪36為4個。
本發明中的前進驅動臂7、后退驅動臂8、支撐臂5的數量至少為3個， 沿圓周均布，可以根據管道直徑增加其個數；其前進或后退驅動臂上的被動輪 至少為1個，為保持更好的平衡，2個被動輪效果最好；每個支撐臂5上的支 撐輪至少為l個，4個時支撐效果最好。其中連接桿14和導向套簡13的數量 均與前進驅動臂7數量相同。前進驅動臂7數量增加時，連接桿14和導向套 簡13的數量也相應的增加到相同數值。摩擦力調節機構中安裝在摩擦片25的 第三彈簧33至少帶有兩個支桿。
權利要求1.一種管道移動機構，包括前進驅動機構、后退驅動機構、支撐機構、傳動機構、聯動機構及鎖緊機構，前進驅動機構通過第一傳動機構與后退驅動機構連接，并通過第二傳動機構與支撐機構內的電動機相連接，在前進驅動機構與第一傳動機構間安裝有聯動機構及鎖緊機構，其特征在于在所述后退驅動機構上連接有摩擦力調節機構。
2. 按照權利要求l所述管道移動機構，其特征在于所述的聯動機構包 括安裝于前進驅動機構前進驅動臂的導向套簡、連接桿、安裝于第一傳動機構 傳動軸端部的上轉盤、下轉盤及第一彈簧，上、下轉盤沿圓周相同位置均開有 V型槽，且上、下轉盤的V型槽開口方向相反，連接桿為T型結構，中間端通 過導向套簡、第一彈簧與前進驅動臂連接，另兩端分別安裝于上、下轉盤的V 型槽中，并可沿V型槽的側壁滑動。
3. 按照權利要求2所述管道移動機構，其特征在于所述的導向套簡為 帶有圓管的圓盤，圓管中心孔為鎖銷孔。
4. 按照權利要求3所述管道移動機構，其特征在于所述的鎖銷孔截面為方形。
5. 按照權利要求2所述管道移動機構，其特征在于所述的連接桿中間 端為與導向套簡的圓管鎖銷孔相配合的形狀。
6. 按照權利要求l所述管道移動機構，其特征在于所述的鎖緊機構為 滑盤、連接桿及第二彈簧，上、下轉盤間安裝有第二彈簧，滑盤置于上轉盤的 ±方，^定在第一傳動^l構傳動軸上，沿滑盤圓周對應l、下轉盤的V型槽及 連接桿的位置開有與連接桿相配合的卡槽。
7. 按照權利要求l所述管道移動機構，其特征在于所述的摩擦力調節 機構包括摩擦片、彈簧及調整螺釘，彈簧安裝在摩擦片帶有至少兩個支桿，第 三彈簧安裝在摩擦片的支桿上并與調整螺釘接觸，第三彈簧及調整螺釘均置于 后退驅動機構的后輪框內內，摩擦片的另一表面與支撐機構相接觸。
專利摘要一種管道移動機構，屬于管道機器人工程技術領域。包括前進驅動機構、后退驅動機構、支撐機構、傳動機構、聯動機構及鎖緊機構，前進驅動機構通過第一傳動機構與后退驅動機構連接，并通過第二傳動機構與支撐機構內的電動機相連接，在前進驅動機構與第一傳動機構間安裝有聯動機構及鎖緊機構，在所述后退驅動機構上連接有摩擦力調節機構。本實用新型適應性強。依靠機械部分自動調整移動方向，以防止被障礙物卡死在管道中。通過聯動機構實現驅動臂同步運動，由于其帶有鎖緊機構，當前進驅動臂遇到障礙向管道中心收縮時，鎖緊機構限制了前進驅動臂的轉動，此時動力輸出轉換路徑，后退驅動臂旋轉并產生向后的驅動力，這時機器人向相反的方向移動。
文檔編號F16L55/32GK201344337SQ20082023188
公開日2009年11月11日 申請日期2008年12月19日 優先權日2008年12月19日
發明者葉長龍, 張國偉, 斌 李, 鵬 李, 馬書根, 龔海里 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所