專利名稱：一種步行式管道機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于特種機器人領(lǐng)域，具體地說是一種用于管道探測檢修的步行式管道機 器人。
背景技術(shù)：
管道機器人是特種機器人領(lǐng)域中的一種重要設(shè)備。隨著經(jīng)濟和社會建設(shè)的發(fā)展， 城市中出現(xiàn)了越來越多的各種管道，如煤氣管道、污水管道、空調(diào)管道等，這些管道的正常 運轉(zhuǎn)對維持廣大人民群眾的日常生活及城市的正常運轉(zhuǎn)具有重要意義。由于管道結(jié)構(gòu)的特 殊性，出現(xiàn)管道老化或損壞現(xiàn)象后很難檢測或維修；一些重要的管道，如煤氣管道，一旦出 現(xiàn)裂縫將造成極大的安全隱患。目前，管道機器人是唯一能夠解決上述問題的可行手段。已經(jīng)出現(xiàn)的管道機器人 主要的結(jié)構(gòu)形式多是履帶式或輪式的，這些管道機器人雖然能夠較好地適應(yīng)水平直管的環(huán) 境，但對于立管和彎管等管道則往往無能為力；同時也無法適應(yīng)管道直徑出現(xiàn)較大變化的 環(huán)境。因此，現(xiàn)有管道機器人的使用范圍受到了較大限制。研制對各種管道都具有較強適 應(yīng)能力的管道機器人對于提高管道機器人的作業(yè)能力、作業(yè)范圍及管道機器人的市場價值 具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種步行式管道機器人。該步 行式管道機器人適應(yīng)能力強，應(yīng)用范圍廣，具有越障能力。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的本發(fā)明由兩組結(jié)構(gòu)相同、對稱設(shè)置的組件組成，兩組件之間通過轉(zhuǎn)向機構(gòu)相連接； 每組組件均由結(jié)構(gòu)相同的三個剪叉機構(gòu)組成，三個剪叉機構(gòu)的一端分別連接在第二支撐架 上、通過齒輪與電機輸出軸上的齒輪嚙合傳動、實現(xiàn)剪叉機構(gòu)的伸縮，其中作為支撐臂的兩 個剪叉機構(gòu)的另一端分別設(shè)有支撐墊，第三個剪叉機構(gòu)的另一端與轉(zhuǎn)向機構(gòu)相連接；在管 道機器人的前端安裝有攝像機。其中所述第二支撐架上安裝有三個電機，每個電機的輸出軸上分別連接有第一 齒輪；所述三個剪叉機構(gòu)的一端分別設(shè)有第二、三齒輪，并通過齒輪軸安裝在第二支撐架 上，第一齒輪與第二齒輪相嚙合，第二齒輪與第三齒輪相嚙合；三個剪叉機構(gòu)呈“T”形設(shè) 置，作為支撐臂的兩個剪叉機構(gòu)共線、與管道接觸的端部設(shè)有支撐墊，與轉(zhuǎn)向機構(gòu)相連的第 三個剪叉機構(gòu)與所述兩個剪叉機構(gòu)相垂直；每個剪叉機構(gòu)均為兩個上下設(shè)置、結(jié)構(gòu)相同的 部分組成的雙排式剪叉機構(gòu)，該雙排式剪叉機構(gòu)的上下部分通過連接軸相連；所述轉(zhuǎn)向機 構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機、第一支撐架及第一 三轉(zhuǎn)向齒輪，其中轉(zhuǎn)向電機安裝在第一支撐架上，轉(zhuǎn) 向電機的輸出軸上連接有第一轉(zhuǎn)向齒輪，所述第二、三轉(zhuǎn)向齒輪分別通過齒輪軸安裝在第 一支撐架上，第一轉(zhuǎn)向齒輪與第二轉(zhuǎn)向齒輪相嚙合，第二轉(zhuǎn)向齒輪與第三轉(zhuǎn)向齒輪相嚙合； 所述兩個組件中的第三個剪叉機構(gòu)的另一端通過連接軸與第二轉(zhuǎn)向齒輪或第三轉(zhuǎn)向齒輪相連。本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果為1.本發(fā)明通過控制各剪叉機構(gòu)的伸縮、轉(zhuǎn)向，同時對多種管道環(huán)境具有適應(yīng)能力， 如直管、彎管、立管等，適應(yīng)能力強。2.本發(fā)明適合于管道直徑發(fā)生變化的管道環(huán)境中應(yīng)用，應(yīng)用范圍廣。3.本發(fā)明通過各剪叉機構(gòu)的伸縮、轉(zhuǎn)向還具有越障能力，能夠克服管道內(nèi)不同形 式的障礙。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的左視圖；圖3為本發(fā)明在平管中的移動步態(tài)示意圖；圖4為本發(fā)明在彎管中的移動步態(tài)示意圖；其中1為轉(zhuǎn)向電機，2為第一支撐架，3為第一轉(zhuǎn)向齒輪，4為第二轉(zhuǎn)向齒輪，5為 第三轉(zhuǎn)向齒輪，6為齒輪軸，7為連接軸，8為第二支撐架，9為第一齒輪，10為第二齒輪，11 為第三齒輪，12為電機，13為支撐墊，14為攝像機，A為第一剪叉機構(gòu)，B為第二剪叉機構(gòu)， C為第三剪叉機構(gòu)，D為第四剪叉機構(gòu)，E為第五剪叉機構(gòu)，F(xiàn)為第六剪叉機構(gòu)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。如圖1、圖2所示，本發(fā)明由兩組結(jié)構(gòu)相同、對稱設(shè)置的組件組成，兩組件之間通過 轉(zhuǎn)向機構(gòu)相連接；每組組件均由結(jié)構(gòu)相同的三個剪叉機構(gòu)組成，即第一 六剪叉機構(gòu)A F，其中第一、二、三剪叉機構(gòu)A、B、C為一組，第四、五、六剪叉機構(gòu)D、E、F為一組。第一剪叉 機構(gòu)A的一端分別設(shè)有第二、三齒輪10、11，第二、三齒輪10、11通過各自的齒輪軸6安裝 在第二支撐架8上，齒輪軸6的兩端通過軸承安裝在第二支撐架上；第二支撐架8上設(shè)有電 機12，電機12的輸出軸上鍵連接有第一齒輪9，第一齒輪9與第二齒輪10相嚙合，第二齒 輪10與第三齒輪11相嚙合；第一剪叉機構(gòu)A的另一端設(shè)有支撐墊13。第二剪叉機構(gòu)B的 一端分別設(shè)有第二、三齒輪10、11，第二、三齒輪10、11通過各自的齒輪軸6安裝在第二支撐 架8上，齒輪軸6的兩端通過軸承安裝在第二支撐架上；第二支撐架8上設(shè)有電機12，電機 12的輸出軸上鍵連接有第一齒輪9，第一齒輪9與第二齒輪10相嚙合，第二齒輪10與第三 齒輪11相嚙合；第二剪叉機構(gòu)B的另一端設(shè)有支撐墊13。第三剪叉機構(gòu)C的一端分別設(shè) 有第二、三齒輪10、11，第二、三齒輪10、11通過各自的齒輪軸6安裝在第二支撐架8上，齒 輪軸6的兩端通過軸承安裝在第二支撐架上；第二支撐架8上設(shè)有電機12，電機12的輸出 軸上鍵連接有第一齒輪9，第一齒輪9與第二齒輪10相嚙合，第二齒輪10與第三齒輪11相 嚙合。轉(zhuǎn)向機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機1、第一支撐架2及第一 三轉(zhuǎn)向齒輪3 5，其中轉(zhuǎn)向電機 1安裝在第一支撐架2上，轉(zhuǎn)向電機1的輸出軸上鍵連接有第一轉(zhuǎn)向齒輪3，所述第二、三轉(zhuǎn) 向齒輪4、5分別通過各自的齒輪軸6安裝在第一支撐架2上，齒輪軸6的兩端通過軸承安 裝在第一支撐架上；第一轉(zhuǎn)向齒輪3與第二轉(zhuǎn)向齒輪4相嚙合，第二轉(zhuǎn)向齒輪4與第三轉(zhuǎn)向 齒輪5相嚙合；第三剪叉機構(gòu)C的另一端通過連接軸7與第二轉(zhuǎn)向齒輪4相連。
第五剪叉機構(gòu)E的結(jié)構(gòu)及連接方式與第一剪叉機構(gòu)A相同，第六剪叉機構(gòu)F的結(jié) 構(gòu)及連接方式與第二剪叉機構(gòu)B相同，第四剪叉機構(gòu)D的結(jié)構(gòu)及連接方式與第三剪叉機構(gòu)C 相似，區(qū)別在于第四剪叉機構(gòu)D的另一端是通過連接軸7與第三轉(zhuǎn)向齒輪5相連的。在管 道機器人的前端安裝有攝像機14，用于觀察管道內(nèi)的環(huán)境和管道自身狀況。本發(fā)明的第一 三剪叉機構(gòu)A C呈“T”形設(shè)置，第一、二剪叉機構(gòu)A、B共線、作 為支撐臂在電機的驅(qū)動下可伸縮；與轉(zhuǎn)向機構(gòu)相連的第三剪叉機構(gòu)C與第一、二剪叉機構(gòu) A、B相垂直。第四 六剪叉機構(gòu)D F呈“T”形設(shè)置，第五、六剪叉機構(gòu)E、F共線、作為支 撐臂在電機的驅(qū)動下可伸縮；與轉(zhuǎn)向機構(gòu)相連的第四剪叉機構(gòu)D與第五、六剪叉機構(gòu)E、F相 垂直。第一 六剪叉機構(gòu)A F均為兩個上下設(shè)置、結(jié)構(gòu)相同的部分組成的雙排式剪叉機 構(gòu)，該雙排式剪叉機構(gòu)的上下部分通過連接軸7相連。本發(fā)明的工作原理為如圖3所示，管道機器人在平管中的移動步態(tài)為(1)與第一、二剪叉機構(gòu)A、B對應(yīng)的電機12工作，驅(qū)動第一齒輪9轉(zhuǎn)動，通過第一、 二、三齒輪9、10、11的依次嚙合傳動，分別驅(qū)動第一、二剪叉機構(gòu)A、B收縮；(2)與第三、四剪叉機構(gòu)C、D對應(yīng)的電機12工作，驅(qū)動第一齒輪9轉(zhuǎn)動，通過第一、 二、三齒輪9、10、11的依次嚙合傳動，分別驅(qū)動第三、四剪叉機構(gòu)C、D伸展；(3)與第一、二剪叉機構(gòu)A、B對應(yīng)的電機12反向工作，驅(qū)動第一齒輪9反向轉(zhuǎn)動， 通過第一、二、三齒輪9、10、11的依次嚙合傳動，分別驅(qū)動第一、二剪叉機構(gòu)A、B伸展，直至 第一、二剪叉機構(gòu)A、B上的支撐墊13抵接在管道內(nèi)壁；(4)與第五、六剪叉機構(gòu)E、F對應(yīng)的電機12工作，驅(qū)動第一齒輪9轉(zhuǎn)動，通過第一、 二、三齒輪9、10、11的依次嚙合傳動，分別驅(qū)動第五、六剪叉機構(gòu)E、F收縮；(5)與第三、四剪叉機構(gòu)C、D對應(yīng)的電機12反向工作，驅(qū)動第一齒輪9反向轉(zhuǎn)動， 通過第一、二、三齒輪9、10、11的依次嚙合傳動，分別驅(qū)動第三、四剪叉機構(gòu)C、D收縮；(6)與第五、六剪叉機構(gòu)E、F對應(yīng)的電機12反向工作，驅(qū)動第一齒輪9反向轉(zhuǎn)動， 通過第一、二、三齒輪9、10、11的依次嚙合傳動，分別驅(qū)動第五、六剪叉機構(gòu)E、F伸展，直至 第五、六剪叉機構(gòu)E、F上的支撐墊13抵接在管道內(nèi)壁，管道機器人即完成一個行程周期的 運動過程；管道機器人按上述操作，即可在平管中實現(xiàn)行走。如圖4所示，管道機器人在彎管中的移動步態(tài)為管道機器人在彎管中需要轉(zhuǎn)向時，在上述步驟(1)后，轉(zhuǎn)向電機1工作，驅(qū)動第一 轉(zhuǎn)向齒輪3轉(zhuǎn)動，通過第一、二、三轉(zhuǎn)向齒輪3、4、5的依次嚙合傳動，分別驅(qū)動第三、四剪叉 機構(gòu)C、D呈彎曲狀態(tài)，進(jìn)而使第一、二剪叉機構(gòu)A、B收縮、轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向后按上述步驟使第一、 二剪叉機構(gòu)A、B上的支撐墊13抵接在管道內(nèi)壁；然后，轉(zhuǎn)向電機1反向工作，驅(qū)動第一轉(zhuǎn)向 齒輪3反向轉(zhuǎn)動，通過第一、二、三轉(zhuǎn)向齒輪3、4、5的依次嚙合傳動，使第五、六剪叉機構(gòu)E、 F收縮、轉(zhuǎn)向；再按照上述步驟操作，使管道機器人經(jīng)過管道內(nèi)的轉(zhuǎn)彎處。管道機器人的旋 轉(zhuǎn)角度可根據(jù)管道內(nèi)的彎曲角度的變化情況進(jìn)行調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種步行式管道機器人，其特征在于由兩組結(jié)構(gòu)相同、對稱設(shè)置的組件組成，兩組 件之間通過轉(zhuǎn)向機構(gòu)相連接；每組組件均由結(jié)構(gòu)相同的三個剪叉機構(gòu)組成，三個剪叉機構(gòu) 的一端分別連接在第二支撐架(8)上、通過齒輪與電機輸出軸上的齒輪嚙合傳動、實現(xiàn)剪 叉機構(gòu)的伸縮，其中作為支撐臂的兩個剪叉機構(gòu)的另一端分別設(shè)有支撐墊(13)，第三個剪 叉機構(gòu)的另一端與轉(zhuǎn)向機構(gòu)相連接；在管道機器人的前端安裝有攝像機(14)。
2.按權(quán)利要求1所述的步行式管道機器人，其特征在于所述第二支撐架(8)上安裝 有三個電機(12)，每個電機(1 的輸出軸上分別連接有第一齒輪(9)；所述三個剪叉機構(gòu) 的一端分別設(shè)有第二、三齒輪(10、11)，并通過齒輪軸安裝在第二支撐架(8)上，第一齒輪 (9)與第二齒輪(10)相嚙合，第二齒輪(10)與第三齒輪(11)相嚙合。
3.按權(quán)利要求2所述的步行式管道機器人，其特征在于所述三個剪叉機構(gòu)呈“T”形 設(shè)置，作為支撐臂的兩個剪叉機構(gòu)共線、與管道接觸的端部設(shè)有支撐墊(13)，與轉(zhuǎn)向機構(gòu)相 連的第三個剪叉機構(gòu)與所述兩個剪叉機構(gòu)相垂直。
4.按權(quán)利要求2所述的步行式管道機器人，其特征在于每個剪叉機構(gòu)均為兩個上下 設(shè)置、結(jié)構(gòu)相同的部分組成的雙排式剪叉機構(gòu)，該雙排式剪叉機構(gòu)的上下部分通過連接軸 (7)相連。
5.按權(quán)利要求1所述的步行式管道機器人，其特征在于所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機(1)、第一支撐架( 及第一 三轉(zhuǎn)向齒輪(3 幻，其中轉(zhuǎn)向電機(1)安裝在第一支撐架(2)上，轉(zhuǎn)向電機(1)的輸出軸上連接有第一轉(zhuǎn)向齒輪(3)，所述第二、三轉(zhuǎn)向齒輪(4、5)分 別通過齒輪軸(6)安裝在第一支撐架( 上，第一轉(zhuǎn)向齒輪C3)與第二轉(zhuǎn)向齒輪(4)相嚙 合，第二轉(zhuǎn)向齒輪(4)與第三轉(zhuǎn)向齒輪( 相嚙合；所述兩個組件中的第三個剪叉機構(gòu)的另 一端通過連接軸(7)與第二轉(zhuǎn)向齒輪(4)或第三轉(zhuǎn)向齒輪( 相連。
全文摘要
本發(fā)明屬于特種機器人領(lǐng)域，具體地說是一種用于管道探測檢修的步行式管道機器人，由兩組結(jié)構(gòu)相同、對稱設(shè)置的組件組成，兩組件之間通過轉(zhuǎn)向機構(gòu)相連接；每組組件均由結(jié)構(gòu)相同的三個剪叉機構(gòu)組成，三個剪叉機構(gòu)的一端分別連接在第二支撐架上、通過齒輪與電機輸出軸上的齒輪嚙合傳動、實現(xiàn)剪叉機構(gòu)的伸縮，其中作為支撐臂的兩個剪叉機構(gòu)的另一端分別設(shè)有支撐墊，第三個剪叉機構(gòu)的另一端與轉(zhuǎn)向機構(gòu)相連接；在管道機器人的前端安裝有攝像機。本發(fā)明通過控制各剪叉機構(gòu)的伸縮、轉(zhuǎn)向，同時對多種管道環(huán)境具有適應(yīng)能力，適應(yīng)能力強；適合于管道直徑發(fā)生變化的管道環(huán)境中應(yīng)用，應(yīng)用范圍廣；還具有越障能力，能夠克服管道內(nèi)不同形式的障礙。
文檔編號B62D57/00GK102114878SQ20091024902
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者劉敏杰, 姚辰, 徐梁, 智迪, 李小凡, 王 忠, 王挺, 羅宇 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所