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循環變距螺旋管道機器人.pdf

關 鍵 詞:
循環 螺旋 管道 機器人
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摘要
申請專利號:

CN201510188108.2

申請日:

2015.04.20

公開號:

CN104896257A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

終止

有效性:

無權

法律詳情: 未繳年費專利權終止IPC(主分類):F16L 55/28申請日:20150420授權公告日:20161005終止日期:20180420|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F16L 55/28申請日:20150420|||公開
IPC分類號: F16L55/28; F16L55/32; F16L101/30(2006.01)N 主分類號: F16L55/28
申請人: 西南石油大學
發明人: 劉清友; 任濤; 涂慶
地址: 610500四川省成都市新都區新都大道8號
優先權:
專利代理機構: 成都正華專利代理事務所(普通合伙)51229 代理人: 李林合
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510188108.2

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2019.04.05|||2016.10.05|||2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

專利權的終止|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開一種循環變距螺旋管道機器人,包括導桿、直線伸縮電機、導向輪、運動協調盤、魚眼球頭、伸縮短節、驅動輪、驅動輪支撐架和帶減速組的電機;所述運動協調盤內安裝有旋轉軸承,旋轉軸承中心套有魚眼軸承,魚眼軸承滑套于導桿上;所述導向輪與直線伸縮電機連接;所述魚眼球頭裝在直線伸縮電機上,并與運動協調盤的控制桿套接;所述驅動輪與安裝在伸縮短節上的帶減速組的電機連接;所述伸縮短節通過驅動輪支撐架連接導桿;所述伸縮短節上安裝有球頭,且該球頭與旋轉軸承上的球頭之間設置有連桿;所述導桿還通過同步連桿與旋轉軸承上的球頭連接。該循環變距螺旋管道機器人運動靈活、牽引力大,能更好地適應復雜管道內作業。

權利要求書

權利要求書
1.  循環變距螺旋管道機器人,其特征在于:包括導桿(1)、直線伸縮電機(2)、導向輪(3)、運動協調盤(4)、魚眼球頭(5)、伸縮短節(6)、驅動輪(7)、驅動輪支撐架(8)和帶減速組的電機(9);所述運動協調盤(4)內安裝有旋轉軸承(10),旋轉軸承(10)中心套有魚眼軸承(11),魚眼軸承(11)滑套于導桿(1)上;所述導向輪(3)與直線伸縮電機(2)連接;所述魚眼球頭(5)裝在直線伸縮電機(2)上,并與運動協調盤(4)的控制桿套接;所述驅動輪(7)與安裝在伸縮短節(6)上的帶減速組的電機(9)連接;所述伸縮短節(6)通過驅動輪支撐架(8)連接導桿(1);所述伸縮短節(6)上安裝有球頭(13),且該球頭(13)與旋轉軸承(10)上的球頭之間設置有連桿;所述導桿(1)還通過同步連桿(12)與旋轉軸承(10)上的球頭連接。

2.  根據權利要求1所述的循環變距螺旋管道機器人,其特征在于:所述由驅動輪(7)、驅動輪支撐架(8)和帶減速組的電機(9)構成的動力機構A在導桿(1)上至少均布設置有兩組;所述直線伸縮電機(2)和導向輪(3)構成的動力機構B在導桿(1)上至少設置有兩組,兩者相距120°。

3.  根據權利要求1或2所述的循環變距螺旋管道機器人,其特征在于:所述伸縮短節(6)為彈簧式、氣壓式或液壓式;導向輪(3)與直線伸縮電機(2)之間也可增設上述伸縮短節(6)。

說明書

說明書循環變距螺旋管道機器人
技術領域
本發明涉及管道機器人,尤其涉及一種可以方便實現控速、轉彎的循環變距螺旋管道機器人。
背景技術
在現代生產與生活中,石油天然氣、輸水、供熱等各類管網眾多。管道在長期運用過程中,由于化學腐蝕,機械破壞,地殼運動,管道附件磨損等原因,容易出現諸如腐蝕,變形,裂紋等形式的損壞。管道中有很大一部分屬于埋地管線,管道泄漏隱患難發現,極易引起火災、爆炸等險情,對人民的生命財產安全造成嚴重威脅,也嚴重影響經濟效益。然而,當發現泄漏險情,進行停機檢修也會造成巨大的經濟損失和不良的社會影響。
管道機器人是一種管道運載工具,用于實現管道狀態監測、故障維修以及作業工具輸送等管道作業的機、電、儀一體化系統。管道機器人運行過程中,可攜帶多種傳感器、操作機械等,以實現管道監測、維護等工作任務。
目前,管道機器人按照其驅動形式主要可以分為管道豬、輪式、履帶式、支撐式、行走式、蠕動式、螺旋式和蛇形式。其中輪式、履帶式、蠕動式、螺旋式運用較為廣泛。
輪式管道機器人,一般由多組電機直接或間接驅動輪子,結構簡單,行進速度快。例如中國專利申請公布號為CN 101915339 A的“管道機器人”采用輪式結構,其有兩組與管壁垂直驅動輪,增加了輪外緣與管道壁面的接觸面積,使機器人運行較為平穩。但是該管道機器人在管道中越障較為困難,不適用于大傾角的管道,牽引力也較小。
履帶式管道機器人采用履帶提供驅動力,相比于輪式管道機器人,履帶式管道機器人能在工況較為惡劣的管道中行進,越障能力較強,能提供較大的牽引力。例如中國專利申請公布號為CN 103697286 A的“一種履帶式管道機器人”,其可實現機器人對管道的自適應,但是其總體尺寸較大,難以實現轉彎等功能。
蠕動式管道機器人在管道中蠕動前進,前后單元交替鎖止,提供驅動力較大,對于管道缺陷等適應性良好。例如中國專利CN 103672290 A的“全驅蠕動式管道機器人”,其單元節中采用的具有內外螺紋的螺管和傳動絲桿與鎖緊架配合,實現前后單元交替鎖止,并使機器人產生伸縮前進或后退運動。該管道機器人體積較小,驅動力較強,但是該機器人無法自主檢測是否鎖止,結構復雜難以適用于復雜的管道情況。
螺旋式驅動方式在微小管道機器人中運用較多,驅動輪與管道軸線呈一定的螺旋角,驅 動輪旋轉帶動整個機體向前或向后運動。螺旋驅動能提供很大的驅動力,例如中國專利申請公布號CN 102691856 A的“單一電機、輪式和變速螺旋式混合驅動的管道機器人”采用螺旋方式驅動且可通過控制螺旋角的大小控制機器人的運行速度,但是其驅動輪由旋轉體帶動,難以實現機器人的準確定位和彎道控制。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供提供一種具有較強過彎能力,運動靈活、牽引力大、能地適應復雜管道作業的循環變距螺旋管道機器人。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:循環變距螺旋管道機器人,包括導桿、直線伸縮電機、導向輪、運動協調盤、魚眼球頭、伸縮短節、驅動輪、驅動輪支撐架和帶減速組的電機;所述運動協調盤內安裝有旋轉軸承,旋轉軸承中心套有魚眼軸承,魚眼軸承滑套于導桿上;所述導向輪與直線伸縮電機連接;所述魚眼球頭裝在直線伸縮電機上,并與運動協調盤的控制桿套接;所述驅動輪與安裝在伸縮短節上的帶減速組的電機連接;所述伸縮短節通過驅動輪支撐架連接導桿;所述伸縮短節上安裝有球頭,且該球頭與旋轉軸承上的球頭之間設置有連桿;所述導桿還通過同步連桿與旋轉軸承上的球頭連接。
作為本發明的進一步技術方案:所述由驅動輪、驅動輪支撐架和帶減速組的電機構成的動力機構A在導桿上至少均布設置有兩組;所述直線伸縮電機和導向輪構成的動力機構B在導桿上至少設置有兩組,兩者相距120°。
作為本發明的進一步技術方案:所述伸縮短節為彈簧式、氣壓式或液壓式;導向輪與直線伸縮電機之間也可增設上述伸縮短節。
本發明的有益效果:本發明循環變距螺旋管道機器人的運動調節盤可以調節驅動輪的螺旋角,特別是能夠調節每個驅動輪在一定范圍具有任意螺旋角,并能在運動過程中循環調節,使管道機器人能實現過彎的功能。每個驅動輪均由一個獨立電機控制,可以方便調節每個驅動輪的速度和轉向,同時驅動輪產生的驅動力不受螺旋角的限制,機器人軸向牽引力大;該管道機器人很好地解決了螺旋式管道機器人控速、轉彎的問題,并通過對每個驅動輪螺旋角的協調控制,實現螺旋管道機器人高效率的行進。該新型循環變距螺旋管道機器人運動靈活、牽引力大,能更好地適應復雜管道內作業。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖;
圖2是本發明的俯視結構示意圖;
圖3是本發明實施例中空間螺旋線的螺旋圖。
圖中所示:1-導桿;2-直線伸縮電機;3-導向輪;4-運動協調盤;5-魚眼球頭;6-伸縮 短節;7-驅動輪;8-驅動輪支撐架;9-帶減速組的電機;10-旋轉軸承;11-魚眼軸承;12-同步連桿;13-球頭。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
如圖1、2所示,本發明的循環變距螺旋管道機器人,包括導桿1、直線伸縮電機2、導向輪3、運動協調盤4、魚眼球頭5、伸縮短節6、驅動輪7、驅動輪支撐架8和帶減速組的電機9;所述運動協調盤4內安裝有旋轉軸承10,旋轉軸承10中心套有魚眼軸承11,魚眼軸承11滑套于導桿1上;所述導向輪3與直線伸縮電機2連接;所述魚眼球頭5裝在直線伸縮電機2上,并與運動協調盤4的控制桿套接;所述驅動輪7與安裝在伸縮短節6上的帶減速組的電機9連接;所述伸縮短節6通過驅動輪支撐架8連接導桿1;所述伸縮短節6上安裝有球頭13,且該球頭13與旋轉軸承10上的球頭之間設置有連桿;所述導桿1還通過同步連桿12與旋轉軸承10上的球頭連接。所述球頭(13)隨動力機構A同步旋轉,運動協調盤(4)與動力機構B在周向上同步運動。
優選的實施方式,所述由驅動輪7、驅動輪支撐架8和帶減速組的電機9構成的動力機構A在導桿1上至少均布設置有兩組;所述直線伸縮電機2和導向輪3構成的動力機構B在導桿1上至少設置有兩組,兩者相距120°。
優選的實施方式,所述伸縮短節6為彈簧式、氣壓式或液壓式;導向輪(3)與直線伸縮電機2之間也可增設上述伸縮短節6。
本實施例的工作過程如下:在直線運動時,直線伸縮電機2均伸出同樣的長度,推動運動協調盤4沿導桿1運動。運動協調盤4通過連桿控制動力結構A產生相同的螺旋角θ。帶減速組的電機9驅動驅動輪7旋轉,驅動輪7自身有繞驅動輪軸線的自轉運動,同時也有繞管道軸線的公轉運動。驅動輪7的運動在管道中形成圍繞管道軸線的空間螺旋線形,帶動整個機體向前運動,動力機構B及其支架組成的保持架則起到定心的作用。本發明也可以通過直線伸縮電機2調節運動協調盤4來控制驅動輪7的螺旋角或者直接調節帶減速組的電機9的轉速來調節循環變距螺旋管道機器人的運動速度。
在需要過彎時,直線伸縮電機2伸出不同的長度,推動運動協調盤產生傾斜,控制靠近于彎道內側的驅動輪7產生較小的螺旋角,靠近彎道外側的驅動輪7產生較大的螺旋角。由于動力機構B及其支架組成的保持架的作用,運動協調盤4僅隨機器人沿管道軸線水平運動。帶減速組的電機9驅動驅動輪7旋轉,外側驅動輪7在繞管道軸線公轉的過程中,由于運動協調盤4的作用螺旋角不斷減小;同理,內側的驅動輪7在向外側運動過程中螺旋角則不斷增大。驅動輪7的運動軌跡是繞管道軸線的外側寬,內側窄的空間螺旋線如圖3所示。因此 循環變距螺旋管道機器人能實現過彎的運動。

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