一種多關(guān)節(jié)全向式管外機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種管道機(jī)器人領(lǐng)域，特別是涉及一種多關(guān)節(jié)全向式可翻轉(zhuǎn)的管外機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、民用運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域中各類管道應(yīng)用廣泛。隨之而來的管道日常檢測(cè)與維護(hù)就成了一個(gè)棘手的問題，與此類似，在林業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)等領(lǐng)域的高空高危作業(yè)，也同樣經(jīng)常遇到難以對(duì)付的困難。針對(duì)現(xiàn)有管外機(jī)器人工作效率低、應(yīng)對(duì)不同管型管道通過能力差以及應(yīng)用領(lǐng)域不夠充分等缺點(diǎn)，區(qū)別與管內(nèi)機(jī)器人工作時(shí)需要將管道內(nèi)部介質(zhì)清空、對(duì)管道運(yùn)輸介質(zhì)腐蝕性有要求，管外機(jī)器人的研制與應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)管道運(yùn)輸不停工的管道檢測(cè)維修工作。
[0003]現(xiàn)有工業(yè)用管道的特點(diǎn)是管徑多變，轉(zhuǎn)向復(fù)雜，具有三通、四通等管接頭設(shè)計(jì)，法蘭、閥門或檢測(cè)儀表在管道各處布置，且管道由各類吊裝或地面支持架支撐。運(yùn)行在此類管道外的檢測(cè)或維修的機(jī)器人首先要具備隨管道前進(jìn)或轉(zhuǎn)向的功能，也要具備翻越各類管道外障礙物的功能，同時(shí)，為了提高管道檢測(cè)與維修的效率，管外機(jī)器人還應(yīng)該具有一定速度的運(yùn)動(dòng)能力。
[0004]中國發(fā)明專利公開號(hào)CN102975783A公開了一種單輪式管外爬管機(jī)器人，該機(jī)器人可通過直管、彎管和十字架彎道并且可以圍繞管道旋轉(zhuǎn)，該機(jī)器人通過包含內(nèi)置電機(jī)的運(yùn)動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，通過抱臂裝置實(shí)現(xiàn)彎管間的運(yùn)動(dòng)。中國實(shí)用新型授權(quán)公開號(hào)CN204037719U公開了一種雙向輪式管外爬管機(jī)器人，該機(jī)器人可通過彎道和十字形管道，并可圍繞管道進(jìn)行360°的繞行，該機(jī)器人具有由翻轉(zhuǎn)裝置相連接的前后機(jī)體，通過翻轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)90°翻轉(zhuǎn)，從而實(shí)彎管間的運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人通過雙向輪實(shí)現(xiàn)管道直行和360°繞行。
[0005]上述機(jī)器人僅能夠運(yùn)行在光滑管道上，不具備翻越管道上障礙的能力，且僅能適應(yīng)單一管徑，對(duì)非圓柱型管道適應(yīng)性差，不具備相鄰管道之間的運(yùn)行能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:現(xiàn)有的管外攀爬機(jī)器人一般均不具備通過各種角度彎管與三通、四通等管道連接處的能力，也不具備翻越閥門、法蘭盤、支架等各類管道外部障礙物的能力，并無法在相鄰管道之間運(yùn)行。
[0007]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:一種多關(guān)節(jié)全向式管外機(jī)器人，包含承載梁、成對(duì)布置的多關(guān)節(jié)前夾持機(jī)構(gòu)和多關(guān)節(jié)后夾持機(jī)構(gòu)、成對(duì)布置的前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、夾持開合機(jī)構(gòu)，以及軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0008]所述的承載梁用于安裝機(jī)器人控制板和裝載不同探測(cè)設(shè)備等，可根據(jù)不同應(yīng)用環(huán)境和作業(yè)任務(wù)更換不同尺寸大小，承載梁通過翻轉(zhuǎn)舵機(jī)舵盤分別與前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相連接，并完成運(yùn)動(dòng)傳遞。所述的前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)通過成對(duì)布置的主機(jī)架與夾持開合機(jī)構(gòu)連接，周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過周向驅(qū)動(dòng)舵機(jī)安裝板和周向主動(dòng)輪支架安裝在后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的主機(jī)架上。
[0009]所述的軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過左向活動(dòng)機(jī)架和右向活動(dòng)機(jī)架與前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接；前夾持機(jī)構(gòu)和后夾持機(jī)構(gòu)通過成對(duì)布置的左向活動(dòng)機(jī)架和和右向活動(dòng)機(jī)架分別與前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接；左向活動(dòng)機(jī)架和右向活動(dòng)機(jī)架通過轉(zhuǎn)軸與主機(jī)架連接。
[0010]所述的多關(guān)節(jié)全向式管外機(jī)器人，適用于不同直徑的圓柱形管道，在圓柱形管道上通過軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輪式運(yùn)動(dòng)；同樣適用于不同直徑的非規(guī)則截面柱狀體，如樹干、不等直徑的電線桿等，在表面不光滑的非規(guī)則截面柱狀體上機(jī)器人通過前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)式前進(jìn)、后退功能；該機(jī)器人還可通過翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)跨越到相鄰的管道上。
[0011]所述的一種多關(guān)節(jié)全向式管外機(jī)器人，具有夾持開合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同直徑管道、柱狀體的自適應(yīng)抓緊功能，夾持開合機(jī)構(gòu)由夾持開合舵機(jī)通過夾持開合舵機(jī)舵盤驅(qū)動(dòng)蝸桿，蝸桿與安裝在蝸輪軸的蝸輪一起構(gòu)成具有自鎖能力的蝸輪蝸桿傳動(dòng)副，鋼絲繩繞線盤同樣安裝在蝸輪軸上，蝸輪帶動(dòng)蝸輪軸和鋼絲繩繞線盤轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)繞在鋼絲繩繞線盤上鋼絲繩的縮短或伸長，鋼絲繩繞在前夾持機(jī)構(gòu)和后夾持機(jī)構(gòu)的多個(gè)滑輪上并最終固接在夾持機(jī)構(gòu)第3節(jié)機(jī)架上，鋼絲繩的縮短或伸長帶動(dòng)前夾持機(jī)構(gòu)和后夾持機(jī)構(gòu)夾緊或張開。
[0012]本發(fā)明具有的技術(shù)效益與優(yōu)點(diǎn)是:機(jī)器人具有全向式運(yùn)動(dòng)能力，可通過各種角度彎管與三通、四通等管道連接處，也具備翻越閥門、法蘭盤、支架等各類管道外部障礙物的能力，軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在光滑管道上以較高的運(yùn)動(dòng)速度輪式移動(dòng)，提高檢測(cè)效率，周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人能夠繞管道360°旋轉(zhuǎn)，耦合軸向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人繞管道螺旋式前進(jìn)和后退，實(shí)現(xiàn)高效的管道全方位檢測(cè)。可通過翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和夾持機(jī)構(gòu)在相鄰管道之間自如運(yùn)行，進(jìn)一步提高工作效率。本發(fā)明通過將多個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)集中在翻轉(zhuǎn)軸線附近的設(shè)計(jì)，降低了夾持裝置重量，減少了夾持開合機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力矩，有效減低能耗，提高機(jī)器人可靠度。
【附圖說明】
[0013]圖1為多關(guān)節(jié)全向式管外機(jī)器人在管道上某時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)圖。
[0014]圖2為機(jī)器人通過三通管道過程示意圖1。
[0015]圖3為機(jī)器人通過三通管道過程示意圖2。
[0016]圖4為機(jī)器人已通過三通管道運(yùn)行狀態(tài)圖。
[0017]圖5為機(jī)器人跨越到相鄰管道過程中某時(shí)刻運(yùn)行狀態(tài)圖。
[0018]圖6為機(jī)器人前翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖7為機(jī)器人后翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖8為機(jī)器人夾持開合機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ] 圖9為機(jī)器人夾持開合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖10為機(jī)器人夾持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖11為機(jī)器人全向輪結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中:1、承載梁，2、前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，3、后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，4、軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，5、周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，6、前夾持機(jī)構(gòu)，7、后夾持機(jī)構(gòu)，8、夾持開合機(jī)構(gòu)，9、平行管道，10、小管徑管道，11、大管徑管道，12、翻轉(zhuǎn)舵機(jī)，13、翻轉(zhuǎn)舵機(jī)舵盤，14、夾持開合舵機(jī)，15、軸向驅(qū)動(dòng)舵機(jī)，16、軸向驅(qū)動(dòng)萬向節(jié)，17、全向輪，18、主機(jī)架，19、左向活動(dòng)機(jī)架，20、右向活動(dòng)機(jī)架，21、周向從動(dòng)輪支架，22、轉(zhuǎn)軸，23、周向驅(qū)動(dòng)舵機(jī)，24、軸向/周向驅(qū)動(dòng)舵機(jī)舵盤，25、周向驅(qū)動(dòng)舵機(jī)安裝板，26、周向主動(dòng)輪支架，27、夾持開合舵機(jī)舵盤，28、蝸輪軸軸承座，29、鋼絲繩繞線盤，30、蝸桿，31、蝸輪，32、蝸輪軸，33、線盤套筒，34、蝸輪套筒，35、鋼絲繩，36、滑輪，37、夾持機(jī)構(gòu)第I節(jié)機(jī)架，38、夾持機(jī)構(gòu)第2節(jié)機(jī)架，39、夾持機(jī)構(gòu)第3節(jié)機(jī)架，40、扭簧，41、軸向主動(dòng)輪輪軸，42、周向主動(dòng)輪輪軸，43、全向輪主輪，44、全向輪橡膠輪。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0026]如圖1至圖11所示的一種多關(guān)節(jié)全向式管外機(jī)器人，包含承載梁1、成對(duì)布置的多關(guān)節(jié)前夾持機(jī)構(gòu)6和多關(guān)節(jié)后夾持機(jī)構(gòu)7、成對(duì)布置的前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2和后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3、夾持開合機(jī)構(gòu)8，以及軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4和周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5。所述的承載梁I用于安裝機(jī)器人控制板和裝載不同探測(cè)設(shè)備等，可根據(jù)不同應(yīng)用環(huán)境更換不同尺寸大小，承載梁I通過翻轉(zhuǎn)舵機(jī)舵盤13分別與前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2和后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3的翻轉(zhuǎn)舵機(jī)12相連接，完成運(yùn)動(dòng)傳遞。所述的前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2、后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3通過成對(duì)布置的主機(jī)架18與成對(duì)布置的夾持開合機(jī)構(gòu)8連接，周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5通過周向驅(qū)動(dòng)舵機(jī)安裝板25和周向主動(dòng)輪支架26安裝在后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3的主機(jī)架18上。所述的軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4通過左向活動(dòng)機(jī)架19和右向活動(dòng)機(jī)架20與前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2連接；前夾持機(jī)構(gòu)6和后夾持機(jī)構(gòu)7通過成對(duì)布置的左向活動(dòng)機(jī)架19和和右向活動(dòng)機(jī)架20分別與前翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2和后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3連接；左向活動(dòng)機(jī)架19和右向活動(dòng)機(jī)架20通過轉(zhuǎn)軸22與主機(jī)架18連接。
[0027]如圖6至圖11所示，軸向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4包括軸向驅(qū)動(dòng)舵機(jī)15，軸向驅(qū)動(dòng)萬向節(jié)16，全向輪17，軸向主動(dòng)輪輪軸41。成對(duì)布置的軸向驅(qū)動(dòng)舵機(jī)15分別安裝在左向活動(dòng)機(jī)架19和右向活動(dòng)機(jī)架20上，軸向驅(qū)動(dòng)舵機(jī)15通過軸向/周向驅(qū)動(dòng)舵機(jī)舵盤24與軸向驅(qū)動(dòng)萬向節(jié)16相連，軸向驅(qū)動(dòng)萬向節(jié)16通過軸向主動(dòng)輪輪軸41與全向輪17相連接。
[0028]如圖6至圖11所示，周向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5包括周向驅(qū)動(dòng)舵機(jī)23，全向輪17，周向主動(dòng)輪輪軸42。周向驅(qū)動(dòng)舵機(jī)23通過周向驅(qū)動(dòng)舵機(jī)安裝板25安裝在后翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3的主機(jī)架18相連，周向驅(qū)動(dòng)舵機(jī)23通過軸向/周向驅(qū)動(dòng)舵機(jī)舵盤24驅(qū)動(dòng)周向主動(dòng)輪輪軸42，全向輪17安裝在周向主動(dòng)輪輪軸42上。
[0029]如圖6至圖11所示，前夾持機(jī)構(gòu)6和后夾持機(jī)構(gòu)7包括夾持機(jī)構(gòu)第I節(jié)機(jī)架37，夾持機(jī)構(gòu)第2節(jié)機(jī)架38，夾持機(jī)構(gòu)第3節(jié)機(jī)架39，全向輪17和軸向主動(dòng)輪輪軸41。夾持機(jī)構(gòu)第I節(jié)機(jī)架37、夾持機(jī)構(gòu)第2節(jié)機(jī)架38和