一种便携式钢管修磨牵引机器人

本发明涉及钢管内壁修磨设备，尤其涉及一种便携式钢管修磨牵引机器人。

背景技术：

1、钢管在生产与服役过程中内表面会会产生缺陷，影响出厂质量与服役性能。比如，钢管生产过程中内表面会产生裂纹，麻坑等缺陷，由于钢管属于细长构件，其长度大、直径小，对其内壁进行打磨时难度较大。传统的打磨方式是在细长轴的端部安装打磨头，再将打磨头伸入管道内部进行修复。针对细长的钢管，该种方式修复难度大，精度低，难以保障修磨效果，导致钢管合格率低。

2、另外，针对服役中的钢管也可能需要对其进行修磨，如钢管使用一段时间后，其内壁表面精度（如粗糙度、圆度）降低，会直接影响射击精度，因此钢管需要定期修磨维护。目前主要的修磨方式是将钢管拆卸返厂，利用专用设备进行维修。该种修磨方式效率低、成本高，无法满足及时性要求。

3、因此，针对现有钢管修磨方法效率低，精度低，成本高等问题，本发明提供一种便携式钢管修磨牵引机器人。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种便携式钢管修磨牵引机器人，解决了现有的钢管修磨方式效率低、成本高的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种便携式钢管修磨牵引机器人，包括前端传感器组件、传动与变径组件、推杆驱动组件、修磨组件和主杆；主杆上设置有推杆驱动组件和传动与变径组件；前端传感器组件安装在传动与变径组件的前端，用于采集钢管内全维度数据；主杆的尾端牵引修磨组件；

4、传动与变径组件包括两块固定板，两块固定板通过滑动轴承滑动设置在主杆上，两块固定板之间通过两根联动杆连接；推杆驱动组件的输出端连接固定板；主杆沿径向的两侧分布有两组履带式行走机构，履带式行走机构的两端分别通过两组铰接支链与两块固定板活动连接；主杆上固定有工字型定位板，两组履带式行走机构分别定位在工字型定位板的两个工字槽内；履带式行走机构侧面设置有定位滑块，定位滑块滑动设置在工字型定位板侧面的条形槽内。

5、在本方案中，对钢管进行修磨时将传动与变径组件和推杆驱动组件支撑在钢管内部，推杆驱动组件带动固定板沿着主杆移动，由于定位滑块在条形槽内滑动的限制，履带式行走机构只能沿着垂直于主杆轴向的方向运动；所以推杆驱动组件带动固定板移动的同时，固定板能通过铰接支链驱动两组履带式行走机构向主杆两侧伸展，使得两组履带式行走机构稳固的支撑在钢管内壁；支撑后履带式行走机构沿着钢管爬行，同时牵引修磨组件在钢管内部移动，对钢管内壁进行自动化修磨，修磨效率高、精度高，且无需拆卸返厂，成本低廉，适用于细长钢管内表面的及时修磨场景。

6、进一步地，履带式行走机构包括两块安装板，两块安装板的两端均设置有铰接轴，铰接支链转动连接在铰接轴上：两块安装板之间转动连接有两个大带轮，两个大带轮的外围缠绕有行走履带；两块安装板中间还安装有驱动机构，驱动机构与其中一个大带轮传动连接。

7、在本方案中，驱动机构带动大带轮和行走履带旋转，行走履带旋转中通过与钢管内壁的摩擦力驱动整个机器人在钢管内部爬行，实现机器人在钢管内的平稳前进、后退，适用于细长管道的工作场景。

8、进一步地，驱动机构包括电机，电机的端部设置有电机端头定位板，电机通过电机端头定位板固定在两块安装板之间；电机的输出轴通过锥形齿轮组与第一减速轴传动连接；第一减速轴上的第一减速齿轮与第二减速轴上的第二减速齿轮啮合传动，第二减速齿轮与大带轮上的从动齿轮啮合传动。

9、在本方案中，电机通过锥形齿轮组带动第一减速轴旋转，第一减速轴通过第一减速齿轮与第二减速齿轮的啮合作用带动第二减速轴旋转，第二减速轴再通过第二减速齿轮与从动齿轮的啮合作用带动大带轮旋转；该设计通过多级齿轮传动机构完成动力的高效传递，同时降低转速，提升扭矩。

10、进一步地，推杆驱动组件包括两根电推杆，两根电推杆的固定端固定连接在主杆上；两根电推杆的伸缩端连接有推杆连接板，推杆连接板通过滑动轴承滑动设置在主杆上；推杆连接板和固定板之间设置有变径调节弹簧，变径调节弹簧套设在主杆上。

11、在本方案中，电推杆的伸缩作用驱动推杆连接板沿着主杆移动，推杆连接板通过变径调节弹簧驱动传动与变径组件的两个固定板沿主杆移动，进而通过铰接支链驱动两组履带式行走机构向主杆两侧支撑；变径调节弹簧的设计，当机器人遇到钢管内壁可能存在的凹坑或冲击时，推杆连接板和固定板之间为弹性连接，变径调节弹簧可以通过压缩或伸长提供小范围的自适应调整，而不影响电推杆的伸缩长度，减少对电推杆的刚性冲击，能够有效适配钢管内膛的膛线螺旋结构与复杂表面。

12、进一步地，推杆驱动组件还包括两组支撑轮，两组支撑轮分别固定在沿主杆径向的两侧，且两组支撑轮的连线与两根电推杆的连线垂直。

13、在本方案中，主杆的两侧设置两组支撑轮，确保推杆驱动组件处于钢管的轴心位置，保证整个机器人在钢管内的定心效果。

14、进一步地，修磨组件包括柱形研磨体，柱形研磨体固定在主杆的端部；柱形研磨体上分布有若干个研磨刷；柱形研磨体的中部开设有矩形凹槽，凹槽内部设置有弹性支撑结构。

15、进一步地，弹性支撑结构包括支撑柱，支撑柱固定在柱形研磨体表面的矩形凹槽内；支撑柱上活动连接第一支臂的一端，第一支臂的另一端活动连接有滚轮；滚轮还通过第二支臂活动连接缓冲块，缓冲块通过支撑弹簧连接矩形凹槽的内壁。

16、在本方案中，当滚轮遇到钢管内壁的凸起时，滚轮向靠近柱形研磨体的一侧调节，缓冲块挤压支撑弹簧，实现缓冲；当滚轮遇到钢管内壁的凹陷时，滚轮向远离柱形研磨体的方向调节，支撑弹簧伸长，在弹力作用下确保滚轮抵接钢管内壁，实现良好的支撑。

17、进一步地，传动与变径组件设有两节，两节传动与变径组件之间通过拼接组件连接，连接后两节传动与变径组件中两组履带式行走机构的连线相互垂直；

18、前端传感器组件安装在第一节传动与变径组件前端的固定板上，推杆驱动组件的输出端连接在第二节传动与变径组件尾端的固定板上。

19、在本方案中，两节传动与变径组件垂直设置，保证能在钢管内部形成稳定的支撑，同时提供足够的抓力，牵引修磨组件沿着钢管内部移动，实现机器人在钢管内的平稳前进、后退，解决了传统移动结构在钢管内易打滑、卡顿的问题。

20、进一步地，拼接组件包括拼接法兰，拼接法兰固定在第二节传动与变径组件首端的固定板上；第一节传动与变径组件尾端端的固定板通过两根传动杆与拼接法兰连接。

21、本发明的有益效果是：

22、本发明提供的便携式钢管修磨牵引机器人，对钢管进行修磨时将机器人放置在钢管内部，推杆驱动组件控制传动与变径组件在钢管内部形成支撑，传动与变径组件提供驱动力驱动机器人行走，同时牵引修磨组件在钢管内部移动，对钢管内壁进行自动化修磨。

23、前端传感器组件实时采集钢管膛线轮廓、管径尺寸及研磨工况数据。传动与变径组件作为核心调节单元，在推杆驱动组件的带动下，固定板能通过铰接支链驱动两组履带式行走机构向主杆两侧伸展，使得两组履带式行走机构稳固的支撑在钢管内壁；增设变径调节弹簧，变径调节弹簧可以通过压缩或伸长提供小范围的自适应调整，而不影响电推杆的伸缩长度，减少对电推杆的刚性冲击，能够有效适配钢管内膛的膛线螺旋结构与复杂表面，实现机器人在钢管内的平稳前进、后退。推杆驱动组件上设置有支撑轮，能提供稳定的轴向支撑，削弱研磨作业产生的反作用力，确保推杆驱动组件处于钢管的轴心位置，保证整个机器人在钢管内的定心效果。

24、解决了传统钢管内壁研磨效率低、精度低，成本高的问题，大幅提升了钢管膛线研磨的精度与作业效率，降低了人工操作强度与安全风险；具有自适应预紧功能，因此具备显著的应用价值与工程推广前景。