一种可转弯的软轴管道机器人的制作方法

1.本实用新型涉及一种可转弯的软轴管道机器人。


背景技术：

2.管道机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统，常规的管道机器人通常采用轮式驱动，而工程应用中的管道一般不是光滑笔直的，硬管存在弯头连接，而软管则本身是弯曲使用的，为了使管道机器人具备工程应用能力，管道机器人需要有一定的越障能力，所以，可以通过弯管的机械结构和过弯性能一直是国内外研制的重点。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种可转弯的软轴管道机器人，可以实现机器人在细小管道中的自由转弯行走的功能。
4.一种可转弯的软轴管道机器人，包括位于尾部的电机减速机驱动机构、位于头部的螺旋爬升牵引机构以及连接螺旋爬升牵引机构和电机减速机驱动机构的万向连杆机构；所述电机减速机驱动机构用于提供驱动力，所述万向连杆机构用于传输驱动力，旋转运动变向后产生扭转力并传输给螺旋爬升牵引机构，所述螺旋爬升牵引机构用于在万向连杆机构传递的扭转力作用下实现软轴管道机器人在管道中的前进后退功能。
5.进一步的，所述电机减速机驱动机构包括电机、与电机连接的减速机。
6.进一步的，所述电机外安装电机外密封壳，所述减速机外安装减速机外密封壳，电机外密封壳与减速机外密封壳接口处周向均布若干第一滚珠。
7.进一步的，所述机外密封壳与减速机外密封壳接口处开滚珠孔，通过对夹的方式安装所述第一滚珠。
8.进一步的，所述万向连杆机构包括万向软轴、套设于万向软轴外部的橡皮衬套，所述减速机通过联轴衬套和滚珠轴承与万向软轴连接，万向软轴与滚珠轴承的轴承内圈过盈配合，联轴衬套与滚珠轴承的轴承外圈压紧在一起，联轴衬套与弹簧外套固定。
9.进一步的，所述弹簧外套外装配橡皮衬套，橡皮衬套中镶嵌第二滚珠。
10.进一步的，所述第二滚珠采用外力压入或两瓣橡皮衬套对粘的方式置入橡皮衬套中。
11.进一步的，所述螺旋爬升牵引机构包括行走轮、连杆、支架、弹簧压紧轴、弹簧，支架与连杆的顶端连接，支架上安装弹簧压紧轴，弹簧压紧轴与行走轮连接，若干行走轮呈周向分布，且分别在弹簧的作用下与管道的管壁紧密接触。
12.进一步的，所述支架上安装弹簧压紧轴的位置开柱形槽，弹簧的轴线上安装导向柱，导向柱与柱形槽配合可使弹簧径向压缩。
13.进一步的，所述行走轮材质选择为橡皮，行走轮上刻v字型防滑纹。
14.本实用新型利用电机减速机驱动机构中的微型电机作为驱动元件，通过万向连杆
机构中的万向软轴作为力传输连杆，使电机的旋转运动可以通过软轴变向后传输给头部的螺旋爬升牵引机构，螺旋爬升牵引机构上设计了可轮螺旋爬升的轮式行走机构，将周向旋转运动分解为周向旋转和轴向行走两种运动形式，实现了机器人在细小管道中的自由转弯功能。
附图说明
15.图1是本实用新型可转弯的软轴管道机器人的结构示意图；
16.图2是本实用新型中机器人头部驱动装置的结构示意图。
17.图中：1
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螺旋爬升牵引机构、2
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橡皮衬套、3
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第二滚珠、4
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万向软轴、5
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弹簧外套、6
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滚珠轴承、7
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联轴衬套、8
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减速机外密封壳、9
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减速机、10
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第一滚珠、11
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电机、12
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电机外密封壳、13
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管道、14
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行走轮、15
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连杆、16
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支架、17
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弹簧压紧轴。
具体实施方式
18.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
19.本实用新型可转弯的软轴管道机器人为一种旋进式机械机构，采用微型电机驱动的方式，实现软轴管道机器人前进、后退和在任意位置启停的功能。
20.如图1所示，本实用新型可转弯的软轴管道机器人其中一个实施例，包括位于尾部的电机减速机驱动机构、位于头部的螺旋爬升牵引机构以及连接螺旋爬升牵引机构和电机减速机驱动机构的万向连杆机构。
21.所述电机减速机驱动机构包括减速机9、电机11，所述电机11位于所设计的软轴管道机器人的尾部，电机11通过电线连接通电，电机11外安装电机外密封壳12，电机11头部装配有与电机11连接的减速机9，用来增大输出转矩，减速机9外安装减速机外密封壳8，两密封壳接口处开滚珠孔，通过对夹的方式周向均布三个以上第一滚珠10，防止尾部过弯时电机11或减速机9与管壁发生滑动摩擦。电机外密封壳12和减速机外密封壳8可以采用3d打印机进行打印，推荐材质为pla，因为pla材质具有质量轻，容易粘接，绝缘性能好等特点，非常适合软轴管道机器人的轻便化设计。
22.所述万向连杆机构包括万向软轴4、橡皮衬套2、弹簧外套5，万向软轴4外套设弹簧外套5，弹簧外套5外装配橡皮衬套2。
23.所述减速机9通过联轴衬套7和滚珠轴承6与万向软轴4连接，其中万向软轴4与滚珠轴承6的轴承内圈过盈配合，联轴衬套7与滚珠轴承6的轴承外圈压紧在一起，而联轴衬套7与弹簧外套5焊接固定，故弹簧外套5可以同万向软轴4一起自由弯曲，同时万向软轴4可以周向旋转，但弹簧外套5周向固定。当电机11带动减速机9输出轴旋转时，如果是直管，弹簧外套5为自由状态，无弯曲力影响，当软轴管道机器人行走进入弯管后，弹簧外套5开始弯曲并产生与弯曲方向相反的回弹力，随着机器人头部再次进入直管，回弹力的作用使机器人恢复到直行状态，根据管道13的不同管径和最大弯曲半径可以计算出能实现转弯的万向软
轴4的最小长度。
24.万向软轴4长度越长，在转弯处越容易出现万向软轴4外壁与管道13内壁发生滑动摩擦，而且机器人工作效率也越低，为了减少弹簧外套5与管道13发生滑动摩擦的情况，本实施例在弹簧外套5上装配有橡皮衬套2，橡皮衬套2中镶嵌第二滚珠3。由于橡皮有一定的可塑性和弹性，口径略小于弹簧外套5外径的橡皮衬套2利用外力即可轻松安装到万向软轴4中间长度位置，而第二滚珠3也一样可以利用外力压入橡皮衬套2中，同时，该塑性和弹性也不会对软轴管道机器人的弯曲带来太大阻碍。考虑到橡皮衬套2上不容易开球型孔，可用两瓣橡皮衬套对粘的方式夹入第二滚珠3，另外，橡皮衬套2两端内壁处有一定的弧度倒角，进一步减少橡皮衬套2对软轴管道机器人弯曲时的阻碍，当万向软轴4长度较长时，需要设计更多的橡皮衬套2。
25.如图2所示，所述螺旋爬升牵引机构1包括行走轮14、连杆15、支架16、弹簧压紧轴17，连杆15竖直设于管道13中，支架16与连杆15的顶端连接，支架16还与弹簧压紧轴17连接，弹簧压紧轴17的内轴与行走轮14的轮杆连接。万向软轴4与位于管道机器人头部的螺旋爬升牵引机构1连接，装配方式可参考万向软轴4和减速机9的配合，连杆15的底端通过螺纹与联轴衬套连接，联轴衬套与万向软轴4连接。为了实现螺旋爬升牵引机构1沿管道13内壁螺旋运动，且不发生打滑现象，按周向分布的三组行走轮14分别在弹簧压紧轴17上弹簧的作用下与管道13的管壁紧密接触，并保持一定的压力。支架16上安装弹簧压紧轴17的位置开柱形槽，弹簧的轴线上安装导向柱，导向柱与柱形槽配合可使弹簧径向压缩，并防止弹簧弯曲。行走轮14材质选择为橡皮，轮上刻v字型防滑纹，使行走轮14与管道13内壁间具有较大摩擦力，在运行过程中行走轮应具有变形小、抗磨损的特性，行走轮14的轮轴线与管道13轴线存在一定的夹角β，称为旋进爬升角，该角度越大，则行走轮14沿轴向驱动力越小，轴向上升速度越快，反之，该角度越小，则沿轴向驱动力越大，轴向上升速度越慢，因此，有必要对软轴管道机器人进行不同工况环境下的静力学及运动学分析，求解行走轮最优螺旋爬升角并有针对性地设计。螺旋爬升牵引机构1在万向软轴4传递过来的扭转力的作用下产生绕管道13轴线的旋转运动，牵引轮14与管壁摩擦力会产生沿管道13轴向和径向两个方向上的分力，径向上的分力使头部整体产生螺旋运动，轴向上的分力使头部整体轴向前进后退。
26.本实用新型公开了一种可转弯的软轴管道机器人，利用微型电机作为驱动元件，通过万向软轴作为力传输连杆，使电机的旋转运动可以通过软轴变向后传输给头部的螺旋爬升牵引机构，螺旋爬升牵引机构上设计了螺旋爬升的轮式行走机构，将周向旋转运动分解为周向旋转和轴向行走两种运动形式，实现了机器人在细小管道中的自由转弯行走的功能。
27.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。