[发明专利]一种轮式管道机器人牵引装置

说明书

技术领域

本发明属于管道机器人领域，尤其是涉及一种轮式管道机器人牵引装置。

背景技术

管道作为一种输送材料的有效手段，在工业、核设施、石油、天然气和军事装备等领域被广泛使用。为了延长管道的寿命，防止泄漏等事故的发生，必须定期对管道进行有效地检测、清理和维护。但受管道所处环境所限，上述工作很难人为进行，为了满足上述要求，管道机器人应运而生。管道机器人牵引装置是管道机器人的重要组成部分，主要为管道机器人提供动力，可搭载或连接检测、清理等装置并为其提供牵引力，满足管道机器人整体在管道内的运动要求。

现阶段常见的轮式管道机器人牵引装置均采用多电机独立驱动，各驱动电机的速度由伺服控制器根据机载传感器所获取的牵引装置作业信息通过一系列算法给出，但由于准确获取上述信息较为困难，且控制算法复杂实时性差，因此在遇到不规则管壁或转弯时，运动干涉问题依然存在，从而产生功率消耗增加，有效牵引力下降、驱动装置磨损加剧等问题，严重影响牵引装置的工作效率和使用寿命。现阶段，极少数管道机器人牵引装置采用差速驱动解决上述问题，但均为三轴差速，其驱动电机需安装在对称结构外，占据额外空间，且由于三轴差速只能实现轴与轴之间的差速，每根轴两端运动状态相同，若采用前后两端驱动，当牵引装置处于转弯的过渡状态，即前端轮已经进弯处于差速状态，后端轮仍在直管处于非差速状态，或前轮已经出弯处于非差速状态，后轮仍在弯管处于差速状态，则两端相同的运动状态导致寄生功率和运动干涉产生，上述问题依然存在；若采用一端驱动，一端从动，则不能有效控制从动端的位姿，大幅度降低牵引装置运动稳定性，同时牵引装置的有效驱动力较低，越障能力差。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种轮式管道机器人牵引装置，该装置可以实现单电机输入四轴输出，具备较好的越障、转弯和管径适应能力，并且具有驱动效率高、寿命长、适应性强，适用范围广的特点。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种轮式管道机器人牵引装置，包括壳体和四轴差速驱动装置，所述四轴差速驱动装置包括安装在所述壳体内的分动器、差速器Ⅰ、差速器Ⅱ和驱动电机，所述驱动电机固定在所述壳体内，在所述驱动电机的输出轴上安装有动力输出齿轮；所述分动器设有前分动轴和后分动轴，在所述后分动轴上设有与所述动力输出齿轮啮合的分动输入齿轮和分动输出齿轮Ⅱ，所述分动输入齿轮转动连接在所述后分动轴上，所述分动输出齿轮Ⅱ固定安装在所述后分动轴上，在所述前分动轴上固装有分动输出齿轮Ⅰ；所述差速器Ⅰ和所述差速器Ⅱ均包括前差速轴和后差速轴，差速器Ⅰ的前差速轴的轴线、差速器Ⅰ的后差速轴的轴线、差速器Ⅱ的前差速轴的轴线和差速器Ⅱ的后差速轴的轴线位于同一平面内，差速器Ⅰ的前差速轴的输出端与差速器Ⅰ的后差速轴的输出端对称布置，差速器Ⅱ的前差速轴的输出端与差速器Ⅱ的后差速轴的输出端对称布置；在所述差速器Ⅰ的前差速轴上设有与其转动连接的差速器Ⅰ的输入齿轮，所述差速器Ⅰ的输入齿轮与所述分动输出齿轮Ⅰ啮合，在所述差速器Ⅱ的后差速轴上设有与其转动连接的差速器Ⅱ的输入齿轮，所述差速器Ⅱ的输入齿轮与所述分动输出齿轮Ⅱ啮合；在所述差速器Ⅰ的前差速轴的输出端、在所述差速器Ⅰ的后差速轴的输出端、在所述差速器Ⅱ的前差速轴的输出端以及在所述差速器Ⅱ的后差速轴的输出端各连接有一动力输出锥齿轮，所述动力输出锥齿轮驱动一驱动轮传动机构；所述驱动轮传动机构包括与所述动力输出锥齿轮啮合的传动输入锥齿轮，所述传动输入锥齿轮固装在传动轴Ⅰ上，在所述传动轴Ⅰ上固装有传动齿轮Ⅰ，所述传动齿轮Ⅰ、惰轮和传动齿轮Ⅱ依次啮合，所述惰轮可转动地安装在惰轮轴上，所述传动齿轮Ⅱ固装在传动轴Ⅱ上，在所述传动轴Ⅱ上设有与其转动连接的行星轮系壳体，在所述行星轮系壳体内设有一个太阳轮和与其啮合的两个行星轮，两个所述行星轮分别固装在两根驱动轮轴上，所述太阳轮固装在所述传动轴Ⅱ上，两根所述驱动轮轴一根设置在所述传动轴Ⅱ的前下方，另一根设置在所述传动轴Ⅱ的后下方，三者相互平行，在所述驱动轮轴上固装有与管道内壁滚动摩擦连接的驱动轮，所述驱动轮凸出在所述壳体之外，所述传动轴Ⅰ和所述传动轴Ⅱ由所述壳体支承，所述惰轮轴固定在所述壳体上，所述传动轴Ⅰ、所述惰轮轴和所述传动轴Ⅱ从内至外依次排列，两根所述驱动轮轴由所述行星轮系壳体支承；两个分别与所述差速器Ⅰ的前差速轴和所述差速器Ⅱ的前差速轴对应的所述驱动轮传动机构的中心轴线位于一个径向剖面内，两个分别与所述差速器Ⅰ的后差速轴和所述差速器Ⅱ的后差速轴对应的所述驱动轮传动机构的中心轴线位于另一个径向剖面内；在中心轴线位于同一个径向剖面内的两个所述驱动轮传动机构的中间上方设有一管径适应机构，所述管径适应机构包括居中设置的轮架，所述轮架由固定轴支承，所述固定轴的轴线与对应的两个所述驱动轮传动机构的中心轴线位于同一径向剖面内，所述固定轴穿装在所述轮架的中部，所述轮架可转动地安装在所述固定轴上，在所述轮架的上部安装有两个前后对称布置的从动滚轮，所述轮架的斜下部与分别位于其左右两侧的两个摇臂的上端铰接，两个所述摇臂的下端与丝母架铰接，在所述丝母架上固接有丝母，所述丝母装配在沿前后方向设置的丝杆上，所述丝杆由所述壳体支承并由丝杆电机驱动，所述丝杆电机固定在所述壳体上。