[发明专利]一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构

说明书

本发明公开了一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，所述管道机器人具有机器人主体和安装在所述机器人主体上的主驱动电机，包括调节机构和多个张紧机构，对于每个张紧机构而言，其各自包括轮架、驱动滚轮和缓冲装置，轮架的一端通过第一铰接件铰接在机器人主体上而另一端通过第二铰接件铰接所述缓冲装置的一端；调节机构包括驱动装置和移动组件，移动组件通过第三铰接件铰接所述缓冲装置的另一端，所述移动组件由所述驱动装置驱动做直线移动。本发明能够适应弯管环境，并在遇到障碍物时或管径一定范围内变化时，可实时调节预紧力，从而实现驱动单元的顺利运行。另外，遇到微小障碍时，可实现单个驱动滚轮预紧力的自适应微小调节。

技术领域

本发明属于特种机器人技术领域，更具体地，涉及一种管道机器人预紧机构。

背景技术

管道机器人作为特种机器人的分支之一，能够在管道所属的特定空间内工作，携带各种检测仪器或作业装置，在操作人员的遥控或自主控制下进入管内，完成诸如管道缺陷探伤、防腐涂层的检测及涂敷、管内异物的识别及清除、管内加工等任务。管道机器人作为一种有效地探测、维护设备，改变了传统的管线人工维护的单一手段，极大地提高了检测的准确性和效率。随着石油、化工及军事装备的迅速发展，各领域所铺设的管道长度将急剧增加，管道机器人的应用场合将越来越广泛。

经过多年的研究和发展，国内外在管道机器人领域取得了较多的技术成果，研制了一系列不同驱动形式的管道机器人产品或样机。管道机器人按运动方式一般可将其分为介质压差、轮式、螺旋驱动式、履带式、蛇行式、蠕动式、多足爬行式等。其中轮式运动方式具有结构简单、速度稳定、易于定位等诸多优点，被广泛应用于大中型油气输送管道的非在役检测和探伤等作业中，但其过弯运动干涉问题还未能得到根本的解决。当轮式管道机器人通过弯管时，由于各驱动滚轮走过的实际弧长不同，相应地要求各驱动滚轮的速度也不同，如果轮式管道机器人不具有差动功能，某些驱动滚轮成为事实上的制动轮产生运动干涉，从而降低了机器人的有效拖动力和加剧传动部件的磨损，且机器人需要克服由于环境约束而产生的额外功率消耗，甚至机器人无法通过这些管道的现象。相对的，多电动机驱动方式优点是结构简单、设计方便，但其缺点是实时性和柔顺性还不够理想，控制系统复杂，且需要对管道环境的参数进行预知，如弯管的曲率半径、弯头角度等，一旦管道参数改变，机器人则无法顺利实现对驱动滚轮转速的调节。同时，管道中还存在大量的如凸起、凹陷等多种非圆形状的不规则管道及存在管径发生变化的情况，均要求管道机器人驱动单元能够实时的进行驱动滚轮转速的差动调节，同时要求驱动滚轮能够适应管道的变化，并保证驱动滚轮和管壁之间具有一定压力，以便产生足够的拖动能力。单纯依靠驱动单元自身重量产生的施加在管道内壁上的压力远远不能满足设计要求。为此需要设置预紧机构为驱动滚轮产生足够的压力并满足驱动滚轮能够自适应管道参数的变化。

目前，轮式管道机器人的预紧机构内置弹簧及弹性杆的弹性机构来调节驱动滚轮施加在管道内壁上的压力，但这种弹性机构在管道口径变化时，无法做到驱动滚轮正压力大范围调节，管道适应性不强；一种曲柄滑块式的预紧调节机构，这种调节机构在遇到微小障碍时，无法做到单个驱动滚轮预紧力的微小调节，会出现因某个驱动滚轮预紧力微小调节后，带动另外两个驱动滚轮预紧力一起调节，从而驱动滚轮打滑、空转，导致驱动力不足。一种曲柄滑块和平行四杆机构复合的预紧调节机构，这种机构同样无法做到单个驱动滚轮的微小调节，且在弯管内行走时，平行四杆机构上的前后驱动滚轮会管道实际弧长的不同产生相对滑移，从而在平行四杆机构上出现内应力，甚至导致旋转副变形失效。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，其能够适应弯管环境，并在遇到障碍物时或管径一定范围内变化时，可实时调节预紧力，从而实现驱动单元的顺利运行。另外，遇到微小障碍时，可实现单个驱动滚轮预紧力的自适应微小调节。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种压力自适应调节的管道机器人预紧机构，所述管道机器人具有机器人主体和安装在所述机器人主体上的主驱动电机，其特征在于，包括调节机构和多个张紧机构，其中：