[发明专利]一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置

说明书

本发明属于特种机器人技术领域，具体涉及一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置。本发明中，中间部位安装有第一驱动电机和第二驱动电机，中间部位的外围均匀安装有三个伸展式的支撑臂结构，每一个支撑臂均为一个二连杆结构，末端设有一对滚轮。本发明能够针对核电、石油、化工、天然气等领域中较大管道内径和内径大小变化的管道清洗作业，基于3个周向分布的伸展式支撑臂的支撑臂同步驱动装置，能够适应较大范围变化的管道内径。该同步驱动装置可以保证3条支撑臂的伸展度和末端滚轮的同步运动，便于清洗作业过程中机器人的平稳向前推进运动。

技术领域

本发明属于特种机器人技术领域，具体涉及一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置。

背景技术

管道作为一种常用的物料运输手段，在核电、天然气，以及一般的工业设备中应用广泛。为提高管道的输送效率和管道的使用寿命，需要定期对管道进行清洗和检修维护。传统的管道机器人大多针对检修应用，采用轮式、履带式或蠕动式。对于管道内壁的清洗作业，由于机器人的作业臂与管道内壁会产生较大的作用力，因此，传统的轮式、履带式或蠕动式结构均不适合。设计一种可以将机器人撑起，并固定于管道内的结构，是管道清洗机器人的设计难点，尤其是针对管道内径过大，且内径大小变化的场合。

如图1所示，文献1“一种管道清洗机器人”(实用新型专利，专利号201521050488.5)提出了一种管道清洗机器人，包括行走机构、信号采集装置；行走机构与撑开杆组相连，撑开杆组与装灰箱体相连；信号采集装置设置于装灰箱体上，卸料门设置于装灰箱体的后部。该机器人可进行采样、检测、清洗等动作，通过设置的撑开杆组能适应管径为700-1000mm。该机器人由于只采用单个平行四边形结构，因此其展开范围相对较小，适应的管径变化范围和最大管径均有限；管道机器人的撑开驱动设置在箱体内部，撑开杆组的末端是行走机构，次用履带形式，驱动内置的方案使得行走机构本身相对体积较大，且履带只能平行于管道的轴线，难以适应管径大小的过渡阶段等工况。

如图2所示，文献2“管道清洗机器人”(发明专利，专利号201510484405.1)提出了一种管道清洗机器人。包括装置主体、驱动模块、链节架、压力驱动部分，以及清洗模块。压力驱动部分的一侧连接在所述链节架部位，且调节所述链节架的展开角度，并提供将所述驱动模块紧贴到管道的驱动力。驱动模块同样采用履带式，内置动力驱动源，控制履带的转动，从而带动机器人沿管道内壁的运动。其不足之处在于履带只能平行于管道的轴线，难以适应管径大小的过渡阶段等工况，且驱动位置过多，结构复杂，不利于机器人的轻量化设计；且当管道内有液体时，机器人的驱动过多置于机器人本体外部，防水密封性难以保证。

发明内容

本发明解决的技术问题：本发明提供一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置，能够针对核电、石油、化工、天然气等领域中较大管道内径和内径大小变化的管道清洗作业，基于3个周向分布的伸展式支撑臂的支撑臂同步驱动装置，能够适应较大范围变化的管道内径。该同步驱动装置可以保证3条支撑臂的伸展度和末端滚轮的同步运动，便于清洗作业过程中机器人的平稳向前推进运动。

本发明采用的技术方案：

一种具有自适应功能的管道机器人支撑臂同步驱动装置，中间部位安装有第一驱动电机和第二驱动电机，中间部位的外围均匀安装有三个伸展式的支撑臂结构，每一个支撑臂均为一个二连杆结构，末端设有一对滚轮，同步带，其主动轮和对应的支撑臂第一关节的轴线重合，但与支撑臂第一关节的转动相互独立；同步带的动力输出轮同时又是同步带的主动轮，输出轮的转动同样和支撑臂第二关节的转动相互独立，支撑臂第一关节和第二关节的转动对同步带的传动不会造成干扰，支撑臂末端滚轮的运动完全受控于相应的第二驱动电机。

所述第一驱动电机位于安装基座左端圆盘的内侧，第一驱动电机的输出轴穿过圆盘的中心，通过键与齿轮连接；齿轮同时与均为布置在齿轮外围的三个驱动齿轮，驱动齿轮与位于安装基座内部的滚珠丝杠连接。第一驱动电机驱动齿轮转动，同时带动驱动齿轮和滚珠丝杠，从而能够驱动支撑臂的伸展/收回运动。