一種可適應(yīng)不同管徑變化的履帶輪式管道清潔機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種工業(yè)領(lǐng)域使用管道內(nèi)機器人，尤其是涉及一種可適應(yīng)不同管徑變化的履帶輪式管道清潔機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]管道如電站管道，輸油管道，天然氣、煤氣等輸氣管道，輸、排水管道，樓宇中央空調(diào)管道等，經(jīng)過長期應(yīng)用，管道內(nèi)壁不再像新鋪設(shè)的管道一樣光滑和形狀規(guī)則，會出現(xiàn)不同程度的結(jié)垢和雜質(zhì)的粘附，從而造成管道內(nèi)壁的凹凸不平。如輸水管道內(nèi)壁會產(chǎn)生水垢、銹斑等形式多樣的沉淀物，輸油管道出現(xiàn)內(nèi)徑堵塞，這樣大大增加流體輸送過程中的阻力，使得管道的輸送能力大為降低，而且還會對管道材料造成腐蝕和傷害，嚴(yán)重時會使管道破裂，造成運輸流體的外泄，甚至爆裂的危險情況。因此從經(jīng)濟角度和安全角度考慮，需要研發(fā)管道機器人解決以上狀況。
[0003]管道機器人作為一種高智能、高自動化的管內(nèi)爬行設(shè)備因需要逐步發(fā)展起來，這種新型的設(shè)備在管道作業(yè)中起著運載各種作業(yè)工具的作用。管道機器人是一種可沿管道內(nèi)行走的機械裝置，能進入人所不及、復(fù)雜多變的非結(jié)構(gòu)管道環(huán)境中，通過攜帶一種或多種傳感器及操作裝置如超聲傳感器、渦流傳感器、管道清理裝置、管道裂紋及管道接口焊接裝置、防腐噴涂裝置等，在遠程控制下完成管道檢測、清理和焊接等作業(yè)，以保障管道安全和暢通無阻地工作。目前工業(yè)領(lǐng)域使用的管道內(nèi)機器人多種多樣，按功能不同大致可分為:管道清潔機器人、管道檢測機器人和管道補口機器人。
[0004]大部分管道機器人還只能在特定管徑的管道運行，而實際工況是管道機器人需要爬行的管徑不是單一不變的。比如，第一次需要清洗的管道為400mm，第二次清洗的管道為500mm或者600mm。由于長期使用的管道會出現(xiàn)凹凸，因此需在不同的管徑的管道中收縮和張開行走機構(gòu)，使得管道機器人能夠在不同的管徑中行走，遇到障礙時能夠順利通過。為使管內(nèi)機器人欲在管內(nèi)平穩(wěn)、可靠的啟停、行走，行走機構(gòu)需要以適當(dāng)?shù)恼龎毫壕o在管壁上，為管道機器人的爬行提供足夠的摩擦力；當(dāng)管徑變化時，行走機構(gòu)與管壁之間的壓緊力保持穩(wěn)定。為實現(xiàn)適應(yīng)管徑變化的功能，主要采用彈簧封閉力機構(gòu)，當(dāng)管徑變化范圍較大時，易失去常封閉力的特性，管道機器人的牽引力將不再穩(wěn)定，機器人的工作可靠性將受到很大的限制；目前所研制的管道機器人基本上還是實驗樣機，負載低，越障能力差，只能從事管道除塵、檢測等負載能力較低的單一作業(yè)。
[0005]目前對管道清潔機器人的研究較多，如申請?zhí)枮镃N201320854277.1的中國實用新型專利，公告日為2014-07-30，記載了一種由主機、吸附機構(gòu)和導(dǎo)管組成的復(fù)合履帶管道機器人裝置，主機通過傳動軸帶動兩側(cè)的復(fù)合履帶機構(gòu)，同時主機上的吸附機構(gòu)與導(dǎo)管接口連通，保證其吸附于管壁，無需借助吸盤產(chǎn)生負壓，僅通過履帶上強力磁鐵的磁力作用，即可實現(xiàn)行進作業(yè)。但是該機器人不能適應(yīng)管徑變化，負載能力和越障能力不強，不能有效吸附對于垂直或者傾斜角度較大的非磁性材料。再如申請?zhí)枮镃N105135151A的中國發(fā)明專利，公告日為2015-12-09，記載了一種由螺旋機構(gòu)、搖桿滑塊機構(gòu)、平行四邊形機構(gòu)組成的具有主動適應(yīng)和自適應(yīng)功能的履帶式管道機器人，能夠主動適應(yīng)不同管道直徑的變化并保持履帶與管道內(nèi)壁之間有一定的壓力，可越過管道表面凹凸不平的局部障礙，但是該機器人外形過長，彎道通過性較差，且采用搖桿滑塊機構(gòu)、平行四邊形機構(gòu)實現(xiàn)適應(yīng)管徑變化，機構(gòu)在調(diào)整過程中容易出現(xiàn)運動死點，即卡死現(xiàn)象，在管道中較難處理，且機器人的負載能力不強，無法攜帶更多的檢測或清洗裝置等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決【背景技術(shù)】中提到的諸多問題，本發(fā)明專利提供一種可適應(yīng)不同管徑變化，負載能力強，越障能力強，可適應(yīng)管道的彎道和任意坡度的履帶輪式管道清潔機器人。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明專利為一種可清潔帶有不規(guī)則轉(zhuǎn)角和任意坡度范圍的管道的履帶輪式機器人。包括:履帶輪行走機構(gòu)為4個履帶輪，均由中心齒輪、3個均布二級齒輪、3個三級齒輪和履帶對應(yīng)嚙合而成，帶動整個機器人行走;管徑自適應(yīng)調(diào)節(jié)機構(gòu)，可伸縮的電動推桿控制機架與履帶輪之間的角度可變，以適應(yīng)不同管徑變化;清潔裝置，兩側(cè)臂架配合彈簧伸縮桿，起到清潔時避免管壁微小障礙的作用;紅外檢測裝置，安裝在適當(dāng)?shù)母叨龋l(fā)出不同的控制信號，控制機器人行走、越障和轉(zhuǎn)向。
[0008]所述履帶輪行走機構(gòu)，主動力由4個步進電機提供，步進電機驅(qū)動中心齒輪運動，中心齒輪與3個均布二級齒輪嚙合，3個二級齒輪又分別與3個三級齒輪嚙合，構(gòu)成二級減速增力傳動，三級齒輪與履帶輪嚙合，帶動履帶輪行走。齒輪通過轉(zhuǎn)軸固定在可繞中心軸轉(zhuǎn)動的連板上，連板間有調(diào)節(jié)彈簧連接，使得與履帶嚙合的三級齒輪有微小活動空間，保證存在加工誤差的前提下齒輪與履帶正確嚙合，且可防止卡齒。履帶輪本身保證機器人有較好的越障能力，4個步進電機驅(qū)動可提供足夠的牽引力，使該機器人的負載能力強。
[0009]所述管徑自適應(yīng)調(diào)節(jié)機構(gòu)，通過兩個伸縮的電動推桿調(diào)節(jié)履帶輪與機架的夾角，推桿連接有兩個對稱的升降連桿，升降連桿可繞穿過步進電機架的細軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)管道直徑變大時，電動推桿伸出長度下降，推桿伸出最短狀態(tài)，履帶輪向下擺動，與管道緊密貼合，當(dāng)管道直徑變大時，電動推桿伸長到最大，履帶輪向上擺動，與管道緊密貼合。
[0010]所述清潔裝置，由舵機控制機械臂，板型機械臂1和板型機械臂2通過機械臂支撐架連接組成關(guān)節(jié)1，方形機械臂為機械臂2，方形機械臂通過避障彈簧伸縮桿與側(cè)面清潔刷相連，實現(xiàn)兩側(cè)管壁的清潔。后部舵機安裝在支撐平臺上，通過一字舵機盤和底面清潔刷相連，通過轉(zhuǎn)動控制清潔刷上升和下降，以完成不同直徑的管道的清潔。
[0011 ]所述紅外檢測裝置，當(dāng)傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)沒有障礙時，電平為低電平，監(jiān)測到有障礙時，電平變?yōu)楦唠娖?。該履帶輪式管道機器人分別在前左右安裝了三個紅外傳感器。主控制器可以設(shè)置三個端口用來檢測電平變化，進而控制步進電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)避障。利用三軸陀螺儀與三軸加速度計，檢驗校核角度，通過端口讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)機器人處于傾斜狀態(tài)時，通過MPU6050三軸陀螺儀的實時偏差值判斷傾斜方向，并控制清潔臂向兩側(cè)平推，使機器人原地調(diào)整水平位置，一次平推后陀螺儀再次檢查與水平位置時偏差值。
[0012]履帶輪式管道機器人采用電動驅(qū)動的方式進行驅(qū)動，驅(qū)動器采用直流角位移伺服電動機舵機和步進電機。
[0013]履帶輪式管道機器在管道中行進時，如果突發(fā)電力系統(tǒng)崩潰，可提供三種方式將管道機器人移出管道，第一種是啟動備用電力系統(tǒng)，繼續(xù)支撐機器人完成清潔工作，第二種充分利用負載能力強的特性，使機器人攜帶小車?yán)K索