具有自適應能力的核設施管道檢測機器人及其驅動單元的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有自適應能力的核設施管道檢測機器人，其包括控制單元，以及分別固定在控制單元的兩端的驅動單元。其中，所述驅動單元包括分別固定在滾珠絲杠的兩端的前固定板和后固定板，設置在前固定板和后固定板之間的軸套，以及設置在前固定板、軸套和后固定板上的至少三組驅動組件。本機器人可以在不同內(nèi)徑的復雜的管道環(huán)境完成對管道內(nèi)部的檢測任務，以幫助工作人員對管道進行評估，對管道的使用情況有清晰的了解，合理地進行管道維修和退役，能夠安全規(guī)避因管道損壞等問題造成核事故的隱患。同時，本管道機器人能夠適應豎直管以及彎管、支岔管等，具備一定的管內(nèi)越障能力。
【專利說明】
具有自適應能力的核設施管道檢測機器人及其驅動單元
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種具有自適應能力的核設施管道檢測機器人及其驅動單元。
【背景技術】
[0002]核物質可以為人類造福，但是核的巨大破壞力，和難以控制和處理的特性，使得核物質是一個潛在的威脅。因此如何有效地對核物質進行管理，如何有效地規(guī)避核事故的發(fā)生，如何快速處理應對、處理核輻射突發(fā)事件，成了當今和平發(fā)展核能中必須著重考慮的問題。
[0003]核管道在使用過程中，由于各種因素的影響，會產(chǎn)生各種各樣的管道堵塞、管道故障或者損傷等問題。如果不及地的對核管道進行檢測、維修及清理就是潛在的威脅，可能造成嚴重的事故，造成不可估量的損失。
[0004]傳統(tǒng)的應對方法為人工檢測、隨機抽樣、到期更換等，而這些方法危險系數(shù)高、工程量大、成本高，不符合可持續(xù)發(fā)展。
[0005]現(xiàn)有技術中也有應用在不同情況下的管道機器人，但這些管道機器人一是在彎管、支岔管中的通過性問題難以克服，機動靈活性及運行可靠性差;二是在豎直管道中前行缺乏足夠大的驅動力及有效支撐;三是不具備在一定輻射劑量的環(huán)境下工作的性能。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的是提供一種具有自適應能力的核設施管道檢測機器人及其驅動單元，以解決現(xiàn)有管道機器人機動靈活性及運行可靠性差，且缺乏驅動力及有效支撐的問題。
[0007]為解決上述技術問題，本實用新型提供一種具有自適應能力的核設施管道檢測機器人的驅動單元，其包括分別固定在滾珠絲杠的兩端的前固定板和后固定板，設置在前固定板和后固定板之間的軸套，以及設置在前固定板、軸套和后固定板上的至少三組驅動組件;前固定板和軸套之間的絲桿上設有彈簧;驅動組件包括一端與前固定板、軸套和后固定板連接，另一端與驅動器連接的高度調(diào)節(jié)裝置;驅動器包括相互對置的右車輪架和左車輪架，以及分別固定在右車輪架和左車輪架兩端的第一傳動軸和第二傳動軸;第一傳動軸的兩端分別設有一個前活動輪，第二傳動軸的兩端分別設有一個后活動輪;右車輪架和左車輪架的中部設有電機;電機通過傳動裝置驅動第一傳動軸轉動。
[0008]進一步地，右車輪架和左車輪架的前端的下方設有第一連桿軸，右車輪架和左車輪架的后端的下方設有第二連桿軸；高度調(diào)節(jié)裝置包括左調(diào)節(jié)架和右調(diào)節(jié)架，以及連接在左調(diào)節(jié)架和右調(diào)節(jié)架之間的活動軸；左調(diào)節(jié)架的一端與前固定板連接，另一端連接至第一連桿軸;右調(diào)節(jié)架的一端分別與后固定板和軸套連接，另一端連接至第二連桿軸。
[0009]進一步地，左調(diào)節(jié)架包括依次活動連接在前固定板與第一連桿軸之間的第一活動桿和第二活動桿;右調(diào)節(jié)架為一活動菱形架，包括依次活動連接在后固定板與第二連桿軸之間的第三活動桿和第四活動桿，以及依次活動連接在軸套與第四活動桿的中部之間的第五活動桿和第六活動桿;且第三活動桿與第五活動桿的中部交叉活動連接;活動軸的一端連接至第一活動桿與第二活動桿之間的連接處，活動軸的另一端與第三活動桿與第四活動桿之間的連接處相連接。
[0010]進一步地，傳動裝置包括依次設置在第一傳動軸與電機之間的第三傳動軸和第四傳動軸，以及與電機連接的第二錐形齒輪;第四傳動軸的一端設有與第二錐形齒輪相配合的第一錐形齒輪，第四傳動軸的另一端設有第四齒輪;第三傳動軸的一端設有與第四齒輪相配合的第三齒輪，第三傳動軸的另一端設有第二齒輪;第一傳動軸的一端設有與第二齒輪相配合的第一齒輪。
[0011 ]進一步地，驅動組件的數(shù)目為四組。
[0012]進一步地，電機通過電機架固定在右車輪架和左車輪架之間，電機架呈L形，其垂直部固定在右車輪架或左車輪架上，其平行部橫向垂直固定在右車輪架或左車輪架之間。
[0013]進一步地，軸套朝向后固定板的一側設有螺母。
[0014]進一步地，控制單元的表面涂有一層防福射涂層。
[0015]—種具有自適應能力的核設施管道檢測機器人，包括控制單元，以及分別固定在控制單元的兩端的驅動單元，驅動單元包括上述驅動單元。
[0016]本實用新型的有益效果為:本機器人可以在不同內(nèi)徑的復雜的管道環(huán)境完成對管道內(nèi)部的檢測任務，以幫助工作人員對管道進行評估，對管道的使用情況有清晰的了解，合理地進行管道維修和退役，能夠安全規(guī)避因管道損壞等問題造成核事故的隱患。同時，本管道機器人能夠適應豎直管以及彎管、支岔管等，具備一定的管內(nèi)越障能力。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型一個實施例的結構示意圖；
[0018]圖2為本實用新型一個實施例的驅動單元的結構示意圖；
[0019]圖3為本實用新型一個實施例的驅動單元的側視圖；
[0020]圖4為本實用新型一個實施例的驅動器的結構示意圖。
[0021]其中:1、控制單元;2、驅動單元;3、前固定板;4、軸套；5、滾珠絲杠;6、彈簧;7、螺母;8、后固定板;9、第一活動桿;91、第一活動桿;92、第二活動桿;93、第三活動桿;94、第四活動桿;95、第五活動桿;96、第六活動桿；10、活動軸；12、右車輪架；13、左車輪架；14、第一傳動軸；141、第二傳動軸；15、前活動輪；151、后活動輪;16、電機;17、電機架；18、第一齒輪；19、第一連桿軸;20、第三傳動軸;21、第二齒輪;22、第三齒輪;23、第四傳動軸;24、第一錐形齒輪;25、第四齒輪;26、攝像頭;27、第二錐形齒輪;28、第二連桿軸。
【具體實施方式】
[0022]下面對本實用新型的【具體實施方式】進行描述，以便于本技術領域的技術人員理解本實用新型，但應該清楚，本實用新型不限于【具體實施方式】的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本實用新型的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本實用新型構思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。
[0023]如圖1所示的具有自適應能力的核設施管道檢測機器人，包括控制單元I，以及分別固定在控制單元I的兩端的驅動單元2。其中，如圖2和圖3所述，驅動單元2包括分別固定在滾珠絲杠5的兩端的前固定板3和后固定板8，設置在前固定板3和后固定板8之間的軸套4，以及設置在前固定板3、軸套4和后固定板8上的至少三組驅動組件(本申請中采用的四組)。此外，前固定板3和軸套4之間的絲桿上設有彈簧6，軸套4朝向后固定板8的一側設有螺母7。管道檢測機器人采用三節(jié)四分支支撐輪結構，第二節(jié)為控制單元1，第一節(jié)和第三節(jié)為驅動單元2，每節(jié)之間通過萬向節(jié)連接。三節(jié)式結構令機器人可通過各車輪組的差速轉動來通過橫截面積為圓形或者方形的彎管、支岔管等需要機器人變向的管道。
[0024]上述驅動組件包括一端與前固定板3、軸套4和后固定板8連接，另一端與驅動器連接的高度調(diào)節(jié)裝置。
[0025]其中，如圖4所示，驅動器包括相互對置的右車輪架12和左車輪架13，以及分別固定在右車輪架12和左車輪架13兩端的第一傳動軸14和第二傳動軸141。第一傳動軸14的兩端分別設有一個前活動輪15，第二傳動軸141的兩端分別設有一個后活動輪151。右車輪架12和左車輪架13的中部設有電機16，電機16通過電機架17固定在右車輪架12和左車輪架13之間，電機架17呈L形，其垂直部固定在右車輪架12或左車輪架13上，其平行部橫向垂直固定在右車輪架12或左車輪架13之間。并且，電機16通過傳動裝置驅動第一傳動軸14轉動。此夕卜，右車輪架12和左車輪架13的前端的下方設有第一連桿軸19，右車輪架12和左車輪架13的后端的下方設有第二連桿軸28。
[0026]傳動裝置包括依次設置在第一傳動軸14與電機16之間的第三傳動軸20和第四傳動軸23，以及與電機16連接的第二錐形齒輪27。第四傳動軸23的一端設有與第二錐形齒輪27相配合的第一錐形齒輪24，第四傳動軸23的另一端設有第四齒輪25。第三傳動軸20的一端設有與第四齒輪25相配合的第三齒輪22，第三傳動軸20的另一端設有第二齒輪21;第一傳動軸14的一端設有與第二齒輪21相配合的第一齒輪18。
[0027]驅動裝置的驅動方式為:通過電機架17安裝在左車輪架13上的直流電機16通電旋轉，由第二錐形齒輪27及第一錐形齒輪24的傳動，帶動第四傳動軸23旋轉，通過第四傳動軸23上的第四齒輪25及第三傳動軸20上的第三齒輪22和第二齒輪21、及第一傳動軸14上的第一齒輪18的相互嚙合傳動，最終帶動安裝在第一傳動軸14上的兩個前活動輪15旋轉，而后活動輪151則為被動旋轉。
[0028]如圖2所示，上述高度調(diào)節(jié)裝置包括左調(diào)節(jié)架和右調(diào)節(jié)架，以及連接在左調(diào)節(jié)架和右調(diào)節(jié)架之間的活動軸10。左調(diào)節(jié)架的一端與前固定板3連接，另一端連接至第一連桿軸19。右調(diào)節(jié)架的一端分別與后固定板8和軸套4連接，另一端連接至第二連桿軸28。
[0029]左調(diào)節(jié)架包括依次活動連接在前固定板3與第一連桿軸19之間的第一活動桿91和第二活動桿92。右調(diào)節(jié)架為一活動菱形架，包括依次活動連接在后固定板8與第二連桿軸28之間的第三活動桿93和第四活動桿94，以及依次活動連接在軸套與第四活動桿94的中部之間的第五活動桿95和第六活動桿96;并且，第三活動桿93與第五活動桿95的中部交叉活動連接?；顒虞S10的一端連接至第一活動桿91與第二活動桿92之間的連接處，活動軸10的另一端與第三活動桿93與第四活動桿94之間的連接處相連接。
[0030]在使用過程中，通過手動調(diào)節(jié)螺母7，令螺母7在滾珠絲杠5上向如圖3的左邊移動，推動軸套4同樣向左移動并壓縮彈簧6，此時，右調(diào)節(jié)架壓縮，使整個驅動組件高度下降；同理，反向旋轉螺母7時，即可令驅動組件至滾珠絲杠5的高度上升。
[0031]機器人的越障方式如下，當前活動輪15碰到障礙物，活動軸10因受力，各活動桿相對角度減小，最后推動與第三活動桿93相連的軸套4向壓縮彈簧6方向運動，致使活動輪至滾珠絲杠5的高度降低，令活動輪越過障礙物。當驅動組件離開障礙物時，受彈簧6彈力的作用，軸套4被推動與螺母7緊靠，將會自動回到最初為受障礙物壓迫的狀態(tài)。
[0032]本申請中的驅動單元2的長度及寬度被設計在能夠通過90度彎管的長度、寬度范圍之內(nèi)，機器人的控制單元I的長度及寬度被設計在能夠通過可通過最小管徑的90度彎管的長度、寬度范圍之內(nèi)，使得機器人不會卡死在彎管和支岔管中。并且，機器人通過高度調(diào)節(jié)裝置能夠對管道內(nèi)壁產(chǎn)生一定的正壓力，令機器人能夠在垂直的管道中停止及行進。
[0033]此外，由于控制單元I內(nèi)搭載有各電子系統(tǒng)，在低輻射環(huán)境作業(yè)時，需采取核防護措施，在控制單元I的表面涂覆一層防輻射涂層，使機器人能夠在低輻射環(huán)境正常作業(yè)，而不被破壞。
[0034]在實際運用過程中，可在驅動器的側壁上設置攝像頭26，可通過控制單元I搭載控制系統(tǒng)、圖像傳輸模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、蓋革計數(shù)器、溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器等，可對核環(huán)境管道進行攝像和相關信息收集，并將獲取信息等實時反饋給遠離核環(huán)境的遙控終端系統(tǒng)，為我國核設施的檢測和退役的有效實施提供有價值的參照。
【主權項】
1.一種具有自適應能力的核設施管道檢測機器人的驅動單元，其特征在于，所述驅動單元包括分別固定在滾珠絲杠的兩端的前固定板和后固定板，設置在所述前固定板和后固定板之間的軸套，以及設置在所述前固定板、軸套和后固定板上的至少三組驅動組件;所述前固定板和軸套之間的絲桿上設有彈簧，所述軸套朝向后固定板的一側設有用于調(diào)節(jié)軸套位置的螺母;所述驅動組件包括一端與所述前固定板、軸套和后固定板連接，另一端與驅動器連接的高度調(diào)節(jié)裝置； 所述驅動器包括相互對置的右車輪架和左車輪架，以及分別固定在所述右車輪架和左車輪架兩端的第一傳動軸和第二傳動軸;所述第一傳動軸的兩端分別設有一個前活動輪，所述第二傳動軸的兩端分別設有一個后活動輪;所述右車輪架和左車輪架的中部設有電機;所述電機通過傳動裝置驅動第一傳動軸轉動。2.根據(jù)權利要求1所述的具有自適應能力的核設施管道檢測機器人的驅動單元，其特征在于，所述右車輪架和左車輪架的前端的下方設有第一連桿軸，所述右車輪架和左車輪架的后端的下方設有第二連桿軸;所述高度調(diào)節(jié)裝置包括左調(diào)節(jié)架和右調(diào)節(jié)架，以及連接在左調(diào)節(jié)架和右調(diào)節(jié)架之間的活動軸;所述左調(diào)節(jié)架的一端與所述前固定板連接，另一端連接至第一連桿軸;所述右調(diào)節(jié)架的一端分別與所述后固定板和軸套連接，另一端連接至第二連桿軸。3.根據(jù)權利要求2所述的具有自適應能力的核設施管道檢測機器人的驅動單元，其特征在于，所述左調(diào)節(jié)架包括依次活動連接在所述前固定板與第一連桿軸之間的第一活動桿和第二活動桿;所述右調(diào)節(jié)架為一活動菱形架，包括依次活動連接在所述后固定板與第二連桿軸之間的第三活動桿和第四活動桿，以及依次活動連接在所述軸套與所述第四活動桿的中部之間的第五活動桿和第六活動桿;且所述第三活動桿與所述第五活動桿的中部交叉活動連接;所述活動軸的一端連接至第一活動桿與第二活動桿之間的連接處，活動軸的另一端與所述第三活動桿與第四活動桿之間的連接處相連接。4.根據(jù)權利要求1所述的具有自適應能力的核設施管道檢測機器人的驅動單元，其特征在于，所述傳動裝置包括依次設置在第一傳動軸與電機之間的第三傳動軸和第四傳動軸，以及與所述電機連接的第二錐形齒輪;所述第四傳動軸的一端設有與所述第二錐形齒輪相配合的第一錐形齒輪，第四傳動軸的另一端設有第四齒輪;所述第三傳動軸的一端設有與所述第四齒輪相配合的第三齒輪，第三傳動軸的另一端設有第二齒輪;所述第一傳動軸的一端設有與所述第二齒輪相配合的第一齒輪。5.根據(jù)權利要求1所述的具有自適應能力的核設施管道檢測機器人的驅動單元，其特征在于，所述驅動組件的數(shù)目為四組。6.根據(jù)權利要求1所述的具有自適應能力的核設施管道檢測機器人的驅動單元，其特征在于，所述電機通過電機架固定在右車輪架和左車輪架之間，所述電機架呈L形，其垂直部固定在右車輪架或左車輪架上，其平行部橫向垂直固定在右車輪架或左車輪架之間。7.—種具有自適應能力的核設施管道檢測機器人，包括控制單元，以及分別固定在控制單元的兩端的驅動單元，其特征在于，所述驅動單元為權利要求1-6任一所述的驅動單J L ο8.根據(jù)權利要求7所述的具有自適應能力的核設施管道檢測機器人，其特征在于，所述控制單元的表面涂有一層防輻射涂層。
【文檔編號】F16L55/32GK205479976SQ201620294348
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】李新茂, 王基生, 劉滿祿, 蔣小林, 黃鵬飛, 朱波, 吳仕超, 張靜, 張敦鳳
【申請人】西南科技大學