一种三轴差速支撑轮式管道机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种三轴差速支撑轮式管道机器人，包括驱动模块、变径模块、辅助支撑模块、前面板、后面板，所述驱动机构包括三轴差速机构、驱动电机，所述驱动电机输出轴上设有主同步带轮，所述同步带轮通过第一同步带与三轴差速机构连接，所述三轴差速机构左侧设有前面板，所述三轴差速机构右侧设有后面板，所述变径模块与所述三轴差速机构相连，所述变径模块固定于所述后面板，所述辅助支撑模块固定于所述前面板。本发明专利技术通过加入三轴差速机构，使得管道机器人在管道内工作时能自动调节驱动轮速度，避免了通过弯管时的运动干涉，具有较好的管内运动性能。的管内运动性能。的管内运动性能。

【技术实现步骤摘要】
一种三轴差速支撑轮式管道机器人


[0001]本专利技术涉及管道机器人
，特别涉及一种三轴差速支撑轮式管道机器人。

技术介绍

[0002]管道机器人是一种可沿管道内壁或外表面行走的设备，可携带工作装置代替人进行管道检测、清洁、焊接、打磨等工作。支撑轮式管道机器人具有效率高、速度快、运行平稳的特点，同时可通过变径装置提供撑壁力实现在垂直管道内行走，因此在工业领域有着广泛应用。然而目前常见的支撑轮式管道机器人主要采用多电机独立驱动，改变驱动轮的速度需要通过控制相应的驱动电机来实现，管道机器人在直管中运行时，各驱动轮速度保持相同即可，在弯管中运行时，由于不同位置的驱动轮经过的路程不同，若各驱动轮的速度依旧，则驱动轮会与管壁产生滑动摩擦，造成运动干涉，增加额外损耗，尽管可以通过控制个驱动电机转速降低运动干涉带来的损耗，但管内环境复杂，需要提前检测管道弯曲半径以及机器人自身姿态才能使用相应的控制算法实现驱动轮差速，这无疑大大增加了控制难度。
[0003]公开号为CN112066155B的专利公开了一种可差速支撑轮式管道机器人，该机器人的中心框架模块两侧分别连接变径支撑模块及辅助支撑模块，变径支撑模块内部设有行星差速器模块，变径支撑模块外部设有传动模块。该专利技术在通过弯道及直行越障需要不同主动轮转速的情况下，可进行自适应调速，减小了电机动力损耗，保证机器人爬行动作顺利完成。但该方案的缺点在于当前后驱动轮所需速度不同时仍存在运动干涉。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中管道机器人在弯管中行走时产生驱动轮运动干涉的问题，本专利技术提供了一种三轴差速支撑轮式管道机器人，该管道机器人使用单电机驱动，在弯管内行走时可自适应调节各驱动轮速度，避免驱动轮运动干涉产生额外损耗，具有较好的管内运动性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种三轴差速支撑轮式管道机器人，其特征在于，包括驱动模块、变径模块、辅助支撑模块、前面板及后面板；所述驱动模块包括三轴差速机构及驱动电机，所述驱动电机输出轴上设有第一同步带轮，所述第一同步带轮通过第一同步带与三轴差速机构连接，所述三轴差速机构一侧设有前面板，所述辅助支撑模块固定于所述前面板；所述三轴差速机构另一侧设有后面板，所述变径模块固定于所述后面板，所述变径模块上设有一组驱动轮，且通过变径模块能够调整一组所述驱动轮之间的轮心距，以适应不同内径的管道，所述驱动轮与所述三轴差速机构之间传动连接。
[0006]作为优选，所述三轴差速机构包括第一差速器、第一传动轴、第二差速器、第二传动轴、第三差速器、第三传动轴、第四差速器、第五差速器、第六差速器，所述第一差速器左半轴设有第一直齿轮，右半轴设有第一锥齿轮，所述第一传动轴左端设有第二直齿轮，右端
设有第二锥齿轮，所述第二差速器左半轴设有第三直齿轮，右半轴设有第三锥齿轮，所述第二传动轴左端设有第四直齿轮，右端设有第四锥齿轮，所述第三差速器左半轴设有第五直齿轮，右半轴设有第五锥齿轮，所述第三传动轴左端设有第六直齿轮，右端设有第六锥齿轮，所述第四差速器左半轴设有第七锥齿轮，右半轴设有第八锥齿轮，所述第五差速器左半轴设有第九锥齿轮，右半轴设有第十锥齿轮，所述第六差速器左半轴设有第十一锥齿轮，右半轴设有第十二锥齿轮。
[0007]作为优选，所述第一差速器、第一传动轴、第二差速器、第二传动轴、第三差速器、第三传动轴均平行布置，所述第一差速器、第二差速器、第三差速器相位间隔120
°
布置，所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴相位间隔120
°
布置，所述第四差速器、第五差速器、第六差速器的轴线与所述第一差速器、第一传动轴、第二差速器、第二传动轴、第三差速器、第三传动轴的轴线垂直，所述第四差速器、第五差速器、第六差速器相位间隔120
°
布置，所述第一直齿轮与所述第二直齿轮啮合，所述第二锥齿轮与所述第七锥齿轮啮合，所述第八锥齿轮与所述第三锥齿轮啮合，所述第三直齿轮与所述第四直齿轮啮合，所述第四锥齿轮与第九锥齿轮啮合，所述第十锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合，所述第五直齿轮与所述第六直齿轮啮合，所述第六锥齿轮与所述第十一锥齿轮啮合，所述第十二锥齿轮与所述第一锥齿轮啮合。
[0008]作为优选，所述第一差速器上设有第二同步带轮，所述第二差速器上设有第三同步带轮，所述第三差速器上设有第四同步带轮，所述第四差速器上设有第五同步带轮，所述第五差速器上设有第六同步带轮，所述第六差速器上设有第七同步带轮，所述第一同步带轮通过所述第一同步带与所述第一同步带轮、第二同步带轮、第三同步带轮连接。
[0009]作为优选，所述变径模块包括三组驱动支撑脚、三个弧形支撑杆、变径块、带螺纹光轴、直线轴承、光轴固定座、第一弹簧、锁紧螺母、圆螺母，三组所述驱动支撑脚分别与所述第四差速器、第五差速器、第六差速器连接，三个所述弧形支撑杆分别与三组所述驱动支撑脚连接，三个所述弧形支撑杆通过销轴与所述变径块连接，所述变径块固定于所述直线轴承上，所述第一弹簧与所述变径块相连，所述直线轴承安装于所述带螺纹光轴上，所述带螺纹光轴左端与所述光轴固定座连接，所述光轴固定座固定于所述后面板上，所述圆螺母、锁紧螺母安装于所述带螺纹光轴右端。
[0010]作为优选，所述驱动支撑脚包括左支撑脚、右支撑脚、张紧轮、张紧轮固定块、小同步带轮、辅同步带、驱动轮轴、车轮，三个所述左支撑脚分别与所述第四差速器、第五差速器、第六差速器的左半轴连接，三个所述右支撑脚分别与所述第四差速器、第五差速器、第六差速器的右半轴连接，所述左支撑脚与所述右支撑脚通过双头内螺纹圆柱销固定连接，所述张紧轮通过塞打螺丝与所述张紧轮固定块连接，所述张紧轮固定块通过螺丝与右支撑脚固定，所述小同步带轮通过紧定螺钉固定于所述驱动轮轴右端，三根所述辅同步带分别与所述小同步带轮、第五同步带轮、第六同步带轮、第七同步带轮连接，所述车轮通过紧定螺丝固定于所述车轮轴中部，所述驱动轮轴右侧与右支撑脚连接，左侧与左支撑脚连接。
[0011]作为优选，所述辅助支撑模块包括六根支撑条、六根固定条、三根光轴、三根压缩弹簧、三根变径杆、头部固定板、同步变径圈、车轮，六根所述支撑条与六根所述固定条通过轴承连接，三组所述固定条右端通过螺丝固定于前面板，三根所述光轴相位间隔120
°
固定于所述前面板，所述同步变径圈与三根所述光轴连接，三根所述变径杆一端与同步变径圈
连接，另一端与支撑条连接，所述头部固定板固定于三组所述固定条的左端。
[0012]作为优选，所述三轴差速机构与前面板连接处设有轴承，所述三轴差速机构与后面板连接处设有轴承。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术所提供的一种三轴差速支撑轮式管道机器人，其内部设有三轴差速机构，使用一个驱动电机即可实现三轴差速功能，机器人在弯管中运行时可自主调节各驱动轮的速度，避免了驱动轮与管道内壁滑动摩擦产生运动干涉现象带来损耗，使机器人具有更好的适应能力。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三轴差速支撑轮式管道机器人，其特征在于，包括驱动模块、变径模块、辅助支撑模块、前面板及后面板；所述驱动模块包括三轴差速机构及驱动电机，所述驱动电机输出轴上设有第一同步带轮，所述第一同步带轮通过第一同步带与三轴差速机构连接，所述三轴差速机构一侧设有前面板，所述辅助支撑模块固定于所述前面板；所述三轴差速机构另一侧设有后面板，所述变径模块固定于所述后面板，所述变径模块上设有一组驱动轮，且通过变径模块能够调整一组所述驱动轮之间的轮心距，以适应不同内径的管道，所述驱动轮与所述三轴差速机构之间传动连接。2.根据权利要求1所述的一种三轴差速支撑轮式管道机器人，其特征在于，所述三轴差速机构包括第一差速器、第一传动轴、第二差速器、第二传动轴、第三差速器、第三传动轴、第四差速器、第五差速器及第六差速器，所述第一差速器左半轴设有第一直齿轮，右半轴设有第一锥齿轮，所述第一传动轴左端设有第二直齿轮，右端设有第二锥齿轮，所述第二差速器左半轴设有第三直齿轮，右半轴设有第三锥齿轮，所述第二传动轴左端设有第四直齿轮，右端设有第四锥齿轮，所述第三差速器左半轴设有第五直齿轮，右半轴设有第五锥齿轮，所述第三传动轴左端设有第六直齿轮，右端设有第六锥齿轮，所述第四差速器左半轴设有第七锥齿轮，右半轴设有第八锥齿轮，所述第五差速器左半轴设有第九锥齿轮，右半轴设有第十锥齿轮，所述第六差速器左半轴设有第十一锥齿轮，右半轴设有第十二锥齿轮。3.根据权利要求2所述的一种三轴差速支撑轮式管道机器人，其特征在于，所述第一差速器、第一传动轴、第二差速器、第二传动轴、第三差速器、第三传动轴均平行布置，所述第一差速器、第二差速器、第三差速器相位间隔120
°
布置，所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴相位间隔120
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布置，所述第四差速器、第五差速器、第六差速器的轴线与所述第一差速器、第一传动轴、第二差速器、第二传动轴、第三差速器、第三传动轴的轴线垂直，所述第四差速器、第五差速器、第六差速器相位间隔120
°
布置，所述第一直齿轮与所述第二直齿轮啮合，所述第二锥齿轮与所述第七锥齿轮啮合，所述第八锥齿轮与所述第三锥齿轮啮合，所述第三直齿轮与所述第四直齿轮啮合，所述第四锥齿轮与第九锥齿轮啮合，所述第十锥齿轮与所述第五锥齿轮啮合，所述第五直齿轮与所述第六直齿轮啮合，所述第六锥齿轮与所述第十一锥齿轮啮合，所述第十二锥齿轮与所述第一锥齿轮啮合。4.根据权利要求3所述的一种三轴差速支撑轮式管道机器人，其特征在于，所述第一差速...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡世波，陈奕桦，鲍官军，都明宇，范冰飞，周烜亦，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：