一种电缆管廊水下巡检机器人多功能推进机构

技术领域

本发明属于管廊水下巡检机器人技术领域，具体涉及一种多功能推进机构。

背景技术

目前95%的电力电缆都为交联聚乙烯电缆，交联聚乙烯电缆如果长期泡在水里将会加速电缆的水树老化，并且水对电缆的铠装层及铜屏蔽层的腐烛也是相当严重，因此积水特别是污水对电缆运行影响比较重要。为解决此问题，一方面需要尽快加装排水装置，另一方面需要在发现积水时进行实地检测和巡视。但是由于环境比较复杂，很有可能在积水状态下已经发生放电，巡检人员下沟有一定的危险性，基于此本项目研究适用于电缆沟道积水环境下的智能巡检机器人，用来代替巡检人员进行不同积水深度的电缆沟道中巡检，保证在发生积水情况下第一时间能够对电缆运行状态进行检测，针对性的对电缆进行检修。

电缆沟是城市配电网络在电力传输过程中的一个重要部分，处于地面之下，用于存放各种电力电缆。它在电力传输过程中起着主导作用，如果电缆或电缆沟发生事故，其故障检测难度较大，甚至会损坏控制设备。电缆沟故障引起的火灾甚至是爆炸，同样会带来严重的后果。另外由于故障而导致的停电，则会对工业生产和人们的生活造成影响。

因此，加强对电缆沟的管理和定期检测有着非常重要的意义。

电缆沟的常见问题有：积水和淤泥问题、废旧电缆未拆除问题、电缆沟崩塌问题、电缆线损伤问题、电缆接头绝缘性问题等。电缆可能存在的问题有：短路、接地、断路，闪络性、泄漏性，保护层损坏（老化、裂纹、变细、弯折、火烧等）。这些存在的问题对电缆沟检测机器人的功能需求设计具有指导作用。

电缆沟中最主要的危险因素为电缆长期温度异常引起绝缘层老化而导致的火灾和地下环境长期密封而导致的有害气体积累。对于有害气体的检测，基本上都是采用携带气体检测仪的机器人进入电缆沟进行检测或直接将气体检测仪长期安置于电缆沟内。在对检测方法进行研究之后则需要对机器人小车的结构进行研究和分析，在移动机器人及相关领域有着大量的研究。移动机器人隶属于机器人领域，它集多种专业技术为一体，跨越多个学科领域，实用性极强，是一种前沿科技，已在各个领域得到了广泛地应用。通常会根据行走方式，对移动机器人进行一定的分类，常见的为轮式的、履带式的和足式的，除此之外还有不常见的爬行式的、游泳式的和蠕动式等。典型的轮式移动机器人的结构，由车身、车轮、车身-车轮之间将两者结合起来的支撑机构、车轮驱动装置等构成。按照车轮的配置划分，其最常见的是三轮和四轮结构。两轮和单轮的结构也有一定研究，但由于其检测和控制上的复杂性，使其难以在应用中普及。

传统轮式的移动机器人的推进机构基本都是以双轮差速的形式给移动机器人提供转向的动力，其采用的标准轮和小脚轮都称为传统轮。传统轮优点明显，其结构简单，成本低。但传轮在侧向移动时，一定会出现打滑现象。因为它具有非完整的约束，因此难以对其实精确地控制，而全方位轮则具有其无法比拟的优势。所以有必要研制一种可精确控制且动力充足的水下机器人推进机构。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种电缆管廊水下巡检机器人多功能推进机构，该推进机构通过传动机构的传动及连接实现动力与推进组件的动力传递及控制，可实现转向、前进、后退控制。

本发明的技术方案是：

一种电缆管廊水下巡检机器人多功能推进机构，包括内部中空的框形固定件，还包括动力组件、与动力组件连接的至少一组推进组件；所述的动力组件包括水下电机，所述的水下电机通过有线或者无线连接有控制水下电机的控制模块。

所述的推进组件包括导流罩，设置在导流罩内与水下电机的电机轴连接的螺旋桨轴、与螺旋桨轴连接的螺旋桨帽，所述的螺旋桨轴上固定设置多个螺旋桨。

具体的，所述的推进组件有两组时通过传动机构与动力组件连接，所述的传动机构包括与水下电机的电机轴固定连接的主动连接杆，所述的主动连接杆的另一端转动连接有活动连接杆，所述的活动连接杆的另一端转动连接有同步连接杆，所述的同步连接杆的两端端部分别转动连接有第一从动连接杆和第二从动连接杆，所述的第一从动连接杆和第一从动连接杆分别与其对应的推进组件的螺旋桨轴固定连接。

具体的，所述的水下电机的前端设置有电机前套，后端设置有电机后套。

具体的，所述的电机轴通过第一联轴器贯穿固定件。

具体的，所述的螺旋桨轴通过第二联轴器贯穿固定件与水下电机连接。

具体的，所述的主动连接杆、第一从动连接杆、第一从动连接杆均为长片式结构。

具体的，所述的水下电机位于固定件的中部位置，所述的两组推进组件对称设置于水下电机的两侧。

具体的，所述的导流罩呈梯形状，且开口大的一端朝向外侧。

具体的，所述的固定件内还设置有给予水下电机提供的电能的电源模块，所述的电源模块包括电池壳体、电芯及电源管理单元。

水下机器人是一种主要在水下航行的潜水器，其推力是由潜水器的推进动力装置即推进器提供的。水下机器人常用的推进方式有：电机推进器、液压推进器、喷水推进器、磁流体推进器、仿生推进器等。中小型水下机器人多用电动机直接连接螺旋桨，称为电机推进器。大中型水下机器人普遍采用液压马达为推进动力，采用液压马达的液压推进系统受液压液体流量控制，有较大的调速范围，这两种推进方式都采用常规的螺旋桨推进。采用螺旋桨推进器时，为了使水下机器人在水下能够换向，旋转等，需增加推进器个数。喷水推进器是利用喷射管喷出的高速水流的反作用提供推力的一种推进装置，与船舶用喷水推进器相似。水通过水下机器人上所装设的大流量高压水泵获得高速后，由喷射管喷出产生推力，喷水推进器装置的优点是几乎取消了水下机器人上的全部附体，而且消除了轴系和传动装置的损失以及螺旋桨的空泡损失，同时可以较容易地操纵水下机器人。此外，磁流体推进方面研究仍然不成熟，随着仿生学的发展，仿生推进器被人们提出，仿生推进器具有能源利用率高、流体性能更加完善、降低噪音、可采用多种驱动方式等特点，但限于设计和制造水平的原因，仿生推进技术还不成熟。

另外，现有技术中，水下推进器大多为一体式结构设计，其壳体为椭圆形，尾部安装螺旋桨，并且整体进行密封，成潜水艇式结构，不仅成本高，操控不变不灵活，角度调节不变，操控存在一定的局限性。

本发明的有益效果是：通过传动机构的传动及连接实现动力与推进组件的动力传递及控制，可实现旋转控制，实现整个推进机构的变向、倒退转向目的，且调节方便；发明设计巧妙，通过控制模块使用无线或者有线方式与电机进行连接，通过控制电机旋转的角度实现对传动机构的旋转角度的控制，进而可实现对螺旋桨轴的传动及控制。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2为动力传动结构示意图；

图3为动力传动另一状态结构示意图。

1固定件、2水下电机、3电机前套、4电机后套、5电机轴、6第一联轴器、7主动连接杆、8活动连接杆、9同步连接杆、10 第一从动连接杆、11第二从动连接杆、12螺旋桨轴、13第二联轴器、14螺旋桨帽、15螺旋桨、16导流罩。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细的描述。

实施例1

如图1所示为本实施提供的一种电缆管廊水下巡检机器人多功能推进机构的结构示意图，其包括内部中空的框形固定件1，还包括动力组件、与动力组件连接的两组推进组件；所述的动力组件包括水下电机2，所述的水下电机2通过有线或者无线连接有控制水下电机的控制模块。将本发明提供的推进机构可通过固定件1固定在水下巡检机器人壳体上，也与机器人设置为一体结构。

所述的推进组件包括导流罩16，设置在导流罩16内与水下电机2的电机轴5连接的螺旋桨轴12、与螺旋桨轴12连接的螺旋桨帽14，所述的螺旋桨轴12上固定设置多个螺旋桨15，所述的电机轴5通过第一联轴器6贯穿固定件1，所述的螺旋桨轴12通过第二联轴器13贯穿固定件1与水下电机2连接。所述的导流罩16呈梯形状，且开口大的一端朝向外侧。

所述的推进组件有两组，通过传动机构与动力组件连接，所述的传动机构包括与水下电机2的电机轴5固定连接的主动连接杆7，所述的主动连接杆7的另一端转动连接有活动连接杆8，所述的活动连接杆8的另一端转动连接有同步连接杆9，所述的同步连接杆9的两端端部分别转动连接有第一从动连接杆10和第二从动连接杆11，所述的第一从动连接杆10和第一从动连接杆10分别与其对应的推进组件的螺旋桨轴固定连接，所述的第一从动连接杆10和第二从动连接杆11的朝向均相同，所述的主动连接杆7、活动连接杆8、同步连接杆9、第一从动连接杆10及第二从动连接杆11依次活动连接，实现对推进组件的调节，其传动图如图2和图3所示。最佳设置状态为主动连接杆7、第一从动连接杆10及第二从动连接杆11的长度相同，活动连接杆8的长度是同步连接杆9的长度的一半，在活动连接杆8和同步连接杆9活动至同一平面上时，主动连接杆7处于竖直方向并与同步连接杆9垂直，可保证第一从动连接杆10及第二从动连接杆11的旋转角度同步，从而使得两推进组件的螺旋轴旋转角度相同，从而可控制其运动角度，达到精确控制转向的目的。所述的主动连接杆7、第一从动连接杆10、第一从动连接杆10均为长片式结构。

所述的水下电机2的前端设置有电机前套3，后端设置有电机后套4。

所述的水下电机2位于固定件1的中部位置，所述的两组推进组件2对称设置于水下电机2的两侧，对称设置有利于两侧平衡。

所述的固定件1内还设置有给予水下电机2提供的电能的电源模块，所述的电源模块包括电池壳体、电芯及电源管理单元。

本发明提供的电缆管廊水下巡检机器人多功能推进机构，通过控制模块对水下电机2进行速度、旋转方向，旋转速度的控制，进而通过传动机构进行传动、控制推进组件2实现整个推进机构的转向、前进、后退。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。