CN102734594A - 一种管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道机器人，该机器人包括：壳体；分别设置在所述壳体两端的第一壳盖和第二壳盖；设置在所述壳体内，且与所述壳体内壁相接触的驱动装置；设置在所述壳体上，且环绕所述壳体外壁的若干圈纤毛组织，且其纤毛与所述壳体的外壁呈设定角度。该机器人利用驱动装置产生振动，进而带动纤毛组织振动，使纤毛组织与管壁产生碰撞来驱动机器人沿管道前进，由于纤毛组织具有较强的柔性与弹性，当管道出现拐弯或直径变化时，纤毛组织会随着管道的变化发生被动的形变，仍能保证纤毛组织与管道壁之间发生足够的碰撞来提供机器人沿管道前进的驱动力。

Description

一种管道机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，更具体的说是涉及一种管道机器人。

背景技术

管道机器人是一种可沿管道内部或外部移动，携带一种或多种传感器及操作器，能够进行一系列管道作业的机电一体化系统。管道机器人具有体积小、能耗低的特点，能够进入一般机械系统无法进入的狭小空间内，在工业检测、光学工程、核工业及生物医学等领域有着广泛的应用前景。

现有的管道机器人一般在机身上设有弹性足，通过驱动装置驱动该弹性足，并利用弹性足与管壁之间的碰撞来实现管道机器人沿管道行走。但是，不同管道通常具有不同的半径、形状，即使是同一管道其自身的半径、形状也可能会有变化，当管道出现转弯或管道半径有变化时，现有的管道机器人就可能无法顺利通过管道，甚至出现不能在管道中继续前进的现象。

因此，迫切需要本领域技术人员解决的技术问题就是，如何提高管道机器人对管道的形状、半径的自适应能力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种管道机器人，该管道机器人对管道的形状、半径变化有一定的自适应能力。

为实现上述目的，本发明提供了一种管道机器人，包括：

壳体；

分别设置在所述壳体两端的第一壳盖和第二壳盖；

设置在所述壳体内，且与所述壳体内壁相接触的驱动装置；

设置在所述壳体上，且环绕所述壳体外壁的若干圈纤毛组织，且纤毛组织的纤毛与所述壳体的外壁呈设定角度。

优选的，所述壳体包括多个相互套接的环形机壳。

优选的，在所述机壳套接相连处插接有所述纤毛组织。

优选的，所述驱动装置包括：电动机、偏心轮以及弹性支架，其中：

所述偏心轮为圆形转轮，且在偏离其圆心处设有转轴孔；

所述偏心轮的转轴孔套设在所述电动机的转轴的顶端；

所述电动机套设在所述弹性支架的内部，且与所述弹性支架的内壁相接触，所述弹性支架的外壁与所述壳体的内壁相接触。

优选的，所述机器人还包括：设置于壳体内部且与所述电动机相连的电源装置。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种管道机器人，环绕壳体的外径设有若干圈纤毛组织，纤毛组织与所述壳体间呈设定的角度。将所述机器人放入管道后，纤毛组织与管道壁间也具有一定角度，纤毛组织的纤毛与管道壁相接触，当利用驱动装置产生振动带动壳体振动时，会引发纤毛组织振动，随着纤毛组织的振动，纤毛组织的纤毛会与管道壁发生非对称的碰撞，从而驱动管道机器人沿管道前进。当遇到管道转弯或管道直径改变时，纤毛组织的纤毛会随着管道的改变而被动变形，改变纤毛与管道壁之间的角度，但仍保持纤毛与管道壁的接触，不会出现纤毛组织与管道壁无法接触或接触不充分的情况，因此即使管道形状变化，纤毛组织与管道壁仍能产生足够的碰撞力来驱动机器人前行。

同时，随着纤毛组织的被动变形，管道机器人的外围直径也会在一定范围内改变，从而更有利于管道机器人通过管道转弯处或管径变化的地段。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种管道机器人的结构示意图；

图2为本发明另一实施例的一种管道机器人的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的管道机器人，一般在机器人的壳体上设有3至4个弹性足，通过驱动装置驱动弹性足，利用弹性足与管壁之间的碰撞来驱动机器人沿管道前进。但是当管道出现转弯或管道直径发生变化时，由于弹性足不能随着管道的形状发生变化，机器人不能顺利通过管道转弯处或直径发生变化管道段。例如，当管道出现转弯或管道直径变大时，原来与管道接触的弹性足有可能无法与管道相接触，或仅有一、两个弹性足与管壁相接触，因此不能通过弹性足与管壁产生足够的碰撞力来驱动管道机器人前进；当管道的直径变得小时，由于弹性足不能随管道的变化发生相应的形变，机器人的外围直径不会变化，即使弹性足与管壁能产生碰撞力，但由于机器人自身的外围直径过大，也不能顺利的通过该半径变小的管道段。

为了解决现有技术中存在的如上技术问题，本发明提供了一种管道机器人，环绕管道机器人的壳体设置有若干圈纤毛组织，由于纤毛组织上纤毛具有柔度与弹性度较好的特点，当管道的形状、半径变化有一定变化时，纤毛组织能随着管道被动变形，同时由于纤毛组织的变化，机器人外围直径会相应变化，因此该管道机器人能比较顺利的通过管道的转弯处以及半径有变化的管道段。

参见图1，为本发明实施例的一种管道机器人的结构示意图，该管道机器人包括：

壳体1；

分别设置在所述壳体1两端的第一壳盖2和第二壳盖3；

设置在所述壳体1内，且与所述壳体1内壁相接触的驱动装置5；

设置在所述壳体1上，且环绕所述壳体1外壁的若干圈纤毛组织4，且纤毛组织4的纤毛41与所述壳体1的外壁呈设定角度。

也就是说，第一壳盖2套接在壳体1前端边沿上，第二壳盖3插接于壳体1后端，在壳体1外侧且环绕壳体1外径的上有若干圈纤毛组织4，纤毛组织4的纤毛41与壳体1间成一定角度。纤毛组织4的圈数可以根据壳体1的长度进行设定，可以为一圈也可以为多圈，纤毛41与壳体1间的夹角可以根据实际需要设定，如可以设定为30度，40度等。驱动装置5设置在壳体1的舱内，且驱动装置5与壳体1舱内的内壁相接触。

其中，纤毛组织4是利用放电微细加工方法在机壳外表面上加工了具有较高柔性与弹性度，类似微生物中纤毛结构的丝状弹性金属丝，也就是说纤毛组织4的纤毛41是具有柔度与弹性的金属丝。例如，纤毛可以为宽度为0.1mm的不锈钢金属片，当然纤毛也可以是由其他具有弹性的金属材料制成。

纤毛组织上的纤毛与壳体之间存在一定的角度，当将该管道机器人放入管道后，纤毛组织与管道壁充分接触且纤毛与管道壁会形成一定的角度，当启动驱动装置产生振动时，驱动装置的振动会带动该机器人壳体的振动，从而引起与纤毛组织的谐振，进而产生纤毛与管道壁之间非对称性碰撞，由于力的相互作用，该管道机器人会受到来自管道的力而沿着管道向前行进。

需要说明的是，随着管道机器人沿管道的运动，纤毛组织与壳体之间的角度可能会发生相应的改变，纤毛组织与管道壁之间的夹角也可能会发生相应的变化。在该管道机器人沿管道行进的过程中，当管道出现拐弯或管道直径变化时，该纤毛组织会随着管道发生相应的形变，如，纤毛与管道之间的夹角改变，纤毛与管壁的接触面积发生变化，因此即使管道出现拐弯或直径变化的情况，纤毛组织仍能与管壁很好的接触，并能产生碰撞获得足够的力驱动该管道机器人沿管道前进。

另外，由于纤毛组织的柔性与弹性，当管道出现拐弯或直径变比时，纤毛组织会随管道被动变形，改变纤毛组织与管道间的夹角，进而使得该管道机器人的外径会随管道发生相应的变化，来适应管道的变化。如当管道半径变小时，改为向管道的纤毛与管道间的夹角变小，机器人的外围直径相应的变小，从而使得该管道机器人能顺利的通过该管道变化的地方。

为了能让该管道机器人在通过管道拐弯处更加顺利，该机器人的壳体可以由若干节环形机壳连接而成，这样在管道拐弯处，壳体可以随管道的弯形产生弯度，有助于该微型机器人顺利通过拐弯处。

参见图2，为本发明另一实施例的一种管道机器人的结构示意图，该管道机器人与图1的区别在于：该管道机器人的壳体1由若干节环形机壳11相互套接组成，每一节机壳11的前端边沿都套接在前一机壳11的后端口内，壳体1的最后一节机壳11的后端口与第二壳盖3相套连接；在各节机壳11套接相连处111插接有纤毛组织4。当该管道机器人沿管道转弯时，壳体的各节机壳连接处的边沿会沿轴向相连接处内侧或外侧延伸，使得壳体产生一定的弯度，有助于该管道机器人通过管道转弯处。另外，这种由多节机壳相连的壳体，可以很方便的调节管道机器人的长度，当需要延长机器人的壳体长度时，只需增加相连的机壳的数量即可。

本发明实施例中的驱动装置的作用是产生振动以带动壳体振动，进而产生与纤毛组织间的谐振，以便通过纤毛的振动与管道壁之间产生碰撞。驱动装置可以为能产生振动的装置即可，优选的，参见图2，该驱动装置包括：电动机51、偏心轮52和环形的弹性支架53，偏心轮52为具有一定厚度的圆形转轮，且在偏离转轮的圆心处设有转轴孔；偏心轮52的转轴孔套在电动机51的转轴的顶端；电动机51的套在环形弹性支架53的内部，且与弹性支架53的内壁相接触，弹性支架53的外壁与所述壳体1的内壁相接触。弹性支架53可以用具有弹性的金属材料制成，主要用于将产生的振动传递与壳体1。

当利用该驱动装置驱动机器人前进的原理为：当电动机接通电源后，电动机会不断转动，电动机的轴轮转动带动了偏心轮的转动，而偏心轮的转动会引发电动机的振动，进而导致与电动机相接触的壳体产生振动，最终将振动通过壳体传递给纤毛组织，使得纤毛组织与管壁之间发生非对称的碰撞，通过碰撞力驱动该管道机器人沿管道向前移动。其中，偏心轮52的转轴孔并不位于偏心轮52的圆心位置，这样设计的目的是为了在电动机转动时，带动偏心轮转动，由于转轴孔偏离圆心，因此电动机转动的过程中带动偏心轮产生的振动比转轴位于圆心的情况产生的振动更大些。另外偏心轮的转轴孔没有位于圆心，当电动机转动时，偏心轮旋转过程中会间接使得该微型机器人的壳体各个方向振动效果不同，振动较强一侧的纤毛组织与管壁的碰撞力较大，因此该侧会相对另一侧沿管道向前行进一段距离，当另一侧振动较强时，该管道机器人的这一侧又会相对向前行进，使得该管道机器人不断沿管道向前蠕动。

当然，驱动装置也可以为压电驱动器，通过压电材料产生机械能、使得微型机器人的纤毛组织与管道壁碰撞来驱动该机器人前进，也可以为其他的能产生机械振动的驱动装置，在此不加以限制。

进一步的，可以在壳体内部设置电源装置，将该电源装置与电动机相连，这样当该管道机器人沿管道行进时，无需再通过电缆线与管道外的电源相连，实现机器人的无缆化作业。

本实施例的管道机器人可以作为微型摄像头或其他检测设备的搭载平台，进而通过在管道机器人上搭载各种检测、控制设备来实现对管道的检测、侦查等操作。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种管道机器人，其特征在于，包括：

壳体；

分别设置在所述壳体两端的第一壳盖和第二壳盖；

设置在所述壳体内，且与所述壳体内壁相接触的驱动装置；

设置在所述壳体上，且环绕所述壳体外壁的若干圈纤毛组织，且纤毛组织的纤毛与所述壳体的外壁呈设定角度。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述壳体包括多个相互套接的环形机壳。

3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，在所述机壳套接相连处插接有所述纤毛组织。

4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述驱动装置包括：

电动机、偏心轮以及弹性支架，其中：

所述偏心轮为圆形转轮，且在偏离其圆心处设有转轴孔；

所述偏心轮的转轴孔套设在所述电动机的转轴的顶端；

所述电动机套设在所述弹性支架的内部，且与所述弹性支架的内壁相接触，所述弹性支架的外壁与所述壳体的内壁相接触。

5.根据权利要求4所述的机器人，其特征在于，还包括：设置于壳体内部且与所述电动机相连的电源装置。

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