CN103244790B - 蠕动式微型管道机器人驱动行走机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蠕动式微型管道机器人驱动行走机构，包括通过万向节依次连接的前箝位机构、连续蠕动驱动体和后箝位机构，前箝位机构包括张紧机构、支撑机构和行走轮，张紧机构包括中轴和可移动的滑套，支撑机构沿中轴的径向张开，包括主支撑腿和辅助支撑腿，其中主支撑腿的一端铰接于中轴上，主支撑腿的另一端安装有行走轮，辅助支撑腿的两端分别铰接于主支撑腿的中部和滑套上；后箝位机构具有与前箝位机构相对称的结构，行走轮与主支撑腿之间安装有单向棘轮机构；连续蠕动驱动体包括机架、电机、凸轮和一对平底推杆，电机安装于机架上，凸轮安装在电机的输出轴上，凸轮的两侧抵靠弹簧连接的一对平底推杆的底部，推杆的顶部从机架伸出。本发明具有结构紧凑、响应快速、驱动力大等优点，特别适合小直径的管道。

Description

蠕动式微型管道机器人驱动行走机构
技术领域
 本发明涉及一种管道机器人，具体涉及一种蠕动式微型管道机器人驱动行走机构。
背景技术
在一般工业、核设施、石油天然气、军事装备等领域中，管道作为一种有效的物料输送手段而得到广泛的应用。为提高管道的寿命、防止泄漏等事故的发生，就必须对管道进行有效的检测维护，管道机器人正是为了满足上述需求而产生。由于管道内环境复杂，对管道机器人的设计要求驱动单元结构简单、驱动效率高，同时对复杂的管内环境具有自适应能力。微型管道机器人是微机器人研究领域的一个重要组成部分，它具有体积小、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，完成管道清洗、获取信息、检测和维修等工作。目前国内外关于微型管道机器人做了大量的研究，虽然在结构和技术上都有自己的特点和优势，但是可靠性和实用性还未完全达到工业化应用的要求，例如浙江大学提出了一种新型蠕动式气动微型管道机器人，由于采用气压驱动，管路系统复杂，不易微型化。还有的机器人主要靠支撑管内壁的受力实现蠕动，即靠封闭力、磁吸附或真空吸附实现蠕动，在通过U型弯管、三通或变径管道时，由于管道内壁的凸凹不平和吸附面积的增大或减小，有可能使机器人在管道内卡死或打滑，不能正常工作。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中微型管道机器人存在的通过性差的不足，本发明提供一种蠕动式微型管道机器人驱动行走机构。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的蠕动式微型管道机器人驱动行走机构包括通过万向节依次连接的前箝位机构、连续蠕动驱动体和后箝位机构，所述前箝位机构包括张紧机构、支撑机构和行走轮，所述张紧机构包括中轴和可移动的滑套，所述支撑机构沿中轴的径向张开，包括主支撑腿和辅助支撑腿，其中主支撑腿的一端铰接于中轴上，主支撑腿的另一端安装有行走轮，辅助支撑腿的两端分别铰接于主支撑腿的中部和滑套上；所述后箝位机构具有与前箝位机构相对称的结构，所述行走轮与主支撑腿之间安装有单向棘轮机构；所述连续蠕动驱动体包括机架、电机、凸轮和一对平底推杆，所述电机安装于机架上，所述凸轮安装在电机的输出轴上，所述凸轮的两侧抵靠弹簧连接的一对平底推杆的底部，所述推杆的顶部从机架伸出。 
作为优选，为了简便地对滑套的移动进行控制，所述张紧机构还包括步进电机、丝杆、丝杆螺母和弹簧，所述步进电机安装于中轴上，所述丝杆安装于步进电机的输出端，所述弹簧安装于丝杆螺母和滑套之间。
作为优选，为了使支撑机构在管道内准确定位，所述支撑机构是沿中轴径向呈120度分布的三组。
作为优选，为了减少行走轮与管道的摩擦，所述行走轮的表面具有橡胶层。
作为优选，为了避免推杆在运动时发生偏移，所述机架上开有用于容纳推杆的导向槽。
有益效果：本发明蠕动式微型管道机器人驱动行走机构通过万向节连接的前箝位机构、后箝位机构和连续蠕动驱动体组成的三段式结构，可以适应各种弯曲的管道，通用性强；前箝位机构、后箝位机构采用的张紧机构和支撑机构的结构可以适应管径的变化及内壁的凸起，定位可靠；而连续蠕动驱动体的凸轮和推杆结构配合行走轮内的单向棘轮具有结构紧凑、响应快速、驱动力大等优点，特别适合小直径的管道。
附图说明
图1是本发明的实施例的结构示意图；
图2是实施例的运动过程示意图。
具体实施方式
实施例：本发明提供的蠕动式微型管道机器人驱动行走机构如图1所示，包括通过万向节4依次连接的前箝位机构1、连续蠕动驱动体2和后箝位机构3。
前箝位机构1包括张紧机构、支撑机构和行走轮1-3，张紧机构包括中轴1-4、可移动的滑套1-5，步进电机1-6、丝杆1-7、丝杆螺母1-8和弹簧1-10，中轴1-4与万向节4的一端固定连接，步进电机1-6安装于中轴1-4上，丝杆1-7安装于步进电机1-6的输出端，弹簧1-10安装于丝杆螺母1-8和滑套1-5之间。支撑机构沿中轴1-4的径向张开，包括主支撑腿1-1和辅助支撑腿1-2，其中主支撑腿1-1的一端铰接于中轴1-4上，主支撑腿1-1的另一端安装有行走轮1-3，辅助支撑腿1-2的两端分别铰接于主支撑腿1-1的中部和滑套1-5上，后箝位机构3具有与前箝位机构相对称的结构1，行走轮1-3与主支撑腿1-1之间安装有单向棘轮机构，行走轮1-3的表面具有橡胶层。支撑机构只需以中轴1-4对称的一对就可以工作，但为了使其在管道内准确稳定地定位，选用沿中轴1-4的径向呈120度分布的三组。
连续蠕动驱动体2包括机架2-1、电机（图中未示）、凸轮2-2以及一对平底推杆2-3和2-4，电机安装于机架2-1上，凸轮2-2安装在电机的输出轴上，凸轮2-2的两侧抵靠弹簧2-5连接的一对平底推杆2-3和2-4的底部，一对推杆包括前平底推杆2-3和后平底推杆2-4的顶部分别从机架2-1上的导向槽2-6和2-7伸出，与万向节4的另一端固定连接。
使用时如图2所示，采用以下的四个状态来分别说明本实施例的蠕动式微型管道机器人驱动行走机构在图中的管道中向前的运动：
1）蠕动式微型管道机器人驱动行走机构进入管道中后，前箝位机构与后箝位机构的张紧机构均推动支撑机构张开，使行走轮紧贴管道内壁实现定位。
2）当需要前进时，前箝位机构收缩，电机带动凸轮转动90度推动前平底推杆移动一个偏心距将连续蠕动驱动体拉长，由于后箝位机构张紧在管内壁上，使得后箝位机构相对管壁静止，前箝位机构被向前推进。
3）前箝位机构到达左方极限位置后，其张紧机构推动支撑机构张开，由于前箝位机构的行走轮内具有单向棘轮机构，凸轮继续转动90度使得凸轮与后平底推杆间出现间隙，推杆间的弹簧恢复变形将后箝位机构向前拉动，即前箝位机构相对管壁静止后箝位机构前进。
4）凸轮再继续回转90度时，后箝位机构受到向后的推力，由于后箝位机构的行走轮内具有单向棘轮机构，不能向后滚动，同时后箝位机构张紧在管壁上亦不能向后滑动，则根据作用力与反作用力原理，后平底推杆推动凸轮连同电机以及机架整体向前移动一个偏心距，前平底推杆相对凸轮静止。
凸轮最后回转90度完成一周回到步骤1），如此循环即可实现在管道中的前进。
当通过的管道内有凸起等障碍时，前箝位机构和后箝位机构上的弹簧发生弹性变形即可实现越障功能。
当通过的管道直径发生变化时前箝位机构和后箝位机构也可以通过收缩或张开来适应。
当通过的管道有弯曲时，万向节的两端随着管道的弯曲也发生弯曲，仍然按照上述的循环推进方式完成前进。
本发明中，只要设计合理适当的凸轮轮廓曲线，就可以使蠕动式微型管道机器人驱动行走机构得到各种预期的运动规律，使其在对管道进行检测维护或信息采集时，响应快速，避免刚性冲击，获得高的平稳性。

Claims (5)

1.一种蠕动式微型管道机器人驱动行走机构，包括通过万向节依次连接的前箝位机构、连续蠕动驱动体和后箝位机构，其特征在于：所述前箝位机构包括张紧机构、支撑机构和行走轮，所述张紧机构包括中轴和可移动的滑套，所述支撑机构沿中轴的径向张开，包括主支撑腿和辅助支撑腿，其中主支撑腿的一端铰接于中轴上，主支撑腿的另一端安装有行走轮，辅助支撑腿的两端分别铰接于主支撑腿的中部和滑套上；所述后箝位机构具有与前箝位机构相对称的结构，所述行走轮与主支撑腿之间安装有单向棘轮机构；所述连续蠕动驱动体包括机架、电机、凸轮和一对平底推杆，所述电机安装于机架上，所述凸轮安装在电机的输出轴上，所述凸轮的两侧抵靠弹簧连接的一对平底推杆的底部，所述推杆的顶部从机架伸出。
2.根据权利要求1所述的蠕动式微型管道机器人驱动行走机构，其特征在于：所述张紧机构还包括步进电机、丝杆、丝杆螺母和弹簧，所述步进电机安装于中轴上，所述丝杆安装于步进电机的输出端，所述弹簧安装于丝杆螺母和滑套之间。
3.根据权利要求1或2所述的蠕动式微型管道机器人驱动行走机构，其特征在于：所述支撑机构是沿中轴径向呈120度分布的三组。
4.根据权利要求3所述的蠕动式微型管道机器人驱动行走机构，其特征在于：所述行走轮的表面具有橡胶层。
5.根据权利要求4所述的蠕动式微型管道机器人驱动行走机构，其特征在于：所述机架上开有用于容纳推杆的导向槽。
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