CN103795289A - 管道爬行机器人 - Google Patents

Abstract

一种管道爬行机器人，有以下特点：两个截面为横J形的可动臂相对安置。两个可动臂的长端各设有向上的凸起，至少一组横向压电叠堆执行器的两端与两个凸起的内侧面紧固。固定臂位于两可动臂的下方。两可动臂的短端与固定臂分别用两个柔性铰链串连组成一个横向支撑单元。设有另一个同样的横向支撑单元，相反方向安装。用竖向压电叠堆执行器的两端分别与两个横向支撑单元的固定臂的中部连接。两组横向压电叠堆执行器各设为串连或者并连。横向压电叠堆执行器的两端面两个凸起的内侧面之间用螺钉紧固，也可以用胶固定。这种机器人，具有结构简单、驱动方式简单、造价低，实用性强，竖直水平管道都可用等突出优点，可广泛应用于各种管道的检测与维护中。

Description

管道爬行机器人

技术领域

本发明专利涉及一种爬行机器人。

背景技术

随着科学技术的发展，管道在当今社会已经得到了广泛的应用。管道在长期的使用中难免会出现破裂、堵塞等。有的管道中输送的是剧毒或放射性介质，若这些管道产生裂纹、漏孔会造成介质泄漏，引起事故甚至发生灾难。为了防患于未然，必须对这些管道进行定期检测和维修。但是它们有的埋在地下，甚至埋在海底，有的口径很小，人无法进入。挖出管道进行检测、维修既不经济又不现实，而管道机器人能代替人进行检测。如今水平管道的检测、清理、维护已经不再是个难题，但可用在竖直管道中的检测、清理、维护的机器人并不多。

近几年，随着压电执行器在各领域的广泛应用，突出了逆压电效应的特点。本项目研制的新结构管道机器人就是利用压电晶体在交变电压作用下产生周期性机械变形，即周期性伸长与缩短，利用人体向上爬进管道的原理，压电叠堆执行器的一伸一缩就可以将机器人固定在管道上，中部的压电叠堆执行器类似人的身体，通过周期伸缩实现机器人的行进。此机器人结构简单，实现了竖直方向的爬行。

发明内容

本发明目的是提供一种结构简单、经济实用的管道爬行机器人。

为解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种管道爬行机器人，其特点是：截面为横J形的上可动臂Ⅰ与上可动臂Ⅱ相对安置，它们的长端分别设有向上的凸起Ⅰ与凸起Ⅱ。至少一组横向压电叠堆执行器Ⅰ的两端面与凸起Ⅰ和凸起Ⅱ的内侧面紧固。上固定臂位于上可动臂Ⅰ与上可动臂Ⅱ的下方，上可动臂Ⅰ与上可动臂Ⅱ的短端与上固定臂分别用柔性铰链Ⅰ、柔性铰链Ⅱ串连。截面为横J形的下可动臂Ⅰ与下可动臂Ⅱ相对安置，下可动臂Ⅰ与下可动臂Ⅱ的长端分别设有向下的凸起Ⅲ与凸起Ⅳ，至少一组横向压电叠堆执行器Ⅱ的两端面与凸起Ⅲ和凸起Ⅳ的内侧面紧固，下固定臂位于所述的下可动臂Ⅰ与下可动臂Ⅱ的上方，下可动臂Ⅰ与下可动臂Ⅱ短端与下固定臂分别用柔性铰链Ⅲ、柔性铰链Ⅳ串连。竖向压电叠堆执行器的两端分别与上固定臂和下固定臂的中部连接。横向压电叠堆执行器Ⅰ与横向压电叠堆执行器Ⅱ各设为串连的两组。也可以各设为并连的两组。横向压电叠堆执行器Ⅰ的两端面与凸起Ⅰ和凸起Ⅱ的内侧面之间用螺钉Ⅰ紧固也可以用胶固定，而横向压电叠堆执行器Ⅱ的两端面与凸起Ⅲ和凸起Ⅳ的内侧面之间用螺钉Ⅱ紧固也可以用胶固定。螺钉可用预紧螺钉。

采用了以上技术方案的管道爬行机器人，具有结构简单、驱动方式简单、竖直水平管道都可用等突出优点。

附图说明

图1为本发明管道爬行机器人结构的主视图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的左视图。

具体实施方式

参照附图可以看出本发明管道爬行机器人的结构：截面为横J形的上可动臂Ⅰ—1-1与上可动臂Ⅱ—1-2相对安置。上可动臂Ⅰ—1-1与上可动臂Ⅱ—1-2的长端分别设有向上的凸起Ⅰ—2-1与凸起Ⅱ—2-2。至少一组横向压电叠堆执行器Ⅰ—3-1的两端面与凸起Ⅰ—2-1和凸起Ⅱ—2-2的内侧面紧固。上固定臂6-1位于上可动臂Ⅰ—1-1与上可动臂Ⅱ—1-2的下方。上可动臂Ⅰ—1-1与上可动臂Ⅱ—1-2的短端与上固定臂6-1分别用柔性铰链Ⅰ—5-1、柔性铰链Ⅱ—5-2串连。截面为横J形的下可动臂Ⅰ—1-3与下可动臂Ⅱ—1-4相对安置。下可动臂Ⅰ—1-3与下可动臂Ⅱ—1-4的长端分别设有向下的凸起Ⅲ—2-3与凸起Ⅳ—2-4。至少一组横向压电叠堆执行器Ⅱ—3-2的两端面与凸起Ⅲ—2-3和凸起Ⅳ—2-4的内侧面紧固。下固定臂6-2位于下可动臂Ⅰ—1-3与下可动臂Ⅱ—1-4的上方。下可动臂Ⅰ—1-3与下可动臂Ⅱ—1-4短端与下固定臂6-2分别用柔性铰链Ⅲ—5-3、柔性铰链Ⅳ—5-4串连。竖向压电叠堆执行器7的两端分别与上固定臂6-1和下固定臂6-2的中部连接。横向压电叠堆执行器Ⅰ—3-1与横向压电叠堆执行器Ⅱ—3-2可以各设为串连的两组，也可以各设为并连的两组。横向压电叠堆执行器Ⅰ—3-1的两端面与凸起Ⅰ—2-1和凸起Ⅱ—2-2的内侧面之间用螺钉Ⅰ—4-1紧固也可以用胶固定，横向压电叠堆执行器Ⅱ—3-2的两端面与凸起Ⅲ—2-3和凸起Ⅳ—2-4的内侧面之间用螺钉Ⅱ—4-2紧固也可以用胶固定。螺钉可为预紧螺钉，预紧螺钉可以调整压电叠堆执行器的初始预紧力。柔性铰链连接可使可动臂在形变时固定臂不发生形变，从而不会对竖向压电叠堆执行器7产生影响，根据固定臂的厚度和要求,柔性连接形式可多样化,

使用时，横向压电叠堆执行器Ⅱ—3-2在外电压作用下产生横向位移，带动下可动臂Ⅰ—1-3与下可动臂Ⅱ—1-4伸长支撑在管内壁，同时给竖向压电叠堆执行器7加外电压作用下伸长，产生纵向位移，推动上固定臂6-1上移。稳定后，给横向压电叠堆执行器Ⅰ—3-1加外电压，上可动臂Ⅰ—1-1与上可动臂Ⅱ—1-2伸长支撑在管内壁，此时给横向压电叠堆执行器Ⅱ—3-2加反向电压，使下可动臂Ⅰ—1-3与下可动臂Ⅱ—1-4缩短，脱离管壁，然后给竖向压电叠堆执行器7加反向外电压，使之缩短，带动下固定臂6-2向上爬行，从而完成一个运动周期。本发明管道爬行机器人向下爬行原理相同，只是程序不同。用这种原理不仅可以实现它在管道内的上下竖直爬行运动，也可以实现在管道内的左右水平爬行，因此可广泛应用于各种管道的检测与维护中

以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种管道爬行机器人，其特征在于：截面为横J形的上可动臂Ⅰ（1-1）与上可动臂Ⅱ（1-2）相对安置，所述的上可动臂Ⅰ（1-1）与上可动臂Ⅱ（1-2）的长端分别设有向上的凸起Ⅰ（2-1）与凸起Ⅱ（2-2），至少一组横向压电叠堆执行器Ⅰ（3-1）的两端面与所述凸起Ⅰ（2-1）和凸起Ⅱ（2-2）的内侧面紧固，上固定臂（6-1）位于所述的上可动臂Ⅰ（1-1）与上可动臂Ⅱ（1-2）的下方，所述的上可动臂Ⅰ（1-1）与上可动臂Ⅱ（1-2）的短端与所述上固定臂（6-1）分别用柔性铰链Ⅰ（5-1）、柔性铰链Ⅱ（5-2）串连；截面为横J形的下可动臂Ⅰ（1-3）与下可动臂Ⅱ（1-4）相对安置，所述的下可动臂Ⅰ（1-3）与下可动臂Ⅱ（1-4）的长端分别设有向下的凸起Ⅲ（2-3）与凸起Ⅳ（2-4），至少一组横向压电叠堆执行器Ⅱ（3-2）的两端面与所述凸起Ⅲ（2-3）和凸起Ⅳ（2-4）的内侧面紧固，下固定臂（6-2）位于所述的下可动臂Ⅰ（1-3）与下可动臂Ⅱ（1-4）的上方，所述的下可动臂Ⅰ（1-3）与下可动臂Ⅱ（1-4）短端与所述下固定臂（6-2）分别用柔性铰链Ⅲ（5-3）、柔性铰链Ⅳ（5-4）串连；竖向压电叠堆执行器（7）的两端分别与上固定臂（6-1）和下固定臂（6-2）的中部连接。

2.根据权利要求1所述的管道爬行机器人，其特征在于：横向压电叠堆执行器Ⅰ（3-1）与横向压电叠堆执行器Ⅱ（3-2）各设为串连的两组。

3.根据权利要求1所述的管道爬行机器人，其特征在于：横向压电叠堆执行器Ⅰ（3-1）与横向压电叠堆执行器Ⅱ（3-2）各设为并连的两组。

4.根据权利要求1所述的管道爬行机器人，其特征在于：横向压电叠堆执行器Ⅰ（3-1）的两端面与所述凸起Ⅰ（2-1）和凸起Ⅱ（2-2）的内侧面之间用螺钉Ⅰ（4-1）紧固，横向压电叠堆执行器Ⅱ（3-2）的两端面与所述凸起Ⅲ（2-3）和凸起Ⅳ（2-4）的内侧面之间用螺钉Ⅱ（4-2）紧固。

5.根据权利要求1所述的管道爬行机器人，其特征在于：横向压电叠堆执行器Ⅰ（3-1）的两端面与所述凸起Ⅰ（2-1）和凸起Ⅱ（2-2）的内侧面之间用胶固定，横向压电叠堆执行器Ⅱ（3-2）的两端面与所述凸起Ⅲ（2-3）和凸起Ⅳ（2-4）的内侧面之间用胶固定。

6.根据权利要求1所述的管道爬行机器人，其特征在于：所述螺钉为预紧螺钉。

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