CN1043325C - 管内行走机器人 - Google Patents
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Abstract
一种以步伐方式行走的管内行走机器人，属于管内运载工具范畴，其包括左右两个结构完全相同的行走单元，每个单元均有三只可径向伸缩的脚和三条可在轴向截面内左右摆动的腿，左右单元的脚交替踩住和离开管壁，靠腿的摆动使机器人向左或向右移动，左右两单元之间由万向联轴节相联。在每只脚上还装有防止机器人打滑的防滑自锁机构。该机器人牵引力大，跨越障碍能力强。
Description
本发明管内行走机器人属于作业运输部及机械手类，是一种能在管内自动行走、并能拖动或运输各种装置以完成管道检测和维护的工具。
目前世界上的管内机器人以日本学者研究的最多，如日本的Tokuji Okada(英译)研制的管内机器人(他们称之为Mogrer)，该机器人能够携带照像机在管内拍照，它是靠轮子驱动而前进的，Tokuji Okada申请的专利为日本国专利特开平5294234。国内哈尔滨工业大学邓宗全、孙序梁等人曾在机器人杂志上发表过有关管内行走机器人方面的文章，但其机构都与Tokuji Okada的轮式驱动没有太大差别，在国内尚未发现管内机器人方面的专利申请。
附图1是管内机器人的局部剖视图，图中标号：
1-大电机 2-螺栓 3-轴承套 4-丝杠
5-固定销 6滑销 7-螺母 8-腿
9-杆 10-靴底 11-挡销 12-左摆杆
13-长销 14-拉簧 15-右摆杆 16-脚靴
17-脚 18-内齿轮19-外齿轮 20-小电机
21-转盘 22-导套 23-联轴节 24-轮
25-支撑杆 26-滑套 27-弹簧
图2是图1沿22的部视图，其中：
10-靴底 11-挡销 12-左摆杆 13-长销
15-右摆杆 16-脚靴 17-脚 24-轮
25-支撑杆 26-滑套 27-弹簧 28-压簧
本发明管内行走机器人，目的在于提供一种可做为管内运载工具使用，并携带各种附件，可进行管内清理，管内壁涂装和管壁缺陷检查等的有效实用工具。该机器人能前进，能后退，能转弯，并具有很大的牵引力和很强的跨越障碍物的能力。
一种管内行走机器人，其特征为有左右两个结构完全相同的行走单元(图1为左行走单元，右行走单元略)，每个单元均有3只可径向伸缩的脚(17)和3条可在轴向截面内左右摆动的腿(8)，左右单元的脚(17)交替踩住和离开管壁，靠腿(8)的摆动而使整个机器人向左或向右移动，左右两单元之间由万向联轴节(23)相联，以使机器人顺利通过弯道。在每个单元上安装有使脚(17)伸缩的脚伸缩机构和使腿(8)摆动的腿摆动机构，在每只脚(17)上装有防止机器人打滑的防滑自锁装置。脚(17)离开或踩住管壁的径向直线运动是由小电机(20)、外齿轮(19)及带端面螺纹的内齿轮(18)组成的脚伸缩机构完成的。腿(8)在轴向截面内的左右摆动是由腿摆动机构完成：大电机(1)、丝杠(4)的旋转运动变为螺母(7)的直线运动，再经螺母(7)上的滑销(6)及腿(8)上的U形滑槽使腿(8)围绕固定销(5)左右摆动，从而使脚(17)连同端盘(21)等一起沿导管(22)左右滑动。脚(17)上装有由左摆杆(12)、右摆杆(15)、挡销(11)、长销(13)、拉簧(14)和压簧(28)等组成的防滑自锁装置。
图1是本发明的一个实施例，图中只画出了左行走单元，右行走单元与左行走单元结构完全相同，左行走单元右行走单元之间以万向联轴节(23)为中心左右对称配置。
现以机器人往左行走为例说明其动作过程，此时，初始位置需调整为：左行走单元脚(17)外撑，撑紧在管壁上，右行走单元脚(17)里收，脱离管壁；同时使左行走单元的腿(8)向左倾钭到极限位置，使右单元的腿(8)向右倾钭到极限位置。
行走时可分为以下四个步骤：
第一步：左行走单元的腿(8)顺时针摆动，使整个机器人向左移动一段距离，与此同时，右行走单元的腿(8)逆时针摆动使右行走单元的脚(17)相对机器人本身向左也移动了一段距离，为下一步行走做准备。
第二步：左行走单元的脚(17)收回，然后，右行走单元的腿(17)外撑，撑紧管壁。
第三步：左行走单元的腿(8)逆时针摆动，同时右行走单元的腿(8)顺时针摆动，使整个机器人再向前移动一段距离。
第四步：左行走单元的脚(17)外撑，撑住管壁，右行走单元脚(17)里收，脱离管壁。
最后又回到第一步，整个机器人就这样一步一步向左移动，由于机器人左右结构完全对称，因此，向右行走时的动作过程与向左行走时的动作过程类似。
脚(17)的防滑自锁部分由靴底(10)、左摆杆(12)、右摆杆(15)、长销(13)、挡销(11)、脚靴(16)、拉簧(14)和压簧(28)组成，其中长销(13)装配在脚靴(16)上，当脚(17)与脚靴(16)相对移动时，此长销(13)可沿脚(17)上的长槽滑动，而挡销(11)固定在脚(17)上，当脚(17)与脚靴(16)有相对移动时，此挡销(11)可在脚靴(16)上的长槽内移动，在靴底(10)未压上管壁前，由于压簧(28)的作用，使靴(16)相对脚上移，脚(17)上的挡销(11)迫使左摆杆(12)与右摆杆(15)叉开一个大的角度，从而使左摆杆(12)及右摆杆(15)的头部缩回在靴底(10)内，这样当脚(17)往外撑时，首先接触管壁的是靴底(10)，当靴底(10)压上管壁后，脚(17)继续外撑，挡销(11)就会相对脚靴(16)上移，此时，在拉簧(14)的作用下，左摆杆(12)与右摆杆(15)的夹角减小，两摆杆的头部伸出靴底(10)，压在管壁上，此时只要保证两摆杆与中线的夹角小于摩擦角，就可起到自锁防滑作用。
脚(17)离开或踩住管壁的运动：小电机(20)的旋转运动传递给外齿轮(19)，外齿轮(19)和带端面螺纹的内齿轮(18)使小电机(20)的转速降低，再通过(18)上的端面螺纹使旋转运动转变为脚(17)的径向直线运动，3只脚(17)均匀分布在转盘(21)的U型长槽中，小电机(20)固定在转盘(21)上，而带螺纹的内齿轮(18)套在转盘(21)上，并可围绕转盘(21)旋转，转盘(21)沿导套(22)的移动带动整个脚机构及脚(17)沿轴线运动。
腿(8)的左右摆动：大电机(1)和丝杠(2)的旋转运动使螺母(7)沿轴线移动，螺母(7)上固定有3个沿园周均匀分布的滑销(6)，腿(8)通过固定销(5)固定在轴承套(3)上，腿(8)上有一个U型长槽，滑销(6)可沿此长槽滑动，并可拔动腿(8)使其左右摆动，腿(8)的左右摆动通过杆(9)使脚(17)连同转盘(21)及脚机构一起沿导管(22)左右移动，以使整个机器人向左或向右移动。
该机器人的每个行走单元各有两排共六个均匀分布的辅助支承轮(24)，轮(24)的径向距离由弹簧(27)来调节，以适应管道内径的变化，轮(24)的支撑杆(25)可在滑套(26)中滑动，起导向作用。万向联轴节(23)使机器人能够自动转弯。
本发明没有采用惯常的轮式驱动，而采用了步伐式行走装置，其牵引力大，逾越障碍物能力强，对管道内径的变化适应能力强，并可通过更换脚(17)，使其能通过的管道内径的变化范围达200～1000mm，起到一机多用的目的，该机器人结构对称，控制方便是一种实用的管内运载工具。尤其适合在化学工业，核电站，煤气公司等危险场合及人们难以到达的极限位置作业。
Claims (1)
1．一种管内行走机器人，其特征为有左右两个结构完全相同的行走单元，每个单元均有3只可径向伸缩的脚(17)和3条可在轴向截面内左右摆动的腿(8)，左右单元的脚(17)交替踩住和离开管壁，靠腿(8)的摆动而使整个机器人向左或向右移动，左右两单元之间由万向联轴节(23)相联，以使机器人顺利通过弯道。在每个单元上安装有使脚(17)伸缩的脚伸缩机构和使腿(8)摆动的腿摆动机构，在每只脚(17)上装有防止机器人打滑的防滑自锁装置。脚(17)离开或踩住管壁的径向直线运动是由小电机(20)、外齿轮(19)及带端面螺纹的内齿轮(18)组成的脚伸缩机构完成的。腿(8)在轴向截面内的左右摆动是由腿摆动机构完成：大电机(1)、丝杠(4)的旋转运动变为螺母(7)的直线运动，再经螺母(7)上的滑销(6)及腿(8)上的U形滑槽使腿(8)围绕固定销(5)左右摆动，从而使脚(17)连同端盘(21)等一起沿导管(22)左右滑动。脚(17)上装有由左摆杆(12)、右摆杆(15)、挡销(11)、长销(13)、拉簧(14)和压簧(28)等组成的防滑自锁装置。
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