CN105485471A - 蠕虫式管道爬行机器人 - Google Patents

Abstract

一种蠕虫式管道爬行机器人，它包括上、下足机构，三个牵引机构和弹簧，所述三个牵引机构设在下足机构上，上足机构和下足机构之间通过弹簧和牵引机构的绳索连接；所述上足机构包括主电机、上足机构机座、导板、丝杠和三个摆杆机构，主电机驱动三个摆杆机构同步支撑或脱离管道内壁；所述下足机构与上足机构的不同处在于其机座上设有牵引机构，该牵引机构包括电机、卷筒、绳，电机与下足机构的机座连接，卷筒与电机同轴连接，绳一端与上足机构机座连接，另一端与卷筒缠绕连接。弹簧两端与上、下足机构机座连接。本发明结构简单，轻质，牵引力大，易控制，适合在变内径、弯曲、交叉工业管道内爬行与检修。

Description

蠕虫式管道爬行机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种管道爬行机器人。

背景技术

管道机器人是基于一般机器人技术发展起来的一类特种机器人。它们用于做人不能做的事，在人无法进入的管道狭小空间进行作业，在人无法适应的环境下进行危险作业。管道机器人是一种可沿管道内壁行走的机械，它可以携带一种或多种传感器及操作装置，在操作人员的远距离控制下进行一系列的管道检测维修作业。多年来世界各国对管道机器人的研究十分重视，对其研究逐步从试验研究转入到实际应用。目前，多种技术融合、多智能体网络是管道机器人研究的发展方向，在国民经济中起着重要作用并具有重大的战略意义。

至今人们已研制出多种管道机器人。德国Kuntze研制出四轮独立驱动管道检测机器人系统。西班牙JorgeMomleda研制出利用水流喷射驱动的管道机器人系统；日本东京工业大学研制出螺旋推动螺旋轮的管道机器人系统；东京油气有限公司曾开发出世界上第一台无缆管道爬行机器人。中国哈尔滨工业大学研制六独立轮驱动管内检测牵引机器人。

迄今为止，目前一些管道机器人能进行一些探测及信号传送和有限的清淤和除障作业，但在垂直上升管道内爬行能力、在变直径和拐陡弯管道内运行灵活性、在长距离密封管道内牵引电缆能力等能力仍很差。在变内径、弯曲、交叉管道清淤和除障作业的管道机器人未见报道。

发明内容

为了克服现有管道机器人在垂直管道内爬行能力差、在变内径、弯曲、交叉管道内运行不灵活以及牵引能力不足问题，本发明提供一种蠕虫式管道爬行机器人。本发明通过上、下足机构的协调运动，能沿管道内壁爬行；通过牵引机构与弹簧的协调运动，可在管道内蠕虫式柔性伸缩与转弯。

本发明包括上足机构，下足机构，三个牵引机构和弹簧，其中，三个牵引机构设在下足机构上，上足机构和下足机构之间通过弹簧和牵引机构的绳索连接。

所述上足机构包括主电机、上足机构机座、导板、丝杠、三个相同的导杆和三个结构相同的摆杆机构，每个摆杆机构包括摆杆、连杆、支撑脚、小弹簧，机座与导板都呈圆板形状，且相互平行；三个摆杆机构在上足机构机座与导板之间圆周均布，在上足机构机座和导板上均设有相对应的一个中心垂直通孔、三个圆周均布的垂直通孔和三个圆周均布的水平孔，圆周垂直孔位置与水平孔位置的径向夹角是60度；摆杆中部和两端分别设有三个平行的通孔，连杆两端设有两个平行通孔，支撑脚中部设有一个通孔；主电机与上足机构机座中心垂直通孔同轴连接，主电机驱动轴上端与丝杠下端同轴固连，该丝杠上部螺杆与导板中心螺纹孔联接，导杆下端与上足机构机座的圆周均布垂直通孔转动联接，该导杆上部与导板的圆周均布垂直通孔圆柱滑动配合，上述连杆的一端与导板的水平孔转动联接，该连杆的另一端与摆杆中部转动联接，上述摆杆的一端与机座水平孔转动联接，该摆杆的另一端与支撑脚中部转动联接，小弹簧设在摆杆与支撑脚的转动联接处，确保支撑脚底面垂直摆杆，主电机正或反转，通过丝杠和导板驱动三个摆杆机构同步支撑或脱离管道内壁。

下足机构与上足机构的不同之处在于：下足机构的下足机构机座上增设三个圆周均布的小垂直通孔和所述三个结构相同的牵引机构；每个牵引机构包括电机、卷筒、绳、导轮，每个电机分别与下足机构机座的圆周均布的小通孔连接，电机的输出端与卷筒同轴固连，导轮与导杆上部垂直转动联接，绳索的一端与上足机构机座连接，该绳索的另一端绕过导轮与卷筒缠绕连接，下足机构的其它部件和连接关系与上足机构相同。

所述弹簧是圆柱式压弹簧，弹簧两端分别与上、下足机构的机座同轴连接。

本发明与与现有技术相比具有如下优点：

结构简单、轻质、牵引力大、易控制、清淤和除障能力强，适合在变内径、弯曲或交叉工业管道内爬行与检修。

附图说明

图1是本发明的结构主视剖视示意简图。

图2是本发明的俯视示意图。

图中：1-弹簧、2-主电机、3-上足机构机座、4-导杆、5-丝杠、6-导板、7-连杆、8-摆杆、9-电机、10-卷筒、11-导轮、12-绳索、13-支撑脚、14-小弹簧、15-下足机构机座、16-管道内壁。

具体实施方式

在图1和图2所示的蠕虫式管道爬行机器人示意图中，三个结构相同的摆杆机构在上足机构机座3与导板6之间圆周均布，上足机构机座与导板都呈圆板形状，且相互平行，在上足机构机座和导板上均设有相对应的一个中心垂直通孔、三个圆周均布的垂直通孔和三个圆周均布的水平孔，圆周垂直孔位置与水平孔位置的径向夹角是60度；摆杆8中部和两端分别设有三个平行的通孔，连杆7两端设有两个平行通孔，支撑脚13中部设有一个通孔；主电机2与上足机构机座中心垂直通孔同轴连接，主电机驱动轴上端与丝杠5下端同轴固连，该丝杠上部螺杆与导板中心螺纹孔联接，导杆4下端与上足机构机座的圆周均布垂直通孔转动联接，该导杆上部与导板的圆周均布垂直通孔圆柱滑动配合，上述连杆的一端与导板的水平孔转动联接，该连杆的另一端与摆杆中部转动联接，上述摆杆的一端与机座水平孔转动联接，该摆杆的另一端与上述支撑脚中部转动联接，小弹簧14设在摆杆与支撑脚的转动联接处，确保支撑脚底面垂直摆杆，主电机正或反转，通过丝杠和导板驱动三个摆杆机构同步支撑或脱离管道内壁。

下足机构与上足机构的不同之处在于：下足机构的下足机构机座15上增设三个圆周均布的小垂直通孔和三个结构相同的牵引机构；每个牵引机构中的电机9分别与下足机构机座的圆周均布的小通孔连接，电机的输出端与卷筒10同轴固连，导轮11与导杆上部垂直转动联接，绳索12的一端与上足机构机座连接，该绳索的另一端绕过导轮与卷筒缠绕连接，下足机构的其它部件和连接关系与上足机构相同。

弹簧1是圆柱式压弹簧，弹簧两端分别与上、下足机构的机座同轴连接。通过上、下足机构的协调运动，该机器人能沿管道内壁16爬行；通过牵引机构与弹簧的协调运动，该机器人可在管道内蠕虫式柔性伸缩与转弯。

Claims (1)

1.一种蠕虫式管道爬行机器人包括上足机构，下足机构，三个牵引机构和弹簧，其特征在于：所述三个牵引机构设在下足机构上，上足机构和下足机构之间通过弹簧和牵引机构的绳索连接；

所述上足机构包括主电机、上足机构机座、导板、丝杠、三个相同的导杆和三个结构相同的摆杆机构，每个摆杆机构包括摆杆、连杆、支撑脚、小弹簧，上足机构机座与导板都呈圆板形状，且相互平行；三个摆杆机构在上足机构机座与导板之间圆周均布，在上足机构机座和导板上均设有相对应的一个中心垂直通孔、三个圆周均布的垂直通孔和三个圆周均布的水平孔，圆周垂直孔位置与水平孔位置的径向夹角是60度；摆杆中部和两端分别设有三个平行的通孔，连杆两端设有两个平行通孔，支撑脚中部设有一个通孔；主电机与上足机构机座中心垂直通孔同轴连接，主电机驱动轴上端与丝杠下端同轴固连，该丝杠上部螺杆与导板中心螺纹孔联接，导杆下端与上足机构机座的圆周均布垂直通孔转动联接，该导杆上部与导板的圆周均布垂直通孔圆柱滑动配合，上述连杆的一端与导板的水平孔转动联接，该连杆的另一端与摆杆中部转动联接，上述摆杆的一端与机座水平孔转动联接，该摆杆的另一端与支撑脚中部转动联接，小弹簧设在摆杆与支撑脚的转动联接处；

所述下足机构与上足机构的不同之处在于：下足机构的下足机构机座上增设三个圆周均布的小垂直通孔和所述三个结构相同的牵引机构；每个牵引机构包括电机、卷筒、绳索、导轮，每个电机分别与下足机构机座的圆周均布的小通孔连接，电机的输出端与卷筒同轴固连，导轮与导杆上部垂直转动联接，绳索的一端与上足机构机座连接，该绳索的另一端绕过导轮与卷筒缠绕连接，下足机构的其它部件和连接关系与上足机构相同；

所述弹簧是圆柱式压弹簧，弹簧两端分别与上、下足机构的机座同轴连接。