CN107588283A - 适于直管道的管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于直管道的管道机器人，包括相对设置且用于与管道的内壁面接触的两个行走装置和与两个行走装置连接且用于在管道内行进时控制两个行走装置交替进行移动的行走控制装置。本发明的适于直管道的管道机器人，结构简单合理，多采用铰链式结构与曲柄滑块结构，传动简单；前进动力足，前进动力来自两个行走装置交替提供的摩擦力，而且两个行走装置交替移动，使前进时负重减小，能够提高在管道内的行走速度。

Description

适于直管道的管道机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体地说，本发明涉及一种适于直管道的管道机器人。

背景技术

管道机器人是一种新型机器人，可沿着管道内行走，还能携带传感器来进行完成管道内作业的机电一体化系统，由行走机构、信号传递、动力传输系统、内部识别检测系统、控制系统等组成。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。

管道机器人主要有活塞移动式，蠕动移动式，履带移动式，足腿移动式和滚轮移动式这几种。现有的适于直管道的管道机器人还存如下诸多不足之处：

(1)管道机器人前进动力较小，在管道内行进时负重大，无法实现快速移动；

(2)对管径大小不一的管道适应性较差，使工作效率大大降低；

(3)不能计算管道机器人行走的路程。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种适于直管道的管道机器人，目的是减小在直管道内行进时的负重，提高行走速度。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：适于直管道的管道机器人，包括相对设置且用于与管道的内壁面接触的两个行走装置和与两个行走装置连接且用于在管道内行进时控制两个行走装置交替进行移动的行走控制装置。

所述行走装置包括用于与管道的内壁面接触且可与管道的内壁面之间产生摩擦力的执行机构、与执行机构连接的支撑机构和与支撑机构连接的变位机构，变位机构与所述行走控制装置连接，执行机构沿周向设置多个。

所述执行机构包括与所述支撑机构连接且用于与管道的内壁面接触的接触体和可旋转的设置于接触体上且用于与管道的内壁面接触的弹性球体，接触体具有与管道的内壁面接触以产生静摩擦力的接触面；管道机器人在管道内行进时，当两个行走装置中的其中一个行走装置的所述接触面与管道的内壁面接触后，该其中一个行走装置与管道保持相对静止，另一个行走装置的所述弹性球体与管道的内壁面接触且该另一个行走装置与管道可相对移动。

所述弹性球体为球形件，所述接触体具有容纳弹性球体的容置槽。

所述支撑机构包括与所述变位机构连接且由变位机构控制做直线运动的第一滑动支撑件和第二滑动支撑件、与变位机构连接的撑杆架、与撑杆架和所述接触体转动连接的接触体撑杆、与第二滑动支撑件转动连接的支撑件撑杆、套设于接触体撑杆上且与支撑件撑杆转动连接的撑杆滑套，接触体通过接触体铰链与第一滑动支撑件连接，接触体铰链与接触体为转动连接，第二滑动支撑件位于第一滑动支撑件和撑杆架之间。

所述第一滑动支撑件的端面和所述第二滑动支撑件的端面相接触，在所述变位机构的作用下，第一滑动支撑件和第二滑动支撑件同步运动且两者的运动方向相同。

所述变位机构包括可旋转设置且与所述行走控制装置连接的变位丝杆和与变位丝杆相平行的导向杆，所述第一滑动支撑件和所述第二滑动支撑件套设于变位丝杆上且与变位丝杆构成螺旋传动，第一滑动支撑件和第二滑动支撑件具有让导向杆穿过的导向孔，多个所述执行机构在变位丝杆的外侧为沿周向均匀分布。

所述变位机构还包括设置于所述变位丝杆上且与所述撑杆架连接的轴承。

所述行走控制装置包括相对设置且分别与一个所述行走装置的所述变位机构连接的第一控制体和第二控制体以及与第一控制体和第二控制体连接且用于在管道机器人行进过程中使第一控制体和第二控制体做相对直线运动的步进机构。

所述步进机构包括与所述第一控制体连接且由第一控制体控制进行旋转的短连杆以及与短连杆和所述第二控制体转动连接的长连杆，短连杆的与长连杆连接的端部的质量大于短连杆的与第一控制体连接的端部的质量。

本发明适于直管道的管道机器人，结构简单合理，多采用铰链式结构与曲柄滑块结构，传动简单；前进动力足，前进动力来自两个行走装置交替提供的摩擦力，而且两个行走装置交替移动，使前进时负重减小，能够提高在管道内的行走速度。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明管道机器人的结构示意图；

图2是第一滑动支撑件的结构示意图；

图3是第二滑动支撑件的结构示意图；

图4是变位丝杆和撑杆架组件结构示意图；

图5是第一控制体的结构示意图；

图6是执行机构的结构示意图；

图7是支撑机构的结构示意图；

图8是支撑机构另一角度的结构示意图；

图9是变位机构的结构示意图；

图10是行走控制装置的结构示意图；

图中标记为：1、第二滑动支撑件；2、变位丝杆；3、接触体撑杆；4、接触体；5、接触体铰链；6、第一控制体；601、第一动力输出轴；602、第二动力输出轴；7、短连杆；8、长连杆；9、销轴；10、第二控制体；1001、第三动力输出轴；1002、连接轴；11、支撑件撑杆；12、撑杆滑套；13、第一滑动支撑件；1301、外圈；1302、轮毂；1303、轮辐；14、导向杆；15、轴承；16、撑杆架；17、弹性球体；18、接触面。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图10所示，本发明提供了一种适于直管道的管道机器人，包括相对设置且用于与管道的内壁面接触的两个行走装置和与两个行走装置连接且用于在管道内行进时控制两个行走装置交替进行移动的行走控制装置，行走控制装置位于两个行走装置之间且三者处于同一直线上，两个行走装置并为对称设置。

具体地说，直管道的内壁面为圆柱面，直管道为笔直状管道，管道机器人在直管道内行走时，通过两个行走装置与管道的内壁面保持接触状态，并由行走控制装置控制两个行走装置在管道内交替进行移动，实现管道机器人的行走。交替进行运动是指两个行走装置不同时移动，当两个行走装置中的其中一个行走装置处于静止状态时，另一个行走装置处于运动状态，而且各个行走装置依次在静止状态和运动状态之间进行切换。处于静止状态的行走装置与管道保持相对静止，处于运动状态的行走装置与管道发生相对运动且行走装置在管道内做直线运动。行走装置可与管道的内壁面之间产生静摩擦力，进而能够与管道保持相对静止。

两个行走装置分别为第一行走装置和第二行走装置，管道机器人在管道内行走过程中，在行走控制装置的作用下，当第一行走装置与管道的内壁面接触且产生静摩擦力后，第一行走装置与管道保持相对静止，第二行走装置与管道可相对移动，第二行走装置与管道之间不产生静摩擦力，第二行走装置在管道内进行移动，在第二行走装置移动设定距离后停止移动，第二行走装置与管道的内壁面接触且产生静摩擦力，第二行走装置与管道保持相对静止，然后第一行走装置与管道之间的静摩擦力消失，第一行走装置在管道内进行移动，在第一行走装置移动设定距离后停止移动，然后第二行走装置再次进行移动。因此，通过两个行走装置的交替运动，实现管道机器人在管道内的行走。由于管道机器人每行进一次时仅有一个行走装置处于运动状态，使得管道机器人前进时负重减小，从而可以加快行走速度。

如图1所示，行走装置包括用于与管道的内壁面接触且可与管道的内壁面之间产生摩擦力的执行机构、与执行机构连接的支撑机构和与支撑机构连接的变位机构，变位机构与行走控制装置连接，执行机构沿周向设置多个且多个执行机构在管道的内部以管道的轴线为中心线沿周向均匀分布，两个行走装置的变位机构与行走控制装置相连接，行走控制装置位于两个变位机构之间。行走控制装置提供使变位机构运转的动力，变位机构和支撑机构将行走控制装置产生的动力传递至执行机构，实现执行机构在管道内位置的调节。

如图1和图6所示，执行机构包括与支撑机构连接且用于与管道的内壁面接触的接触体4和可旋转的设置于接触体4上且用于与管道的内壁面接触的弹性球体17，接触体4具有与管道的内壁面接触以产生静摩擦力的接触面18。管道机器人在管道内行进时，当两个行走装置中的其中一个行走装置的接触面18与管道的内壁面接触后，该其中一个行走装置与管道保持相对静止，另一个行走装置的弹性球体17与管道的内壁面接触且该另一个行走装置与管道可相对移动。

如图1和图6所示，接触面18为接触体4上面朝管道的内壁面的外表面，在行走控制装置的作用下，当行走装置的变位机构和支撑机构使执行机构的接触体4移动至接触体4上的接触面18与管道的内壁面相接触的位置后，该行走装置停止移动并与管道之间产生静摩擦力，该行走装置与管道保持相对静止。弹性球体17优选为球形件，接触体4具有容纳弹性球体17的容置槽，该容置槽在接触体4的外表面上形成让弹性球体17露出的开口，使得弹性球体17可伸出至接触体4的外部，确保弹性球体17能够与管道的内壁面接触。当行走装置在管道内进行移动时，接触体4上的接触面18与管道的内壁面不接触，接触体4上的弹性球体17与管道的内壁面接触且能够在管道的内壁面上滚动。

如图1和图6所示，接触体4具有一定的长度，容置槽位于接触体4的长度方向上的中间位置处，容置槽是设置于接触体4的面朝管道的内壁面的外表面上，接触体4的长度方向与管道的轴线相平行或相交，接触面18位于容置槽的两侧，接触面18和容置槽位于接触体4的长度方向上。作为优选的，接触体4的容置槽中可设置用于对弹性球体17施加弹性作用力的弹性元件，该弹性元件对弹性球体17施加的弹性作用力使得弹性球体17与管道的内壁面保持相接触的状态，弹性元件夹在弹性球体17与容置槽中的内壁面之间，弹性元件与弹性球体17和容置槽中的内壁面相抵触，使得弹性球体17能够伸出至接触体4的外部以与管道的内壁面接触，弹性元件优选为弹簧。

如图1、图7和图8所示，支撑机构位于执行机构的内侧，管道位于执行机构的外侧，所有执行机构分布在支撑机构的四周。支撑机构包括与变位机构连接且由变位机构控制做直线运动的第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1、与变位机构连接的撑杆架16、与撑杆架16和接触体4转动连接的接触体撑杆3、与第二滑动支撑件1转动连接的支撑件撑杆11以及套设于接触体撑杆3上且与支撑件撑杆11转动连接的撑杆滑套12，接触体4通过接触体铰链5与第一滑动支撑件13连接，接触体铰链5与接触体4为转动连接，第二滑动支撑件1位于第一滑动支撑件13和撑杆架16之间。

如图7和图8所示，第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1为相邻设置，支撑件撑杆11、撑杆滑套12和接触体撑杆3位于第二滑动支撑件1的同一侧。支撑件撑杆11为直杆体，支撑件撑杆11的一端与第二滑动支撑件1铰接，支撑件撑杆11的另一端与撑杆滑套12铰接，支撑件撑杆11的旋转中心线与管道的轴线在空间上相垂直。接触体撑杆3为直杆体，接触体撑杆3的一端与撑杆架16铰接，接触体撑杆3的另一端与接触体4铰接，接触体撑杆3的旋转中心线与管道的轴线在空间上相垂直，通过撑杆滑套12相连接的接触体撑杆3和支撑件撑杆11的旋转中心线相平行。撑杆滑套12套设于接触体撑杆3，撑杆滑套12可在接触体撑杆3上滑动，撑杆滑套12位于接触体撑杆3的两端之间的位置处。撑杆滑套12的一端具有让接触体撑杆3穿过的通孔，撑杆滑套12的另一端具有与支撑件撑杆11转动连接的铰支座。

如图1和图6所示，接触体4的长度方向上的一端设有与接触体撑杆3转动连接的铰支座，接触体4的长度方向上的另一端设有与接触体铰链5转动连接的另一铰支座。接触体铰链5为一体结构，接触体铰链5能够相对于接触体4旋转。接触体铰链5的一端与接触体4转动连接，接触体铰链5的另一端设有让第一滑动支撑件13穿过的通孔，接触体铰链5套设于第一滑动支撑件13上且接触体铰链5能够相对于第一滑动支撑件13旋转。

变位机构和支撑机构相配合，能够使执行机构的接触体4在接触状态和非接触状态之间进行切换。接触体4处于接触状态时，接触体4上的接触面18与管道的内壁面相接触。接触体4处于非接触状态，接触体4上的接触面18与管道的内壁面分离，即接触面18与管道的内壁面不接触。在行走控制装置的作用下，通过变位机构和支撑机构相配合，使各个执行机构能够在管道的径向上进行移动，实现接触体4在接触状态和非接触状态之间的切换，进而控制两个行走装置交替进行移动。支撑机构采用支撑件撑杆11和撑杆滑套12相配合的结构，是为了防止接触体撑杆3与接触体4传动时产生死角，同时给管道机器人变位时提供大部分的变位动力。

如图7和图8所示，第一滑动支撑件13的端面和第二滑动支撑件1的端面相接触，在变位机构的作用下，第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1同步运动且两者的运动方向相同，而且第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1可在管道内沿管道的轴向做往复直线运动。当变位机构使第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1沿管道轴向做往复直线运动时，支撑件撑杆11、撑杆滑套12、接触体撑杆3和接触体铰链5进行相应动作，实现接触体4在接触状态和非接触状态之间的切换。

如图1、图7和图8所示，各个执行机构的接触体4分别通过一个接触体撑杆3与撑杆架16连接，各个执行机构的接触体4分别通过一个接触体铰链5与第一滑动支撑件13连接，各个接触体撑杆3分别通过一个撑杆滑套12与一个支撑件撑杆11连接，即接触体撑杆3、支撑件撑杆11、撑杆滑套12的数量与接触体4的数量相同，而且所有接触体撑杆3、支撑件撑杆11、撑杆滑套12和接触体4是以第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1的轴线作为中心线，沿周向均匀分布。

如图4、图7至图9所示，变位机构包括可旋转设置且与行走控制装置连接的变位丝杆2和与变位丝杆2相平行的导向杆14，第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1套设于变位丝杆2上且与变位丝杆2构成螺旋传动，多个执行机构在变位丝杆2的外侧为沿周向均匀分布。导向杆14与行走控制装置固定连接，导向杆14对第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1起到导向作用，第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1具有让导向杆14穿过的导向孔，导向杆14限制第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1转动，确保第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1做直线运动。第一滑动支撑件13的中心处设有让变位丝杆2穿过的螺纹孔，第二滑动支撑件1的中心处设有让变位丝杆2穿过的螺纹孔，第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1与变位丝杆2为同轴设置。在变位丝杆2的轴向上，第二滑动支撑件1位于第一滑动支撑件13和撑杆架16之间。将第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1设置为两个部件，第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1不连接，这样设置主要是为了受力分散，降低第二滑动支撑件1的刚度要求，同时第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1与变位丝杆2均构成螺旋传动，可以实现结构自锁。

如图4、图7至图9所示，变位机构还包括设置于变位丝杆2上且与撑杆架16连接的轴承15。轴承15设置于撑杆架16上，变位丝杆2接收行走控制装置产生的旋转力，变位丝杆2的一端与行走控制装置连接，轴承15为变位丝杆2的另一端提供支撑作用，使变位丝杆2能够稳定旋转。

如图1和图2所示，第一滑动支撑件13包括轮毂1302、与轮毂1302同轴的外圈1301以及与轮毂1302和外圈1301连接且在轮毂1302和外圈1301之间呈辐射状分布的多个轮辐1303。轮毂1302为圆柱体，轮毂1302的中心处具有与变位丝杆2相配合的螺纹孔，轮毂1302套设于变位丝杆2上且与变位丝杆2构成螺旋传动，轮毂1302上并设有让导向杆14穿过的导向孔，导向孔的轴线与中心处螺纹孔的轴线相平行，导向孔的直径与导向杆14的直径大小相同。外圈1301为圆环形结构，外圈1301的直径大于轮毂1302的直径，外圈1301的形状与管道的形状相适应，接触体铰链5套设于外圈1301上。多个轮辐1303在轮毂1302外侧为沿周向均匀分布，轮辐1303使轮毂1302和外圈1301连接成一体结构，轮辐1303的数量不少于三根。

如图1和图3所示，第二滑动支撑件1为正多面体柱状结构，边数不少于三，在每个周面上装有与支撑件撑杆11相配合的铰支座，第二滑动支撑件1的中心处设有与变位丝杆2相配合的螺纹孔，第二滑动支撑件1上并设有让导向杆14穿过的导向孔，导向孔的轴线与中心处螺纹孔的轴线相平行，导向孔的直径与导向杆14的直径大小相同。

如图1和图10所示，行走控制装置包括相对设置且分别与一个行走装置的变位机构连接的第一控制体6和第二控制体10以及与第一控制体6和第二控制体10连接且用于在管道机器人行进过程中使第一控制体6和第二控制体10做相对直线运动的步进机构。第一控制体6和第二控制体10分别与一个行走装置连接，第一控制体6与一个行走装置的变位丝杆2和步进机构连接，第二控制体10与另一个行走装置的变位丝杆2和步进机构连接，第一控制体6可产生使与其连接的变位丝杆2进行旋转的旋转力，第二控制体10可产生使与其连接的变位丝杆2进行旋转的旋转力，第一控制体6还可产生使步进机构运转的旋转力。

如图1和图10所示，步进机构包括与第一控制体6连接且由第一控制体6控制进行旋转的短连杆7以及与短连杆7和第二控制体10连接的长连杆8，短连杆7的长度小于长连杆8的长度，短连杆7的一端与第一控制体6连接，短连杆7的另一端通过销轴9与长连杆8的一端转动连接，长连杆8的另一端与第二控制体10连接，销轴9的轴线与变位丝杆2的轴线在空间上相垂直。作为优选的，短连杆7的与长连杆8连接的端部的质量大于短连杆7的与第一控制体6连接的端部的质量，长连杆8的与短连杆7连接的端部的质量大于长连杆8的与第二控制体10连接的端部的质量，也即长连杆8和短连杆7的一端重量重、另一端重量轻，长连杆8的重量重的一端和短连杆7的重量重的一端通过销轴9连接，这样设置，使得两连杆的重心偏向两连杆的连接端，利用惯性使曲柄滑块机构越过死角位置。

如图1和图5所示，第一控制体6具有一个第一动力输出轴601和一个第二动力输出轴602，第一动力输出轴601与行走装置的变位丝杆2的端部固定连接，第二动力输出轴602与短连杆7的端部固定连接，短连杆7能够相对于第一控制体6进行旋转，第一动力输出轴601的轴线与第二动力输出轴602的轴线相垂直，第一动力输出轴601和第二动力输出轴602作为第一控制体6的动力输出轴，第一动力输出轴601用于带动变位丝杆2旋转，第二动力输出轴602用于带动短连杆7旋转。第一控制体6的内部具有与第一动力输出轴601连接的第一动力输出设备和与第二动力输出轴602连接的第二动力输出设备，第一动力输出设备和第二动力输出设备可以为电机，第一动力输出轴601和第二动力输出轴602也可以为电机的电机轴。第一动力输出设备通过第一动力输出轴601与行走装置的变位丝杆2连接，为变位丝杆2提供变位动力转矩。第二动力输出设备通过第二动力输出轴602与步进机构的短连杆7连接，为短连杆7提供步进动力转矩。第一控制体6的内部还具有单片机、电源输入设备、储能设备和通信设备，通信设备可以为无线通信设备或有线通信设备，通信设备、第一动力输出设备、第二动力输出设备和储能设备与单片机为电连接，电源输入设备与储能设备连接，第一动力输出设备和第二动力输出设备由单片机控制进行运转，储能设备为第一动力输出设备和第二动力输出设备提供电力，通信设备用于接收控制信号并将接收的控制信号传递至单片机，单片机对控制信号进行处理并控制电源输入设备、储能设备、第一动力输出设备和第二动力输出设备进行相应动作，从而实现对整个管道机器人的控制。第一控制体6的单片机、电源输入设备、储能设备、通信设备、第一动力输出设备、第二动力输出设备、第一动力输出轴601和第二动力输出轴602集成一体，第一动力输出轴601和第二动力输出轴602能够相对于其余部件进行旋转，在管道机器人在管道内行进时，第一控制体6整体可在管道内做直线运动。

如图1和图10所示，第二控制体10具有一个第三动力输出轴1001和一个连接轴1002，第三动力输出轴1001与行走装置的变位丝杆2的端部固定连接，连接轴1002与长连杆8的端部连接，长连杆8能够相对于第二控制体10进行旋转，第三动力输出轴1001的轴线与连接轴1002的轴线相垂直，连接轴1002的轴线与第二动力输出轴602的轴线相平行，第三动力输出轴1001作为第二控制体10的动力输出轴，第三动力输出轴1001用于带动变位丝杆2旋转，短连杆7通过长连杆8带动第二控制体10整体进行移动。第二控制体10的内部具有与第三动力输出轴1001连接的第三动力输出设备，第三动力输出设备可以为电机，第三动力输出轴1001也可以为电机的电机轴。第三动力输出设备通过第三动力输出轴1001与行走装置的变位丝杆2连接，为变位丝杆2提供变位动力转矩。连接轴1002无动力输出，仅用于实现第二控制体10与长连杆8的连接，同时为管道机器人的与第二控制体10连接的行走装置提供牵引。第二控制体10的内部还具有单片机、电源输入设备、储能设备和通信设备，通信设备可以为无线通信设备或有线通信设备，通信设备、第三动力输出设备和储能设备与单片机为电连接，电源输入设备与储能设备连接，第三动力输出设备由单片机控制进行运转，储能设备为第三动力输出设备提供电力，通信设备用于接收控制信号并将接收的控制信号传递至单片机，单片机对控制信号进行处理并控制电源输入设备、储能设备和第三动力输出设备进行相应动作，从而实现对整个管道机器人的控制。第二控制体10的单片机、电源输入设备、储能设备、通信设备、第三动力输出设备、第三动力输出轴1001和连接轴1002集成一体，第三动力输出轴1001和连接轴1002能够相对于其余部件进行旋转，在管道机器人在管道内行进时，第二控制体10整体可在管道内做直线运动。

本发明的管道机器人的驱动过程为：首先通过第一控制体6和第二控制体10内部的通信设备接收外部传来的控制信号，然后将控制信号传输至单片机，通过单片机的信号处理进一步控制电源输入设备，储能设备的接通、输出功率大小和断开控制，实现对各个动力输出设备的智能控制，从而实现对整个管道机器人的驱动。

本发明的管道机器人的变位过程为：第一控制体6和第二控制体10接收了单片机的控制信号后，驱动第一动力输出轴601和第三动力输出轴1001输出变位动力，第一动力输出轴601和第三动力输出轴1001带动两个行走装置的变位丝杆2旋转，变位丝杆2的转动使第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1沿轴向做直线运动，通过支撑件撑杆11、撑杆滑套12、接触体撑杆3、撑杆架16的伞状式铰接结构(如图7)，从而使接触体4在变位动力的作用下绕接触体撑杆3旋转一定角度，使弹性球体17与管道的内壁面接触的同时接触体4与管道的内壁面接触，接触体4及接触体4上的弹性球体17相配合，与管道的内壁面之间产生静摩擦力。

本发明的管道机器人的步进过程为：上述变位过程结束后，第一控制体6上的第二动力输出轴602带动短连杆7旋转，当短连杆7旋转设定角度后，如沿逆时针从短连杆7与长连杆8共线状态(此时短连杆7和长连杆8之间的夹角为180度)旋转至短连杆7与长连杆8重合状态(此时短连杆7和长连杆8之间的夹角为0度)，此时与第一控制体6连接的行走装置的接触体4上的接触面18与管道的内壁面相接触，产生静摩擦力，第一控制体6和与第一控制体6连接的行走装置静止不动，与第二控制体10连接的行走装置的接触体4上的接触面18与管道的内壁面不接触，无摩擦力作用，旋转的短连杆7通过长连杆8拉动第二控制体10和与第二控制体10连接的行走装置在管道内进行移动，且朝向靠近第一控制体6的方向移动。同理可得当短连杆7沿同一方向再次旋转设定角度后，如沿逆时针从短连杆7与长连杆8重合状态(此时短连杆7和长连杆8之间的夹角为0度)旋转至短连杆7与长连杆8共线状态(此时短连杆7和长连杆8之间的夹角为180度)，此时与第二控制体10连接的行走装置的接触体4上的接触面18与管道的内壁面相接触，产生静摩擦力，第二控制体10和与第二控制体10连接的行走装置静止不动，而与第一控制体6连接的行走装置的接触体4上的接触面18与管道的内壁面不接触，无摩擦力作用，短连杆7旋转时，由长连杆8的自重使步进机构转过死点位置，通过反作用力推动第一控制体6和与第一控制体6连接的行走装置在管道内进行移动，且朝向远离第二控制体10的方向移动。

本发明的管道机器人的一个完整工作过程为：在前进行程里，首先进行上述驱动过程，然后进行上述变位过程，最后进行上述步进过程；在回程里，第一动力输出轴601和第三动力输出轴1001反转进行上述变位过程，然后第二动力输出轴602反转，实现整个管道机器人的回程。

弹性球体17为具有一定弹性的弹性体，弹性球体17的材质优选为橡胶。接触体4处于接触状态时，弹性球体17被接触体4和管道的内壁面夹紧，弹性球体17受到挤压而变形，弹性球体17与管道的内壁面相接触，弹性球体17与管道的内壁面之间也能够产生静摩擦力，而且弹性球体17与管道的内壁面之间产生的静摩擦力能够随着弹性球体17受到的挤压力的增大而增大，弹性球体17受到的挤压力越大，弹性球体17的变形量越大，进而与管道的内壁面之间的接触面积越大。

行走控制装置与变位机构和支撑机构相配合，使得接触体4与管道的内壁面之间相接触时的接触面积的大小可调节，进而可以产生大小不同的静摩擦力。接触体4处于接触状态时，接触体4在管道内部呈倾斜状态，接触体4呈倾斜状态是指接触体4处于其长度方向与管道的轴向之间具有夹角且该夹角为锐角的状态，从而使得接触面18能够与管道的内壁面相接触。接触体4的接触面18所在部位为具有一定弹性的弹性体，接触面18所在部位的材质优选为橡胶，接触体4上采用橡胶材质的部位的外表面与管道的内壁面接触；或者，接触体4整体为具有一定弹性的弹性体，接触体4的材质为橡胶。变位机构使第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1沿管道轴向做直线运动且使第一滑动支撑件13和第二滑动支撑件1运动不同的距离时，可以调节接触体4的长度方向与管道的轴向之间的夹角大小，使接触体4处于不同的倾斜状态，使得接触体4与管道的内壁面之间的接触面积的大小可以不同，进而产生不同大小且满足行走要求的静摩擦力。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.适于直管道的管道机器人，其特征在于：包括相对设置且用于与管道的内壁面接触的两个行走装置和与两个行走装置连接且用于在管道内行进时控制两个行走装置交替进行移动的行走控制装置。

2.根据权利要求1所述的适于直管道的管道机器人，其特征在于：所述行走装置包括用于与管道的内壁面接触且可与管道的内壁面之间产生摩擦力的执行机构、与执行机构连接的支撑机构和与支撑机构连接的变位机构，变位机构与所述行走控制装置连接，执行机构沿周向设置多个。

3.根据权利要求2所述的适于直管道的管道机器人，其特征在于：所述执行机构包括与所述支撑机构连接且用于与管道的内壁面接触的接触体和可旋转的设置于接触体上且用于与管道的内壁面接触的弹性球体，接触体具有与管道的内壁面接触以产生静摩擦力的接触面；适于直管道的管道机器人在管道内行进时，当两个行走装置中的其中一个行走装置的所述接触面与管道的内壁面接触后，该其中一个行走装置与管道保持相对静止，另一个行走装置的所述弹性球体与管道的内壁面接触且该另一个行走装置与管道可相对移动。

4.根据权利要求3所述的适于直管道的管道机器人，其特征在于：所述弹性球体为球形件，所述接触体具有容纳弹性球体的容置槽。

5.根据权利要求3或4所述的适于直管道的管道机器人，其特征在于：所述支撑机构包括与所述变位机构连接且由变位机构控制做直线运动的第一滑动支撑件和第二滑动支撑件、与变位机构连接的撑杆架、与撑杆架和所述接触体转动连接的接触体撑杆、与第二滑动支撑件转动连接的支撑件撑杆、套设于接触体撑杆上且与支撑件撑杆转动连接的撑杆滑套，接触体通过接触体铰链与第一滑动支撑件连接，接触体铰链与接触体为转动连接，第二滑动支撑件位于第一滑动支撑件和撑杆架之间。

6.根据权利要求5所述的适于直管道的管道机器人，其特征在于：所述第一滑动支撑件的端面和所述第二滑动支撑件的端面相接触，在所述变位机构的作用下，第一滑动支撑件和第二滑动支撑件同步运动且两者的运动方向相同。

7.根据权利要求5所述的适于直管道的管道机器人，其特征在于：所述变位机构包括可旋转设置且与所述行走控制装置连接的变位丝杆和与变位丝杆相平行的导向杆，所述第一滑动支撑件和所述第二滑动支撑件套设于变位丝杆上且与变位丝杆构成螺旋传动，第一滑动支撑件和第二滑动支撑件具有让导向杆穿过的导向孔，多个所述执行机构在变位丝杆的外侧为沿周向均匀分布。

8.根据权利要求7所述的适于直管道的管道机器人，其特征在于：所述变位机构还包括设置于所述变位丝杆上且与所述撑杆架连接的轴承。

9.根据权利要求7或8所述的适于直管道的管道机器人，其特征在于：所述行走控制装置包括相对设置且分别与一个所述行走装置的所述变位机构连接的第一控制体和第二控制体以及与第一控制体和第二控制体连接且用于在适于直管道的管道机器人行进过程中使第一控制体和第二控制体做相对直线运动的步进机构。

10.根据权利要求9所述的适于直管道的管道机器人，其特征在于：所述步进机构包括与所述第一控制体连接且由第一控制体控制进行旋转的短连杆以及与短连杆和所述第二控制体转动连接的长连杆，短连杆的与长连杆连接的端部的质量大于短连杆的与第一控制体连接的端部的质量。