CN108756728A - 一种基于柔性随形附着的钻探驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于柔性随形附着的钻探驱动机构，包括钻探驱动单元、内线驱动单元以及外线驱动单元，所述钻探驱动单元固定在内线驱动单元的内筒的上端，所述外线驱动单元套接在内线驱动单元的外部，其中外线驱动机构的外筒能沿着内线驱动单元的内筒外壁面滑动，三个驱动单元独立工作。本发明提出的机构具有两个独立工作的并联柔索驱动力，使得整个钻探机器人能够有效地完成随形附着动作并进行钻探作业，具有结构简单、可靠性高的特点。

Description

一种基于柔性随形附着的钻探驱动机构

技术领域

本发明涉及一种基于柔性随形附着的钻探驱动机构，属于机器人领域。

背景技术

机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，被广泛地应用在社会的各个领域。由于传统机器人的工作局限性，各种用途的特种机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。传统机器人采用刚性驱动方式，当被驱动部件数目较大时，由于重量和体积原因，刚性驱动机构往往不适用。线驱动作为近几年研究的热点，在面向钻探的仿高攀爬能力生物钻探机器人或者类似的应用场景中具有重要意义。在仿制高攀爬能力生物实例中，常常需要用线控制多个末端机构，因此采用本机构能够大大减少了机构质量和体积。此外，与之配套的钻孔驱动机构，在工作过程中需要满足一定的条件，需要进行相应的设计。

发明内容

本发明克服已有技术的不足，提出了一种基于柔性随形附着的钻探驱动机构，主要为两个驱动器分别独立控制的线驱动单元以及根据应用场景使用上述的线驱动单元的钻探驱动单元，具有多线同时驱动可靠性高，钻探单元、线驱动单元联动性好的特点。此外，机构作为一种钻探机器人的驱动机构，能够进行一定的改进，让其功能更加丰富。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于柔性随形附着的钻探驱动机构，包括钻探驱动单元、内线驱动单元以及外线驱动单元，所述钻探驱动单元固定在内线驱动单元的内筒的上端，所述外线驱动单元套接在内线驱动单元的外部，其中外线驱动机构的外筒能沿着内线驱动单元的内筒外壁面滑动，三个驱动单元独立工作。

所述外线驱动单元包括外筒、第一带孔螺钉、推杆电机、连接件、螺钉，所述的推杆电机通过过盈配合固定在连接件上，连接件固定在外筒上，第一带孔螺钉以外筒中心为圆心均匀分布固定在外筒上，钢丝绳固定在第一带孔螺钉上；推杆电机的推杆通过螺钉固定在内筒下端，驱动外筒沿内筒外壁面滑动。

所述内线驱动单元包括结构件、驱动组件以及工作组件；所述结构件包括内筒、内筒上板、内筒中板，所述内筒上板固定在内筒的上端，内筒中板固定在内筒的中部，其中内筒中板的中部设有中间孔，且在中间孔上设有空心轴状凸起；所述驱动组件包括第一电机、主动齿轮、传动齿轮、定位轴、轴承、大轴承、从动齿轮、键、第一丝杆；所述第一电机固定在内筒上板上，第一电机输出轴连接主动齿轮，所述主动齿轮连接在定位轴上，定位轴固定在一个轴承上，此轴承通过过盈配合固定在内筒中板上；所述大轴承固定在内筒中板上的空心轴状凸起上，所述传动齿轮安装在大轴承上，所述主动齿轮与传动齿轮相互啮合，传动齿轮又分别与两个从动齿轮相互啮合，两个从动齿轮分别通过键与两个第一丝杆固定连接，两个第一丝杆的两端分别通过轴承过盈配合分别固定在内筒上板以及内筒下端轴承座上；所述工作组件包括第一丝杆螺母、提升环以及第二带孔螺钉，两个第一丝杆螺母分别与两个第一丝杆相配合，第一丝杆螺母固定在提升环上，以提升环圆心为中心均匀固定第二带孔螺钉，第二带孔螺钉上连接钢丝绳；所述第一电机的旋转运动传递到两根第一丝杆上；并将第一丝杆的旋转运动通过第一丝杆螺母转换为提升环的上下运动。

所述钻探驱动单元包括端板、第二电机、钻头套、直线轴承、第二丝杆螺母、光轴、上接板、第三电机、联轴器、第二丝杆、钻头架盘、轴承座、钻头，所述的钻头固定在钻头夹盘上，钻头在工作过程中能够通过内筒中板的中间孔；钻头夹盘连接第二电机，第二电机通过过盈配合连接在钻头套上；所述钻头套上通过过盈配合固定有两个直线轴承，同时通过螺钉固定一个第二丝杆螺母，第二丝杆螺母与第二丝杆相配合，第二丝杆的两端通过轴承座定位，其中上端的轴承座固定在端板底部，下端的轴承座固定在上接板上；所述端板上固定有第三电机，第三电机通过联轴器与第二丝杆连接，两个光轴的上端通过螺钉固定在端板上，下端固定在上接板上凸起的槽内。

本发明与现有技术相比较，具有以下突出实质性特点和显著优点：

1.本发明能够同时驱动多线运动，内外线驱动机构独立工作，机构整体质量小、成本低。

2.本发明钻探驱动机构，具有可靠性高，驱动力大，工作稳定的特点。

3.本发明提供一个开放的平台，可以安装多种探测设备，且可以根据具体的工作环境增减线驱动数量，具有高开放性、较高的科研价值。

附图说明

图1是一种基于柔性随形附着的钻探驱动机构的总体结构示意图。

图2是本发明的外线驱动单元总体结构示意图。

图3是本发明的内线驱动单元结构示意图。

图4是本发明钻探驱动单元总体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细说明本发明实施例的具体结构、工作原理及工作过程。

如图1所示，一种基于柔性随形附着的钻探驱动机构，包括钻探驱动单元Ⅰ、内线驱动单元Ⅱ以及外线驱动单元Ⅲ，所述钻探驱动单元Ⅰ固定在内线驱动单元Ⅱ的内筒1的上端，所述外线驱动单元Ⅲ套接在内线驱动单元Ⅱ的外部，其中外线驱动机构Ⅲ的外筒2能沿着内线驱动单元Ⅱ的内筒1外壁面滑动，三个驱动单元独立工作。

如图2所示，所述外线驱动单元Ⅲ包括外筒2、第一带孔螺钉3、推杆电机4、连接件5、螺钉6，所述的推杆电机4通过过盈配合固定在连接件5上，连接件5固定在外筒2上，第一带孔螺钉3以外筒2中心为圆心均匀分布固定在外筒2上，钢丝绳固定在第一带孔螺钉3上；推杆电机4的推杆4-1通过螺钉6固定在内筒1下端，驱动外筒2沿内筒1外壁面滑动。

如图3所示，所述内线驱动单元Ⅱ包括结构件、驱动组件以及工作组件；所述结构件包括内筒1、内筒上板15、内筒中板11，所述内筒上板15固定在内筒1的上端，内筒中板11固定在内筒1的中部，其中内筒中板11的中部设有中间孔，且在中间孔上设有空心轴状凸起19；所述驱动组件包括第一电机7、主动齿轮8、传动齿轮9、定位轴10、轴承14、大轴承16、从动齿轮17、键18、第一丝杆20；所述第一电机7固定在内筒上板15上，第一电机7输出轴连接主动齿轮8，所述主动齿轮8连接在定位轴10上，定位轴10固定在一个轴承14上，此轴承14通过过盈配合固定在内筒中板11上；所述大轴承16固定在内筒中板11上的空心轴状凸起19上，所述传动齿轮9安装在大轴承16上，所述主动齿轮8与传动齿轮9相互啮合，传动齿轮9又分别与两个从动齿轮17相互啮合，两个从动齿轮17分别通过键18与两个第一丝杆20固定连接，两个第一丝杆20的两端分别通过轴承14过盈配合分别固定在内筒上板15以及内筒下端轴承座上；所述工作组件包括第一丝杆螺母21、提升环12以及第二带孔螺钉13，两个第一丝杆螺母21分别与两个第一丝杆20相配合，第一丝杆螺母21固定在提升环12上，以提升环12圆心为中心均匀固定第二带孔螺钉13，第二带孔螺钉13上连接钢丝绳；所述第一电机7的旋转运动传递到两根第一丝杆20上；并将第一丝杆20的旋转运动通过第一丝杆螺母21转换为提升环12的上下运动。

如图4所示，所述钻探驱动单元Ⅰ包括端板22、第二电机23、钻头套24、直线轴承25、第二丝杆螺母26、光轴27、上接板28、第三电机29、联轴器30、第二丝杆31、钻头架盘32、轴承座33、钻头34，所述的钻头34固定在钻头夹盘32上，钻头34在工作过程中能够通过内筒中板11的中间孔；钻头夹盘32连接第二电机23，第二电机23通过过盈配合连接在钻头套24上；所述钻头套24上通过过盈配合固定有两个直线轴承25，同时通过螺钉固定一个第二丝杆螺母26，第二丝杆螺母26与第二丝杆31相配合，第二丝杆31的两端通过轴承座33定位，其中上端的轴承座33固定在端板22底部，下端的轴承座33固定在上接板28上；所述端板22上固定有第三电机29，第三电机29通过联轴器30与第二丝杆31连接，两个光轴27的上端通过螺钉固定在端板22上，下端固定在上接板28上凸起的槽28-1内。

本发明的基于柔性随形附着的钻探驱动机构，内线驱动单元Ⅱ和外线驱动单元Ⅲ能够同时控制多线进行运动，且两种驱动单元独立工作，钻探驱动单元Ⅰ能够在不影响内线驱动单元Ⅱ和外线驱动单元Ⅲ工作的前提下进行探测任务。

其中，外线驱动单元Ⅲ的具体工作方式为：第一带孔螺钉3上绑定钢丝绳，当推杆电机4的推杆4-1伸缩控制外筒2的升降，由此控制钢丝绳的收缩。

内线驱动单元Ⅱ的具体工作方式为：第一电机7带动主动齿轮8，主动齿轮8带动传动齿轮9，传动齿轮9带动从动齿轮17，从动齿轮17和第一丝杆20通过键18连接。当第一电机7转动时，第一丝杆20带动提升环12上升。同样，提升环12上有第二带孔螺钉13，第二带孔螺钉13上有钢丝绳。控制第一电机7的正反转即可控制钢丝绳的收缩。

钻探驱动单元Ⅰ的具体工作方式为：第三电机29转动带动第二丝杆31转动，通过第二丝杆螺母26以及直线轴承25，使得钻头套24能够沿着光轴27上下移动。当钻孔时，安装在钻头套24上的第二电机23带动钻头34转动。

Claims (4)

1.一种基于柔性随形附着的钻探驱动机构，包括钻探驱动单元（Ⅰ）、内线驱动单元（Ⅱ）以及外线驱动单元（Ⅲ），其特征在于：所述钻探驱动单元（Ⅰ）固定在内线驱动单元（Ⅱ）的内筒（1）的上端，所述外线驱动单元（Ⅲ）套接在内线驱动单元（Ⅱ）的外部，其中外线驱动单元（Ⅲ）的外筒（2）能沿着内线驱动单元（Ⅱ）的内筒（1）外壁面滑动，三个驱动单元独立工作。

2.根据权利要求1所述的基于柔性随形附着的钻探驱动机构，其特征在于：所述外线驱动单元（Ⅲ）包括外筒（2）、第一带孔螺钉（3）、推杆电机（4）、连接件（5）、螺钉（6），所述的推杆电机（4）通过过盈配合固定在连接件（5）上，连接件（5）固定在外筒（2）上，第一带孔螺钉（3）以外筒（2）中心为圆心均匀分布固定在外筒（2）上，钢丝绳固定在第一带孔螺钉（3）上；推杆电机（4）的推杆（4-1）通过螺钉（6）固定在内筒（1）下端，驱动外筒（2）沿内筒（1）外壁面滑动。

3.根据权利要求1所述的基于柔性随形附着的钻探驱动机构，其特征在于：所述内线驱动单元（Ⅱ）包括结构件、驱动组件以及工作组件；所述结构件包括内筒（1）、内筒上板（15）、内筒中板（11），所述内筒上板（15）固定在内筒（1）的上端，内筒中板（11）固定在内筒（1）的中部，其中内筒中板（11）的中部设有中间孔，且在中间孔上设有空心轴状凸起（19）；所述驱动组件包括第一电机（7）、主动齿轮（8）、传动齿轮（9）、定位轴（10）、轴承（14）、大轴承（16）、从动齿轮（17）、键（18）、第一丝杆（20）；所述第一电机（7）固定在内筒上板（15）上，第一电机（7）输出轴连接主动齿轮（8），所述主动齿轮（8）连接在定位轴（10）上，定位轴（10）固定在一个轴承（14）上，此轴承（14）通过过盈配合固定在内筒中板（11）上；所述大轴承（16）固定在内筒中板（11）上的空心轴状凸起（19）上，所述传动齿轮（9）安装在大轴承（16）上，所述主动齿轮（8）与传动齿轮（9）相互啮合，传动齿轮（9）又分别与两个从动齿轮（17）相互啮合，两个从动齿轮（17）分别通过键（18）与两个第一丝杆（20）固定连接，两个第一丝杆（20）的两端分别通过轴承（14）过盈配合分别固定在内筒上板（15）以及内筒下端轴承座上；所述工作组件包括第一丝杆螺母（21）、提升环（12）以及第二带孔螺钉（13），两个第一丝杆螺母（21）分别与两个第一丝杆（20）相配合，第一丝杆螺母（21）固定在提升环（12）上，以提升环（12）圆心为中心均匀固定第二带孔螺钉（13），第二带孔螺钉（13）上连接钢丝绳；所述第一电机（7）的旋转运动传递到两根第一丝杆（20）上；并将第一丝杆（20）的旋转运动通过第一丝杆螺母（21）转换为提升环（12）的上下运动。

4.根据权利要求1所述的基于柔性随形附着的钻探驱动机构，其特征在于：所述钻探驱动单元（Ⅰ）包括端板（22）、第二电机（23）、钻头套（24）、直线轴承（25）、第二丝杆螺母（26）、光轴（27）、上接板（28）、第三电机（29）、联轴器（30）、第二丝杆（31）、钻头架盘（32）、轴承座（33）、钻头（34），所述的钻头（34）固定在钻头夹盘（32）上，钻头（34）在工作过程中能够通过内筒中板（11）的中间孔；钻头夹盘（32）连接第二电机（23），第二电机（23）通过过盈配合连接在钻头套（24）上；所述钻头套（24）上通过过盈配合固定有两个直线轴承（25），同时通过螺钉固定一个第二丝杆螺母（26），第二丝杆螺母（26）与第二丝杆（31）相配合，第二丝杆（31）的两端通过轴承座（33）定位，其中上端的轴承座（33）固定在端板（22）底部，下端的轴承座（33）固定在上接板（28）上；所述端板（22）上固定有第三电机（29），第三电机（29）通过联轴器（30）与第二丝杆（31）连接，两个光轴（27）的上端通过螺钉固定在端板（22）上，下端固定在上接板（28）上凸起的槽（28-1）内。