CN110566751A - 一种刚/柔管道爬行机器人 - Google Patents

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Abstract

一种刚/柔管道爬行机器人，其特征是其包括连杆、爬行足、伸缩气囊、机器人本体、圆环气囊一、圆环气囊二和动平台套筒；机器人本体上有三组带两个铰链孔的铰链支座，每个铰链孔均与一根连杆的一端铰接，爬行足上也有铰链支座并与连杆相铰接；圆环气囊一套装固连在机器人本体上，三组连杆中每组都有一根连杆与圆环气囊一的外表面固连；伸缩气囊套装在机器人本体上，一端与机器人本体固连，另一端与动平台套筒固连；所述动平台套筒上同样有三组平行四边形机构；圆环气囊二套装在动平台套筒上，圆环气囊二内表面固连在动平台套筒上，三组连杆中每组也同样都有一根连杆与圆环气囊二的外表面固连。本发明结构简单，动作可靠，能满足各种管道爬行需要。

Description

一种刚/柔管道爬行机器人
技术领域
本发明属于机器人领域，尤其是一种爬行机构人，具体地说是一种刚/柔管道爬行机器人。
背景技术
近年来，由于工业生产的多样化，各种各样的机器人陆续被研究出来以完成不同的任务。其中，管道机器人发展较晚，由于管道内部环境的限制，对管道机器人的要求也相对较高。例如，管径较小且变化、拐弯处较多、姿态在空间内变化的软体管道内，管道机器人在这种环境下前进都十分不易，更不用说在这种情况下实现各种操作。现有的蛇形机器人能够胜任这方面的工作，但是蛇形机器人控制复杂，制作不易，成本过高，难以实现大规模应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有的管道机器人结构复杂，实现难度大，设计一种结构简单，操控方便的刚/柔管道爬行机器人，其能够在管径较小且管径波动大、拐弯处较多、姿态在空间内变化的软体或硬质管道内爬行，装置结构简单，易于小型化，且与管道接触时较为柔顺，不会造成管道内壁与自身结构的破坏，具有巨大的应用前景。
本发明的技术方案是：
一种刚/柔管道爬行机器人，其特征是它包括连杆、爬行足、伸缩气囊、机器人本体、圆环气囊一、圆环气囊二和动平台套筒。所述机器人本体上有三组铰链支座，每组铰链支座上都有两个铰链孔，每个铰链孔均与一根连杆铰接，爬行足上也有铰链支座，铰链支座上有两个铰链孔，这两个铰链孔也与两根连杆铰接，这样爬行足、机器人本体与两根连杆构成平行四边形，这样爬行足就可以始终与机器人本体平行。圆环气囊一套装在机器人本体上，圆环气囊一内表面固连在机器人本体上，三组连杆中每组都有一根连杆与圆环气囊一外表面固连。伸缩气囊套装在机器人本体上，伸缩气囊是套筒形状，伸缩气囊一端与机器人本体固连，一端与动平台套筒固连，动平台套筒是中空的，与机器人本体间隙配合，套装在机器人本体上。所述动平台套筒上同样有三组平行四边形机构，所述平行四边形机构由铰链支座、两根连杆和爬行足组成。圆环气囊二套装在动平台套筒上，圆环气囊二内表面固连在动平台套筒上，三组连杆中每组也同样都有一根连杆与圆环气囊二外表面固连。
所述爬行足外表面有细小凸起，以保证与管道间不易打滑。
所述机器人本体中有必要的通气管道，以给伸缩气囊、圆环气囊供气，此外机器人本体中还可以放置其他电子元器件。气源在管道外部，通过细管输送到需要供气的部件中。
所述伸缩气囊和圆环气囊中有气压传感器，或者在连杆上应变最大区域贴应变片，实时监测爬行足与管道之间的接触力，以保证机器人本体和管道内壁不会受到结构破坏。
所述爬行足可以展开、回收，可以在变直径的管道、弯管道以及或水平或竖直或倾斜的管道中爬行。并且装置结构简单、容易小型化。
所述爬行足等执行机构是刚性，驱动源（伸缩气囊、圆环气囊）是柔性的，整个机器人兼具刚性和柔性机器人的优点，爬行足能够始终与机器人本体平行，但由于驱动源是柔性的，所以爬行足与外界的接触又是柔性的。
所述每组连杆中，其中一根或两根连杆可以是柔性的，以保证爬行足与管壁贴合面积更大。
本发明的有益效果是：
本发明的管道爬行机器人，能够在管径较小且管径波动大、拐弯处较多、姿态在空间内变化的软体或硬质管道内爬行，装置结构简单，易于小型化，且与管道接触时较为柔顺，不会造成管道内壁与自身结构的破坏。
附图说明
图1为本发明的组成结构图。
图2为本发明的细节图。
图3为本发明的闭合状态图。
图中：1，连杆 2，爬行足 3，伸缩气囊 4，机器人本体 5，圆环气囊一 6，圆环气囊二 7，动平台套筒。
具体实施方式
下面结构附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-3所示。
一种刚/柔管道爬行机器人，包括连杆1、爬行足2、伸缩气囊3、机器人本体4、圆环气囊一5、圆环气囊二6和动平台套筒，如图1所示。所述机器人本体4上有三组铰链支座，每组铰链支座上都有两个铰链孔，每个铰链孔均与一根连杆1铰接，爬行足2上也有铰链支座，铰链支座上有两个铰链孔，这两个铰链孔也与两根连杆1(每组连杆中，其中一根或两根连杆可以是柔性的，以保证爬行足与管壁贴合面积更大)铰接，这样爬行足2、机器人本体4与两根连杆1构成平行四边形（如图2所示），这样爬行足2就可以始终与机器人本体4平行，圆环气囊一5套装在机器人本体4上，圆环气囊一5内表面固连在机器人本体4上，三组连杆1中每组都有一根连杆与圆环气囊一5外表面固连。伸缩气囊3套装在机器人本体4上，伸缩气囊3是套筒形状，伸缩气囊3一端与机器人本体4固连，一端与动平台套筒7固连，动平台套筒7套装在机器人本体4上。所述动平台套筒7上同样有三组平行四边形机构，所述平行四边形机构由铰链支座、两根连杆1和爬行足2组成。圆环气囊二6套装在动平台套筒7上，圆环气囊二6内表面固连在动平台套筒7上，三组连杆1中每组也同样都有一根连杆与圆环气囊二外表面固连。为了保证爬行足行走可靠，抓壁牢靠，具体实施时，每个爬行足的外表面可设置有细小凸起，以保证与管道间不易打滑。至少机器人本体中有必要的通气管道，以给伸缩气囊、圆环气囊供气，机器人本体中放置其他电子元器件。气源在管道外部，通过细管输送到需要供气的部件中等技术手段是为了保证整个爬行机器人正常工作所必备设计，本领域技术人员可根据自身设计需要加以增或删选。伸缩气囊和圆环气囊中安装气压传感器，或者在连杆上应变最大区域贴应变片，实时监测爬行足与管道之间的接触力等措施均是为了保证机器人本体和管道内壁不会受到结构破坏。所述爬行足可以展开、回收，可以在变直径的管道、弯管道以及或水平或竖直或倾斜的管道中爬行。并且装置结构简单、容易小型化。爬行足等执行机构是刚性，驱动源（伸缩气囊、圆环气囊）是柔性的，整个机器人兼具刚性和柔性机器人的优点，爬行足能够始终与机器人本体平行，但由于驱动源是柔性的，所以爬行足与外界的接触又是柔性的。
本发明的工作过程是：
机器人初始状态如图3所示，呈胶囊形状，放入到管道内部后，圆环气囊一5充气膨胀，带动连杆1运动，进而带动爬行足2展开，直至爬行足2与管道以合适的接触力接触，此时机器人可固定在管道内，再给伸缩气囊3充气，使得伸缩气囊3伸长，进而带动动平台套筒7前进，接着给圆环气囊二6充气，使得第二组爬行足2以同样方式与管壁接触。此时将圆环气囊一5中的气排出一部分，使得第一组爬行足2回收，再将伸缩气囊3中气体排出，伸缩气囊3缩短，进而带动机器人本体4以及第一组爬行足2前进，接着将圆环气囊一5充气，带动第一组爬行足2与管道接触，同时圆环气囊二6放气，第二组爬行足松开，待伸缩气囊3充气到位后，圆环气囊二6前进到位后，再次充次使第二组爬行足与管壁接触，如此往复，实现机器人的爬行功能。如果机器人要后退，同理重复相反步骤即可。由于两个圆环气囊分别控制两组连杆1，两组连杆1的外展程度不同，就可以在内径变化的管道中爬行。机器人可以调整步距，并且两组爬行足2之间距离较短，再配合爬行足2外展内收，机器人可以通过一定弧度的弯道。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种刚/柔管道爬行机器人，其特征是其包括连杆、爬行足、伸缩气囊、机器人本体、圆环气囊一、圆环气囊二和动平台套筒；所述机器人本体上有三组铰链支座，每组铰链支座上都有两个铰链孔，每个铰链孔均与一根连杆的一端铰接，爬行足上也有铰链支座，铰链支座上有两个铰链孔，这两个铰链孔也与两根连杆对应的另一端相铰接，这样爬行足、机器人本体与两根连杆构成平行四边形，以使爬行足始终与机器人本体平行；圆环气囊一套装在机器人本体上，圆环气囊一内表面固连在机器人本体上，三组连杆中每组都有一根连杆与圆环气囊一的外表面固连；伸缩气囊套装在机器人本体上，伸缩气囊是套筒形状，伸缩气囊一端与机器人本体固连，另一端与动平台套筒固连，动平台套筒是中空的，与机器人本体间隙配合，套装在机器人本体上；所述动平台套筒上同样有三组平行四边形机构，所述平行四边形机构由铰链支座、两根连杆和爬行足组成；圆环气囊二套装在动平台套筒上，圆环气囊二内表面固连在动平台套筒上，三组连杆中每组也同样都有一根连杆与圆环气囊二的外表面固连。
2.根据权利要求1所述的刚/柔管道爬行机器人，其特征在于:所述爬行足外表面有细小凸起，以保证与管道间不易打滑。
3.根据权利要求1所述的刚/柔管道爬行机器人，其特征在于:所述机器人本体中设有通气管道，以给伸缩气囊、圆环气囊供气；机器人本体中还放置有电子元器件；气源在管道外部，通过细管输送到需要供气的部件中。
4.根据权利要求1所述的刚/柔管道爬行机器人，其特征在于:所述伸缩气囊、圆环气囊一、圆环气囊二中设置有气压传感器，或者在连杆上应变最大区域贴装有应变片，以实时监测爬行足与管道之间的接触力，保证机器人本体和管道内壁不会受到结构破坏。
5.根据权利要求1所述的刚/柔管道爬行机器人，其特征在于:所述爬行足能展开、回收，能在变直径的管道、弯管道以及或水平或竖直或倾斜的管道中爬行。
6.根据权利要求1所述的刚/柔管道爬行机器人，其特征在于:所述爬行足为刚性结构，伸缩气囊和圆环气囊是柔性的，整个机器人兼具刚性和柔性机器人的优点，爬行足能够始终与机器人本体平行，但由于驱动源是柔性的，所以爬行足与外界的接触又是柔性的。
7.根据权利要求1所述的刚/柔管道爬行机器人，其特征在于:所述每组连杆中，其中一根或两根连杆可以是柔性的，以保证爬行足与管壁贴合面积更大。
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