CN111156367A - 蛇形机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蛇形机器人(1)，包含一个或多个移动单元模块(2)，多个所述移动单元模块(2)之间铰接连接；所述移动单元模块(2)包含基体(3)与滚轮(5)，基体(3)的径向端面上形成有一个或多个转动安装面(8)，转动安装面(8)上设转轴(9)，滚轮(5)转动安装在转轴(9)上；多个滚轮(5)沿基体(3)的圆周方向和/或轴线方向布置。本发明所提供的蛇形机器人，由于滚轮采用偏置型的中心对称设计，极大地增大了空间利用率，使机器人能够更加容易进入内径较小的复杂曲线型弯管，并对其进行长距离有效探测。

Description

蛇形机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域、检测设备领域，具体地，涉及一种蛇形机器人，特别是一种轮式多模块蛇形移动机器人。

背景技术

复杂的曲线型管道广泛应用于工业领域，例如原油或化工原料输送管道、蒸汽发生器热交换管、坦克用火炮炮膛、航空航天飞行器散热或气流场控制管路等。由于管道工作条件恶劣，管内液体或气体一般为有害物，为防止管道损坏导致泄露，必须定期对管道系统进行检测，对整体的可靠性和安全性进行评估，对于某些要求严格的管道系统，不但需要对其内轮廓形貌、尺寸、内壁缺陷进行检测，还需要对整个管孔的空间分布等进行无损检测，以便对这些零部件的连续性、完整性、安全性进行总体的评价，从而判断是否符合正常安全运行要求。

目前，管道的检测已经有许多成熟的技术，主要包括外部检测法和内部检测法，外部检测法如漏磁法、超声波法、涡流法等，内部测量法主要为内窥镜检测，对于某些特殊材料的管道或内嵌于其他物体之中的管道(如地下管道)，外部测量方法难以实施，必须采用内部检测法，一般采用柔性线材将探头引导进入管内，对于长度较大的管道进行内部检测，由于摩擦损耗，进入管道的长度受限，特别对于复杂曲线的管道，采用内部探测方法摩擦损耗更为严重，影响探测的距离，另外，对于小内径管道，采用普通的滚轮布置方式难以满足安装空间限制。

因此，一种操作方便、探测距离长、适应于复杂曲线型小内径管道内部的移动装置亟待出现。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种蛇形机器人。

根据本发明提供的蛇形机器人，包含一个或多个移动单元模块，多个所述移动单元模块之间铰接连接；

所述移动单元模块包含基体与滚轮，基体的径向端面上形成有一个或多个转动安装面，转动安装面上设转轴，滚轮转动安装在转轴上；

多个滚轮沿基体的圆周方向和/或轴线方向布置。

优选地，位于基体轴线方向同一位置的多个滚轮构成一个轮组，所述基体上设置有一个或多个轮组。

优选地，单个轮组中包含有多个中心对称布置的滚轮；

滚轮中轴线相对基体中轴线发生偏移。

优选地，所述转动安装面沿宽度延伸方向的两个端部分别形成第一界线、第二界线；

所述滚轮位于第一界线内，并达到第二界线的外部。

优选地，沿基体的轴线方向投影上，单个基体上所有滚轮的径向外侧位于同一圆周上。

优选地，所述基体包含安装部与过渡部；安装部与过渡部交替连接，安装部与轮组在数量上相对应；

安装部的径向端面上形成有所述转动安装面，相邻布置的两个转动安装面之间直接相连或通过设置的过渡面相连；

沿基体的轴线方向投影上，相邻的两个安装部相互重叠或不重叠。

优选地，单个基体上设置有两个轮组，单个轮组中包含有三个滚轮；

沿基体的轴线方向投影上，单个基体上的六个滚轮中心对称布置。

优选地，一个或多个所述移动单元模块上配设有驱动结构。

优选地，所述移动单元模块之间通过以下任一种或任多种结构铰接：

--虎克铰；

--球铰。

优选地，虎克铰包含的两个关节轴线相互垂直设置。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明所提供的蛇形机器人，由于滚轮采用偏置型的中心对称设计，极大地增大了空间利用率，使机器人能够更加容易进入内径较小的管道。

2、本发明能够进入复杂曲线型弯管对其进行长距离有效探测。

3、本发明中轮组的特殊布置方式，保证在移动过程中滚轮与管道内壁始终处于单点接触状态，避免了滑动摩擦，减小了摩擦力，使蛇形机器人能够长距离进入小内径的复杂曲线型管道。

4、本发明易于制造，操作简单。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为蛇形机器人在管道中工作示意图；

图2为蛇形机器人结构图；

图3为蛇形机器人移动单元模块立体结构示意图；

图4为蛇形机器人在管道中工作时横截面方向示意图；

图5为移动单元模块基体正视图；

图6为移动单元模块基体侧视图；

图7为移动单元模块基体俯视图；

图8为移动单元模块基体立体图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图2所示，本发明提供的蛇形机器人1，包含一个或多个移动单元模块2，多个所述移动单元模块2之间铰接连接；所述移动单元模块2包含基体3与滚轮5，基体3的径向端面上形成有一个或多个转动安装面8，转动安装面8上设转轴9，滚轮5转动安装在转轴9上；多个滚轮5沿基体3的圆周方向和/或轴线方向布置。优选地，多个所述移动单元模块2之间通过以下任一种或任多种结构铰接：虎克铰6、球铰。当用虎克铰6方式连接时，相邻的转动关节轴线呈一定夹角，进一步优选地，虎克铰6包含的两个关节轴线相互垂直设置。

位于基体3轴线方向同一位置的多个滚轮5构成一个轮组4，所述基体3上设置有一个或多个轮组4。单个轮组4中包含有多个中心对称布置的滚轮5；滚轮5中轴线相对基体3中轴线发生偏移。如图3所示，所述转动安装面8沿宽度延伸方向的两个端部分别形成第一界线10、第二界线11；所述滚轮5位于第一界线10内，并达到第二界线11的外部。

如图4所示，沿基体3的轴线方向投影上，单个基体3上所有滚轮5的径向外侧位于同一圆周上。所述基体3包含安装部12与过渡部13；安装部12与过渡部13交替连接，安装部12与轮组4在数量上相对应；安装部12的径向端面上形成有所述转动安装面8，相邻布置的两个转动安装面8之间直接相连或通过设置的过渡面相连；沿基体3的轴线方向投影上，相邻的两个安装部12相互重叠或不重叠。实施例中，单个基体3上设置有两个轮组4，单个轮组4中包含有三个滚轮5；沿基体3的轴线方向投影上，单个基体3上的六个滚轮5中心对称布置。

优选地，一个或多个所述移动单元模块2上配设有驱动结构。进一步优选地，所述驱动结构设置在蛇形机器人1头部和尾部的移动单元模块2上。

优选实施例：

蛇形机器人1由多个移动单元模块2组成，移动单元模块2之间用万向关节或转动关节连接，通过万向关节或转动关节连接可以使移动单元模块2之间可以万向转动，以适应复杂曲线的管道7。在第一节移动单元模块2和最后一节移动单元模块2的滚轮5上加装驱动或外力推动，可以实现蛇形机器人1的自动进出管道7。蛇形机器人1中单个移动单元模块2包含位于中心的基体3和安装在基体3上的轮组4，每个移动单元模块2包括至少两个轮组4，优选的，轮组4数目为二。如图1所示，轮组4外接圆略小于管道7内径，两个轮组4的方式使移动单元模块2两端都有支撑，保证万向关节不与管道7内壁接触。

每个轮组4包含三个中心对称布置的滚轮5，且每个滚轮5的轴线与所述对称轴线不相交，对称轴线为移动单元模块2的中心线，即三个滚轮5呈偏置状的中心对称布置，每两个滚轮5之间的夹角为120°。由于滚轮5的偏置安装，减小了移动单元模块2的几何空间，特别适应于小内径管道7，且基体3的外轮廓位于轮组4外接圆的内侧，当蛇形机器人1在圆形管道7内部移动时，可以保证只有滚轮5与管道7内壁接触，移动过程只存在滚轮5与管道7内壁的滚动摩擦，避免滑动摩擦，减小摩擦损耗。

每个移动单元模块2包括两个轮组4，每个轮组4包括三个滚轮5，两个轮组4之间的安装方式使所有的滚轮5在圆周上中心对称均布，即两组轮组4之间呈60°角关系。当移动单元模块2之间用转动关节方式连接时，相邻的转动关节轴线呈一定夹角，优选的，采用转动关节连接的前后两个关节轴线相互垂直。

工作原理：蛇形机器人1当进入管道7时，由于轮组4外接圆与每个轮组4只有一个交点，因此每个滚轮5只有一侧与管道内壁接触，保证滚动摩擦，蛇形机器人1受到驱动力克服管道7中的滚动摩擦阻力进入管道7内部，在管道7弯曲处，虎克铰6转动，使移动单元模块2能够顺利通过管道弯曲处。工作结束后，使驱动电机反向工作或外力拉动，把整个蛇形机器人1从管道7内部拉出。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种蛇形机器人(1)，其特征在于，包含一个或多个移动单元模块(2)，多个所述移动单元模块(2)之间铰接连接；

所述移动单元模块(2)包含基体(3)与滚轮(5)，基体(3)的径向端面上形成有一个或多个转动安装面(8)，转动安装面(8)上设转轴(9)，滚轮(5)转动安装在转轴(9)上；

多个滚轮(5)沿基体(3)的圆周方向和/或轴线方向布置。

2.根据权利要求1所述的蛇形机器人(1)，其特征在于，位于基体(3)轴线方向同一位置的多个滚轮(5)构成一个轮组(4)，所述基体(3)上设置有一个或多个轮组(4)。

3.根据权利要求2所述的蛇形机器人(1)，其特征在于，单个轮组(4)中包含有多个中心对称布置的滚轮(5)；

滚轮(5)中轴线相对基体(3)中轴线发生偏移。

4.根据权利要求3所述的蛇形机器人(1)，其特征在于，所述转动安装面(8)沿宽度延伸方向的两个端部分别形成第一界线(10)、第二界线(11)；

所述滚轮(5)位于第一界线(10)内，并达到第二界线(11)的外部。

5.根据权利要求2所述的蛇形机器人(1)，其特征在于，沿基体(3)的轴线方向投影上，单个基体(3)上所有滚轮(5)的径向外侧位于同一圆周上。

6.根据权利要求5所述的蛇形机器人(1)，其特征在于，所述基体(3)包含安装部(12)与过渡部(13)；安装部(12)与过渡部(13)交替连接，安装部(12)与轮组(4)在数量上相对应；

安装部(12)的径向端面上形成有所述转动安装面(8)，相邻布置的两个转动安装面(8)之间直接相连或通过设置的过渡面相连；

沿基体(3)的轴线方向投影上，相邻的两个安装部(12)相互重叠或不重叠。

7.根据权利要求6所述的蛇形机器人(1)，其特征在于，单个基体(3)上设置有两个轮组(4)，单个轮组(4)中包含有三个滚轮(5)；

沿基体(3)的轴线方向投影上，单个基体(3)上的六个滚轮(5)中心对称布置。

8.根据权利要求1所述的蛇形机器人(1)，其特征在于，一个或多个所述移动单元模块(2)上配设有驱动结构。

9.根据权利要求1所述的蛇形机器人(1)，其特征在于，所述移动单元模块(2)之间通过以下任一种或任多种结构铰接：

--虎克铰(6)；

--球铰。

10.根据权利要求9所述的蛇形机器人(1)，其特征在于，虎克铰(6)包含的两个关节轴线相互垂直设置。

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