CN111350903A - 一种用于管道爬行的多履带足同步伸展结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种用于管道爬行的多履带足同步伸展结构。机器人运动，使用单纯的弹簧驱动具有运动的不确定性，单纯使用电机驱动，存在履带足刚性顶紧的问题。本发明通过电机带动丝杆旋转，将动力传递给螺母，螺母丝杆的推动及三个导向轴的引导下实现直线运动，一个滑块同样在三个导向轴的引导下可做直线运动，滑块与螺母之间设置有三个相同的弹簧，分别套在三个导向轴上；滑块上均布铰接有三个驱动连杆，分别驱动三个平行四边形连杆机构，三个履带足分别作为三个平行四边形机构中的一个平行杆。本发明可以适应管道内部局部尺寸的变化或小幅凸起，避免电机刚性驱动造成的机器人爬行的不稳定现象。

Description

一种用于管道爬行的多履带足同步伸展结构

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种用于管道爬行的多履带足同步伸展结构。

背景技术

电站中分布有众多的管道，管道走向各不相同。长期使用后管道内部可能存在一些异常情况，目前已经出现使用机器人携带摄像头或者工具进入管道进行作业的技术。

履带驱动是移动机器人常见的一种驱动形式，其驱动力较强，常被用于地形复杂或摩擦力需求较强的条件下。对于大角度倾斜甚至竖直的管道，常见的轮式机器人难以适应，可以采用装备有3个呈120°分布的履带驱动部件(也即“履带足”)的履带机器人，将三个履带足张开，顶紧在管道内壁，然后驱动前进。

机器人伸展的动力通常使用弹簧、电机或气缸驱动，单纯的弹簧驱动具有运动的不确定性，且直径适应范围小，气缸驱动则存在无法连续控制以及在相同空间条件下顶紧力有限的问题，同时机器人还必须时刻连接气管；同等空间条件下，电机的驱动能力较好，但单纯使用电机，存在履带足刚性顶紧的问题，当管道内壁直径存在误差、小幅变化或者局部凸起时，伸展机构容易顶死，严重时会造成机器人故障。

通过在电机驱动的同步伸展结构中与三个履带足铰接的末端连杆上分别设置一组弹簧，不仅可以在电机的刚性伸缩动作下增加柔性，同时三个履带足各自独立具备一定的伸缩柔性，可以适应管道内部局部尺寸的变化或小幅凸起，提高了管道内壁爬行机器人的环境适应性。

发明内容

1.目的：

本发明的目的在于提供一种带有柔性的电动同步伸展结构，使得管道内壁爬行的机器人的多个履带足可同时紧密的与管道内壁贴合，可以适应管道内部局部尺寸的变化或小幅凸起，避免电机刚性驱动造成的机器人在大角度倾斜管道或竖直管道内爬行的不稳定现象。

2.技术方案

一种用于管道爬行的多履带足同步伸展结构，包括：电机驱动模块，同步伸展结构。电机驱动模块整体为中空柱状结构，分为上半部分和下半部分；下半部分外壁上沿径向方向开有长方形通孔，沿至尾座，沿周向方向共开有三个同样的通孔；螺母为Y形，顶端在所述的长方形通孔中滑动；滑块整体为等边三角形，三个角焊接有Y形连接件，等边三角形中间开有通孔，丝杆从通孔中穿过；

下半部分内部在圆周方向安装有三根导向轴；螺母、滑块上在圆周方向上通过螺钉均布安装有三个导向套，每个导向套中间均开有通孔，与螺母、滑块上通孔相对应；导向轴从导向套、螺母、滑块的通孔中穿过；螺母、滑块在导向轴的引导下自由的进行直线滑动，每个导向轴上均套有一个压簧A，压簧A位于螺母和滑块之间。

所述的电机驱动模块的上半部分外壁和Y形连接件底部相连，Y形连接件顶部通过长销轴和平行摆杆B相连；Y形连接件沿周向均布有三个，平行摆杆B沿周向共有六个。

所述的尾座和滑块整体结构一致，其Y形连接件顶端两翼上开有通孔，通过短销轴与平行摆杆A一端铰接。

所述的平行摆杆A的另一端通过短销轴与驱动连杆一端铰接，驱动连杆的另一端通过短销轴与滑块铰接；驱动连杆、平行摆杆A、滑块、电机驱动模块四者构成了连杆机构。

所述的驱动连杆包括：驱动连杆伸缩杆、驱动连杆伸缩座、滑动衬套、压弹B；驱动连杆伸缩杆一端为矩形，另一端伸出一端轴形结构，深入到滑动衬套中，滑动衬套嵌在驱动连杆伸缩座中；驱动连杆伸缩杆与滑动衬套之间布置一个压簧B，使驱动连杆自身具备小幅的自适应伸缩调节功能。

所述的电机驱动模块包括：电机罩、驱动电机、连接筒、丝杆、尾座；驱动电机安装于电机罩内，电机罩与连接筒相连，尾座与连接筒固定相连，丝杆一端由连接筒支撑，另一端由尾座支撑，丝杆在电机罩内部与驱动电机相连，可随驱动电机旋转；丝杆为具有自锁性能的梯形丝杆，可保证螺母不会被压簧A顶回。

所述的同步伸展结构上安装了三个履带足，履带足长度与电机驱动模块整体长度一致；每个履带足通过长销轴分别与两个平行摆杆A和两个平行摆杆B铰接，形成一组完成的平行四边形机构。履带足与管道内壁紧密贴合。

通过电机带动丝杆旋转，将动力传递给螺母，螺母丝杆的推动及三个导向轴的引导下实现直线运动，一个滑块同样在三个导向轴的引导下可做直线运动，滑块与螺母之间设置有三个相同的弹簧，分别套在三个导向轴上，当螺母前进时，螺母通过弹簧推动滑块向前运动；滑块上均布铰接有三个驱动连杆，分别驱动三个平行四边形连杆机构，三个履带足分别作为三个平行四边形机构中的一个平行杆，当滑块通过驱动连杆驱动平行四边形机构进行摆动时，作为平行杆的履带足实现了伸展，直到与管道内壁贴紧；除了滑块与螺母之间设置有三个弹簧外，驱动连杆自身内部嵌有弹簧，随着弹簧的伸缩，驱动连杆自身的长度也可以单独实现伸长、缩短，使得每一个独立的平行四边形机构可以在一定范围内独立的作自适应摆动，电机驱动时，丝杆推动螺母并压缩弹簧，当弹簧被压缩到一定程度时，最终会推动履带足紧密的顶在管道内壁，可通过螺母的前进、后退调整弹簧的压缩量，进而调整履带足被压在管道内壁的压紧力，丝杆使用小螺距梯形丝杆，具有自锁形成，保证螺母不会被弹簧顶回；最终实现了电机驱动下的多履带足同步伸展、与管道内壁顶紧，并可适应管道内部局部尺寸的变化或小幅凸起，避免电机刚性驱动造成的机器人在大角度倾斜管道或竖直管道内爬行的不稳定现象，提高了管道内壁爬行机器人的环境适应性。

1.效果

本发明的效果在于：实现了电机驱动下的多履带足同步伸展、与管道内壁顶紧，并可适应管道内部局部尺寸的变化或小幅凸起，避免电机刚性驱动造成的机器人在大角度倾斜管道或竖直管道内爬行的不稳定现象，提高了管道内壁爬行机器人的环境适应性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是电机驱动模块的结构示意图；

图3是驱动连杆的结构示意图；

图4是本发明安装履带足后的状态示意图；

图5是本发明的一个实施例。

图中1.电机驱动模块，2.螺母，3.滑块，4.导向轴，5.导向套，6.螺钉A，7.驱动连杆，8.平行摆杆A，9.平行摆杆B，10.短销轴，11.长销轴，12.压簧A，13.履带足，14.管道内壁，1001.电机罩，1002.驱动电机，1003.连接筒，1004.丝杆，1005.尾座，7001.驱动连杆伸缩杆，7002.驱动连杆伸缩座，7003.滑动衬套，7004.压弹B。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作具体说明。

图1中，电机驱动模块1作为整个同步伸展结构的载体，在圆周方向上均布安装有三根导向轴4，导向套5通过螺钉6分别安装在螺母2和滑块3上，螺母2、滑块3上在圆周方向上均布安装有三个导向套5，每个导向套5都和对应的导向轴4配合，使得螺母2、滑块3在导向轴4的引导下自由的进行直线滑动，每个导向轴4上均套有一个压簧A12，压簧A12位于螺母2和滑块3之间，当电机驱动模块1运动时，螺母2在丝杆1004的驱动下以及导向轴4的引导下作直线运动，此时由于压簧A12的存在，当压簧A被压缩到一定程度后，形成足够的推力推动滑块作直线运动；平行摆杆A8、平行摆杆B9均通过短销轴与电机驱动模块1铰接，驱动连杆7一端通过短销轴与平行摆杆A8铰接，另一端通过短销轴与滑块3铰接，驱动连杆7、平行摆杆A8、滑块3、电机驱动模块1四者构成了连杆机构，当滑块3作直线运动时，驱动连杆7推动平行摆杆A8摆动，当有额外的结构将平行摆杆A8、平行摆杆B9的另一端分别通过长销轴11铰接后形成整体时，会形成平行四边形机构，平行摆杆A8摆动时，平行摆杆B9与平行摆杆A8同步摆动并保持平行，最终起到伸展的作用；图中滑块3可同时推动多个驱动连杆7运动，进而可驱动多个平行四边形机构运动，实现同步伸展。

图2所示电机驱动模块1中，驱动电机1002安装于电机罩1001内，电机罩1001与连接筒1003相连，尾座1005与连接筒1003相连，丝杆1004一端由连接筒1003支撑，另一端由尾座1005支撑，丝杆1004在电机罩1001内部与驱动电机1002相连，可随驱动电机1002旋转；丝杆1004为具有自锁性能的梯形丝杆，可保证螺母2不会被压簧A12顶回。

图3所示驱动连杆7中，驱动连杆伸缩杆7001一端为矩形，另一端伸出一端轴形结构，深入到滑动衬套7003中，滑动衬套7003嵌在驱动连杆伸缩座7002中，驱动连杆伸缩杆7001可在滑动衬套7003的导向下相对于驱动连杆伸缩座7002伸缩滑动，驱动连杆伸缩杆7001与滑动衬套7003之间布置一个压簧B7004，实际使用时，压簧B7004始终处于被压缩状态，随着外界的压力变化，压簧B7004可推动驱动连杆伸缩杆7001向外深处或者随驱动连杆伸缩杆7001向内收回，使得驱动连杆7自身具备小幅的自适应伸缩调节功能。

图4中，同步伸展结构上安装了三个履带足13，每个履带足13通过长销轴11分别与两个平行摆杆A和两个平行摆杆B铰接，形成一组完成的平行四边形机构，滑块3可同时驱动六个驱动连杆7，所以滑块3最终可同时驱动三个履带足13作伸展运动；当丝杆1004推动螺母2向前运动时，螺母2通过压簧A12推动滑块3向前运动，滑块3推动驱动连杆7使得平行摆杆A8摆动，进而使得三个履带足13在直径方向上同步展开；当履带足13需要收缩时，丝杆1004反向旋转，螺母2回撤，在履带足13重力的作用下，通过驱动连杆7反向推动滑块3向后滑动，直到压簧A12再次被充分压缩达到平衡状态，实现履带足13的收回。

图5中，当机器人位于管道内时，驱动电机1002驱动整个同步伸展结构，将履带足13沿管道直径方向展开，直到履带足13贴紧管道壁14，在驱动电机1002的驱动以及压簧A12、压簧B7004通过压缩提供的顶紧力的作用下，履带足13与管道内壁14间产生足够的摩擦力，使得机器人可以沿着管道运动，特别是沿着大角度倾斜管道或竖直管道内爬行。

Claims (8)

1.一种用于管道爬行的多履带足同步伸展结构，包括：电机驱动模块(1)，同步伸展结构，其特征在于：所述的电机驱动模块(1)整体为中空柱状结构，分为上半部分和下半部分；下半部分外壁上沿径向方向开有长方形通孔，沿至尾座(1005)，沿周向方向共开有三个同样的通孔；螺母(2)为Y形，顶端在所述的长方形通孔中滑动；滑块(3)整体为等边三角形，三个角焊接有Y形连接件，等边三角形中间开有通孔，丝杆(1004)从通孔中穿过；

下半部分内部在圆周方向安装有三根导向轴(4)；螺母(2)、滑块(3)上在圆周方向上通过螺钉(6)均布安装有三个导向套(5)，每个导向套(5)中间均开有通孔，与螺母(2)、滑块(3)上通孔相对应；导向轴(4)从导向套(5)、螺母(2)、滑块(3)的通孔中穿过；螺母(2)、滑块(3)在导向轴(4)的引导下自由的进行直线滑动，每个导向轴(4)上均套有一个压簧A(12)，压簧A(12)位于螺母(2)和滑块(3)之间；螺母(2)位置锁定时，压簧A(12)自动调整同步伸展结构，适应管道内壁(14)直径的小幅变化。

2.如权利要求1所述的一种用于管道爬行的多履带足同步伸展结构，其特征在于：所述的电机驱动模块(1)的上半部分外壁和Y形连接件底部相连，Y形连接件顶部通过长销轴和平行摆杆B(9)相连；Y形连接件沿周向均布有三个，平行摆杆B(9)沿周向共有六个。

3.如权利要求1所述的一种用于管道爬行的多履带足同步伸展结构，其特征在于：所述的尾座(1005)和滑块(3)整体结构一致，其Y形连接件顶端两翼上开有通孔，通过短销轴与平行摆杆A(8)一端铰接。

4.如权利要求3所述的一种用于管道爬行的多履带足同步伸展结构，其特征在于：所述的平行摆杆A(8)的另一端通过短销轴与驱动连杆(7)一端铰接，驱动连杆(7)的另一端通过短销轴与滑块(3)铰接；驱动连杆(7)、平行摆杆A(8)、滑块(3)、电机驱动模块(1)四者构成了连杆机构。

5.如权利要求3所述的一种用于管道爬行的多履带足同步伸展结构，其特征在于：所述的驱动连杆(7)包括：驱动连杆伸缩杆(7001)、驱动连杆伸缩座(7002)、滑动衬套(7003)、压弹B(7004)；驱动连杆伸缩杆(7001)一端为矩形，另一端伸出一端轴形结构，深入到滑动衬套(7003)中，滑动衬套(7003)嵌在驱动连杆伸缩座(7002)中；驱动连杆伸缩杆(7001)与滑动衬套(7003)之间布置一个压簧B(7004)。

6.如权利要求1所述的一种用于管道爬行的多履带足同步伸展结构，其特征在于：所述的电机驱动模块(1)包括：电机罩(1001)、驱动电机(1002)、连接筒(1003)、丝杆(1004)、尾座(1005)；驱动电机(1002)安装于电机罩(1001)内，电机罩(1001)与连接筒(1003)相连，尾座(1005)与连接筒(1003)固定相连，丝杆(1004)一端由连接筒(1003)支撑，另一端由尾座(1005)支撑，丝杆(1004)在电机罩(1001)内部与驱动电机(1002)相连，可随驱动电机(1002)旋转；丝杆(1004)为具有自锁性能的梯形丝杆，可保证螺母(2)不会被压簧A(12)顶回。

7.如权利要求1所述的一种用于管道爬行的多履带足同步伸展结构，其特征在于：所述的同步伸展结构上安装了三个履带足(13)；每个履带足(13)通过长销轴分别与两个平行摆杆A(8)和两个平行摆杆B(9)铰接，形成一组完成的平行四边形机构；电机驱动模块(1)驱动三个履带足(13)同步张开、收拢。

8.如权利要求7所述的一种用于管道爬行的多履带足同步伸展结构，其特征在于：所述的履带足(13)与管道内壁(14)紧密贴合。

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