CN113374983B - 一种压电驱动的微型管道检测机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压电驱动的微型管道检测机器人，属于管道爬行技术领域，包括外壳，质量块，X型压电陶瓷驱动器，基座，槽钹形变形器和弹性支撑腿；其中基座底面中央有一螺柱，外壳为一端开口的中空构件，内部容纳质量块和X型压电陶瓷驱动器，开口处通过螺栓连接于基座；X型压电陶瓷驱动器前端用螺母固定质量块，后端与基座连接；弹性支撑腿由一片状安装台与两边能调整外扩角度的腿组成，安装台中间有一大孔，大孔四周开有多个定位孔；槽钹形变形器设置在弹性支撑腿的腿中间，并通过一体的螺纹孔与固定在基座上的螺柱连接，X型压电陶瓷驱动器和槽钹形变形器均与控制器和电源电连接。本发明有效提高了微型机器人在管道内的移动速度。

Description

一种压电驱动的微型管道检测机器人
技术领域
本发明属于管道爬行技术领域，具体涉及一种压电驱动的微型管道检测机器人。
背景技术
细小工业管道在发电、制冷、航空、炼油、化工等行业普遍使用,在长年的介质腐蚀、机械振动以及制造缺陷的作用和影响下,管道会有裂纹产生、管壁减薄或破裂；定期检查及时发现缺陷,并采取相应的修补或堵塞措施是管道系统安全运行的重要保证.由于时常存在有毒、有害介质或介质残余，加上人工检查不可及性的障碍,用机器人技术对细小管道进行检查、诊断、维护等作业成为人们关注的焦点。国内对微型管道机器人也有一定的研究，根据驱动方式不同可分为电磁驱动式、压电驱动式、超磁致伸缩式等类型。压电陶瓷材料是一种新型材料，它具有体积小、质量轻、结构简单、响应速度快等优点，因此它可作为微型管道机器人的一种驱动方式。现有同类型技术中，都是依靠微型机器人支撑腿与管壁之间的静摩擦力实现移动的，移动距离受支撑腿与管壁之间的静摩擦力影响，同时也受驱动器驱动力大小的影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种压电驱动式微型管道检测机器人，通过设计了一种新型X型压电陶瓷驱动器，增大了驱动器的位移，使微型管道机器人能以较快的速度在管内移动，提高管道检测效率。技术方案如下：
一种压电驱动的微型管道检测机器人，包括外壳，质量块，X型压电陶瓷驱动器，基座，槽钹形变形器和弹性支撑腿；其中基座顶面中央有一方形孔，底面中央有一螺柱，外壳为一端开口的中空构件，内部容纳质量块和X型压电陶瓷驱动器，开口处通过螺栓连接与基座；X型压电陶瓷驱动器前端用螺母固定有质量块，后端插入在基座的方形孔中；弹性支撑腿由一片状安装台与两边能调整外扩角度的腿组成，安装台中间有一用于穿过螺柱的大孔，大孔四周开有多个通过螺栓与基座底部连接的定位孔；槽钹形变形器设置在弹性支撑腿的腿中间，并通过一体的螺纹孔与固定在基座上的螺柱连接，X型压电陶瓷驱动器和槽钹形变形器均与控制器和电源电连接。
进一步的，X型压电陶瓷驱动器包括上端板、下端板、滑块、多个支架和压电片，其中上端板和下端板的内侧面均相对地设置有一对凸台，上端板的外侧面设置有一个圆柱，用于固定质量块，下端板的外侧面设置有一个侧面开孔方柱状，插入基座的方形孔后通过一个双头螺杆和两个螺母将其与基座固定，支架为X形，各支架之间通过X形的脚互相连接，连接处设置有压电片，各滑块一端嵌入凸台中央的凹坑，另一端通过螺栓与最两端支架的脚连接，下端板的凸台与控制器和电源通过穿过定位孔的导线连接。
进一步的，槽钹形变形器包括外壳、安装板和槽钹堆叠组；其中外壳为两短边端开口的凹形矩形，长边内侧相对开有多条凹槽，安装板为两块，分别插入凹槽中，两组槽钹堆叠组分别安装在安装板上，并通过导线与控制器和电源连接。
进一步的，外壳前端留有螺纹，用于安装检测器，外壳内部顶端与质量块的距离等于X型压电陶瓷驱动器最大行程。
进一步的，基座底部和弹性支撑腿的安装台之间设置有至少一个垫片，用来压紧弹性支撑腿，并能通过增加垫片的数量或调整垫片的厚度来改变槽钹形变形器与基座之间的距离，使之适应不同角度的弹性支撑腿。
有益效果：
1)本发明通过使用X型压电陶瓷驱动器增大了压电驱动器的位移，增加的槽钹形变形器增大了机器人支撑腿与管壁之间的正压力，间接提高了支撑腿与管壁之间的静摩擦力，进而使微型机器人能以较快的速度在管内移动，增加了管道检测效率。
2)弹性支撑脚的可以调整角度，使微型机器人能适应一定的管径变化，在其前端安装检测器，可用于发电、制冷、航空等行业中工人无法触及的细小管道内部缺陷检测。
附图说明
图1为本发明的整体示意图；
图2为本发明的结构立体结构爆炸示意图；
图3为总体的结构正剖面图；
图4为总体的结构侧剖面图；
图5为X型压电陶瓷驱动器的正视图；
图6为X型压电陶瓷驱动器的侧视图；
图7为X型压电陶瓷驱动器的立体结构示意图；
其中：1为外壳；2为质量块；3为X型压电陶瓷驱动器；3.1为滑块；3.2为支架；3.3为压电片；4为垫片；5为基座；6为槽钹形变形器；6.1为外壳；6.2为安装板；6.3为槽钹堆叠组；7为弹性支撑腿；8为控制器；9为电源。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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，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1至图3所示一种压电驱动的微型管道检测机器人，包括外壳1，质量块2，X型压电陶瓷驱动器3，基座5，槽钹形变形器6和弹性支撑腿7；其中基座5顶面中央有一方形孔，底面中央有一螺柱，外壳1为一端开口的中空构件，内部容纳质量块2和X型压电陶瓷驱动器3，开口处通过螺栓连接与基座5；X型压电陶瓷驱动器3前端用螺母固定有质量块2，后端插入在基座5的方形孔中；弹性支撑腿7由一片状安装台与两边能调整外扩角度的腿组成，安装台中间有一用于穿过螺柱的大孔，大孔四周开有多个通过螺栓与基座5底部连接的定位孔，；槽钹形变形器6设置在弹性支撑腿7的腿中间，并通过一体的螺纹孔与固定在基座5上的螺柱连接，X型压电陶瓷驱动器3和槽钹形变形器6均与控制器8和电源9电连接。
如图4至图6所示,X型压电陶瓷驱动器3包括带有上端板、下端板、滑块3.1、多个支架3.2和压电片3.3，其中上端板和下端板的内侧面均相对地设置有一对凸台，上端板的外侧面设置有一个圆柱，用于固定质量块2，下端板的外侧面设置有一个侧面开孔方柱状，插入基座5的方形孔后通过一个双头螺杆和两个螺母将其与基座5固定，支架3.2为X形，各支架3.2之间通过X形的脚互相连接，连接处设置有压电片3.3，各滑块3.1一端嵌入凸台中央的凹坑，另一端通过螺栓与最两端支架3.2的脚连接，下端板的凸台与控制器8和电源9通过穿过定位孔的导线连接。
槽钹形变形器6包括外壳6.1、安装板6.2和槽钹堆叠组6.3；其中外壳6.1为两短边端开口的凹形矩形，长边内侧相对开有多条凹槽，安装板6.2为两块，分别插入凹槽中，两组槽钹堆叠组6.3分别安装在安装板6.2上，并通过导线与控制器8和电源9连接。
外壳1前端留有螺纹，用于安装检测器，外壳1内部顶端与质量块2的距离等于X型压电陶瓷驱动器3最大行程。
基座5底部和弹性支撑腿7的安装台之间设置有至少一个垫片4，用来压紧弹性支撑腿7，并能通过增加垫片4的数量或调整垫片4的厚度来改变槽钹形变形器6与基座5之间的距离，使之适应不同角度的弹性支撑腿7。
实施例：当控制器控制电源为X型压电陶瓷驱动器和槽钹形变形器送电时，X型压电陶瓷驱动器的压电材料由于逆压电效应产生变形，带动质量块运动，从而使质量块产生惯性冲击力，对外壳进行冲击；同时槽钹形变形器产生横向变形，增大了弹性支撑腿与管壁之间的摩擦力；在X型压电陶瓷驱动器和槽钹形变形器的相互配合作用下，使微型机器人沿着管壁移动，移动速度和方向由在管道外部的脉冲电源控制其输入电压的大小和频率所决定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则和精神之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种压电驱动的微型管道检测机器人，其特征在于：包括外壳(1)，质量块(2)，X型压电陶瓷驱动器(3)，基座(5)，槽钹形变形器(6)和弹性支撑腿(7)；其中基座(5)顶面中央有一方形孔，底面中央有一螺柱，外壳(1)为一端开口的中空构件，内部容纳质量块(2)和X型压电陶瓷驱动器(3)，开口处通过螺栓连接于基座(5)；X型压电陶瓷驱动器(3)前端用螺母固定质量块(2)，后端插入在基座(5)的方形孔中；弹性支撑腿(7)由一片状安装台与两边能调整外扩角度的腿组成，安装台中间有一用于穿过螺柱的大孔，大孔四周开有多个通过螺栓与基座(5)底部连接的定位孔；槽钹形变形器(6)设置在弹性支撑腿(7)的腿中间，并通过一体的螺纹孔与固定在基座(5)上的螺柱连接，X型压电陶瓷驱动器(3)和槽钹形变形器(6)均与控制器(8)和电源(9)电连接。
2.如权利要求1所述的微型管道检测机器人，其特征在于：所述的X型压电陶瓷驱动器(3)包括上端板、下端板、滑块(3.1)、多个支架(3.2)和压电片(3.3)，其中上端板和下端板的内侧面均相对地设置有一对凸台，上端板的外侧面设置有一个圆柱，用于固定质量块(2)，下端板的外侧面设置有一个侧面开孔方柱状，插入基座(5)的方形孔后通过一个双头螺杆和两个螺母将其与基座(5)固定，支架(3.2)为X形，各支架(3.2)之间通过X形的脚互相连接，连接处设置有压电片(3.3)，各滑块(3.1)一端嵌入凸台中央的凹坑，另一端通过螺栓与最两端支架(3.2)的脚连接，下端板的凸台与控制器(8)和电源(9)通过穿过定位孔的导线连接。
3.如权利要求1所述的微型管道检测机器人，其特征在于：所述的槽钹形变形器(6)包括外壳(6.1)、安装板(6.2)和槽钹堆叠组(6.3)；其中外壳(6.1)为两短边端开口的凹形矩形，长边内侧相对开有多条，安装板(6.2)为两块，分别插入凹槽中，两组槽钹堆叠组(6.3)分别安装在安装板(6.2)上，并通过导线与控制器(8)和电源(9)连接，通过改变安装板(6.2)插入的凹槽调整槽钹堆叠组(6.3)与弹性支撑腿(7)之间的距离。
4.如权利要求1所述的微型管道检测机器人，其特征在于：所述的外壳(1)前端留有螺纹，用于安装检测器，外壳(1)内部顶端与质量块(2)的距离等于X型压电陶瓷驱动器(3)最大行程。
5.如权利要求1所述的微型管道检测机器人，其特征在于：所述的基座(5)底部和弹性支撑腿(7)的安装台之间设置有至少一个垫片。
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