CN115415996A - 一种tir机器人的伸缩机构设计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TIR机器人的伸缩机构设计，包括套筒，所述套筒一端螺纹连接有端部连接器；通过设置丝杆轴、换向器和螺母，在电机带动输出端传动连接的丝杆轴在套筒的内部转动时，位于丝杆轴和螺母之间的滚珠在螺纹滚道内滚动，并且沿着螺纹滚道移动，当滚珠运动到螺纹滚道末端时，滚珠会离开螺纹滚道，经过与螺母相连的外部换向器再回到丝杆轴的螺纹滚道，重新进入循环，以达到内部循环的效果，内循环滚珠和丝杆轴的整体刚性好，径向尺寸十分紧凑，并且滚珠返回通道短，且内循环滚珠和丝杆轴传动具有高灵敏、高精度的特性，适合用于轻载传动，增加了丝杆轴和螺母之间的耐磨性。

Description

一种TIR机器人的伸缩机构设计

技术领域

本发明属于TIR机器人技术领域，具体涉及一种TIR机器人的伸缩机构设计。

背景技术

TIR机器人的运动形式是基于蠕动爬行原理提出的，该爬行机理仿照蚯蚓蠕动爬行的运动模式，属于仿生学原理范畴。此类机器人有构造简单、驱动力大、能耗低等特征，特别适合应用在工业上管道检测领域。而且蚯蚓的运动模式是有规律可循的，根据其周期性可以得到较为简单的控制方式，凭借简单的机械构造可以提供较大的负载能力和可靠的动作，并可以自动适应管径的变化。因此，这种类型管道机器人迎来了蓬勃的成长时期并且在各领域都有十分客观的发展远景；基于蚯蚓蠕动机理设计的管道机器人整体结构普遍包含由三个模块，即两个体节组和一个伸缩机构。两个体节组有支撑的作用，可以让机构整体在不同运动时期与管壁之间维持不一样的相对位置；伸缩机构可以通过特定的驱动形式驱动整体向前或向后运动。其运动流程如图5所示，运动过程为：(a)伸缩机构Ⅲ收缩，体节组Ⅰ和Ⅱ均处于紧缩状态，机器人处于初始状态；(b)体节组Ⅱ舒张支撑固定；(c)伸缩机构Ⅲ伸长，体节组Ⅰ前进距离h；(d)体节组Ⅱ紧缩，体节组Ⅰ舒张支撑固定；(e)伸缩机构Ⅲ收缩，体节组Ⅱ前进距离h；(f)体节组Ⅰ紧缩，机器人回到初始状态。经过一个运动过程，TIR机器人的位移等于伸缩机构的移动距离，机器人可通过多次重复上述过程以达到预定运动距离；同时，体节组Ⅰ和Ⅱ的舒张支撑固定可以通过自锁结构来实现。

而现有的伸缩机构通常采用自动伸缩杆代替，其轴向刚度较低，并且磨损较为严重，基于此，提出了一种TIR机器人的伸缩机构设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种TIR机器人的伸缩机构设计，以解决上述背景技术中提出的现有的伸缩机构通常采用自动伸缩杆代替，其轴向刚度较低，并且磨损较为严重的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种TIR机器人的伸缩机构设计，包括套筒，所述套筒一端螺纹连接有端部连接器，所述端部连接器另一侧通过固定连接件固定连接有电机，所述电机的输出端传动连接有丝杆轴，所述丝杆轴转动连接于套筒的内部，所述套筒内侧滑动连接有螺母，所述螺母位于丝杆轴的外侧，所述丝杆轴和螺母之间设置有滚珠，所述滚珠位于丝杆轴和螺母之间的螺纹滚道内，所述螺母内侧设置有换向器，所述螺母内侧的螺纹滚道通过换向器首尾相互连通，所述螺母远离电机的一侧通过连接板固定连接有推杆，所述推杆外侧滑动连接有滑环，所述滑环固定连接于套筒的另一端外侧。

优选的，所述电机外侧通过连接脚固定连接有TIR机器连接件。

优选的，所述端部连接器内侧固定连接有丝杆滚套，所述丝杆滚套转动连接于丝杆轴的外侧。

优选的，所述套筒的内部位于推杆的外侧设置有弹簧。

优选的，所述套筒的内部设置有限位槽，所述螺母通过限位槽与套筒滑动连接。

优选的，所述电机的输出端设置有减速器，所述电机的额定功率为1000W，额定输出转矩为5N.m，制动力矩为5N.m，额定输出转速为1500r/min，外形直径不大于80mm，输出轴轴径为20mm。

优选的，所述丝杆轴的轴径为20mm，导程为4mm，工作行程即螺纹长度为300mm，安装间距为430mm，螺纹滚道的沟槽最小直径是17.8mm，滚珠中心直径是20.5mm。

与现有技术相比，本发明提供了一种TIR机器人的伸缩机构设计，具备以下有益效果：

本发明通过设置丝杆轴、换向器和螺母，在电机带动输出端传动连接的丝杆轴在套筒的内部转动时，位于丝杆轴和螺母之间的滚珠在螺纹滚道内滚动，并且沿着螺纹滚道移动，当滚珠运动到螺纹滚道末端时，滚珠会离开螺纹滚道，经过与螺母相连的外部换向器再回到丝杆轴的螺纹滚道，重新进入循环，以达到内部循环的效果，内循环滚珠和丝杆轴的整体刚性好，径向尺寸十分紧凑，并且滚珠返回通道短，且内循环滚珠和丝杆轴传动具有高灵敏、高精度的特性，适合用于轻载传动，增加了丝杆轴和螺母之间的耐磨性。

该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，本发明结构科学合理，使用安全方便，为人们提供了很大的帮助。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1为本发明提出的一种TIR机器人的伸缩机构设计的等轴测结构示意图；

图2为本发明提出的一种TIR机器人的伸缩机构设计的剖视结构示意图；

图3为本发明提出的一种TIR机器人的伸缩机构设计的爆炸结构示意图；

图4为本发明提出的一种TIR机器人的伸缩机构设计中丝杆轴、换向器和螺母的装配结构示意图；

图5为基于蚯蚓蠕动管道机器人运动原理示意图；

图中：丝杆轴1、换向器2、螺母3、套筒4、端部连接器5、固定连接件6、电机7、连接板8、推杆9、滑环10、连接脚11、TIR机器连接件12、丝杆滚套13、弹簧14、限位槽15。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种TIR机器人的伸缩机构设计，包括套筒4，套筒4一端螺纹连接有端部连接器5，端部连接器5另一侧通过固定连接件6固定连接有电机7，电机7的输出端传动连接有丝杆轴1，丝杆轴1转动连接于套筒4的内部，套筒4内侧滑动连接有螺母3，螺母3位于丝杆轴1的外侧，丝杆轴1和螺母3之间设置有滚珠，滚珠位于丝杆轴1和螺母3之间的螺纹滚道内，螺母3内侧设置有换向器2，螺母3内侧的螺纹滚道通过换向器2首尾相互连通，螺母3远离电机7的一侧通过连接板8固定连接有推杆9，推杆9外侧滑动连接有滑环10，滑环10固定连接于套筒4的另一端外侧，在电机7带动输出端传动连接的丝杆轴1在套筒4的内部转动时，位于丝杆轴1和螺母3之间的滚珠在螺纹滚道内滚动，并且沿着螺纹滚道移动，当滚珠运动到螺纹滚道末端时，滚珠会离开螺纹滚道，经过与螺母3相连的外部换向器2再回到丝杆轴1的螺纹滚道，重新进入循环，以达到内部循环的效果，内循环滚珠和丝杆轴1的整体刚性好，径向尺寸十分紧凑，并且滚珠返回通道短，且内循环滚珠和丝杆轴1传动具有高灵敏、高精度的特性，适合用于轻载传动，增加了丝杆轴1和螺母3之间的耐磨性。

本发明中，优选的，电机7外侧通过连接脚11固定连接有TIR机器连接件12，将电机7通过连接脚11与TIR机器连接件12固定连接，以便于将伸缩机构进行装配。

本发明中，优选的，端部连接器5内侧固定连接有丝杆滚套13，丝杆滚套13转动连接于丝杆轴1的外侧，通过丝杆滚套13保证了套筒4转动的稳定性。

本发明中，优选的，套筒4的内部位于推杆9的外侧设置有弹簧14，通过弹簧14使螺母3前进和后退更加稳定。

本发明中，优选的，套筒4的内部设置有限位槽15，螺母3通过限位槽15与套筒4滑动连接，通过限位槽15使螺母3沿着丝杆轴1的轴向移动，进而使螺母3推动一侧通过连接板8固定连接的推杆9在套筒4的内侧进行伸缩。

本发明中，优选的，电机7的输出端设置有减速器，电机7的额定功率为1000W，额定输出转矩为5N.m，制动力矩为5N.m，额定输出转速为1500r/min，外形直径不大于80mm，输出轴轴径为20mm。

本发明中，优选的，丝杆轴1的轴径为20mm，导程为4mm，工作行程即螺纹长度为300mm，安装间距为430mm，螺纹滚道的沟槽最小直径是17.8mm，滚珠中心直径是20.5mm。

实施例1

一种TIR机器人的伸缩机构设计，包括套筒4，套筒4一端螺纹连接有端部连接器5，端部连接器5另一侧通过固定连接件6固定连接有电机7，电机7的输出端传动连接有丝杆轴1，丝杆轴1转动连接于套筒4的内部，套筒4内侧滑动连接有螺母3，螺母3位于丝杆轴1的外侧，丝杆轴1和螺母3之间设置有滚珠，滚珠位于丝杆轴1和螺母3之间的螺纹滚道内，螺母3内侧设置有换向器2，螺母3内侧的螺纹滚道通过换向器2首尾相互连通，螺母3远离电机7的一侧通过连接板8固定连接有推杆9，推杆9外侧滑动连接有滑环10，滑环10固定连接于套筒4的另一端外侧，在电机7带动输出端传动连接的丝杆轴1在套筒4的内部转动时，位于丝杆轴1和螺母3之间的滚珠在螺纹滚道内滚动，并且沿着螺纹滚道移动，当滚珠运动到螺纹滚道末端时，滚珠会离开螺纹滚道，经过与螺母3相连的外部换向器2再回到丝杆轴1的螺纹滚道，重新进入循环，以达到内部循环的效果，内循环滚珠和丝杆轴1的整体刚性好，径向尺寸十分紧凑，并且滚珠返回通道短，且内循环滚珠和丝杆轴1传动具有高灵敏、高精度的特性，适合用于轻载传动，增加了丝杆轴1和螺母3之间的耐磨性。

实施例2

一种TIR机器人的伸缩机构设计，电机7外侧通过连接脚11固定连接有TIR机器连接件12，将电机7通过连接脚11与TIR机器连接件12固定连接，以便于将伸缩机构进行装配，端部连接器5内侧固定连接有丝杆滚套13，丝杆滚套13转动连接于丝杆轴1的外侧，通过丝杆滚套13保证了套筒4转动的稳定性，套筒4的内部位于推杆9的外侧设置有弹簧14，通过弹簧14使螺母3前进和后退更加稳定。

实施例3

一种TIR机器人的伸缩机构设计，套筒4的内部设置有限位槽15，螺母3通过限位槽15与套筒4滑动连接，通过限位槽15使螺母3沿着丝杆轴1的轴向移动，进而使螺母3推动一侧通过连接板8固定连接的推杆9在套筒4的内侧进行伸缩，电机7的输出端设置有减速器，电机7的额定功率为1000W，额定输出转矩为5N.m，制动力矩为5N.m，额定输出转速为1500r/min，外形直径不大于80mm，输出轴轴径为20mm，丝杆轴1的轴径为20mm，导程为4mm，工作行程即螺纹长度为300mm，安装间距为430mm，螺纹滚道的沟槽最小直径是17.8mm，滚珠中心直径是20.5mm。

本发明的工作原理及使用流程：使用时，将电机7通过连接脚11与TIR机器连接件12固定连接，由于电机7通过固定连接件6与端部连接器5固定连接，当端部连接器5与套筒4螺纹装配后，电机7与套筒4之间相互固定，在电机7带动输出端传动连接的丝杆轴1在套筒4的内部转动时，位于丝杆轴1和螺母3之间的滚珠在螺纹滚道内滚动，并且沿着螺纹滚道移动，当滚珠运动到螺纹滚道末端时，滚珠会离开螺纹滚道，经过与螺母3相连的外部换向器2再回到丝杆轴1的螺纹滚道，重新进入循环，以达到内部循环的效果，内循环滚珠和丝杆轴1的整体刚性好，径向尺寸十分紧凑，并且滚珠返回通道短，且内循环滚珠和丝杆轴1传动具有高灵敏、高精度的特性，适合用于轻载传动，增加了丝杆轴1和螺母3之间的耐磨性，而滚珠在滚动和移动时会带动螺母3沿着套筒4的内侧进行滑动，套筒4的内部对应螺母3设置有限位槽15，通过限位槽15使螺母3沿着丝杆轴1的轴向移动，进而使螺母3推动一侧通过连接板8固定连接的推杆9在套筒4的内侧进行伸缩，套筒4的另一端固定连接有滑环10，推杆9滑动在滑环10的内侧，进而保证了推杆9的稳定性，而套筒4的另一端外侧转动有丝杆滚套13，丝杆滚套13固定在端部连接器5的内部，进而通过丝杆滚套13保证了套筒4转动的稳定性，推杆9在伸缩过程中，连接板8会对压缩推杆9外侧的弹簧14，通过弹簧14使螺母3前进和后退更加稳定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种TIR机器人的伸缩机构设计，包括套筒(4)，其特征在于：所述套筒(4)一端螺纹连接有端部连接器(5)，所述端部连接器(5)另一侧通过固定连接件(6)固定连接有电机(7)，所述电机(7)的输出端传动连接有丝杆轴(1)，所述丝杆轴(1)转动连接于套筒(4)的内部，所述套筒(4)内侧滑动连接有螺母(3)，所述螺母(3)位于丝杆轴(1)的外侧，所述丝杆轴(1)和螺母(3)之间设置有滚珠，所述滚珠位于丝杆轴(1)和螺母(3)之间的螺纹滚道内，所述螺母(3)内侧设置有换向器(2)，所述螺母(3)内侧的螺纹滚道通过换向器(2)首尾相互连通，所述螺母(3)远离电机(7)的一侧通过连接板(8)固定连接有推杆(9)，所述推杆(9)外侧滑动连接有滑环(10)，所述滑环(10)固定连接于套筒(4)的另一端外侧。

2.根据权利要求1所述的一种TIR机器人的伸缩机构设计，其特征在于：所述电机(7)外侧通过连接脚(11)固定连接有TIR机器连接件(12)。

3.根据权利要求1所述的一种TIR机器人的伸缩机构设计，其特征在于：所述端部连接器(5)内侧固定连接有丝杆滚套(13)，所述丝杆滚套(13)转动连接于丝杆轴(1)的外侧。

4.根据权利要求1所述的一种TIR机器人的伸缩机构设计，其特征在于：所述套筒(4)的内部位于推杆(9)的外侧设置有弹簧(14)。

5.根据权利要求1所述的一种TIR机器人的伸缩机构设计，其特征在于：所述套筒(4)的内部设置有限位槽(15)，所述螺母(3)通过限位槽(15)与套筒(4)滑动连接。

6.根据权利要求1所述的一种TIR机器人的伸缩机构设计，其特征在于：所述电机(7)的输出端设置有减速器，所述电机(7)的额定功率为1000W，额定输出转矩为5N.m，制动力矩为5N.m，额定输出转速为1500r/min，外形直径不大于80mm，输出轴轴径为20mm。

7.根据权利要求1所述的一种TIR机器人的伸缩机构设计，其特征在于：

所述丝杆轴(1)的轴径为20mm，导程为4mm，工作行程即螺纹长度为300mm，安装间距为430mm，螺纹滚道的沟槽最小直径是17.8mm，滚珠中心直径是20.5mm。

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