CN1948076A - 尺蠖式爬行机器人装置 - Google Patents
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Abstract
一种尺蠖式爬行机器人装置，由前卡紧装置、后卡紧装置、伸缩腰、安全锁紧装置等部分组成。利用交替工作的前后卡紧装置与能伸长和缩短的伸缩腰与配合，作尺蠖式前进。安全锁紧装置置于前后卡紧装置之间，在机器人失控时，起保护作用。卡紧装置由电机驱动，产生较大锁紧力，在空间任意方位均能有效工作。该机器人主要用于管内作业，作为管内运输或者检测的载体，更可广泛应用于爬行工业机器人领域。
Description
技术领域：
本发明主要应用于管内作业，目的在于提供一种可作为管内运载的工具使用，携带各种附件进行管内运输或管内检测等，亦能广泛应用于各工业领域的爬行机器人装置。
背景技术：
管道移动机器人是爬行机器人的重点研究领域之一。随着我国经济的发展，在石油、化工、能源、冶金、国防以及航空航天等行业中管道在大量的使用，对管内作业要求日渐提高。近年来，管内移动机器人发展迅速，如《管内行走机器人》(专利号：CN95100242.2，1996.01.17，李元宗.史贵柱.郑利红等)提到的左右两个结构完全相同的行走单元，每个单元均有三只可径向伸缩的脚和三条可在轴向截面内左右摆动的腿，左右单元的脚交替踩住和离开管壁，靠腿的摆动使机器人向左或向右移动，左右两单元之间由万向联轴节相联。但结构复杂，制造工艺要求较高。《一种蠕动管内行走机构》(专利号：CN93224363.0，1994.8.17，于殿勇.孙序梁)所述的机构有一斜坡钢体，在其上面有压缩弹簧和钢柱，钢柱在外罩槽内自由滑动，机构就是靠钢柱与斜面及管壁圆的相互作用实现超越行走的，克服了轮式、履带式机构牵引力与附着力的矛盾，可以提高机构的牵引力。机器人头部和尾部都采用单方向超越行走机构，只可以单方向行走，行走的适应性受到限制。
发明内容：
本发明针对上述问题，提出了一种尺蠖式爬行机器人装置，来实现在一个管道状的通道内做无限长的直线运动，特别是该装置的移动功能不受管道空间位置影响。
为了实现发明目的，本发明涉及的尺蠖式爬行工业机器人装置的技术方案是：主要由置于前后端的两段主体(即卡紧装置)，连接前后端的伸缩腰，位移检测系统及安装在后端的安全锁紧装置等部分组成，其特征是利用交替工作的两段主体与能伸长和缩短的伸缩腰配合，作尺蠖式前进，它可在圆形管道或其他规则断面的管道中作为检测、传送的载体，运行距离不受限制，管道轴线可处在空间任意方位，均能有效的工作。
本发明可用于操作平台处于空间的任意方位，相较于其它传送装置，更便于在南北极区域使用。但此时有安全问题，为保证在卡紧装置失控时，机器人突然下落，造成事故，本发明增设了无源自动安全锁紧装置。
本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：可实现在规则形状任意长的管道内运输重物，或其它任意方向传送重物；与同功能的其它机构，能获得更大的锁紧力，从而可传送较重的物体；采用多个卡爪时，有自动均化各爪紧力的作用；当管道线上设有闸门等障碍时，只要通口足够大，亦能顺利的通过；配合适当的检测系统，可将重物送到指定的位置或对管壁进行检测；具有机械自锁功能，即使在断电的情况下，也能长时间保持其现有位置；设置的无源自动锁紧安全装置可确保处于垂直方向工作时不因失控而发生事故；结构简单紧凑，操作方便，还可以根据使用要求，作各种变形设计，具有较高的技术经济效果。
附图说明：
图1为尺蠖式爬行工业机器人装置结构图
图2为尺蠖式传送原理图
图3为卡紧装置方案之一图
图4为卡紧装置方案之二图
图5为卡紧装置方案之三图
图6为安全锁紧装置原理图
在图1，图2，图3，图4，图5及图6中零件顺序编号：
上列图中1-附件，2-竖直圆形管道，3-卡紧装置基体，4-卡爪，5-平面螺旋盘，6-小齿轮，7-直线轴承，8-步进电机，9-双螺母，10-滚动丝杆，11-数字式位移传感器，12-步进电机，13-力传感器(装在卡爪内)，14-管道支承，15-复位弹簧，16-定位爪，17-惯性球，18-圆弧凸轮，19-端盖，20-附件(物体或检测装置)，21-卡紧装置1，22-安全锁紧装置，23-伸缩腰，24-卡紧装置2，25-圆弧凸轮，26-液性介质，27-柱塞，28-驱动螺杆，29-支承小轴，30-定位环，31-安全装置基体。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明所涉及的尺蠖式爬行工业机器人装置具体方案进一步说明：该装置由两端主体和连接两端主体的可伸缩的腰组成，在两段主体中有卡紧装置。采用尺蠖式爬行工作原理：工作原理如附图2所示。卡紧装置(21)锁紧，卡紧装置(24)放松，腰部伸长，将卡紧装置(24)由位置1推到位置2，然后锁紧卡紧装置(24)，放松卡紧装置(21)，腰部缩短，同时拖动卡紧装置(21)及附件从位置3到位置4，重复上述过程。则机器人拖动附件不断的作尺蠖式前进，直到由传感器控制的要求位置为止。卡紧装置(24)起运输作用，卡紧装置(21)是在附件前进一步后起锁紧作用，以便改变卡紧装置(24)的位置，实现下一步运动。卡紧装置的锁紧力由力传感器控制，可根据负荷大小调整。
1.卡紧装置。卡紧装置有机械式和液压式两种。机械式卡紧装置采用平面螺旋副，驱动在圆周上均布的三个卡爪压向管壁，达到锁紧的目的。平面螺旋盘的回转，靠机电—齿轮副或电机—凸轮副驱动。如附图3，附图4所示。液压式卡紧装置采用液性介质弹性卡紧原理。可在管壁的一个环形带上获得较大且均布作用的锁紧力，如附图5所示。平面螺旋副有很大的力放大比(数十倍)，可获得数百公斤的锁紧力，从而可提升较重的物体，水平传送时能拖动的负荷更大。
2.伸缩腰。采用滚珠丝杠副，螺母和丝杠分别与前后两个卡紧装置相连，同一电机驱动。两者交替前进，则可使用尺蠖式前进。仅需一短丝杠，就能获得无限长的位移。
3.安全锁紧装置：为在任何情况下可靠的实现安全保障，此装置必须是无源的和自动的。我们提出了如附图6所示的安全装置。其工作原理是：当诊断设备发生下落时，惯性球停滞不动，相对于支点作顺时针摆动，拔出锥形定位指，环形楔块(即偏心圆弧凸轮)，在偏心质量的重力作用下，作逆时针旋转，楔入安全装置与管壁之间，同时在管壁与楔块表面间的摩擦力作用下，越楔越紧，达到迅速锁紧。如要恢复正常工作状态，只需令卡紧装置略为上升，则可在摩擦力作用下，退出楔块，并在重力和复位弹簧作用下，使安全装置回复初始状态。
本发明采用平面螺旋副，且有优良的机械自锁功能。液压夹紧亦有自锁功能，在断电时也不会自动下落。这是另一道安全措施。
Claims (3)
1.一种尺蠖式爬行机器人装置，由前卡紧装置、后卡紧装置、伸缩腰、安全锁紧装置等部分组成，其特征是伸缩腰与前后卡紧装置相连接，利用交替工作的两段卡紧装置与能伸长和缩短的伸缩腰配合，作尺蠖式前进，安全锁紧装置置于前后卡紧装置之间，前后卡紧装置分别由电机驱动产生较大的锁紧力，使其在空间任意方位均能有效工作，前后卡紧装置使用平面螺旋副，平面螺旋副的回转由齿轮副或凸轮机构驱动，伸缩腰采用滚动丝杆副，由电机(12)驱动的丝杆(10)与螺母(9)交替配合，实现伸缩。安全装置为无源，由保持平衡的惯性球(17)、实现定位的定位爪(16)和定位环(30)、偏心楔紧的圆弧凸轮(18)和复位弹簧(15)等组成，当机器人装置失控，则自动锁紧。
2.根据权利要求1所述的尺蠖式爬行机器人装置，其特征是平面螺旋副的回转可以采用电机经偏心圆弧凸轮驱动。
3.根据权利要求1所述的尺蠖式爬行机器人装置，其特征是锁紧方式可以采用电机经柱塞驱动液性介质，使基体外圆四周的薄壁发生弹性变形来实现。
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