CN201338273Y - 管道内微小机器人柔性移动机构 - Google Patents

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于莲芝
杨文龙
王春阳
许伟明
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Abstract

管道内微小机器人柔性移动机构，由前、后支撑单元和橡胶驱动器连接构成；前、后支撑单元都是空心圆柱体，其一端端面内接一带有吊带的圆环，前、后支撑单元端面的两个带有吊带的圆环分别与橡胶驱动器的两端连接，整个圆柱体表面外覆盖密闭塑料薄膜气囊，前、后支撑单元上各连通一根气管，气管与通气回路连通。橡胶驱动器外形呈管状，管内分隔成三个120°的扇形气室，驱动器一端封闭，另一端分别连通通气回路，控制各气室空气压力；橡胶层内嵌有均匀的螺旋细纤维线。由于采用塑料薄膜气囊，管道或人体器官接触安全、柔性，不伤害管道内壁；气动橡胶驱动器，可实现空间三个方向的驱动，控制精确。

Description

管道内微小机器人柔性移动机构
技术领域
本实用新型涉及管道内进行移动的微小机器人运动驱动机构，属于微小型机器人技术领域。
背景技术
目前，用于管道内移动的机器人大多为腿式、轮式或二者结合式刚性移动机构，机器人的驱动方式主要有电磁式驱动、压电式驱动、气动式驱动、特种功能材料如形状记忆合金、巨磁材料驱动等。刚性移动机构会造成管道内壁损伤，对管道内不同内径或弯曲处移动适应性差，机器人移动难以达到柔性可靠的目的。气动驱动、结构简单、相对运动部件少、具有安全、柔性等特点，因此气动驱动的橡胶驱动器已大量用于制作人工关节、机器人手臂等，但由于空气的可压缩性使人工筋橡胶驱动器难于实现高精度控制。
实用新型内容
本实用新型公开了一种由计算机电-气系统控制的管道内微小机器人柔性移动机构，该气动移动机构可克服现有的刚性移动机构易造成管道内壁破损，对管道内不同内径或弯曲处移动适应性差等弊端。
本实用新型管道内微小机器人柔性移动机构，依据机器人仿生尺蠖移动机理，由前支撑单元、后支撑单元，和中间橡胶驱动器三部分连接构成。前、后支撑两个单元用于机器人移动时钳位支撑，中间橡胶驱动器用于机器人移动时伸缩驱动。
管道内微小机器人柔性移动机构，由前支撑单元、后支撑单元、橡胶驱动器三部分连接构成；其特征在于：前支撑单元、后支撑单元都是空心圆柱体，其一端端面内接一带有吊带的圆环，前支撑单元、后支撑单元端面的两个带有吊带的圆环分别与橡胶驱动器的两端连接，整个圆柱体表面外覆盖密闭塑料薄膜气囊，前支撑单元、后支撑单元上各连通一根气管，气管与通气回路连通。
所述的驱动器为气动橡胶驱动器；驱动器外形呈管状，管内分隔成三个120°的扇形气室，驱动器一端封闭，另一端分别连通通气回路，控制各气室空气压力；橡胶层内嵌有均匀的螺旋细纤维线。
前支撑单元、后支撑单元的塑料薄膜气囊充气时内部压力增大、膨胀、压紧管道内壁起到钳位作用，塑料薄膜气囊具有一定的弹性，通过控制内部压力压紧内壁，以适应不同的管道内径实现钳位作用。
橡胶驱动器通气时限制其径向增大，使橡胶驱动器沿轴线方向伸长。当三气室同时加相等的压力时，驱动器沿轴线方向伸长，当只有某一内腔加压时，或压力与另两气室压力不同时，驱动器弯曲，实现转向驱动，通过调整三个气室空气的压力，使该驱动器实现空间三个自由度方向的驱动。因此，可通过该驱动器使机器人实现在气道内的直线运动和弯曲转向，通过前支撑单元，后支撑单元和中间驱动器的伸缩实现仿生尺蠖移动。
本实用新型结构简单、相对运动部件少、由于采用塑料薄膜气囊，充气时内部压力增大、膨胀、压紧管道内壁起到钳位作用，塑料薄膜气囊具有一定的弹性，使得与管道或人体器官接触具有安全、柔性等特点，不伤害管道内壁；采用的驱动器为气动橡胶驱动器，可实现空间三个自由度方向的驱动，使得本实用新型管道内微小机器人在人体器官管道内行走自如；两者结合再与计算机辅助系统相结合可达到精确控制。
附图说明
图1是本实用新型整体机构示意图；
图2是前支撑单元、后支撑单元的与驱动器连接的端面图；
图3是驱动器结构示意图。
1.前支撑单元；2.橡胶驱动器；3.后支撑单元；4.圆环；5.吊带；6.气管；7.薄膜气囊；8.空心圆柱体；9.气室；10.螺旋形纤维线。
具体实施方式
以下结合实施例对本实用新型加以详细说明。
管道内微小机器人柔性移动机构，如图1所示，由前支撑单元1、后支撑单元3、橡胶驱动器2三部分连接构成；前支撑单元1、后支撑单元3都是空心圆柱体8，其一端端面内接一带有吊带5的圆环4，如图2所示，前支撑单元、后支撑单元端面的两个带有吊带的圆环分别与橡胶驱动器2的两端连接，整个空心圆柱体8表面外覆盖密闭塑料薄膜气囊7，前支撑单元1、后支撑单元3上各连通一根气管6，气管与通气回路连通。
所述的驱动器2如图3所示，橡胶驱动器2外形呈管状，管内分隔成三个120°的扇形气室9，橡胶驱动器一端封闭，另一端分别连通通气回路，控制各气室9内的压力；橡胶驱动器2内层嵌有均匀的螺旋形纤维线10。
薄膜气囊7未充气时呈自由形状附在空心圆柱体8的表面上，充气时薄膜气囊7膨胀，压紧管道内壁，实现钳位作用，当橡胶驱动器2的各气室7通以相同的压力时，橡胶驱动器2直线伸长，当只给橡胶驱动器2的一个气室充气时，橡胶驱动器2朝未充气气室方向弯曲，改变运动方向。
移动一个步距可细分为如下状态过程：
初始状态：前支撑单元、后支撑单元均钳位，驱动器处于收缩状态，相当于尺蠖处于前脚、后脚靠近，中间身体弓起状态。
(1)前支撑单元放松，相当于尺蠖前脚放松；
(2)橡胶驱动器伸长，相当于尺蠖身体由原来的弓形伸直；
(3)前支撑单元钳位，相当于尺蠖前脚固定；
(4)后支撑单元放松，相当于尺蠖后脚放松；
(5)橡胶驱动器单元收缩，相当于尺蠖身体弓起；
(6)前支撑单元与后支撑单元均钳位，相当于尺蠖前也脚固定。
由(1)到(6)完成一个循环，向前移动一个步距，回到初始状态，所以仿尺蠖运动机器人向前移动一步的移动状态过程为(1)到(6)。而机器人反向移动一步的移动的状态过程为：(6)到(1)。因此，机器人按前移和后退的移动顺序不断循环，将实现前进和后退反向运动。
本实用新型可广泛应用于人体器官管道，也可应用于各种工程管道。

Claims (2)

1.管道内微小机器人柔性移动机构，由前支撑单元、后支撑单元、橡胶驱动器三部分连接构成；其特征在于：前支撑单元、后支撑单元都是空心圆柱体，其一端端面内接一带有吊带的圆环，前支撑单元、后支撑单元端面的两个带有吊带的圆环分别与橡胶驱动器的两端连接，整个圆柱体表面外覆盖密闭塑料薄膜气囊，前支撑单元、后支撑单元上各连通一根气管，气管与通气回路连通。
2.根据根据权利要求1所述的管道内微小机器人柔性移动机构，其特征在于：所述的驱动器为气动橡胶驱动器；驱动器外形呈管状，管内分隔成三个120°的扇形气室，驱动器一端封闭，另一端分别连通通气回路，控制各气室空气压力；橡胶层内嵌有均匀的螺旋细纤维线。
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