CN202629477U - 管道内柔性移动微小机器人系统 - Google Patents

Abstract

一种管道内柔性移动微小机器人系统，气体柔性移动机构由前支撑单元、前驱动器、中间支撑单元、后驱动器和后支撑单元依次串联连接；三个支撑单元均为空心圆柱桶体，前支撑单元与后支撑单元各有一端端面封闭，中间支撑单元两个端面均封闭，在每个封闭的端面中心开有圆孔，整个圆柱桶体表面外覆盖密闭薄膜气囊，每个支撑单元上各连通一根气管，气管与通气回路连通；气压传递系统依次由高压泵、储压罐、球阀、流量调节阀一、流量调节阀二、调压阀与机器人气体柔性移动机构串接。本实用新型结构简单、相对运动部件少、由于采用薄膜气囊，使得与管道或人体器官接触具有安全、柔性等特点，采用气动橡胶驱动器，可实现空间多自由度的驱动。

Description

管道内柔性移动微小机器人系统

技术领域

本实用新型涉及一种管道内柔性移动微小机器人系统，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

本实用新型克服现有的管道内移动微小机器人刚性移动机构造成管道内壁损伤、对管道内不同内径或弯曲处移动适应性差等弊端。本发明公开了一种由计算机电-气系统控制的管道内柔性移动微小机器人系统，可以有效克服上述缺陷。

本实用新型管道内柔性移动微小机器人系统的气动移动机构，依据机器人仿生尺蠖和仿生蚯蚓的移动机理，由前支撑单元、中间支撑单元、后支撑单元，依次连接前橡胶驱动器和后橡胶驱动器五部分构成。支撑单元用于机器人移动时摩擦钳位支撑，橡胶驱动器用于机器人移动时伸缩驱动；微小机器人的控制系统为电-气控制系统。

一种管道内柔性移动微小机器人系统，包括机器人气体柔性移动机构和气压传递系统，其特征在于：

A)所述的机器人气体柔性移动机构由前支撑单元、前驱动器、中间支撑单元、后驱动器和后支撑单元组成；所述的三个支撑单元均为空心圆柱桶体，前支撑单元与后支撑单元各有一端端面封闭，中间支撑单元两个端面均封闭，在每个封闭的端面中心开有圆孔，整个圆柱桶体表面外覆盖密闭薄膜气囊，每个支撑单元上各连通一根气管，气管与通气回路连通；

B)所述的前驱动器和后驱动器外形呈管状，管内分隔成三个120°的扇形气室，前驱动器和后驱动器各有一端封闭，另一端分别通过气管连通通气回路，控制各气室空气压力；前驱动器和后驱动器内嵌有均匀的螺旋形纤维线；

C)机器人气体柔性移动机构结构：后驱动器开口端与后支撑单元封闭端面的圆孔连接，后驱动器封闭端与中间支撑单元封闭端面的圆孔连接，前驱动器的开口端与中间支撑单元另一封闭端面的圆孔连接，前驱动器的封闭端与前支撑单元封闭端面的圆孔连接；

D)所述的气压传递系统依次由高压泵、储压罐、球阀、流量调节阀一、流量调节阀二、调压阀与机器人气体柔性移动机构串接；在流量调节阀与气动移动机构之间并联有六条通气管路，六条通气管路各串接一个常闭的二位二通电磁阀和一个常通的二位三通电磁阀分别与两个驱动器的六个气室连通；在调压阀和气动移动机构之间并联有三条通气管路，每条通气管路各串接一个常闭的二位二通电磁阀和一个常通的二位三通电磁阀分别与三个支撑单元的薄膜气囊连通。

前驱动器与后驱动器均采用橡胶材料制作。

本实用新型结构简单、相对运动部件少、由于采用薄膜气囊，充气时内部压力增大、膨胀、压紧管道内壁起到钳位作用，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；采用的驱动器为橡胶材料制作，可实现空间多自由度的驱动，使得本发明管道内柔性蠕动移动微小机器人对人体腔道内环境又较强的适应性。两者结合再与计算机辅助系统相结合可达到高效的移动控制。

附图说明

图1为本实用新型机器人气体移动机构示意图；

图2为支撑单元与驱动器连接的端面图；

图3为驱动器结构示意图；

图4为电-气控制系统框图；

图5为气压传递系统结构示意图。

1.后支撑单元；2.中间支撑单元，3.前支撑单元；4.前驱动器；5.后驱动器；6.薄膜气囊；7.圆柱桶体；8驱动器内嵌连接端面；9.驱动器气室；10.螺旋形纤维线；11.高压泵；12.储压罐；13.球阀；14.流量调节阀；15流量调节阀；16.调压阀；17.二位二通电磁阀；18.二位三通电磁阀；19.机器人气体柔性移动机构。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

一种管道内柔性移动微小机器人系统，包括气动移动机构和气压传递系统。

机器人气体柔性移动机构如图1、图2、图3所示，由前支撑单元3、前驱动器4、中间支撑单元2、后驱动器5和后支撑单元1组成；所述的三个支撑单元均为空心圆柱桶体，前支撑单元3与后支撑单元1各有一端端面封闭，中间支撑单元2两个端面均封闭，在每个封闭的端面中心开有圆孔，整个圆柱桶体7表面外覆盖密闭薄膜气囊6，每个支撑单元上各连通一根气管，气管与通气回路连通。

前驱动器4和后驱动器5采用橡胶材料制作，外形呈管状，管内分隔成三个120°的扇形气室，前驱动器和后驱动器各有一端封闭，另一端分别通过气管连通通气回路，控制各气室空气压力；前驱动器4和后驱动器5内嵌有均匀的螺旋形纤维线10；

C)机器人气体柔性移动机构结构：后驱动器5开口端与后支撑单元1封闭端面的圆孔连接，后驱动器5封闭端与中间支撑单元2封闭端面的圆孔连接，前驱动器4的开口端与中间支撑单元2另一封闭端面的圆孔连接，前驱动器4的封闭端与前支撑单元3封闭端面的圆孔连接。

D)所述的气压传递系统如图5所示，依次由高压泵11、储压罐12、球阀13、流量调节阀一14、流量调节阀二15、调压阀16与气动移动机构串接；在流量调节阀一14和流量调节阀二15之间并联引出六条通气管路，六条通气管路各串接一个常闭的二位二通电磁阀和常通的一个二位三通电磁阀分别与机器人气体柔性移动机构的两个驱动器的六个气室连通；在调压阀16之后并联引出三条通气管路，每条通气管路各串接一个常闭的二位二通电磁阀17和一个常通的二位三通电磁阀18分别与三个支撑单元的薄膜气囊连通。

该柔性移动机器人系统的电-气控制系统如图4所示，由计算机，数据采集卡、驱动电路继电器、高速开关电磁阀，高压气源，压力反馈传感器等组成；信息采集与传输也通过数据采集卡实现。计算机发出控制脉冲信号通过USB数据采集卡经功率放大驱动电路后控制各继电器动作，继电器动作使电磁阀电路通电，从而控制各通气管路实现驱动器各气室和支撑单元各气囊的充气、放气及气源压力保持。高压气源及组件提供合适的气压源，为机器人移动提供稳定气压动力，压力反馈传感器用来检测管路或充气的压力，并将压力信号通过USB数据采集卡传送给计算机。气压传递系统的元器件主要由高压泵11、储压罐12、球阀13、流量调节阀一14，流量调节阀二15，调压阀16、电磁阀及通气管路连接组成。有9条通气管路分别通向连接机器人气体柔性移动机构前驱动器一4和后驱动器二5的六个气室和前支撑单元3、中间支撑单元2及后支撑单元1的薄膜气囊6；每条通气管路内串接一个常闭的二位二通电磁阀17和一个常通的二位三通电磁阀18后连接通向各充气气室或气囊管路，为移动机构提供压力，由继电器控制电磁阀换向，每个电磁阀电路中均串接一个继电器，继电器由计算机经数据采集卡及驱动电路控制。

使用时根据柔性移动微小机器人的移动方向和移动规律，计算机发出相应的控制脉冲信号，通过USB数据采集卡经功率放大驱动电路后，控制继电器动作，继电器动作使电磁阀电路通电，从而控制各气室和各气囊内的压力，实现充气、放气或气源压力保持，使微小机器人实现前行、后退和弯曲转向移动。

Claims (1)

1.一种管道内柔性移动微小机器人系统，包括机器人气体柔性移动机构和气压传递系统，其特征在于：

A)所述的机器人气体柔性移动机构由前支撑单元、前驱动器、中间支撑单元、后驱动器和后支撑单元组成；所述的三个支撑单元均为空心圆柱桶体，前支撑单元与后支撑单元各有一端端面封闭，中间支撑单元两个端面均封闭，在每个封闭的端面中心开有圆孔，整个圆柱桶体表面外覆盖密闭薄膜气囊，每个支撑单元上各连通一根气管，气管与通气回路连通；

B)所述的前驱动器和后驱动器外形呈管状，管内分隔成三个120°的扇形气室，前驱动器和后驱动器各有一端封闭，另一端分别通过气管连通通气回路，控制各气室空气压力；前驱动器和后驱动器内嵌有均匀的螺旋形纤维线；

C)机器人气体柔性移动机构结构：后驱动器开口端与后支撑单元封闭端面的圆孔连接，后驱动器封闭端与中间支撑单元封闭端面的圆孔连接，前驱动器的开口端与中间支撑单元另一封闭端面的圆孔连接，前驱动器的封闭端与前支撑单元封闭端面的圆孔连接；

D)所述的气压传递系统依次由高压泵、储压罐、球阀、流量调节阀一、流量调节阀二、调压阀与机器人气体柔性移动机构串接；在流量调节阀与气动移动机构之间并联有六条通气管路，六条通气管路各串接一个常闭的二位二通电磁阀和一个常通的二位三通电磁阀分别与两个驱动器的六个气室连通；在调压阀和气动移动机构之间并联有三条通气管路，每条通气管路各串接一个常闭的二位二通电磁阀和一个常通的二位三通电磁阀分别与三个支撑单元的薄膜气囊连通。

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