CN205806805U - 气动式管道机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种气动式管道机器人，包括伸缩模块和与伸缩模块连接的支撑模块；伸缩模块主要由驱动气缸和与驱动气缸连接的关节轴承构成，利用驱动气缸的伸缩来实现机器人的蠕动式行走，支撑模块由支撑气缸组产生推力，使机器人的支撑块与管壁压紧，支撑模块通过关节轴承中的球面副相对于伸缩模块可以绕动一个空间角度θ，并通过控制电磁阀的通断电时间实现有级调速功能。该机器人不仅可以在管道内蠕动式自由行走，而且具有一定的承载能力，可以成为管道检测、清洗设备的载体，使得管道的检测、清洁等工作易于实现。

Description

气动式管道机器人

技术领域

本发明涉及机器人智能控制技术，具体是一种能在管道内蠕动式自由行走的气动式管道机器人。

背景技术

目前，国内机器人公司主要从事七大领域的研究，包括服务机器人、玩具机器人、医疗机器人、军事机器人、太空机器人、工业机器人、水下机器人等、开发和产业化工作。现今，中国机器人的发展蓝图已呈现。2012年4月，《智能制造科技发展“十二五”重点专项规划》出台，工业和服务机器人被列为未来新兴产业重大发展方向。管道在当今社会已经得到了广泛的应用，通过管道可以运输石油，天然气，生活用水等等；管道在长期的使用中难免会破裂、堵塞、积污等，但是管道的检测、清理、维护很困难，往往为了寻找管道上的一个裂纹而花费大量的人力和物力。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种气动式管道机器人，该机器人不仅可以在管道内蠕动式自由行走，而且具有一定的承载能力，可以成为管道检测、清洗设备的载体，使得管道的检测、清洁等工作易于实现。

实现本发明目的的技术方案是：

一种气动式管道机器人，包括伸缩模块和与伸缩模块连接的支撑模块；伸缩模块主要由驱动气缸和与驱动气缸连接的关节轴承构成，利用驱动气缸的伸缩来实现机器人的蠕动式行走，支撑模块由支撑气缸组产生推力，使机器人的支撑块与管壁压紧，支撑模块通过关节轴承中的球面副相对于伸缩模块可以绕动一个空间角度θ，并通过控制电磁阀的通断电时间实现有级调速功能。

所述伸缩模块和支撑模块按一定的顺序循环工作。

所述支撑模块分为第一支撑模块和第二支撑模块，其中：

第一支撑模块设置在伸缩模块前端，通过固定板与伸缩模块的关节轴承Ⅰ相联接；

第二支撑模块设置在伸缩模块后端，通过固定板与伸缩模块的关节轴承Ⅱ相联接。

所述支撑模块包括导向轮、支撑杆Ⅰ、内嵌弹簧、固定板、支撑块、支撑杆Ⅱ、铝板、支撑气缸组Ⅰ和U形连接块；其中：支撑杆Ⅰ为6根，支撑杆Ⅱ为3根，每根支撑杆之间的间隔均为120°，铝板通过螺钉分别固定在两块固定板上，支撑气缸组Ⅰ和支撑杆Ⅰ固定设置在铝板上，支撑杆Ⅱ与支撑气缸组Ⅰ通过螺纹连接，内嵌弹簧设置在空心柱体中；导向轮设置在U形连接块中，并与U形连接块的双头螺柱固定连接。

所述支撑气缸组Ⅰ位于铝板下面，支撑杆Ⅰ设置于铝板上面。

所述伸缩模块包括关节轴承Ⅰ、驱动气缸、铝板片、关节轴承Ⅱ、销钉、螺栓；其中驱动气缸一端与关节轴承Ⅰ通过螺纹联接，另一端通过螺栓与关节轴承Ⅱ联接；关节轴承Ⅱ左端杆通过铝板片中心孔并使其杆端面贴紧驱动气缸右端面；铝板片通过调节驱动气缸上的螺母，配合关节轴承Ⅱ与铝板片连接杆上的螺母，固定铝板片。

本发明的优点：气动驱动，动力较大，使得机器人具有承担一定负载的能力，通过调节气压可以实现动力大小的调节；电路板外接，机器人主体部分可以较好地适应潮湿的环境；气缸本身即可实现往复的直线运动，简化了机构；机器人的“脚”即所述支撑杆可以通过添加不同长度的“加长脚”来改变“脚”的长度，以适应不同内径的管道；主体部分采用三段式结构，由关节轴承联接而成，蠕动实现过弯管道的功能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为伸缩模块示意图；

图3为第一支撑模块示意图；

图4为第二支撑模块示意图；

图5为支撑杆Ⅰ结构示意图；

图6为气动管道机器人机构示意图；

图7为气动管道机器人行走原理示意图；

图8为气动管道机器人气路设计原理示意图；

图中：100. 第一支撑模块；200. 伸缩模块；300. 第二支撑模块；

1.关节轴承Ⅰ；2.驱动气缸；3.铝板片；4.螺钉；5. 关节轴承Ⅱ；6. 导向轮；7.双头螺柱；8-1.支撑杆Ⅰ；8-2.U形连接块；8-3.内嵌弹簧；8-4.空心柱体；9.单头螺杆；10.螺钉；11.固定板（无孔）；12.紧定螺钉；13.支撑块；14.支撑杆Ⅱ；15.螺栓； 16.铝板；17-1.支撑气缸组Ⅰ；17-2.支撑气缸组Ⅱ；18.固定板（有孔）。

具体实施方式

以下以具体实施例结合附图对本发明作进一步地描述。

参见图1-5：一种气动管道机器人，包括第一支撑模块100、伸缩模块200、第二支撑模块300；其中第一支撑模块100中的支撑板和伸缩模块200的关节轴承相配合，伸缩模块200的另一关节轴承与第二支撑模块300的支撑板相配合；第一支撑模块100位于伸缩模块200之前，第二支撑模块300位于伸缩模块200之后。伸缩模块200主要由驱动气缸2和关节轴承构成，利用驱动气缸的伸缩来实现机器人的行走，行走方式为蠕动式；支撑模块由支撑气缸组产生推力，使机器人的 “脚”（支撑块13）与管壁压紧，从而产生机器人行走所需的静摩擦力。伸缩模块200和第一支撑模块100、第二支撑模块300按一定的顺序循环工作，从而实现机器人在管道内的行走。关节轴承中的球面副使得第一支撑模块100和第二支撑模块300相对于伸缩模块200可以绕动一个空间角度θ，机器人因此具备了过弯的能力。控制电磁阀的通断电时间来实现有级调速功能（设计为高、中、低三挡）。

所述第一支撑模块100包括螺钉4、导向轮（6个）6、支撑杆Ⅰ（6根）8-1、内嵌弹簧（9根）8-3、固定板（无孔）11、支撑块（3块）13、支撑杆Ⅱ（3根）14、铝板（3块）16、支撑气缸组Ⅰ17-1、固定板（有孔）18；其中三组 “脚”之间间隔均为120°，铝板16用螺钉4固定在两固定板11和18上，支撑气缸组Ⅰ17-1和支撑杆8-1和14设置固定在铝板16上，支撑气缸组Ⅰ17-1位于铝板16下面，支撑杆8-1和14设置于铝板16上面，支撑杆Ⅱ14与支撑气缸组Ⅰ17-1通过螺纹连接，内嵌弹簧8-3设置在空心柱体8-4中；导向轮6设置于U形连接块8-2中，并安装于固定在U形连接块8-2的双头螺柱7上。第一支撑模块100主要通过支撑气缸组Ⅰ17-1控制实现支撑块13撑起与收缩的功能，并配合驱动气缸的气缸杆的伸长与收缩，从而实现机器人蠕动式前进。

所述伸缩模块200包括关节轴承Ⅰ1、驱动气缸2、铝板片3、关节轴承Ⅱ5、销钉10、螺栓15；其中驱动气缸2一端与关节轴承Ⅰ通过螺纹连接，另一端通过螺栓15与关节轴承Ⅱ5连接。该模块通过驱动气缸的控制，气缸杆伸长时推动支撑模块一往前移动一个驱动气缸行程，所述气缸杆收缩时拉动支撑模块二往前移动一个驱动气缸行程，如此有序循环，从而实现机器人蠕动式前进。

所述第二支撑模块300包括螺钉4、导向轮（6个）6、支撑杆Ⅰ（6根）8-1、内嵌弹簧（9根）8-3、固定板（无孔）11、支撑块（3块）13、支撑杆Ⅱ（3根）14、铝板（3块）16、支撑气缸组Ⅱ17-2、固定板（有孔）18；其中三组 “脚”之间间隔均为120°，铝板16用螺钉4固定在两固定板11和18上，支撑气缸组Ⅱ17-2和支撑杆8-1和14设置固定在铝板16上，支撑气缸组Ⅱ17-2位于铝板16下面，支撑杆8-1和14设置于铝板16上面，支撑杆Ⅱ14与支撑气缸组Ⅱ17-2通过螺纹连接，内嵌弹簧8-3设置在空心柱体8-4中；导向轮6设置于U形连接块8-2中，并安装于固定在U形连接块8-2的双头螺柱7上。第二支撑模块300主要通过支撑气缸组Ⅱ17-2控制实现支撑块13撑起与收缩的功能，并配合驱动气缸的气缸杆的伸长与收缩，从而实现机器人蠕动式前进。

本发明的行走原理如图7所示：

1）初始状态，支撑气缸组Ⅰ和支撑气缸组Ⅱ均伸长，第一支撑模块中的支撑块和第二支撑模块中的支撑块均处于支撑状态；驱动气缸收缩，机器人靠摩擦力的作用停留在管道中；

2）支撑气缸组Ⅰ收缩，第一支撑模块的支撑块收缩；

3）驱动气缸的气缸杆伸长，第一支撑模块向前移动一个驱动气缸行程；

4）支撑气缸组Ⅰ伸长，第一支撑模块的支撑块撑开；

5）驱动气缸组Ⅱ收缩，第二支撑模块的支撑块收缩；

6）驱动气缸收缩，第二支撑模块向前移动一个驱动气缸行程；

之后机器人的状态恢复至初始状态1），重复以上的动作，机器人不断前进。

本发明的气路设计原理如图8所示：

从空气净化装置出来的压缩空气，经过一个四通将压缩空气分成三路分别给三个电磁阀，在图8中从上而下的电磁阀依次控制支撑气缸组Ⅰ、驱动气缸和支撑气缸组Ⅱ。通过电路控制电磁阀线圈的通断电来实现气路的切换，即控制气缸的伸缩。机器人的速度共有3种，高、中、低，分别对应时间0.5s，1s，1.5s（对应电磁阀变一次所用时间），对应管道机器人速度为0.4m/min，0.2m/min，0.13m/min。

Claims (6)

1.一种气动式管道机器人，其特征是：包括伸缩模块和与伸缩模块连接的支撑模块；伸缩模块主要由驱动气缸和与驱动气缸连接的关节轴承构成，利用驱动气缸的伸缩来实现机器人的蠕动式行走，支撑模块由支撑气缸组产生推力，使机器人的支撑块与管壁压紧，支撑模块通过关节轴承中的球面副相对于伸缩模块可以绕动一个空间角度θ，并通过控制电磁阀的通断电时间实现有级调速功能。

2.根据权利要求1所述的气动式管道机器人，其特征是：所述伸缩模块和支撑模块按一定的顺序循环工作。

3.根据权利要求1所述的气动式管道机器人，其特征是：所述支撑模块包括导向轮、支撑杆Ⅰ、内嵌弹簧、固定板、支撑块、支撑杆Ⅱ、铝板、支撑气缸组Ⅰ和U形连接块；其中：支撑杆Ⅰ为6根，支撑杆Ⅱ为3根，每根支撑杆之间的间隔均为120°，铝板通过螺钉分别固定在两块固定板上，支撑气缸组Ⅰ和支撑杆Ⅰ固定设置在铝板上，支撑杆Ⅱ与支撑气缸组Ⅰ通过螺纹连接，内嵌弹簧设置在空心柱体中；导向轮设置于U形连接块中，并与U形连接块的双头螺柱固定连接。

4.根据权利要求1所述的气动式管道机器人，其特征是：所述支撑模块分为第一支撑模块和第二支撑模块，其中：

第一支撑模块设置在伸缩模块前端，通过固定板与伸缩模块的关节轴承Ⅰ相联接；

第二支撑模块设置在伸缩模块后端，通过固定板与伸缩模块的关节轴承Ⅱ相联接。

5.根据权利要求3所述的气动式管道机器人，其特征是：所述支撑气缸组Ⅰ位于铝板下面，支撑杆Ⅰ设置于铝板上面。

6.根据权利要求1所述的气动式管道机器人，其特征是：所述伸缩模块包括关节轴承Ⅰ、驱动气缸、铝板片、关节轴承Ⅱ、销钉、螺栓；其中驱动气缸一端与关节轴承Ⅰ通过螺纹联接，另一端通过螺栓与关节轴承Ⅱ联接；关节轴承Ⅱ左端杆通过铝板片中心孔并使其杆端面贴紧驱动气缸右端面；铝板片通过驱动气缸上的螺栓定位安装，调节两螺栓上的螺母，配合关节轴承Ⅱ与铝板片连接杆上的螺母，以固定铝板片。