CN207213497U - 形状记忆合金驱动的微型管道机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种形状记忆合金驱动的微型管道机器人，属于管道处理设备技术领域。机器人包括通过万向节连接的两个底盘，所述底盘上安装有形状记忆合金热机，所述形状记忆合金热机通过动滑轮连接皮带，皮带缠绕于皮带轮外周面上，皮带另一端连接回位弹簧，所述回位弹簧另一端固定在底盘上，皮带轮的轮轴通过单向直线轴承连接皮带轮，车轮通过法兰固定连接所述轮轴，所述轮轴连接底盘下表面的可调心立式轴承座，底盘底部连接减震器，减震器底部连接辅助轮子，所述形状记忆合金热机连接热机控制系统。本申请利用形状记忆合金，将热能转化为机械能，来驱动机器人伸缩前进，驱动力强、输出位移大。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种管道机器人，属于管道处理设备技术领域。
背景技术
目前，国内外的管道运输业不仅规模庞大而且发展迅速，全世界仅油气运输管道就200多万公里，城市供水供热以及排水管道更是无法统计。所以，对于管道运输的安全管理是研究的重点，管道堵塞是影响运输安全的一个重要问题。检测管道堵塞的方式比较多样化，但大体可分为管道内部检测堵塞和经管道外部传感器检测两大类。相比于管道外部传感器检测堵塞，利用机器人进行内部直接清理，更加的准确高效，名称为《基于形状记忆合金驱动的蠕动微型车》，公开号为CN 1421302A的实用新型专利，通过形状记忆合金驱动的微型车，该车是蠕动前进的并且是靠磁性形状记忆合金提供驱动力，驱动力小，并且单次输出位移较小。
实用新型内容
为解决现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种轻便灵活、成本低廉、驱动力强、输出位移大的形状记忆合金驱动的微型管道机器人。
本实用新型的技术方案是：一种形状记忆合金驱动的微型管道机器人，包括通过万向节连接的两个底盘，所述底盘上安装有形状记忆合金热机，所述形状记忆合金热机通过动滑轮连接皮带，皮带缠绕于皮带轮外周面上，皮带另一端连接回位弹簧，所述回位弹簧另一端固定在底盘上，皮带轮的轮轴通过单向直线轴承连接皮带轮，车轮通过法兰固定连接所述轮轴，所述轮轴连接底盘下表面的可调心立式轴承座，底盘底部连接减震器，减震器底部连接辅助轮子，所述形状记忆合金热机连接热机控制系统。
所述动滑轮通过滑轮轴转动连接于滑轮槽内，所述滑轮轴通过两端的固定滑轮轴承与滑轮槽连接，滑轮轴通过卡架连接形状记忆合金热机，所述动滑轮外周缠绕连接线，连接线的固定端连接固定杆，连接线的活动端连接皮带。
每个所述底盘上对称设置有两个形状记忆合金热机，所述形状记忆合金热机通过热机固定座安装于底盘上。
所述形状记忆合金热机包括，分别位于壳体前后两端的热机输出轴和后端盖，所述后端盖上设有弹簧固定轴，所述弹簧固定轴连接固定位于弹簧容置腔中的形状记忆合金的一端，所述形状记忆合金的另一端连接活塞，活塞连接所述热机输出轴，热机输出轴另一端连接卡架，所述壳体上设有热水入口和冷水入口，位于壳体下部的冷水出口和热水出口分别与所述热水入口和冷水入口相对设置。
所述皮带为齿形皮带，皮带轮为齿形皮带轮，所述的齿形皮带轮外齿啮合齿形皮带。
所述热机控制系统包括AT89C52单片机，所述单片机连接蠕动泵以及位于形状记忆合金热机内的测温系统。
所述测温系统包括数字温度芯片DS18B20，所述蠕动泵通过L298N芯片驱动。
所述减震器与万向节在同一平面内，所述辅助轮子通过减震器底端的轴箱与减震器转动连接。
所述回位弹簧另一端通过弹簧固定座固定在底盘上。
本实用新型的有益效果是：利用功能材料的优越性来实现对机械部分的驱动，打破了原有的束缚。通过记忆合金的记忆功能为机器人提供源源不断的动力，利用形状记忆合金，将热能转化为机械能，来驱动机器人伸缩前进；本申请的机器人对环境的适应力强，成本低、无污染，工作效率高，符合当今社会所提倡的“节能减排，低碳生活”的号召。
附图说明
图1为本实用新型的轴测图；
图2为本实用新型的局部侧视图；
图3为动滑轮局部放大图；
图4为减震器局部放大图；
图5为形状记忆合金热机内部结构图；
图6为形状记忆合金热机外观图。
图中附图标记如下：1、法兰，2、车轮，3、滑轮槽，4、热机固定座，5、形状记忆合金热机，5.1、壳体，5.2、弹簧容置腔，5.3、热水出口，5.4、后端盖，5.5、活塞，5.6、热水入口，5.7、热机输出轴，5.8、冷水入口，5.9、冷水出口，6、减震器，7、辅助轮子，8、万向节，9、动滑轮，10、皮带，11、皮带轮，12、底盘，13、卡架，14、连接线，15、固定滑轮轴承，16、可调心立式轴承座，17、弹簧固定座，18、回位弹簧，19、单向直线轴承，20、轴箱。
具体实施方式
下面结合附图1-6对本实用新型做进一步说明：
一种形状记忆合金驱动的微型管道机器人，包括通过万向节8连接的两个底盘12，所述底盘12上安装有形状记忆合金热机5，所述形状记忆合金热机5通过动滑轮9连接皮带10，皮带10缠绕于皮带轮11外周面上，皮带10另一端连接回位弹簧18，所述回位弹簧18另一端固定在底盘12上，皮带轮11的轮轴通过单向直线轴承19连接皮带轮11，车轮2通过法兰1固定连接所述轮轴，所述轮轴连接底盘12下表面的可调心立式轴承座16，底盘12底部连接减震器6，减震器6底部连接辅助轮子7，所述形状记忆合金热机5连接热机控制系统。
所述动滑轮9通过滑轮轴转动连接于滑轮槽3内，所述滑轮轴通过两端的固定滑轮轴承15与滑轮槽3连接，滑轮轴通过卡架13连接形状记忆合金热机5，所述动滑轮9外周缠绕连接线14，连接线14的固定端连接固定杆，连接线14的活动端连接皮带10。
每个所述底盘12上对称设置有两个形状记忆合金热机5，所述形状记忆合金热机5通过热机固定座4安装于底盘12上。
所述形状记忆合金热机5包括，分别位于壳体5.1前后两端的热机输出轴5.7和后端盖5.4，所述后端盖5.4上设有弹簧固定轴，所述弹簧固定轴连接固定位于弹簧容置腔5.2中的形状记忆合金的一端，所述形状记忆合金的另一端连接活塞5.5，活塞5.5连接所述热机输出轴5.7，热机输出轴5.7另一端连接卡架13，所述壳体5.1上设有热水入口5.6和冷水入口5.8，位于壳体5.1下部的冷水出口5.9和热水出口5.3分别与所述热水入口5.6和冷水入口5.8相对设置。
所述皮带10为齿形皮带，皮带轮11为齿形皮带轮，所述的齿形皮带轮外齿啮合齿形皮带。
所述热机控制系统包括AT89C52单片机，所述单片机连接蠕动泵以及位于形状记忆合金热机5内的测温系统。
所述测温系统包括数字温度芯片DS18B20，所述蠕动泵通过L298N芯片驱动。
所述减震器6与万向节8在同一平面内，所述辅助轮子7通过减震器6底端的轴箱20与减震器6转动连接。
所述回位弹簧18另一端通过弹簧固定座17固定在底盘12上。
热机驱动器能否高效率完成驱动工作关键在于热循环系统对形状记忆合金弹簧加热和冷却的灵敏度。本热机驱动器热循环中通入的热水与冷水相互独立，分别在两个微型泵的驱动下依次通过热机内部，微型泵通过单片机进行控制。为了热循环系统更高效的工作，在热机中设有温度传感器来监测热机内的实时温度，并将信息传送到主控板，以实现对微型泵的开闭，控制热介质与冷却介质循环的节奏，尽可能减小形状记忆合金滞后温度对热机工作的影响。
起始状态下，形状记忆合金热机5、齿形皮带传动机构在回位弹簧18和形状记忆合金弹簧的作用下处于绷紧状态，形状记忆合金弹簧起始状态为伸长，热水入口5.6处于开口状态，在微型泵的作用下向热机中注入一定温度的热水，并且注水速度大于从热水出口5.3流出速度。随着温度的升高，形状记忆合金弹簧开始发生相变，由原来的马氏体渐渐向奥氏体转变。随着相变的进行，形状记忆合金弹簧逐渐收缩，直至冷水入口5.8被打开，在此段时间内，热机输出轴5.7输出的距离为一个进水口的距离。热机输出轴5.7一端与动滑轮9刚性相连，根据动滑轮9工作特点可得，经过动滑轮9后，输出的距离是热机输出距离的二倍。动滑轮9另一端与齿形皮带相连，齿形皮带与皮带轮11啮合完成向主轴的传动，并且在皮带轮11中嵌套有单向滚珠轴承，因此在齿形皮带的作用下皮带轮11只能向固定的一个方向运动，即主轴也只能沿着一个方向运动。随着相变的进行，冷水入口被逐渐打开，冷水在微型泵的驱动下流入内腔对形状记忆合金弹簧进行冷却，这时形状记忆合金弹簧刚度系数变小，在与皮带轮11相连的偏置弹簧的作用下，动滑轮9恢复为原来的状态。由于是单向滚珠轴承，因此在返回的时候单向滚珠轴承空转，主轴并不会发生运动，这也就保障了热机驱动的方向性。
热机控制系统以AT89C52系列单片机为核心，采用AT89C52单片机控制。通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。对于测温的功能，采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和单片机构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号传递给单片机，最终通过数码管显示实时温度，然后通过检测出的温度来判断热机是否需要供水，该产品中共有两个蠕动泵，通过L298N芯片驱动。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，包括通过万向节(8)连接的两个底盘(12)，所述底盘(12)上安装有形状记忆合金热机(5)，所述形状记忆合金热机(5)通过动滑轮(9)连接皮带(10)，皮带(10)缠绕于皮带轮(11)外周面上，皮带(10)另一端连接回位弹簧(18)，所述回位弹簧(18)另一端固定在底盘(12)上，皮带轮(11)的轮轴通过单向直线轴承(19)连接皮带轮(11)，车轮(2)通过法兰(1)固定连接所述轮轴，所述轮轴连接底盘(12)下表面的可调心立式轴承座(16)，底盘(12)底部连接减震器(6)，减震器(6)底部连接辅助轮子(7)，所述形状记忆合金热机(5)连接热机控制系统。
2.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，所述动滑轮(9)通过滑轮轴转动连接于滑轮槽(3)内，所述滑轮轴通过两端的固定滑轮轴承(15)与滑轮槽(3)连接，滑轮轴通过卡架(13)连接形状记忆合金热机(5)，所述动滑轮(9)外周缠绕连接线(14)，连接线(14)的固定端连接固定杆，连接线(14)的活动端连接皮带(10)。
3.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，每个所述底盘(12)上对称设置有两个形状记忆合金热机(5)，所述形状记忆合金热机(5)通过热机固定座(4)安装于底盘(12)上。
4.根据权利要求2所述的形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，所述形状记忆合金热机(5)包括，分别位于壳体(5.1)前后两端的热机输出轴(5.7)和后端盖(5.4)，所述后端盖(5.4)上设有弹簧固定轴，所述弹簧固定轴连接固定位于弹簧容置腔(5.2)中的形状记忆合金的一端，所述形状记忆合金的另一端连接活塞(5.5)，活塞(5.5)连接所述热机输出轴(5.7)，热机输出轴(5.7)另一端连接卡架(13)，所述壳体(5.1)上设有热水入口(5.6)和冷水入口(5.8)，位于壳体(5.1)下部的冷水出口(5.9)和热水出口(5.3)分别与所述热水入口(5.6)和冷水入口(5.8)相对设置。
5.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，所述皮带(10)为齿形皮带，皮带轮(11)为齿形皮带轮，所述的齿形皮带轮外齿啮合齿形皮带。
6.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，所述热机控制系统包括AT89C52单片机，所述单片机连接蠕动泵以及位于形状记忆合金热机(5)内的测温系统。
7.根据权利要求6所述的形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，所述测温系统包括数字温度芯片DS18B20，所述蠕动泵通过L298N芯片驱动。
8.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，所述减震器(6)与万向节(8)在同一平面内，所述辅助轮子(7)通过减震器(6)底端的轴箱(20)与减震器(6)转动连接。
9.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，所述回位弹簧(18)另一端通过弹簧固定座(17)固定在底盘(12)上。
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