[發(fā)明專利]螺旋驅(qū)動的圓管道機器人

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710050056.8
• 申請日: 2007-09-19
• 公開（公告）號: CN101117138A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于濤;高宏力;許明恒;譚強;何常紅;景國璽;姚應(yīng)峰
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: B62D57/036
• 分類號: B62D57/036;B61F13/00;B61B13/10
• 代理公司: 成都博通專利事務(wù)所
• 代理人: 陳樹明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機器人，尤其涉及一種在圓管道中行走的機器人。

背景技術(shù)

工業(yè)領(lǐng)域、民用領(lǐng)域等都有大量的管道工程，在管道的安裝及使用過程中需要對管道內(nèi)部進行清潔，某些管道只能采用管道機器人進行清潔和排障。但目前大多數(shù)的管道機器人都是針對于方型管道而設(shè)計的，比如中央空調(diào)系統(tǒng)的專用管道機器人。也有少數(shù)的針對圓管道的圓管道機器人，但其存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率低等缺點。如申請?zhí)枮?1128568.0的彈簧蠕行管道機器人，它是利用兩個驅(qū)動體的配合而工作。當(dāng)一個驅(qū)動體1停止并緊貼管壁，另一個驅(qū)動體2前行，兩個驅(qū)動體交替動作，使機器人向前蠕動。該種機器人難于加工制造，主動力明顯不足，材料受到限制，適應(yīng)性、可靠性差等方面。另外一種是哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的申請?zhí)枮?4215952.7的螺旋驅(qū)動式管內(nèi)機器人行走機構(gòu)，其工作原理是：平行四邊形結(jié)構(gòu)的彈力架相對的兩端安裝驅(qū)動輪，驅(qū)動輪與管道母線成接近垂直的夾角，平行四邊形彈力架的另外兩端連有彈簧，通過該彈簧的回復(fù)拉力，將彈力架上的兩驅(qū)動輪封壓在管道內(nèi)壁上。電機帶動彈力架及驅(qū)動輪沿管壁作螺旋線運動，產(chǎn)生軸向推動力，使機器人向前直行。其存在的問題是：機器人的重力主要由下方的驅(qū)動輪及導(dǎo)向輪承受，而承力的驅(qū)動輪在作螺旋運動，且導(dǎo)向輪通常不會準(zhǔn)確地位于機器人的正下方，從而使平行四邊形彈力架及其驅(qū)動輪的受力的大小及相對方向均隨時變化，彈力架及整個機器人的穩(wěn)定性差，行走不平穩(wěn)，彈力架容易損壞。彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計適用性差：彈力小則無法將驅(qū)動輪封壓在管道壁上，也無法承受機器人的重力，因此需要較大的彈力；但如彈力大又容易使驅(qū)動輪與管壁間的摩擦力過大，以至難以前進。并且由于驅(qū)動輪的位置及管壁直徑的變化，管道彈簧所需承受的力也發(fā)生變化，因此彈簧的彈力范圍極難設(shè)計，使該機器人在單個個體條件下適用范圍小，功能較弱，穩(wěn)定性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是提供一種螺旋驅(qū)動的圓管道機器人，該種機器人結(jié)構(gòu)可靠，使用壽命長，運行平穩(wěn)，不易發(fā)生偏移或側(cè)翻；變徑范圍大，適用于在多種規(guī)格的圓管道中運行；結(jié)構(gòu)簡單，加工制作方便，成本低。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案是：一種螺旋驅(qū)動的圓管道機器人，包括安裝在機體后部的直流電機，其結(jié)構(gòu)特點是：

直流電機軸上安裝有驅(qū)動輪架，驅(qū)動輪架設(shè)有三條支臂，三條支臂的端部分別與機體長度方向的驅(qū)動輪桿的中部鉸接，驅(qū)動輪桿的后端安裝有驅(qū)動輪，驅(qū)動輪的回轉(zhuǎn)軸線與機體軸線的夾角為3～30度；

機體的中部或前部還固定安裝有導(dǎo)向輪架，導(dǎo)向輪架設(shè)有三條支臂，三條支臂的端部分別與機體長度方向的導(dǎo)向輪桿的中部鉸接，導(dǎo)向輪桿的兩端安裝有導(dǎo)向輪，導(dǎo)向輪的回轉(zhuǎn)軸線與機體軸線垂直；

驅(qū)動輪架上的三條驅(qū)動輪桿的后部由彈性元件相互連接在一起，或者均由彈性元件與機體相連；導(dǎo)向輪架上的三條導(dǎo)向輪桿前部或后部由彈性元件相互連接在一起，或者均由彈性元件與機體相連。

本發(fā)明的具體工作過程和工作原理是：

導(dǎo)向驅(qū)動輪桿前部及導(dǎo)向輪桿的前部或后部通過彈性元件相互連接在一起，或者均由彈性元件與機體相連。這樣，在彈性元件的彈力作用下，驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪桿上縱向的導(dǎo)向輪向外擴伸，而封壓在圓管道的管壁上。工作時，直流電機軸帶動驅(qū)動輪架旋轉(zhuǎn)，由于驅(qū)動輪的回轉(zhuǎn)軸線與機體軸線即管道母線呈3～30度角，從而驅(qū)動輪將在管道壁上形成螺旋前進的螺旋軌跡，產(chǎn)生向前的驅(qū)動力，由于導(dǎo)向輪的回轉(zhuǎn)軸線與管道母線垂直，也即導(dǎo)向輪的轉(zhuǎn)動前進方向與管道母線方向一致，導(dǎo)向輪將在驅(qū)動力的作用下，沿管道母線向前轉(zhuǎn)動，最終使得機器人在管道內(nèi)沿母線方向前進。由于導(dǎo)向輪的滾動方向與管道母線方向一致，不能產(chǎn)生橫向的滾動，也即導(dǎo)向輪與管道壁的摩擦力將阻止整個機器人沿管道軸向旋轉(zhuǎn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

一、驅(qū)動輪架和導(dǎo)向輪架的三條支臂上分別與驅(qū)動輪桿及導(dǎo)向輪桿鉸接，驅(qū)動輪桿和導(dǎo)向輪桿上再安裝驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪，在彈性元件的作用下，三個驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪均與管道壁接觸，這樣能保證整個機器人的重量主要由兩個驅(qū)動輪或?qū)蜉喅袚?dān)，而驅(qū)動的動力由均勻分配的三個驅(qū)動輪產(chǎn)生，這種三維對稱設(shè)計，確保整個機器人受力均衡，結(jié)構(gòu)可靠，使用壽命長，機器人運行平穩(wěn)，不易發(fā)生偏移或側(cè)翻。

二、驅(qū)動輪桿和導(dǎo)向輪桿的后部由彈性元件相互連接在一起，或者均由彈性元件)與機體相連。在彈性元件的作用下，驅(qū)動輪桿和導(dǎo)向輪桿形成了以鉸接點為支點的杠桿式變徑，既能適應(yīng)較大范圍內(nèi)的管徑變化，也能夠在彎道中自動轉(zhuǎn)彎前行。實驗驗證本發(fā)明的機器人可在管徑變化范圍達到二倍。