[發(fā)明專利]一種具有地下探測功能的螺旋鉆進(jìn)機器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310132371.0
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103216192A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李曉華;徐曉翔;楊鵬春;王葉峰;其他發(fā)明人請求不公開姓名
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: E21B3/00
• 分類號: E21B3/00;E21B17/20;E21B44/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

1.一種具有地下探測功能的螺旋鉆進(jìn)機器人，其特征在于：所述機器人包括對土壤進(jìn)行切削并提供前進(jìn)動力的螺旋鉆進(jìn)系統(tǒng)，調(diào)整鉆進(jìn)方向的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，探測機器人周圍環(huán)境的探測系統(tǒng)，處理探測信息并對運動進(jìn)行調(diào)控的控制系統(tǒng)；鉆進(jìn)系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)聯(lián)接，控制系統(tǒng)與探測系統(tǒng)、鉆進(jìn)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間設(shè)置通訊聯(lián)接；其中：

所述對土壤進(jìn)行切削并提供前進(jìn)動力的螺旋鉆進(jìn)系統(tǒng)位于機器人本體(27)內(nèi)，包括圓錐形螺旋鉆頭（1）、圓柱形螺旋鉆體（6）和尾部端蓋止轉(zhuǎn)機構(gòu)（13），所述圓錐形螺旋鉆頭（1）頂部設(shè)3有切削刀片（2），圓錐形螺旋鉆頭（1）用于打碎土塊和向后輸送土壤；圓柱形螺旋鉆體（6）在旋轉(zhuǎn)時向后擠壓土壤，同時利用土壤的反作用力提供機器人前進(jìn)的推進(jìn)力；圓錐形螺旋鉆頭（1）通過銷釘（21）和鉆頭軸（20）一端連接，鉆頭軸（20）另一端通過萬向節(jié)（19）聯(lián)接轉(zhuǎn)軸（17）；轉(zhuǎn)軸（17）通過彈性聯(lián)軸器（15）與直流無刷電機（11）聯(lián)接；轉(zhuǎn)軸（17）通過行星齒輪組（16）將動力傳給圓柱形螺旋鉆體（6），行星齒輪組（16）中的外齒輪通過螺釘和圓柱形螺旋鉆體（6）固定在一起；電機固定架（10）通過螺釘固定在圓柱形螺旋鉆體（6）上，尾部端蓋止轉(zhuǎn)機構(gòu)（13）通過螺紋聯(lián)接和圓柱形螺旋鉆體（6）固定在一起，左擋板（7）和右擋板（8）通過螺釘固定在行星齒輪組（16）兩側(cè)，左擋板（7）和右擋板（8）內(nèi)部置有深溝球軸承以支承轉(zhuǎn)軸（17），左斜柱體（3）內(nèi)置有一對背靠背安裝的雙列角接觸球軸承（12）用來限制鉆頭軸（20）的軸向移動，雙列角接觸球軸承（12）支承圓柱形螺旋鉆體（6）并承受鉆體所受軸向力；

所述調(diào)整鉆進(jìn)方向的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括左斜柱體（3）、右斜柱體（4）和圓轉(zhuǎn)板（18）；所述左斜柱體（3）、右斜柱體（4）之間通過滾動軸承（23）聯(lián)接，右斜柱體（4）通過軸承支撐圓轉(zhuǎn)板（18），所述右斜柱體（4）和圓轉(zhuǎn)板（18）通過轉(zhuǎn)向齒輪組（5）與步進(jìn)電機（9）聯(lián)接；圓錐形螺旋鉆頭（1）與圓柱形螺旋鉆體（6）通過波紋管聯(lián)接；

所述探測機器人周圍環(huán)境的探測系統(tǒng)為脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，所述脈沖雷達(dá)系統(tǒng)包括電源穩(wěn)壓器、中央控制單元（28）、時序邏輯單元CPLD（29）、脈沖生成電路（30）、發(fā)射天線（31）、接收天線（32）和信號采集電路（33）；所述中央控制單元（28）是一具有多通道串口的主控制器，分別與時序邏輯單元CPLD（29）和信號采集電路（33）聯(lián)接，負(fù)責(zé)控制雷達(dá)的運行和通訊；所述時序邏輯單元CPLD（29）分別中央控制單元（28）、脈沖生成電路（30）、信號采集電路（33）聯(lián)接，用以產(chǎn)生穩(wěn)定時序間隔的邏輯脈沖；所述脈沖生成電路（30）聯(lián)接發(fā)射天線（31）和電源穩(wěn)壓器，在時序邏輯單元CPLD邏輯信號的激勵下產(chǎn)生電壓脈沖信號；所述信號采集電路（33）聯(lián)接接收天線（32），對回波信號進(jìn)行接收采集；所述探測機器人周圍環(huán)境的探測系統(tǒng)安裝在尾部端蓋止轉(zhuǎn)機構(gòu)（13）的內(nèi)腔，所述中央控制單元（28）通過復(fù)合纜線（24）與計算機控制設(shè)備（26）聯(lián)接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有地下探測功能的螺旋鉆進(jìn)機器人，其特征在于：所述中央控制單元（28）為單片機AT89S52。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有地下探測功能的螺旋鉆進(jìn)機器人，其特征在于：所述時序邏輯單元CPLD（29）為EPM240T100C5。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有地下探測功能的螺旋鉆進(jìn)機器人，其特征在于：所述中央控制單元(28)和信號采集電路(33)之間設(shè)有RAM存儲器（34），RAM存儲器（34）與所述中央控制單元（28）、時序邏輯單元CPLD（29）、信號采集電路（33）相連，用于緩存A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有地下探測功能的螺旋鉆進(jìn)機器人，其特征在于：所述脈沖生成電路（30）為4級雪崩三極管MARX電路，三極管型號為MMBT3904；供電電壓56V，負(fù)載電阻R2-R3為51Ω，電阻R4-R10為30KΩ；級間電容C2-C5為100pF，銳化電容C6-C7為5pF。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有地下探測功能的螺旋鉆進(jìn)機器人，其特征在于：所述發(fā)射天線（31）與所述接收天線（32）為同一天線，為錐面等角螺旋天線；所述圓錐形螺旋鉆頭（1）頂部的切削刀片（2）為雙螺旋結(jié)構(gòu)；所述錐面等角螺旋天線安裝在切削刀片的表面。