[發明專利]管道機器人雙纜驅動轉向機構及控制方法

有效

• 申請號: 201711361544.0
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108223969B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 謝奇志;劉送永;李洪盛;李偉;崔新霞;江紅祥;沈剛;唐瑋;賈新慶;馬浩
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: F16L55/34
• 分類號: F16L55/34;F16L101/12
• 代理公司: 32200 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 吳學明<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.管道機器人雙纜驅動轉向機構，其特征在于：包括前機體組件（1），推進組件（2）、后機體組件（3）和纜控組件（4），推進組件（2）連接在前機體組件（1）和后機體組件（3）之間，所述纜控組件（4）連接在后機體組件（3）的后端；

所述前機體組件（1）包括彈性支撐輪腿（1-1）、伸縮轉向輪腿（1-2）以及機殼（1-3）；所述彈性支撐輪腿（1-1）包括支撐輪（1-1-1）、彈簧（1-1-2）、滑套（1-1-3）；所述支撐輪（1-1-1）通過彈簧（1-1-2）與滑套（1-1-3）作彈性滑動連接；所述伸縮轉向輪腿（1-2）包括左壓輪（1-2-1）和右壓輪（1-2-3）、雙推桿氣缸（1-2-2）；所述左壓輪（1-2-1）和右壓輪（1-2-3）分別與雙推桿氣缸（1-2-2）的兩端輸出軸連接并可自由轉動；

所述纜控組件（4）包括卷筒（4-1）、支架（4-2）、卷筒（4-4）、左纜繩（4-3）和右纜繩（4-5）；所述卷筒（4-1）和卷筒（4-4）分別由步進電機獨立驅動，可精確控制收放左纜繩（4-3）和右纜繩（4-5）的長度，從而控制機器人本體的轉向角度；所述左纜繩（4-3）和右纜繩（4-5）分別連接在后機體組件（3）的后端面上；支架（4-2）上安裝有兩個張力傳感器，左纜繩（4-3）和右纜繩（4-5）分別穿過該張力傳感器。

2.根據權利要求1所述的管道機器人雙纜驅動轉向機構，其特征在于：所述推進組件（2）包括單桿氣缸，單桿氣缸的活塞桿與缸體分別與前機體組件（1）和后機體組件（3）連接，從而前機體組件（1）和后機體組件（3）做伸縮運動。

3.根據權利要求1所述的管道機器人雙纜驅動轉向機構，其特征在于：所述推進組件（2）包括電動推缸，電動推缸的活塞桿與缸體分別與前機體組件（1）和后機體組件（3）連接，從而前機體組件（1）和后機體組件（3）做伸縮運動。

4.權利要求1的管道機器人雙纜驅動轉向機構控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

A.首先，由人工將裝有傾角傳感器、編碼器、張力傳感器、攝像頭的管道機器人置入管道，管道機器人由a蠕動直行到b位置；

B.前機體組件（1）收縮、后機體組件（3）支撐，通過雙纜繩聯合控制纜繩長度，使得機器人繞后機體組件（3）中心順時針旋轉45°到c位置，前后機體軸向伸展到d位置，前機體組件（1）支撐、后機體組件（3）收縮，前后機體軸向收縮到e位置；

C.通過雙纜繩聯合控制纜繩長度，使得機器人繞前機體組件（1）中心順時針旋轉45°到f位置，實現轉向過彎；其中，0°～45°和45°～90°轉向控制中， 表示電機控制纜繩收縮或釋放的節距，可通過程序修改這一參數， 越小，控制轉向精度越高；

D.張力傳感器通過實時檢測纜繩張力，保證兩根繩子協調運動，可有效避免兩根繩子作用力相互制約而造成的能量損耗;在機器人順時針旋轉0°～45°過程中，左纜繩（4-3）承擔主控收縮作用，右纜繩（4-5）依靠張力傳感器感知保持張力為0狀態，作從動釋放作用，避免右纜繩（4-5）阻礙轉向運動；

E.在機器人順時針旋轉45°～90°過程中，右纜繩（4-5）承擔主控釋放作用，左纜繩（4-3）依靠張力傳感器感知作從動釋放作用，且在釋放的同時保持左纜繩（4-3）和右纜繩（4-5）的張力相同，以均衡兩個電機負載及延長纜繩使用壽命；

F.重復進行步驟A至步驟E至管道機器人完成轉向。