[發(fā)明專利]一種輪式管道機器人彈性爬壁張緊機構(gòu)及其實現(xiàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810315192.3
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108548046B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮冠華;李智剛;李文皓
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號: F16L55/32
• 分類號: F16L55/32;F16L101/30
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

1.一種輪式管道機器人彈性爬壁張緊實現(xiàn)方法，其特征在于：機器人包括機器人本體(1)，其特征在于：所述機器人本體(1)上安裝有滑移架(2)，所述滑移架(2)上套裝有導(dǎo)向桿(7)，所述滑移架(2)上軸向安裝有絲杠(3)，所述絲杠(3)通過絲杠螺母(9)連接有推桿(8)，所述推桿(8)末端連接在機器人本體(1)上，所述滑移架(2)的外壁上連接有壓桿(4)，所述機器人本體(1)的外壁上連接有擺桿(10)，且所述擺桿(10)和機器人本體(1)連接處位于推桿(8)和機器人本體(1)連接處的外側(cè)，所述壓桿(4)的桿身上套裝有彈簧(5)，所述彈簧(5)的末端連接在擺桿(10)的桿身上，所述擺桿(10)的末端連接有驅(qū)動輪(6)；彈性爬壁張緊實現(xiàn)方法包括如下步驟：

步驟100、設(shè)定管道機器人的驅(qū)動輪的組數(shù)，且使得驅(qū)動輪均勻分布在管道同一圓周內(nèi)壁上；

步驟200、設(shè)定所述擺桿的物理參數(shù)；

先設(shè)定擺桿的擺角β，取值范圍為30°～60°；

然后設(shè)定擺桿的長度L，擺桿的長度L取決于管道內(nèi)徑d和擺桿的擺角β，按以下公式估算：

其中，H是擺桿（ 10） 的鉸接端點C距離管道中心線P的距離，r_d是驅(qū)動輪的半徑，β是擺桿的擺角；

基于估算值，可向上或向下調(diào)整確定擺桿的長度；

步驟300、選裝驅(qū)動輪電機，選裝方法包括：

估算驅(qū)動輪電機功率，單個驅(qū)動輪電機的實際輸出功率P為：

其中，m是驅(qū)動輪組數(shù)，且m≥2，G是機器人本體重力，F(xiàn)_R是管道機器人滾動阻力，包括驅(qū)動輪與軸承間阻力以及驅(qū)動輪與管壁間滾動摩擦阻力，v_max是機器人的最大運行速度，η₀為各驅(qū)動輪負(fù)載存在不均衡時的系數(shù)，η₁是驅(qū)動輪運行效率，η₂是電機輸出軸到驅(qū)動輪的傳動效率；

選定的驅(qū)動輪電機額定功率P_N應(yīng)滿足P_N≥P；

估算驅(qū)動輪電機轉(zhuǎn)矩，單個驅(qū)動輪電機的轉(zhuǎn)矩T為：

其中，r_d是驅(qū)動輪的驅(qū)動半徑，i是電機減速機的減速比，η是減速機的傳動效率；

估算驅(qū)動輪電機轉(zhuǎn)速，估算驅(qū)動輪電機的最高轉(zhuǎn)速n為：

基于驅(qū)動輪電機功率、驅(qū)動輪電機轉(zhuǎn)矩以及驅(qū)動輪電機轉(zhuǎn)速三項估算值，完成驅(qū)動輪電機選型；

步驟400、設(shè)計并安裝拉緊裝置；

步驟500、設(shè)計并安裝滑移裝置；

步驟600、設(shè)計并安裝彈性裝置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輪式管道機器人彈性爬壁張緊實現(xiàn)方法，其特征在于：所述步驟100包括：所述驅(qū)動輪的電機之間相互獨立，并且所述驅(qū)動輪組數(shù)不小于2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輪式管道機器人彈性爬壁張緊實現(xiàn)方法，其特征在于：所述步驟400中拉緊裝置采用滾珠絲杠式推桿裝置，由絲杠、絲杠螺母及推桿組成，絲杠置于推桿殼內(nèi)，由相應(yīng)的電機通過圓柱直齒齒輪傳動形式驅(qū)動。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輪式管道機器人彈性爬壁張緊實現(xiàn)方法，其特征在于：所述步驟500中滑移裝置由滑移架和滑移桿組成，并且在滑移架和滑移桿之間安裝滑動軸承，在拉緊裝置的驅(qū)動下，滑移架可沿滑移桿雙向直線前后移動；

所述步驟500還包括：設(shè)定各驅(qū)動輪張緊機構(gòu)間的連接方式；

連接方式一：各張緊機構(gòu)對應(yīng)的滑移架相互獨立，即確定了管道機器人采用m組驅(qū)動輪時，會采用m個彈性爬壁張緊機構(gòu)，則對應(yīng)的使用m個滑移架；

連接方式二：各張緊機構(gòu)對應(yīng)的滑移架相互固連，即確定了管道機器人采用m組驅(qū)動輪時，會采用m個彈性爬壁張緊機構(gòu)，但分布在同一管壁圓周上的所有驅(qū)動輪對應(yīng)的只使用1個滑移架。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輪式管道機器人彈性爬壁張緊實現(xiàn)方法，其特征在于：所述步驟600中彈性裝置由壓桿和彈簧組成，所述彈簧采用壓縮彈簧。