[發明專利]一種三管柔性執行機構誘導的管狀爬行機器人

有效

• 申請號: 202010710239.3
• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN111878661B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 李龍;蔣奕晨;田應仲;馬培峰;金滔
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: F16L55/32
• 分類號: F16L55/32;F16L55/40;F16L55/30
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發明公開了一種三管柔性執行機構誘導的管狀爬行機器人，包括頂部虹膜機構粘附裝置、軟管齒輪嚙合驅動裝置和底部虹膜機構粘附裝置，頂部虹膜機構粘附裝置與軟管齒輪嚙合驅動裝置中的三根金屬波紋管一端固聯，電機固定盤通過雙通銅柱與底部虹膜機構粘附裝置相互固聯。本發明采用軟管齒輪嚙合驅動裝置進行驅動，通過安裝于電機固定盤上的電機，在相同時間內以不同的速度轉動，使機器人在三維空間內伸縮爬行，實現最大90°彎曲變形。頂部和底部虹膜機構粘附裝置通過舵機驅動使機器人與水管內壁的接觸或分離。本發明采用舵機和電機進行驅動，擺脫了氣源氣管對管道機器人運動距離約束；且管狀爬行機器人結構小巧，能應用于小型彎曲管道檢測與維修。

技術領域

本發明旨在解決小型彎曲管道監測與維修過程中因傳統剛性及氣動式柔性管道檢測機器人無法適應狹小彎曲的管道工作環境且工作范圍較小的弊端，具體涉及一種三管柔性執行機構誘導的管狀爬行機器人。

背景技術

在機器人發展領域，如何實現管道機械化的檢測、維護和清洗是我們面臨的一大難題。大多數管道機器人都是由剛體組成，具有靈活性差、環境適應性差的缺點，無法適應彎曲方向改變以及管徑不同的工作環境。對于氣動式柔性機器人雖然其可以實現本體的靈活彎曲，但大多體積較大且工作時候需要連接著氣管和氣源，由于氣管長度等因素，極大的限制了機器人的運動范圍。如國外最新研制的用于管道爬行的蠕蟲軟機器人，該機器人通過控制位于機器人前后兩端的兩個獨立的安全氣囊的徑向膨脹與收縮實現機器人與管道內壁之間的固定與分離，此外前后兩個氣囊之間均布有三個獨立的軸向安全氣囊，通過安全氣囊的收縮與軸向伸長可實現蠕蟲軟機器人在管道內的蠕動爬行。但該機器人依然存在著氣源氣管對該機器人運動范圍的限制不利于長距離的管道檢測且柔性機器人自身存在較大的變形導致檢測效果不佳，因此發明一種管道檢測機器人使其既能實現一定的彎曲變形以適應彎曲復雜的管道環境，又能避免氣源和氣管等機器人自身硬件對檢測范圍的限制就顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三管柔性執行機構誘導的管狀爬行機器人，能夠實現在尺寸較小且管徑變化的管道中的爬行與轉向，能夠擺脫氣源氣管等機器人自身硬件對檢測范圍的限制而實現較長距離的運動。

為了達到上述目的，本發明釆用的技術方案是：

一種三管柔性執行機構誘導的管狀爬行機器人，包括頂部虹膜機構粘附裝置、軟管齒輪嚙合驅動裝置、底部虹膜機構粘附裝置；頂部虹膜機構粘附裝置設置于機器人頂部，位于機構頂端的頂部虹膜機構粘附裝置與軟管齒輪嚙合驅動裝置中的三根波紋管的一端固連，波紋管的外表面螺紋分別與安裝于三個直流電機輸出軸上的齒輪相嚙合形成齒輪齒條機構，電機通過電機架固定在電機固定盤上，電機固定盤通過雙通銅柱與底部虹膜機構粘附裝置相固連。

優選地，所述頂部虹膜機構粘附裝置，包括頂部曲柄，三個頂部連桿，三個頂部滑塊，頂部滑槽盤，頂部舵機安裝墊塊，頂部舵機；頂部曲柄分別與三個頂部連桿，三個頂部滑塊以及頂部滑槽盤構成三個曲柄滑塊機構，頂部曲柄與頂部舵機相固連；頂部舵機安裝墊塊與頂部滑槽盤以及頂部舵機通過螺栓螺母相固定，頂部滑塊與頂部滑槽盤形成接觸移動副。頂部舵機的轉動帶動頂部曲柄轉動，所述頂部曲柄的轉動驅動頂部滑塊在頂部滑槽盤中進行沿槽道的直線運動，頂部滑塊的沿槽道移動實現頂部虹膜機構粘附裝置的外輪廓直徑發生變化，進而實現與水管內壁的粘附和分離。頂部滑塊的圓弧形外沿貼附有一層薄薄的硅膠層，用以增大頂部虹膜機構粘附裝置與管壁的接觸摩擦系數。