專利名稱：管內(nèi)行走機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明管內(nèi)行走機器人屬于作業(yè)運輸部及機械手類，是一種能在管內(nèi)自動行走、并能拖動或運輸各種裝置以完成管道檢測和維護的工具。
目前世界上的管內(nèi)機器人以日本學(xué)者研究的最多，如日本的T0kuji Okada(英譯)研制的管內(nèi)機器人(他們稱之為Mogrer)，該機器人能夠攜帶照像機在管內(nèi)拍照，它是靠輪子驅(qū)動而前進的，Tokuji Okada申請的專利為日本國專利特開平5—294234。國內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄧宗全、孫序梁等人曾在機器人雜志上發(fā)表過有關(guān)管內(nèi)行走機器入方面的文章，但其機構(gòu)都與Tokuji Okada的輪式驅(qū)動沒有太大差別，在國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)管內(nèi)機器人方面的專利申請。


圖1是管內(nèi)機器人的局部剖視圖，其中1—大電機2—螺栓 3—軸承套 4—絲杠5—固定銷6—滑銷 7—螺母 8—腿9—桿10—靴底11—擋銷 12—左擺桿13—長銷 14—拉簧15—右擺桿16—腳靴17—腳 18—內(nèi)齒輪 19—外齒輪20—小電機21—轉(zhuǎn)盤 22—導(dǎo)套23—聯(lián)軸節(jié)24—輪25—支撐桿 26—滑套27—彈簧圖2是圖1沿2—2的部視圖，其中，10—靴底11—擋銷12—左擺桿13—長銷15—右擺桿 16—腳靴17—腳 24—輪25—支撐桿 26—滑套27—彈簧28—壓簧本發(fā)明管內(nèi)行走機器人，目的在于提供一種可做為管內(nèi)運載工具使用，并攜帶各種附件，可進行管內(nèi)清理，管內(nèi)壁涂裝和管壁缺陷檢查等的有效實用工具。該機器人能前進，能后退，能轉(zhuǎn)彎，并具有很大的牽引力和很強的跨越障礙物的能力。
一種管內(nèi)行走機器人，其特征為有左右兩個結(jié)構(gòu)完全相同的行走單元(圖1為左行走單元，右行走單元略)，每個單元均有3只可徑向伸縮的腳(17)和3條可在軸向截面內(nèi)左右擺動的腿(8)，左右單元的腳(17)交替踩住和離開管壁，靠腿(8)的擺動而使整個機器人向左或向右移動，左右兩單元之間由萬向聯(lián)軸節(jié)(23)相聯(lián)，以使機器人順利通過彎道。在每個單元上安裝有使腳(17)伸縮的腳伸縮機構(gòu)，在每只腳(17)上裝有防止機器人打滑的防滑自鎖機構(gòu)，在每個單元上裝有使腿(8)擺動的腿擺動機構(gòu)。
本發(fā)明的管內(nèi)行走機器人具有腳伸縮機構(gòu)，其特征為腳(17)離開或踩住管壁的徑向直線運動是由小電機(20)、外齒輪(19)及帶端面螺紋的內(nèi)齒輪(18)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變而成的。
本發(fā)明的管內(nèi)行走機器人具有腿擺動機構(gòu)，其特征為腿(8)在軸向截面內(nèi)的左右擺動是由大電機(1)、絲杠(4)的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)槁菽?7)的直線運動，再經(jīng)螺母(7)上的滑銷(6)及腿(8)上的U形滑槽使腿(8)圍繞固定銷(5)左右擺動，從而使腳(17)連同端盤(21)等一起沿導(dǎo)管(22)左右滑動。
本發(fā)明的管內(nèi)行走機器人具有防滑自鎖機構(gòu)，其特征為腳(17)上裝有由左擺桿(12)、右擺桿(15)、擋銷(11)、長銷(13)、拉簧(14)和壓簧(28)等組成的防滑自鎖裝置。
圖1是本發(fā)明的一個實施例，圖中只畫出了左行走單元，右行走單元與左行走單元結(jié)構(gòu)完全相同，左行走單元與右行走單元之間以萬向聯(lián)軸節(jié)(23)為中心左右對稱配置。
現(xiàn)以機器人往左行走為例說明其動作過程，此時，初始位置需調(diào)整為左行走單元腳(17)外撐，撐緊在管壁上，右行走單元腳(17)里收，脫離管壁；同時使左行走單元的腿(8)向左傾鈄到極限位置，使右單元的腿(8)向右傾鈄到極限位置。
行走時可分為以下四個步驟第一步左行走單元的腿(8)順時針擺動，使整個機器人向左移動一段距離，與此同時，右行走單元的腿(8)逆時針擺動使右行走單元的腳(17)相對機器人本身向左也移動了一段距離，為下一步行走做準(zhǔn)備。
第二步左行走單元的腳(17)收回，然后，右行走單元的腿(17)外撐，撐緊管壁第三步左行走單元的腿(8)逆時針擺動，同時右行走單元的腿(8)順時針擺動，使整個機器人再向前移動一段距離。
第四步左行走單元的腳(17)外撐，撐住管壁，右行走單元腳(17)里收，脫離管壁。
最后又回到第一步，整個機器人就這樣一步一步向左移動，由于機器人左右結(jié)構(gòu)完全對稱，因此，向右行走時的動作過程與向左行走時的動作過程類似。
腳(17)上的防滑自鎖機構(gòu)由靴底(10)、左擺桿(12)、右擺桿(15)、長銷(13)、擋銷(11)、腳靴(16)、拉簧(14)和壓簧(28)組成，其中長銷(13)裝配在腳靴(16)上，當(dāng)腳(17)與腳靴(16)相對移動時，此長銷(13)可沿腳(17)上的長槽滑動，而擋銷(11)固定在腳(17)上，當(dāng)腳(17)與腳靴(16)有相對移動時，此擋銷(11)可在腳靴(16)上的長槽內(nèi)移動，在靴底(10)未壓上管壁前，由于壓簧(28)的作用，使腳靴(16)相對腳上移，腳(17)上的擋銷(11)迫使左擺桿(12)與右擺桿(15)叉開一個大的角度，從而使左擺桿(12)及右擺桿(15)的頭部縮回在靴底(10)內(nèi)，這樣當(dāng)腳(17)往外撐時，首先接觸管壁的是靴底(10)，當(dāng)靴底(10)壓上管壁后，腳(17)繼續(xù)外撐，擋銷(11)就會相對腳靴(16)上移，此時，在拉簧(14)的作用下，左擺桿(12)與右擺桿(15)的夾角減小，兩擺桿的頭部伸出靴底(10)，壓在管壁上，此時只要保證兩擺桿與中線的夾角小于摩擦角，就可起到自鎖防滑作用。
腳伸縮機構(gòu)使腳(17)離開或踩住管壁，小電機(20)的旋轉(zhuǎn)運動傳遞給外齒輪(19)，外齒輪(19)和帶端面螺紋的內(nèi)齒輪(18)使小電機(20)的轉(zhuǎn)速降低，再通過(18)上的端面螺紋使旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)槟_(17)的徑向直線運動，3只腳(17)均勻分布在轉(zhuǎn)盤(21)的U型長槽中，小電機(20)固定在轉(zhuǎn)盤(21)上，而帶螺紋的內(nèi)齒輪(18)套在轉(zhuǎn)盤(21)上，并可圍繞轉(zhuǎn)盤(21)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤(21)沿導(dǎo)套(22)的移動帶動整個腳機構(gòu)及腳(17)沿軸線運動。
腿擺動機構(gòu)使腿(8)左右擺動，大電機(1)和絲杠(2)的旋轉(zhuǎn)運動使螺母(7)沿軸線移動，螺母(7)上固定有3個沿園周均勻分布的滑銷(6)，腿(8)通過固定銷(5)固定在軸承套(3)上，腿(8)上有一個U型長槽，滑銷(6)可沿此長槽滑動，并可拔動腿(8)使其左右擺動，腿(8)的左右擺動通過桿(9)使腳(17)連同轉(zhuǎn)盤(21)及腳機構(gòu)一起沿導(dǎo)管(22)左右移動，以使整個機器人向左或向右移動。
該機器人的每個行走單元各有兩排共六個均勻分布的輔助支承輪(24)，輪(24)的徑向距離由彈簧(27)來調(diào)節(jié)，以適應(yīng)管道內(nèi)徑的變化，輪(24)的支撐桿(25)可在滑套(26)中滑動，起導(dǎo)向作用。萬向聯(lián)軸節(jié)(23)使機器人能夠自動轉(zhuǎn)彎。
本發(fā)明沒有采用慣常的輪式驅(qū)動，而采用了步伐式行走裝置，其牽引力大，逾越障礙物能力強，對管道內(nèi)徑的變化適應(yīng)能力強，并可通過更換腳(17)，使其能通過的管道內(nèi)徑的變化范圍達(dá)200——1000mm，起到一機多用的目的，該機器人結(jié)構(gòu)對稱，控制方便是一種實用的管內(nèi)運載工具。尤其適合在化學(xué)工業(yè)，核電站，煤氣公司等危險場合及人們難以到達(dá)的極限位置作業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種管內(nèi)行走機器人，其特征為有左右兩個結(jié)構(gòu)完全相同的行走單元，每個單元均有3只可徑向伸縮的腳(17)和3條可在軸向截面內(nèi)左右擺動的腿(8)，左右單元的腳(17)交替踩住和離開管壁，靠腿(8)的擺動而使整個機器人向左或向右移動，左右兩單元之間由萬向聯(lián)軸節(jié)(23)相聯(lián)，以使機器人順利通過彎道。在每個單元上安裝有使腳(17)伸縮的腳伸縮機構(gòu)和使腿(8)擺動的腿擺動機構(gòu)，在每只腳(17)上裝有防止機器人打滑的防滑自鎖機構(gòu)。
2.按照權(quán)利1所述，本發(fā)明的管內(nèi)行走機器人具有腳伸縮機構(gòu)，其特征為腳(17)離開或踩住管壁的徑向直線運動是由小電機(20)、外齒輪(19)及帶端面螺紋的內(nèi)齒輪(18)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變而成的。
3.按照權(quán)利1所述，本發(fā)明的管內(nèi)行走機器人具有腿擺動機構(gòu)，其特征為腿(8)在軸向截面內(nèi)的左右擺動是由大電機(1)、絲杠(4)的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)槁菽?7)的直線運動，再經(jīng)螺母(7)上的滑銷(6)及腿(8)上的U形滑槽使腿(8)圍繞固定銷(5)左右擺動，從而使腳(17)連同端盤(21)等一起沿導(dǎo)管(22)左右滑動。
4.按照權(quán)利1所述，本發(fā)明的管內(nèi)行走機器人具有防滑自鎖機構(gòu)，其特征為腳(17)上裝有由左擺桿(12)、右擺桿(15)、擋銷(11)、長銷(13)、拉簧(14)和壓簧(28)等組成的防滑自鎖裝置。
全文摘要
一種以步伐方式行走的管內(nèi)行走機器人，屬于管內(nèi)運載工具范疇，其包括左右兩個結(jié)構(gòu)完全相同的行走單元，每個單元均有三只可徑向伸縮的腳和三條可在軸向截面內(nèi)左右擺動的腿，左右單元的腳交替踩住和離開管壁，靠腿的擺動使機器人向左或向右移動，左右兩單元之間由萬向聯(lián)軸節(jié)相聯(lián)。在每只腳上還裝有防止機器人打滑的防滑自鎖機構(gòu)。該機器人牽引力大，跨越障礙能力強。
文檔編號B25J11/00GK1114926SQ9510024
公開日1996年1月17日 申請日期1995年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月19日
發(fā)明者李元宗, 史貴柱, 鄭利紅, 李宏艷, 榮國宏 申請人:太原工業(yè)大學(xué)