專利名稱：一種爬行式管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及管道機(jī)器人技術(shù)，具體來說是一種爬行式管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
管道機(jī)器人在石油工業(yè)中具有非常重要的作用。在油田開發(fā)過程中，需要鉆一種特殊垂直管道——油氣井，而在鉆井過程中需要在井內(nèi)安裝工作儀器，完成井中參數(shù)的測量，還需要檢測井的工作狀態(tài)(尤其是事故井的狀態(tài))，以做出準(zhǔn)確的修井作業(yè)方案，這些工作需要用管道機(jī)器人來完成。而石油管道在長期使用過程中，管道會受到管內(nèi)外介質(zhì)的作用而產(chǎn)生腐蝕、結(jié)垢、裂紋、穿孔等導(dǎo)致管道失效，影響油氣生產(chǎn)的正常進(jìn)行，此時也需要用到管道機(jī)器人來進(jìn)行檢測與維修。目前管道機(jī)器人的研究成果已經(jīng)很多，如:江蘇工業(yè)大學(xué)研究的“一種變徑的管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)”(專利公開號為:CN1966336A);中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究的“凸輪式管道機(jī)器人運(yùn)動機(jī)構(gòu)”(專利公開號為:CN101430037A);大慶石油學(xué)院研究的“一種管道機(jī)器人驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)”(專利公開號為:CN101788093)等等。但現(xiàn)有技術(shù)中的管道機(jī)器人還存在以下技術(shù)問題:(I)管道機(jī)器人的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢測維修不便；(2)管道機(jī)器人尺寸較大，難以適應(yīng)小型管道；(3)當(dāng)管道機(jī)器人利用外部液壓驅(qū)動時，速度與精確定位難以控制。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克 服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜、檢修方便、精確定位、速度易控制的爬行式管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)。為了達(dá)到上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:一種爬行式管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，包括外殼、傳動機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、爬行機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；其中，爬行機(jī)構(gòu)包括第一驅(qū)動腳、復(fù)位彈簧、第二驅(qū)動腳、驅(qū)動連桿、支撐連桿及支撐腳，外殼圓周均布3只第一驅(qū)動腳和3只支撐腳，每只第一驅(qū)動腳與第二驅(qū)動腳連接，第一驅(qū)動腳與第二驅(qū)動腳之間設(shè)置復(fù)位彈簧，第二驅(qū)動腳與換向機(jī)構(gòu)連接，驅(qū)動連桿一端與第二驅(qū)動腳連接，驅(qū)動連桿另一端與傳動機(jī)構(gòu)連接，每只支撐腳的端部連接支撐連桿一端，支撐連桿另一端與傳動機(jī)構(gòu)連接，外殼的上部和下部分別設(shè)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。為了實現(xiàn)把驅(qū)動電機(jī)定向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的往返運(yùn)動的功能，優(yōu)選的，所述傳動機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動電機(jī)、同步帶輪、同步帶、偏心輪及滑塊；其中，驅(qū)動電機(jī)設(shè)于外殼內(nèi)的下部，驅(qū)動電機(jī)的上方設(shè)有偏心輪，驅(qū)動電機(jī)與同步帶連接，同步帶通過同步帶輪與偏心輪連接，偏心輪與滑塊連接，滑塊上端連接驅(qū)動連桿，滑塊下端連接支撐連桿。為了實現(xiàn)改變機(jī)器人運(yùn)動方向的功能，優(yōu)選的，所述換向機(jī)構(gòu)包括換向電機(jī)、絲桿及螺母盤；其中，換向電機(jī)設(shè)于外殼內(nèi)的上部，換向電機(jī)與絲桿連接，絲桿穿過螺母盤，第二驅(qū)動腳與螺母盤連接。[0011 ] 為了防止機(jī)器人傾覆，保持機(jī)器人穩(wěn)定運(yùn)動，所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)為具有彈性的導(dǎo)向輪，外殼的上部和下部分別設(shè)有3個導(dǎo)向輪。為了增加摩擦力，所述第一驅(qū)動腳和支撐腳的端部分別套上橡膠。本實用新型的工作原理:一種爬行式管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，包括外殼、傳動機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、爬行機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；其中，爬行機(jī)構(gòu)包括第一驅(qū)動腳、復(fù)位彈簧、第二驅(qū)動腳、驅(qū)動連桿、支撐連桿及支撐腳，外殼圓周均布3只第一驅(qū)動腳和3只支撐腳，每只第一驅(qū)動腳與第二驅(qū)動腳連接，第一驅(qū)動腳與第二驅(qū)動腳之間設(shè)置復(fù)位彈簧，第二驅(qū)動腳與換向機(jī)構(gòu)連接，驅(qū)動連桿一端與第二驅(qū)動腳連接，驅(qū)動連桿另一端與傳動機(jī)構(gòu)連接，每只支撐腳的端部連接支撐連桿一端，支撐連桿另一端與傳動機(jī)構(gòu)連接，外殼的上部和下部分別設(shè)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。所述傳動機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動電機(jī)、同步帶輪、同步帶、偏心輪及滑塊；其中，驅(qū)動電機(jī)設(shè)于外殼內(nèi)的下部，驅(qū)動電機(jī)的上方設(shè)有偏心輪，驅(qū)動電機(jī)與同步帶連接，同步帶通過同步帶輪與偏心輪連接，偏心輪與滑塊連接，滑塊上端連接驅(qū)動連桿，滑塊下端連接支撐連桿，換向機(jī)構(gòu)包括換向電機(jī)、絲桿及螺母盤；其中，換向電機(jī)設(shè)于外殼內(nèi)的上部，換向電機(jī)與絲桿連接，絲桿穿過螺母盤，第二驅(qū)動腳與螺母盤連接，所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)為具有彈性的導(dǎo)向輪，夕卜殼的上部和下部分別設(shè)有3個導(dǎo)向輪。本實用新型模擬了人在兩面相對的墻中攀爬的運(yùn)動行為。人在爬墻的時候，首先兩腳張開撐住兩面墻，從而支撐住身體，兩手彎曲并用手掌向下貼緊墻壁。然后兩手撐直，同時兩腳松開，此時人會向上運(yùn)動一段距離。然后兩腳再度撐住墻壁，兩手上移，并用手掌向下貼緊墻壁，使手呈彎曲狀態(tài)。然后重復(fù)上一步驟，如此循環(huán)人就能夠順利地向上運(yùn)動。本實用新型用3個圓 周均布的第一驅(qū)動腳代替人的雙手，用3個圓周均布的支撐腳代替人的雙腳，與人爬墻的動作一樣，當(dāng)支撐腳張開時，支撐腳撐住管道內(nèi)壁，支撐住機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，當(dāng)?shù)谝或?qū)動腳張開時，第一驅(qū)動腳能使機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)向上或向下運(yùn)動一段距離，其運(yùn)動方向取決于第一驅(qū)動腳的方向。當(dāng)支撐腳與第一驅(qū)動腳不停地交替張開與收緊時，機(jī)器人就能夠間歇地向上或向下運(yùn)動。當(dāng)機(jī)器人上行時，第一驅(qū)動腳向下傾斜，此時，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過同步帶帶動與同步帶輪同軸相連的偏心輪轉(zhuǎn)動，從而在偏心輪的作用下，帶動滑塊上下運(yùn)動；滑塊上移時，在支撐連桿的作用下，支撐腳向內(nèi)收緊，在驅(qū)動連桿的作用下，第一驅(qū)動腳向外張開，機(jī)器人向上移動一段距離；滑塊下移時，在支撐連桿的作用下，支撐腳向外張開，在驅(qū)動連桿的作用下，第一驅(qū)動腳向內(nèi)收緊，機(jī)器人狀態(tài)保持，為下一次上移做準(zhǔn)備；這就是機(jī)器人上行時的一個工作循環(huán)。機(jī)器人從上行狀態(tài)變成下行狀態(tài)時，驅(qū)動電機(jī)停止，滑塊處于下極點位置，換向電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動，帶動與換向電機(jī)軸固連的絲桿轉(zhuǎn)動，從而在絲桿螺母的作用下，螺母盤下移。螺母盤的下移自然使得第二驅(qū)動腳向下行狀態(tài)轉(zhuǎn)變。機(jī)器人下行時，其工作過程與上行時基本一樣，有所區(qū)別的是在下行時第一驅(qū)動腳的向外張開是使得機(jī)器人下移而不是上移。機(jī)器人從下行狀態(tài)變成上行狀態(tài)的工作過程與從上行狀態(tài)變成下行狀態(tài)的工作過程也基本一致，所不同的是換向電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向是逆時針而不是順時針。本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果:[0022]1、本實用新型采用了包括外殼、傳動機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、爬行機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；其中，爬行機(jī)構(gòu)包括第一驅(qū)動腳、復(fù)位彈簧、第二驅(qū)動腳、驅(qū)動連桿、支撐連桿及支撐腳，外殼圓周均布3只第一驅(qū)動腳和3只支撐腳，每只第一驅(qū)動腳與第二驅(qū)動腳連接，第一驅(qū)動腳與第二驅(qū)動腳之間設(shè)置復(fù)位彈簧，第二驅(qū)動腳與換向機(jī)構(gòu)連接，驅(qū)動連桿一端與第二驅(qū)動腳連接，驅(qū)動連桿另一端與傳動機(jī)構(gòu)連接，每只支撐腳的端部連接支撐連桿一端，支撐連桿另一端與傳動機(jī)構(gòu)連接，外殼的上部和下部分別設(shè)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜、檢修方便、精確定位、速度易控制等特點。2、本實用新型采用傳動機(jī)構(gòu)和換向機(jī)構(gòu)，驅(qū)動電機(jī)和換向電機(jī)分別作為行走的動力源與換向的動力源，易于實現(xiàn)運(yùn)動速度控制與精確定位。3、本實用新型模擬生物學(xué)的爬動方式，且結(jié)構(gòu)緊湊，易于實現(xiàn)微型化，以適應(yīng)微小管道工作條件。4、本實用新型中的各個元部件均容易加工及維修。5、本實用新型可實現(xiàn)在不平度為3%的管道內(nèi)行走，適用性強(qiáng)。

圖1為一種爬行式管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為一種爬行式管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)上行運(yùn)動的示意圖；圖3為一種爬行式管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)下行運(yùn)動的示意圖。圖中標(biāo)號與名稱如下:
權(quán)利要求1.一種爬行式管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:包括外殼、傳動機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、爬行機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；其中，爬行機(jī)構(gòu)包括第一驅(qū)動腳、復(fù)位彈簧、第二驅(qū)動腳、驅(qū)動連桿、支撐連桿及支撐腳，外殼圓周均布3只第一驅(qū)動腳和3只支撐腳，每只第一驅(qū)動腳與第二驅(qū)動腳連接，第一驅(qū)動腳與第二驅(qū)動腳之間設(shè)置復(fù)位彈簧，第二驅(qū)動腳與換向機(jī)構(gòu)連接，驅(qū)動連桿一端與第二驅(qū)動腳連接，驅(qū)動連桿另一端與傳動機(jī)構(gòu)連接，每只支撐腳的端部連接支撐連桿一端，支撐連桿另一端與傳動機(jī)構(gòu)連接，外殼的上部和下部分別設(shè)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爬行式管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述傳動機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動電機(jī)、同步帶輪、同步帶、偏心輪及滑塊；其中，驅(qū)動電機(jī)設(shè)于外殼內(nèi)的下部，驅(qū)動電機(jī)的上方設(shè)有偏心輪，驅(qū)動電機(jī)與同步帶連接，同步帶通過同步帶輪與偏心輪連接，偏心輪與滑塊連接，滑塊上端連接驅(qū)動連桿，滑塊下端連接支撐連桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爬行式管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述換向機(jī)構(gòu)包括換向電機(jī)、絲桿及螺母盤；其中，換向電機(jī)設(shè)于外殼內(nèi)的上部，換向電機(jī)與絲桿連接，絲桿穿過螺母盤，第二驅(qū)動腳與螺母盤連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爬行式管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)為具有彈性的導(dǎo)向輪，外殼的上部和下部分別設(shè)有3個導(dǎo)向輪。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爬行式管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu) ，其特征在于:所述第一驅(qū)動腳和支撐腳的端部分別套上橡膠。
專利摘要本實用新型公開了一種爬行式管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，包括外殼、傳動機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、爬行機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；外殼圓周均布3只第一驅(qū)動腳和3只支撐腳，每只第一驅(qū)動腳與第二驅(qū)動腳連接，第一驅(qū)動腳與第二驅(qū)動腳之間設(shè)置復(fù)位彈簧，第二驅(qū)動腳與換向機(jī)構(gòu)連接，驅(qū)動連桿一端與第二驅(qū)動腳連接，驅(qū)動連桿另一端與傳動機(jī)構(gòu)連接，每只支撐腳的端部連接支撐連桿一端，支撐連桿另一端與傳動機(jī)構(gòu)連接，外殼的上部和下部分別設(shè)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢測維修不便、尺寸較大難以適應(yīng)小型管道、速度與精確定位難以控制及豎直爬行效果不佳等問題；具有結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜、檢修方便、精確定位、速度易控制等特點。
文檔編號F16L55/32GK203099211SQ201320022049
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者王紅軍, 黃國鋼, 陳賢政, 鄒湘軍, 陳少龍, 陳文輝, 陳朝輝, 張 浩 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)