一種基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置，該基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置通用性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，能夠自適應(yīng)管徑變化，操作簡(jiǎn)單，便于制造，采用的技術(shù)方案：包括圓筒，圓筒內(nèi)安裝有動(dòng)力機(jī)構(gòu)和減速機(jī)構(gòu)，動(dòng)力機(jī)構(gòu)通過減速機(jī)構(gòu)連接有絲杠螺母有源調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，動(dòng)力機(jī)構(gòu)的另一端連接有彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)，絲杠螺母有源調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)上均安裝有多個(gè)曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)，曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)包括短曲柄，短曲柄上連接有長(zhǎng)曲柄，長(zhǎng)曲柄的另外一端連接有小曲柄，小曲柄的尾端通過軸承安裝有車輪，車輪上設(shè)置有壓力傳感器。
【專利說明】
一種基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于通用管內(nèi)爬行機(jī)器人領(lǐng)域，特別是涉及一種基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置。
【背景技術(shù)】
[0002 ]機(jī)器人技術(shù)是一門綜合性技術(shù)，涉及到機(jī)械工程、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器和電子技術(shù)等多種學(xué)科，極大程度地增強(qiáng)了人類認(rèn)識(shí)世界、改造世界的能力，提高了人們的勞動(dòng)生產(chǎn)率和生活質(zhì)量。歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、海洋探測(cè)、航天和太空探索、國防、醫(yī)療護(hù)理、家庭服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域，特別是在一些特殊的環(huán)境，如深海、狹窄的管道內(nèi)部、有核輻射的工作環(huán)境等，取得了長(zhǎng)足發(fā)展，具有廣泛的應(yīng)用前景和社會(huì)需求。
[0003]現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中，管道已經(jīng)成為一種不可或缺的運(yùn)輸工具。管道機(jī)器人可以在惡劣環(huán)境下對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)和維修，針對(duì)管道機(jī)器人進(jìn)行更深一步的研究迫在眉睫。目前研制的管內(nèi)機(jī)器人多是針對(duì)水平的直管以及傾斜30°以內(nèi)的上升管道，但在變徑管道、彎管上的研究才剛剛起步，通用性較差。因此設(shè)計(jì)能夠穩(wěn)定通過管道內(nèi)部的爬行機(jī)器人具有重要的實(shí)際意義。管道機(jī)器人能夠平穩(wěn)的通過彎管處，關(guān)鍵在于尺寸幾何約束和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)合理。目前針對(duì)管道內(nèi)部的具有自適應(yīng)性能的機(jī)器人預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)主要分如下幾類:
[0004]1、彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)
[0005]彈簧預(yù)緊變徑方式屬于被動(dòng)調(diào)節(jié)法，通過彈簧尺寸隨管徑變化而變化來調(diào)節(jié)支撐輪的徑向距離，達(dá)到適應(yīng)不同管徑的目的。這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要外加動(dòng)力源，在小范圍內(nèi)具有自適應(yīng)能力，缺點(diǎn)是變化范圍小，且隨著彈簧尺寸變化預(yù)緊力也發(fā)生變化。
[0006]2、蝸輪蝸桿預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)
[0007]蝸桿預(yù)緊變徑方式屬于主動(dòng)調(diào)節(jié)法，其工作原理是電機(jī)驅(qū)動(dòng)與之相連接的蝸桿，蝸桿驅(qū)動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于連桿一端和蝸輪剛性固定鉸接在一起，另一端和驅(qū)動(dòng)輪軸鉸接，從而蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪撐開或者緊縮以達(dá)到適應(yīng)不同管徑的目的。該方法可以實(shí)現(xiàn)較大范圍變徑，但所需驅(qū)動(dòng)力較大，一般較少使用。
[0008]3、升降機(jī)預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)
[0009]升降機(jī)預(yù)緊變徑方式的工作原理是在連桿一端作用一定大小和方向的力使升降機(jī)機(jī)構(gòu)升起或者回落，從而使驅(qū)動(dòng)輪也跟著升起或者回落以達(dá)到適應(yīng)不同管徑的目的。采用升降機(jī)預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是在軸向和徑向結(jié)構(gòu)比較緊湊，使機(jī)器人的空間尺寸大大縮小，其缺點(diǎn)是當(dāng)管道直徑較大時(shí)所需的推動(dòng)力較大，對(duì)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度的要求較高。
[0010]4、絲杠螺母預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)
[0011]絲杠螺母副預(yù)緊變徑方式屬有源調(diào)節(jié)方式，其工作原理是預(yù)緊力調(diào)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠螺母和預(yù)緊力傳感器以及軸套用螺栓固定在一起，連桿AB的一端和驅(qū)動(dòng)輪軸鉸接在一起，另一端鉸接在固定支點(diǎn)A處，推桿CD與連桿AB鉸接在D點(diǎn)，另一端鉸接在軸套上C點(diǎn)，軸套在圓周方向相對(duì)固定，因此滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)絲杠螺母沿軸線方向在滾珠絲杠上來回滑動(dòng)，從而帶動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)連桿AB繞支點(diǎn)A轉(zhuǎn)動(dòng)，使驅(qū)動(dòng)輪撐開或者緊縮以達(dá)到適應(yīng)不同管徑的目的。該方法空間布置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需驅(qū)動(dòng)力較小，但缺點(diǎn)是在軸線方向上不是很緊湊。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0012]本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，旨在提供一種基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置，該基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置通用性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，能夠自適應(yīng)管徑變化，操作簡(jiǎn)單，便于制造。
[0013]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:一種基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置，包括圓筒，圓筒內(nèi)安裝有動(dòng)力機(jī)構(gòu)和減速機(jī)構(gòu)，動(dòng)力機(jī)構(gòu)通過減速機(jī)構(gòu)連接有絲杠螺母有源調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，動(dòng)力機(jī)構(gòu)的另一端連接有彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)，絲杠螺母有源調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)上均安裝有多個(gè)曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)；
[0014]曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)包括短曲柄，短曲柄上連接有長(zhǎng)曲柄，長(zhǎng)曲柄的另外一端連接有小曲柄，小曲柄的尾端通過軸承安裝有車輪，車輪上設(shè)置有壓力傳感器。
[0015]優(yōu)選的是，所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在圓筒內(nèi)部的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的主軸通過彈性柱銷聯(lián)軸器與減速機(jī)構(gòu)連接并帶動(dòng)其工作。
[0016]優(yōu)選的是，所述減速機(jī)構(gòu)包括與彈性柱銷聯(lián)軸器連接的圓柱小齒輪軸，圓柱小齒輪軸上套裝有小直齒輪，小直齒輪嚙合有第一傳動(dòng)齒輪，第一傳動(dòng)齒輪中部套裝有傳動(dòng)齒輪軸，傳動(dòng)齒輪軸上套裝有隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的第二傳動(dòng)齒輪，第二傳動(dòng)齒輪嚙合有大直齒輪，大直齒輪中部安裝有圓柱大齒輪軸。
[0017]優(yōu)選的是，所述圓柱小齒輪軸、傳動(dòng)齒輪軸以及圓柱大齒輪軸的兩端均通過深溝球軸承安裝在減速器擋圈上，減速器擋圈安裝在圓筒內(nèi)部。
[0018]優(yōu)選的是，絲杠螺母有源調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括與圓柱大齒輪軸連接隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的絲杠，絲杠上套裝有套環(huán)螺母，套環(huán)螺母上預(yù)設(shè)有多個(gè)用于連接曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)的安裝孔。
[0019]優(yōu)選的是，所述絲杠的外側(cè)安裝有絲杠擋圈。
[0020]優(yōu)選的是，所述彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)包括與動(dòng)力結(jié)構(gòu)連接的伸縮桿，伸縮桿的外側(cè)套裝有彈簧，彈簧外面套有套筒并安裝在伸縮桿上，套筒的外側(cè)設(shè)置有套環(huán)，套環(huán)上預(yù)設(shè)有多個(gè)用于連接曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)的安裝孔。
[0021]優(yōu)選的是，所述曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)數(shù)量為六個(gè)，所述絲杠螺母有源調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)上分別安裝有三個(gè)。
[0022]本實(shí)用新型跟現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果為:本實(shí)用新型通用性強(qiáng)，能夠自適應(yīng)管徑變化，工作時(shí)穩(wěn)定性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，制作方便。
【附圖說明】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0024]圖1為六輪支撐式管內(nèi)爬行機(jī)器人的總體機(jī)構(gòu)圖。
[0025]圖2為動(dòng)力機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3為減速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖4為絲杠螺母有源調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖5為曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖6為彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖中:I為絲杠擋圈，2為絲杠，3為套環(huán)螺母，4為大直齒輪，5為小直齒輪，6為彈性柱銷聯(lián)軸器，7為步進(jìn)電機(jī)，8為伸縮桿，9為車輪，10為軸承，11為小曲柄，12為螺母，13為長(zhǎng)曲柄，14為螺栓，15為短曲柄，16為套環(huán)，17為套筒，18為彈簧，19為減速器擋圈，20為圓柱小齒輪軸，21為圓柱大齒輪軸，22為深溝球軸承，23為圓筒，24為第一傳動(dòng)齒輪，25為傳動(dòng)齒輪軸，26為第二傳動(dòng)齒輪。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本實(shí)用新型的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。
[0032]如圖1-圖6所示，一種基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置，包括圓筒23，圓筒23內(nèi)安裝有動(dòng)力機(jī)構(gòu)和減速機(jī)構(gòu)，動(dòng)力機(jī)構(gòu)通過減速機(jī)構(gòu)連接有絲杠螺母有源調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，動(dòng)力機(jī)構(gòu)的另一端連接有彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)，絲杠螺母有源調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)上均安裝有多個(gè)曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)。
[0033]曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)數(shù)量為六個(gè)，絲杠螺母有源調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)上分別安裝有三個(gè)。曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)包括短曲柄15，短曲柄15上連接有長(zhǎng)曲柄13，長(zhǎng)曲柄13的另外一端連接有小曲柄11，短曲柄15、長(zhǎng)曲柄13以及小曲柄11之間通過螺栓14和螺母12連接，小曲柄11的尾端通過軸承10安裝有車輪9，車輪9上設(shè)置有壓力傳感器。
[0034]動(dòng)力機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在圓筒23內(nèi)部的步進(jìn)電機(jī)7，步進(jìn)電機(jī)7的主軸通過彈性柱銷聯(lián)軸器6與減速機(jī)構(gòu)連接并帶動(dòng)其工作。為了降低齒輪軸轉(zhuǎn)速，使得調(diào)節(jié)更加準(zhǔn)確和平穩(wěn)，可以增加減速機(jī)構(gòu)，減速機(jī)構(gòu)包括與彈性柱銷聯(lián)軸器6連接的圓柱小齒輪軸20，圓柱小齒輪軸20上套裝有小直齒輪5，小直齒輪5嚙合有第一傳動(dòng)齒輪24，第一傳動(dòng)齒輪24中部套裝有傳動(dòng)齒輪軸25，傳動(dòng)齒輪軸25上套裝有隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的第二傳動(dòng)齒輪26，第二傳動(dòng)齒輪26嚙合有大直齒輪4，大直齒輪4中部安裝有圓柱大齒輪軸21。
[0035]為了減少摩擦力，圓柱小齒輪軸20、傳動(dòng)齒輪軸25以及圓柱大齒輪軸21的兩端均通過深溝球軸承22安裝在減速器擋圈19上，減速器擋圈19安裝在圓筒23內(nèi)部。
[0036]絲杠螺母有源調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括與圓柱大齒輪軸21連接隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的絲杠2，絲杠2上套裝有套環(huán)螺母3，套環(huán)螺母3上預(yù)設(shè)有多個(gè)用于連接曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)的安裝孔。絲杠2的外側(cè)安裝有絲杠擋圈I。絲杠擋圈I可防止套環(huán)螺母3在絲杠2上移動(dòng)時(shí)意外脫落。
[0037]彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)包括與動(dòng)力結(jié)構(gòu)連接的伸縮桿8，伸縮桿8的外側(cè)套裝有彈簧18，彈簧18外面套有套筒17并安裝在伸縮桿8上，套筒17的外側(cè)設(shè)置有套環(huán)16，套環(huán)16上預(yù)設(shè)有多個(gè)用于連接曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)的安裝孔。
[0038]本實(shí)用新型的具體工作過程為:當(dāng)直管或彎管的管道內(nèi)部開始泄漏時(shí)，該管內(nèi)爬行機(jī)器人攜帶檢測(cè)和封堵設(shè)備進(jìn)入管道內(nèi)部。當(dāng)管道內(nèi)徑發(fā)生變化或者管道曲率半徑發(fā)生變化時(shí)，該爬行機(jī)器人車輪9上的壓力傳感器會(huì)傳遞車輪9和管道之間的壓力信號(hào)，到達(dá)步進(jìn)電機(jī)7，并通過彈性柱銷聯(lián)軸器6傳遞動(dòng)力到圓柱小齒輪軸20，帶動(dòng)小直齒輪5、第一傳動(dòng)齒輪24、第二傳動(dòng)齒輪26和大直齒輪4轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)圓柱大齒輪軸21轉(zhuǎn)動(dòng)。從減速機(jī)構(gòu)傳遞來的動(dòng)力帶動(dòng)與之相連接的絲杠2轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)使得套環(huán)螺母3在絲杠2上前后移動(dòng)，從而帶動(dòng)與之相連的短曲柄15，長(zhǎng)曲柄13和小曲柄11運(yùn)動(dòng)，達(dá)到可以調(diào)節(jié)車輪9和管道之間的壓力的目的。在套環(huán)螺母3帶動(dòng)與短曲柄15，長(zhǎng)曲柄13和小曲柄11運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，爬行機(jī)器人后輪腿部分(彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)和曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu))彈簧18會(huì)根據(jù)曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)與管道之間的壓力進(jìn)行伸縮變化，以適應(yīng)管道內(nèi)徑和曲率半徑的改變。
[0039]上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作了詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置，其特征在于:包括圓筒(23)，圓筒(23)內(nèi)安裝有動(dòng)力機(jī)構(gòu)和減速機(jī)構(gòu)，動(dòng)力機(jī)構(gòu)通過減速機(jī)構(gòu)連接有絲杠螺母有源調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，動(dòng)力機(jī)構(gòu)的另一端連接有彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)，絲杠螺母有源調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)上均安裝有多個(gè)曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)； 曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)包括短曲柄(15 )，短曲柄(15 )上連接有長(zhǎng)曲柄(13)，長(zhǎng)曲柄(13)的另外一端連接有小曲柄(11)，小曲柄(11)的尾端通過軸承(10)安裝有車輪(9)，車輪(9)上設(shè)置有壓力傳感器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置，其特征在于:所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在圓筒(23)內(nèi)部的步進(jìn)電機(jī)(7)，步進(jìn)電機(jī)(7)的主軸通過彈性柱銷聯(lián)軸器(6)與減速機(jī)構(gòu)連接并帶動(dòng)其工作。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置，其特征在于:所述減速機(jī)構(gòu)包括與彈性柱銷聯(lián)軸器(6)連接的圓柱小齒輪軸(20)，圓柱小齒輪軸(20)上套裝有小直齒輪(5)，小直齒輪(5)嚙合有第一傳動(dòng)齒輪(24)，第一傳動(dòng)齒輪(24)中部套裝有傳動(dòng)齒輪軸(25)，傳動(dòng)齒輪軸(25)上套裝有隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的第二傳動(dòng)齒輪(26)，第二傳動(dòng)齒輪(26)嚙合有大直齒輪(4)，大直齒輪(4)中部安裝有圓柱大齒輪軸(21)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置，其特征在于:所述圓柱小齒輪軸(20)、傳動(dòng)齒輪軸(25)以及圓柱大齒輪軸(21)的兩端均通過深溝球軸承(22)安裝在減速器擋圈(19)上，減速器擋圈(19)安裝在圓筒(23)內(nèi)部。5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置，其特征在于:絲杠螺母有源調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括與圓柱大齒輪軸(21)連接隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的絲杠(2)，絲杠(2)上套裝有套環(huán)螺母(3)，套環(huán)螺母(3)上預(yù)設(shè)有多個(gè)用于連接曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)的安裝孔。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置，其特征在于:所述絲杠(2 )的外側(cè)安裝有絲杠擋圈(I)。7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置，其特征在于:所述彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)包括與動(dòng)力結(jié)構(gòu)連接的伸縮桿(8)，伸縮桿(8)的外側(cè)套裝有彈簧(18)，彈簧(18)外面套有套筒(17)并安裝在伸縮桿(8)上，套筒(17)的外側(cè)設(shè)置有套環(huán)(16)，套環(huán)(16)上預(yù)設(shè)有多個(gè)用于連接曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)的安裝孔。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于六輪支撐式的管內(nèi)自適應(yīng)爬行裝置，其特征在于:所述曲柄連桿支撐機(jī)構(gòu)數(shù)量為六個(gè)，所述絲杠螺母有源調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和彈簧預(yù)緊支撐機(jī)構(gòu)上分別安裝有三個(gè)。
【文檔編號(hào)】F16L55/32GK205479972SQ201620091584
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年1月29日
【發(fā)明人】閆宏偉, 陳伶, 崔子梓, 焦彪彪, 楊晉, 范倩倩, 高強(qiáng), 陸輝山
【申請(qǐng)人】中北大學(xué)