專利名稱：一種利用自鎖實現行進的管道機器人的行進機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用自鎖實現行進的管道機器人的行進機構。
背景技術：
管道內形成了隱蔽的小環境，為了探索管道內部的狀態，并實現在管道內的作業， 管道機器人應運而生。管道機器人要在管道內進行作業，首先要解決機器人在管道內的行 進問題。由于管道壁的約束，使管道內空間狹小，內部空間隱蔽，管道機器人如何在豎直、彎 曲、有分支管道中的行進，被普遍認為是管道機器人的一個難以解決的問題。現有技術也專 門針對這個難點提出了各種解決方式。如專利號為200710035846. 9的名為《蠕動式微小管 道機器人》的發明專利就提出了一種通過支撐部件和伸縮部件組合而成的管道機器人的行 進機構。這樣的結構能在管道內進行移動，但是這一裝置需要安裝3個電機，支撐部件需要 通過電機提供的壓力壓在管道內壁上，并且通過摩擦力進行固定，加上電機控制方面需求， 整個系統的成本也相對提高了。此外，現有技術中的管道機器人重量大，結構復雜，成本也 較高，使投入產業化生產帶來了困難。
發明內容
本發明的目的在于提供一種利用自鎖實現行進的管道機器人的行進裝置，本裝置 只需一個電機，利用機構自鎖現象，使機器人能在水平、豎直、彎曲等形態的管道中行進，并 且使這一機器人對不同管徑、不同截面的管道有一定的適應性。為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現一種利用自鎖完成行進的管 道機器人的行進機構，包括通過帶有聯接彈簧的連接機構依次連接的前支撐機構、中間傳 動機構、后支撐機構，所述前支撐機構和后支撐機構均為傘狀結構，包括調節絲桿，以及通 過螺母和彈簧活動套接在調節絲桿上的活動支架盤和通過1對螺母固定在調節絲桿上的 固定支架盤，活動支架盤活動連接有若干短支撐桿，固定支架盤活動連接有對應短支撐桿 數量的主支撐桿，短支撐桿活動連接在主支撐桿中部，主支撐桿末端連接有分支桿，分支桿 的分支上安裝有對稱的摩擦球和導向輪，調節絲桿上還設有用于和中間傳動機構連接的連 接機構。優選的，相對于行進方向，所述分支桿上所安裝的導向輪在前，摩擦球在后。這樣 的結構能使摩擦球起到阻止整體結構相對于行進方向的逆向滑動，尤其在豎直爬升的過程 中起到防滑的作用，保證了系統的運行穩定。優選的，所述活動支架盤、短支撐桿、固定支架盤、主支撐桿之間是通過銷軸組件 相互活動連接的。銷軸組件結構簡單，使用可靠，適用于此。優選的，所述短支撐桿和主支撐桿數量為4根。這樣數量下的短支撐桿和主支撐 桿適用在多種截面形狀的管道。優選的，所述前支撐機構的連接機構為丁字滑塊。由于采用了 丁字滑塊，在管道轉 彎處，前支撐機構可以和中間傳動機構呈一個角度行進，方便整個系統轉過小于90°的彎。
優選的，所述后支撐機構的連接機構為固定座。優選的，所述中間傳動機構由活動連接在驅動絲桿上的交叉成平行四邊形連接在一起的連桿一、連桿二、連桿三組成的伸縮結構，以及固定在電機支座上的電機組成，連桿 一連接在前支撐機構的連接機構上，連桿三連接在后支撐機構的連接機構上，電機連接驅 動絲桿。這樣的連桿結構能通過電機帶動驅動絲桿驅動連桿一、連桿二、連桿三組成的伸縮 結構，伸縮結構帶動支撐機構前進。優選的，所述連桿一的長度長于連桿三的長度。這樣設計的優點在于可以使每次 前進的距離最大化，并縮短絲桿的長度，提高了機械效率。與現有技術相比，本發明一種利用自鎖實現行進的管道機器人的行進裝置的優點 是本發明只需一個電機，利用管道對內部物體的約束作用，利用自鎖完成機器人在管道內 的行進。前支撐機構和后支撐機構均具有手動調節和彈簧作用下的自動調節功能，使機器 人對不同直徑的管道有一定的適應性。機器人能在水平、彎曲、豎直的管道內行進，也能適 應方形、圓形、矩形截面管道，而且能保證在行進過程中不會打滑。利用機器人自動調節功 能、和對機器人的手動調節，可使機器人能適應管道截面尺寸在一定范圍內的變化。同時支 撐部件上不需要設置電機，簡化了結構，降低了機器人的整體重量，也降低了成本。
下面結合附圖對本發明作進一步說明圖1為本發明一種利用自鎖實現行進的管道機器人的行進機構的結構示意圖；圖2為本發明一種利用自鎖實現行進的管道機器人的行進機構運動示意圖；圖3為一種利用自鎖實現行進的管道機器人的行進機構前支撐結構向上運動時 自鎖原理圖。圖4為一種利用自鎖實現行進的管道機器人的行進機構前支撐結構固定時自鎖
原理圖。圖5為本發明一種利用自鎖實現行進的管道機器人的行進機構整體結構示意圖；圖6為一種利用自鎖實現行進的管道機器人的行進機構對不同截面管道的適應 性示意圖。
具體實施例方式如圖1、圖5所示本發明涉及一種利用自鎖實現行進的管道機器人的行進機構由 三部分組成，包括通過帶有聯接彈簧11的連接機構依次連接的前支撐機構14、中間傳動機 構4、后支撐機構15，由于聯接彈簧11可以彎曲，所以整個行進機構能彎曲至小于90°，使 機器人能通過小于90°的彎曲管道。所述前支撐機構14和后支撐機構15均為傘狀結構，包括調節絲桿1，以及通過螺 母2和彈簧3活動套接在調節絲桿1上的活動支架盤41和通過1對螺母2固定在調節絲 桿1上的固定支架盤42，活動支架盤41活動連接有若干短支撐桿6，固定支架盤42活動連 接有對應短支撐桿6數量的主支撐桿9，短支撐桿6活動連接在主支撐桿9中部，主支撐桿 9末端連接有分支桿8，分支桿8的分支上安裝有對稱的摩擦球7和導向輪10，調節絲桿1 上還設有用于和中間傳動機構4連接的連接機構。
所示電機19帶動驅動絲桿22轉動，從而帶動絲桿螺母的移動，螺母移動帶動由連桿一 16、連桿二 17、連桿三20構成的平行四邊形的機構，電機19的正反轉時，分別實現平 行四邊形機構的伸長和收縮；由于自鎖機構只能單向移動，平行機構伸長時推動前支撐機 構14向前移動，平行機構收縮時，將后支撐機構15向前拉進，從而完成機器人的行進動作。機構的自鎖原理如圖3、4所示，相對于行進的正方向，所述分支桿8上所安裝的導 向輪10在前，摩擦球7在后，這樣形成一個自鎖機構，自鎖機構原理如下當在中間傳動機 構4的作用下使前支撐結構14向正向運動時，摩擦球7受到向下的摩擦力作用，固定支架 盤42將聯接彈簧11壓縮，主支撐桿9繞固定支架盤42的兩端向調節絲桿1的方向轉動， 這樣幾個主支撐桿9上的分支桿8之間的距離縮短，摩擦球7和導向輪10與管道內壁的正 壓力減小，這樣前支撐機構14和管壁之間摩擦降低，可順利向前運動。而如圖4所示，當前 支撐機構14到位，需要通過中間傳動機構4帶起后支撐機構15時，需要前支撐機構14在 管道內保持固定位置。當前支撐機構14有逆向運動趨勢時，如圖4所示，前支撐機構14所 受的摩擦力與圖3所示的方向相反，導致幾個主支撐桿9上的分支桿8之間的距離有增大 趨勢，從而增大摩擦球7與管內壁間的正壓力，使摩擦力加大，使機構不能逆向運動，實現 了本發明一種利用自鎖實現行進的管道機器人的行進機構的自鎖。這樣機構可保證機器人 在管道內活動的單向性。所述活動支架盤41、短支撐桿6、固定支架盤42、主支撐桿9之間是通過銷軸組件 5相互活動連接的，這樣的連接簡單而且可靠。所述短支撐桿6和主支撐桿9數量為4根， 適合在不同的管道內作業。所述前支撐機構14的連接機構為丁字滑塊13，方便在彎曲的 管道內作業。所述后支撐機構15的連接機構為固定座21。采用本發明的機器人能適應水 平、彎曲、豎直等管道；能適應方形、圓形、矩形截面管道；利用手動、自動調節功能，可使機 器人能適應管道尺寸在一定范圍內的變化。所述中間傳動機構4由活動連接在驅動絲桿22上的交叉成平行四邊形連接在一 起的連桿一 16、連桿二 17、連桿三20組成的伸縮結構，以及固定在電機支座18上的電機19 組成，連桿一 16連接在前支撐機構14的連接機構上，連桿三20連接在后支撐機構15的連 接機構上，電機19連接驅動絲桿22。所述連桿一 16的長度長于連桿三20的長度。調節螺母2，可使前支撐機構14和后支撐機構15的張開程度出現變化，在彈簧3 的張力的作用下，使前支撐機構14和后支撐機構15能自動適應管徑的變化，因此本發明能 手動或自動適應管徑在一定范圍內的變化；綜上，本發明一種利用自鎖實現行進的管道機器人的行進機構向前運動從中間傳 動機構4的伸縮結構處于伸長狀態開始，一個周期可分解為如下六動作即如圖2所示的后 支撐結構15收縮，中間傳動機構4的伸縮結構收縮，后支撐結構15張開，前支撐結構14收 縮，中間傳動機構4的伸縮結構張開這六個動作。六個動作形成一個周期，多個周期的重復 使機器人完成前進動作。由于整個動作由一個電機19進行驅動，簡化了結構，降低了成本， 而且不需要額外的控制電路，適合大規模生產。以上所述僅為本發明最佳的具體實施，但本發明的結構特征并不局限于此，任何 本領域的技術人員在本發明的領域內，所作的變化或修飾皆涵蓋在本發明的專利范圍之中。
權利要求
一種利用自鎖完成行進的管道機器人的行進機構，包括通過帶有聯接彈簧(11)的連接機構依次連接的前支撐機構(14)、中間傳動機構(4)、后支撐機構(15)，其特征在于，所述前支撐機構(14)和后支撐機構(15)均為傘狀結構，包括調節絲桿(1)，以及通過螺母(2)和彈簧(3)活動套接在調節絲桿(1)上的活動支架盤(41)和通過1對螺母(2)固定在調節絲桿(1)上的固定支架盤(42)，活動支架盤(41)活動連接有若干短支撐桿(6)，固定支架盤(42)活動連接有對應短支撐桿(6)數量的主支撐桿(9)，短支撐桿(6)活動連接在主支撐桿(9)中部，主支撐桿(9)末端連接有分支桿(8)，分支桿(8)的分支上安裝有對稱的摩擦球(7)和導向輪(10)，調節絲桿(1)上還設有用于和中間傳動機構(4)連接的連接機構。
2.如權利要求1所述的一種利用自鎖完成行進的管道機器人的行進機構，其特征在 于，相對于行進方向，所述分支桿(8)上所安裝的導向輪(10)在前，摩擦球(7)在后。
3.如權利要求1所述的一種利用自鎖完成行進的管道機器人的行進機構，其特征在 于，所述活動支架盤(41)、短支撐桿(6)、固定支架盤(42)、主支撐桿(9)之間是通過銷軸組 件(5)相互活動連接的。
4.如權利要求1所述的一種利用自鎖完成行進的管道機器人的行進機構，其特征在 于，所述短支撐桿(6)和主支撐桿(9)數量為4根。
5.如權利要求1所述的一種利用自鎖完成行進的管道機器人的行進機構，其特征在 于，所述前支撐機構(14)的連接機構為丁字滑塊(13)。
6.如權利要求1所述的一種利用自鎖完成行進的管道機器人的行進機構，其特征在 于，所述后支撐機構(15)的連接機構為固定座(21)。
7.如權利要求1所述的一種利用自鎖完成行進的管道機器人的行進機構，其特征在 于，所述中間傳動機構(4)由活動連接在驅動絲桿(22)上的交叉成平行四邊形連接在一起 的連桿一(16)、連桿二(17)、連桿三(20)組成的伸縮結構，以及固定在電機支座(18)上的 電機(19)組成，連桿一(16)連接在前支撐機構(14)的連接機構上，連桿三(20)連接在后 支撐機構(15)的連接機構上，電機(19)連接驅動絲桿(22)。
8.如權利要求7所述的一種利用自鎖完成行進的管道機器人的行進機構，其特征在 于，所述連桿一(16)的長度長于連桿三(20)的長度。
全文摘要
本發明的目的在于提供一種利用自鎖實現行進的管道機器人的行進裝置，使機器人能在水平、豎直、彎曲等形態的管道中行進。為解決上述問題，本發明通過以下技術方案實現包括通過依次連接的前支撐機構、中間傳動機構、后支撐機構，所述前支撐機構和后支撐機構均為傘狀結構，包括調節絲桿，以及通過螺母和彈簧活動套接在調節絲桿上的活動支架盤和通過一對螺母固定在調節絲桿上的固定支架盤，活動支架盤活動連接有若干短支撐桿，固定支架盤活動連接有對應短支撐桿數量的主支撐桿，短支撐桿活動連接在主支撐桿中部。與現有技術相比，本發明的優點是只需一個電機，利用管道對內部物體的約束作用，利用自鎖完成機器人在管道內的行進。同時支撐部件上不需要設置電機，簡化了結構。
文檔編號F16L101/30GK101818842SQ20101014432
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月2日 優先權日2010年4月2日
發明者俞紅祥, 徐洪, 施利華, 王文龍, 賈燕峰, 阮維亮, 黃平 申請人:浙江師范大學