一種基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置，該基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置通用性強、穩定性好，能夠自適應管徑變化，操作簡單，便于制造，采用的技術方案：包括圓筒，圓筒內安裝有動力機構和減速機構，動力機構通過減速機構連接有絲杠螺母有源調節機構，動力機構的另一端連接有彈簧預緊支撐機構，絲杠螺母有源調節機構和彈簧預緊支撐機構上均安裝有多個曲柄連桿支撐機構，曲柄連桿支撐機構包括短曲柄，短曲柄上連接有長曲柄，長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，車輪上設置有壓力傳感器。
【專利說明】
一種基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于通用管內爬行機器人領域，特別是涉及一種基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置。
【背景技術】
[0002 ]機器人技術是一門綜合性技術，涉及到機械工程、自動控制、計算機、人工智能、傳感器和電子技術等多種學科，極大程度地增強了人類認識世界、改造世界的能力，提高了人們的勞動生產率和生活質量。歷經半個多世紀的發展，機器人技術在工業生產、海洋探測、航天和太空探索、國防、醫療護理、家庭服務等多個領域，特別是在一些特殊的環境，如深海、狹窄的管道內部、有核輻射的工作環境等，取得了長足發展，具有廣泛的應用前景和社會需求。
[0003]現代工業發展中，管道已經成為一種不可或缺的運輸工具。管道機器人可以在惡劣環境下對管道內部進行檢測和維修，針對管道機器人進行更深一步的研究迫在眉睫。目前研制的管內機器人多是針對水平的直管以及傾斜30°以內的上升管道，但在變徑管道、彎管上的研究才剛剛起步，通用性較差。因此設計能夠穩定通過管道內部的爬行機器人具有重要的實際意義。管道機器人能夠平穩的通過彎管處，關鍵在于尺寸幾何約束和設計機構合理。目前針對管道內部的具有自適應性能的機器人預緊支撐機構主要分如下幾類:
[0004]1、彈簧預緊支撐機構
[0005]彈簧預緊變徑方式屬于被動調節法，通過彈簧尺寸隨管徑變化而變化來調節支撐輪的徑向距離，達到適應不同管徑的目的。這種方法最大的優點是不需要外加動力源，在小范圍內具有自適應能力，缺點是變化范圍小，且隨著彈簧尺寸變化預緊力也發生變化。
[0006]2、蝸輪蝸桿預緊支撐機構
[0007]蝸桿預緊變徑方式屬于主動調節法，其工作原理是電機驅動與之相連接的蝸桿，蝸桿驅動蝸輪轉動，由于連桿一端和蝸輪剛性固定鉸接在一起，另一端和驅動輪軸鉸接，從而蝸輪的轉動帶動驅動輪撐開或者緊縮以達到適應不同管徑的目的。該方法可以實現較大范圍變徑，但所需驅動力較大，一般較少使用。
[0008]3、升降機預緊支撐機構
[0009]升降機預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機構升起或者回落，從而使驅動輪也跟著升起或者回落以達到適應不同管徑的目的。采用升降機預緊支撐機構最大的優點是在軸向和徑向結構比較緊湊，使機器人的空間尺寸大大縮小，其缺點是當管道直徑較大時所需的推動力較大，對機構的強度的要求較高。
[0010]4、絲杠螺母預緊支撐機構
[0011]絲杠螺母副預緊變徑方式屬有源調節方式，其工作原理是預緊力調節電機驅動絲杠轉動，絲杠螺母和預緊力傳感器以及軸套用螺栓固定在一起，連桿AB的一端和驅動輪軸鉸接在一起，另一端鉸接在固定支點A處，推桿CD與連桿AB鉸接在D點，另一端鉸接在軸套上C點，軸套在圓周方向相對固定，因此滾珠絲杠的轉動將帶動絲杠螺母沿軸線方向在滾珠絲杠上來回滑動，從而帶動推桿運動，進而推動連桿AB繞支點A轉動，使驅動輪撐開或者緊縮以達到適應不同管徑的目的。該方法空間布置結構簡單，所需驅動力較小，但缺點是在軸線方向上不是很緊湊。
【實用新型內容】
[0012]本實用新型克服現有技術存在的不足，解決現有技術存在的問題，旨在提供一種基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置，該基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置通用性強、穩定性好，能夠自適應管徑變化，操作簡單，便于制造。
[0013]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為:一種基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置，包括圓筒，圓筒內安裝有動力機構和減速機構，動力機構通過減速機構連接有絲杠螺母有源調節機構，動力機構的另一端連接有彈簧預緊支撐機構，絲杠螺母有源調節機構和彈簧預緊支撐機構上均安裝有多個曲柄連桿支撐機構；
[0014]曲柄連桿支撐機構包括短曲柄，短曲柄上連接有長曲柄，長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，車輪上設置有壓力傳感器。
[0015]優選的是，所述動力機構包括設置在圓筒內部的步進電機，步進電機的主軸通過彈性柱銷聯軸器與減速機構連接并帶動其工作。
[0016]優選的是，所述減速機構包括與彈性柱銷聯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齒輪，第一傳動齒輪中部套裝有傳動齒輪軸，傳動齒輪軸上套裝有隨其轉動的第二傳動齒輪，第二傳動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]優選的是，所述圓柱小齒輪軸、傳動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部。
[0018]優選的是，絲杠螺母有源調節機構包括與圓柱大齒輪軸連接隨其轉動的絲杠，絲杠上套裝有套環螺母，套環螺母上預設有多個用于連接曲柄連桿支撐機構的安裝孔。
[0019]優選的是，所述絲杠的外側安裝有絲杠擋圈。
[0020]優選的是，所述彈簧預緊支撐機構包括與動力結構連接的伸縮桿，伸縮桿的外側套裝有彈簧，彈簧外面套有套筒并安裝在伸縮桿上，套筒的外側設置有套環，套環上預設有多個用于連接曲柄連桿支撐機構的安裝孔。
[0021]優選的是，所述曲柄連桿支撐機構數量為六個，所述絲杠螺母有源調節機構和彈簧預緊支撐機構上分別安裝有三個。
[0022]本實用新型跟現有技術相比具有的有益效果為:本實用新型通用性強，能夠自適應管徑變化，工作時穩定性強，操作簡單，制作方便。
【附圖說明】
[0023]下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0024]圖1為六輪支撐式管內爬行機器人的總體機構圖。
[0025]圖2為動力機構的結構示意圖。
[0026]圖3為減速機構的結構示意圖。
[0027]圖4為絲杠螺母有源調節機構的結構示意圖。
[0028]圖5為曲柄連桿支撐機構的結構示意圖。
[0029]圖6為彈簧預緊支撐機構的結構示意圖。
[0030]圖中:I為絲杠擋圈，2為絲杠，3為套環螺母，4為大直齒輪，5為小直齒輪，6為彈性柱銷聯軸器，7為步進電機，8為伸縮桿，9為車輪，10為軸承，11為小曲柄，12為螺母，13為長曲柄，14為螺栓，15為短曲柄，16為套環，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為第一傳動齒輪，25為傳動齒輪軸，26為第二傳動齒輪。
【具體實施方式】
[0031]為使本實用新型的目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0032]如圖1-圖6所示，一種基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置，包括圓筒23，圓筒23內安裝有動力機構和減速機構，動力機構通過減速機構連接有絲杠螺母有源調節機構，動力機構的另一端連接有彈簧預緊支撐機構，絲杠螺母有源調節機構和彈簧預緊支撐機構上均安裝有多個曲柄連桿支撐機構。
[0033]曲柄連桿支撐機構數量為六個，絲杠螺母有源調節機構和彈簧預緊支撐機構上分別安裝有三個。曲柄連桿支撐機構包括短曲柄15，短曲柄15上連接有長曲柄13，長曲柄13的另外一端連接有小曲柄11，短曲柄15、長曲柄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上設置有壓力傳感器。
[0034]動力機構包括設置在圓筒23內部的步進電機7，步進電機7的主軸通過彈性柱銷聯軸器6與減速機構連接并帶動其工作。為了降低齒輪軸轉速，使得調節更加準確和平穩，可以增加減速機構，減速機構包括與彈性柱銷聯軸器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嚙合有第一傳動齒輪24，第一傳動齒輪24中部套裝有傳動齒輪軸25，傳動齒輪軸25上套裝有隨其轉動的第二傳動齒輪26，第二傳動齒輪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內部。
[0036]絲杠螺母有源調節機構包括與圓柱大齒輪軸21連接隨其轉動的絲杠2，絲杠2上套裝有套環螺母3，套環螺母3上預設有多個用于連接曲柄連桿支撐機構的安裝孔。絲杠2的外側安裝有絲杠擋圈I。絲杠擋圈I可防止套環螺母3在絲杠2上移動時意外脫落。
[0037]彈簧預緊支撐機構包括與動力結構連接的伸縮桿8，伸縮桿8的外側套裝有彈簧18，彈簧18外面套有套筒17并安裝在伸縮桿8上，套筒17的外側設置有套環16，套環16上預設有多個用于連接曲柄連桿支撐機構的安裝孔。
[0038]本實用新型的具體工作過程為:當直管或彎管的管道內部開始泄漏時，該管內爬行機器人攜帶檢測和封堵設備進入管道內部。當管道內徑發生變化或者管道曲率半徑發生變化時，該爬行機器人車輪9上的壓力傳感器會傳遞車輪9和管道之間的壓力信號，到達步進電機7，并通過彈性柱銷聯軸器6傳遞動力到圓柱小齒輪軸20，帶動小直齒輪5、第一傳動齒輪24、第二傳動齒輪26和大直齒輪4轉動，進而帶動圓柱大齒輪軸21轉動。從減速機構傳遞來的動力帶動與之相連接的絲杠2轉動，同時使得套環螺母3在絲杠2上前后移動，從而帶動與之相連的短曲柄15，長曲柄13和小曲柄11運動，達到可以調節車輪9和管道之間的壓力的目的。在套環螺母3帶動與短曲柄15，長曲柄13和小曲柄11運動的同時，爬行機器人后輪腿部分(彈簧預緊支撐機構和曲柄連桿支撐機構)彈簧18會根據曲柄連桿支撐機構與管道之間的壓力進行伸縮變化，以適應管道內徑和曲率半徑的改變。
[0039]上面結合附圖對本實用新型的實施例作了詳細說明，但是本實用新型并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【主權項】
1.一種基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置，其特征在于:包括圓筒(23)，圓筒(23)內安裝有動力機構和減速機構，動力機構通過減速機構連接有絲杠螺母有源調節機構，動力機構的另一端連接有彈簧預緊支撐機構，絲杠螺母有源調節機構和彈簧預緊支撐機構上均安裝有多個曲柄連桿支撐機構； 曲柄連桿支撐機構包括短曲柄(15 )，短曲柄(15 )上連接有長曲柄(13)，長曲柄(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)上設置有壓力傳感器。2.根據權利要求1所述的一種基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置，其特征在于:所述動力機構包括設置在圓筒(23)內部的步進電機(7)，步進電機(7)的主軸通過彈性柱銷聯軸器(6)與減速機構連接并帶動其工作。3.根據權利要求2所述的一種基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置，其特征在于:所述減速機構包括與彈性柱銷聯軸器(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)嚙合有第一傳動齒輪(24)，第一傳動齒輪(24)中部套裝有傳動齒輪軸(25)，傳動齒輪軸(25)上套裝有隨其轉動的第二傳動齒輪(26)，第二傳動齒輪(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.根據權利要求3所述的一種基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置，其特征在于:所述圓柱小齒輪軸(20)、傳動齒輪軸(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)內部。5.根據權利要求2或3所述的一種基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置，其特征在于:絲杠螺母有源調節機構包括與圓柱大齒輪軸(21)連接隨其轉動的絲杠(2)，絲杠(2)上套裝有套環螺母(3)，套環螺母(3)上預設有多個用于連接曲柄連桿支撐機構的安裝孔。6.根據權利要求5所述的一種基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置，其特征在于:所述絲杠(2 )的外側安裝有絲杠擋圈(I)。7.根據權利要求2或3所述的一種基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置，其特征在于:所述彈簧預緊支撐機構包括與動力結構連接的伸縮桿(8)，伸縮桿(8)的外側套裝有彈簧(18)，彈簧(18)外面套有套筒(17)并安裝在伸縮桿(8)上，套筒(17)的外側設置有套環(16)，套環(16)上預設有多個用于連接曲柄連桿支撐機構的安裝孔。8.根據權利要求1所述的一種基于六輪支撐式的管內自適應爬行裝置，其特征在于:所述曲柄連桿支撐機構數量為六個，所述絲杠螺母有源調節機構和彈簧預緊支撐機構上分別安裝有三個。
【文檔編號】F16L55/32GK205479972SQ201620091584
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月29日
【發明人】閆宏偉, 陳伶, 崔子梓, 焦彪彪, 楊晉, 范倩倩, 高強, 陸輝山
【申請人】中北大學