伸缩式管道内壁机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种纤绳式伸缩管道机器人，主要由伸缩结构、支撑抓手构成。伸缩结构的主体是两个平行四边形外框，两个外框只有一个连接点，四边形每个角都有扭簧，使得该四边形外框具有伸展的趋势，在伸缩结构的两端有两个减速电机，尼龙绳跨接在伸缩结构的两侧，通过减速电机提供动力使得伸缩结构压缩。在平行四边形结构的硬质外框基础上，扭簧的弹性能够使得硬质外框伸展，置于结构两端的减速马达通过尼龙绳可以使得硬质外框压缩。通过调整电机的转速可以使得软体弯曲。在该伸缩结构两端加装支撑抓手就能实现在弯曲管道中爬行。

【技术实现步骤摘要】
伸缩式管道内壁机器人
本专利技术涉及一种管道爬行机器人的解决方案，是一种基于纤绳式伸缩管道机器人的设计方案
技术介绍
70年代，石油、化工、天然气及核工业的发展及管道维护的需要刺激了管内机器人的研究。一般认为，法国的J.VR`ERTUT最早开展管内机器人理论与样机的研究，他于1978年提出了轮腿式管内行走机构模型IPRIVO80年代日本的福田敏男、细贝英实、冈田德次、屈正幸、福田镜二等人充分利用法、美等国的研究成果和现代技术，开发了多种结构的管内机器人。韩国成均馆大学的HyoukR.C.等人研制了天然气管道检测机器人MRINSPECT系列。我国管内机器人技术的研究己有20余年的历史，哈尔滨工业大学、中国科学院沈阳自动化研究所、上海交通大学、清华大学、浙江大学、北京石油化工学院、天津大学、太原理工大学、大庆石油管理局、胜利油田、中原油田等单位进行了这方面的研究工作。对于管道机器人的研究，以前对多轮支撑结构的研究较多，才研究传统轮式移动机器人直接用在圆形管道的检测和维护。空间多轮结构的管内机器人的轮子与壁面接触时，接触点与轮心的连线在柱面的半径方向上，并且轮子的行驶方向与柱面的母线平行，这是单个轮子在管道曲面上位姿的一种特殊情况。轮式移动机器人在管道中运行时，由于管道尺寸大小不、具有弯道和“T”型接头等，轮式移动机器人的每一个轮子在管道中的位姿是不可预测的产轮子的轴线方向可能不垂直于圆管的半径方向，所以有必要分析单个轮子在圆管曲面上任意位姿时满足纯滚动和无侧滑条件下的运动学特性。对于轮式管道机器人在实际应用过程沪遇到的问所譬如在弯管，和不规则管道时发生运动干涉，由于内耗造成的驱动力不足，由于壁面的变形万以及机器人本身的误差，导致机器人在管道中偏离正确的姿态，甚至侧翻和卡死这些问题。国内外的研究人员主要从结构上，如采用差速器、柔性联接等方面进行解决，但这会使结构更加复杂，增加成本。
技术实现思路
基于上述背景，我们研发了基于纤绳式伸缩管道机器人。这是一种利用减速电机提供压缩的动力，利用扭簧组提供伸展的动力，通过调节两个电机的转速可以实现在管道中弯曲前进。实现此功能主要依靠机器人中间部分的伸缩结构。该结构的基本原理是利用四边形的不稳定性，在四边形的对角施加力的作用，就能够使得四边形的形状发生改变，如果施加拉力就能够使得四边形变长，如果施加的是压力就能够使得四边形变短从而实现了压缩的功能。将两个如此的四边形通过连接件连接起来就能够实现弯曲功能。在我们的设计中，四边形的每个角上都有弹簧以提供四边形伸展的趋势。两个减速电机同速拉绳子时，伸缩结构压缩不弯曲；两个减速电机同速放绳子时由于弹簧的弹性软体伸展但是不弯曲；当两个电机有一定的差速时软体便发生弯曲。利用此伸缩结构我们设计出了管道爬行机器人和蠕虫机器人。管道爬行机器人在伸缩结构的两端加装支撑抓手，实现的功能是撑在管子的内壁实现固定的作用。我们在爬行过程中，上部分的支撑抓手工作撑在管道的内壁，下部分的支撑抓手放松，伸缩结构压缩将下部的抓手提升；然后将下部的支撑抓手打开上部的支撑抓手关闭，伸展伸缩结构，如此往复就能够实现爬升。蠕虫机器人的原理与爬管子机器人的运动方式相差无几，主要差别是抓取结构的不同，以实现在地面的蠕动。本专利技术的有益效果是，本专利技术能够解决现有的爬管子机器人不能爬过弯曲管道的问题，并且能够有效的避免在爬行过程中所遇到的阻塞问题。该爬管子机器人具有较大的负载，可以与摄像头等一系列传感器配合使用，完成侦查勘探作业。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为为伸缩结构的结构示意图；图2为由伸缩结构拼装出的爬管子机器人机器人示意图。图1中1、3.减速电机固定件,2.减速电机,4.硬质外框,5.扭簧,6.尼龙绳,7.绕线器图2中1.支撑抓手爪子,2.支撑抓手动力舵机,3.管子,4。伸缩结构具体实施方式【实施例1】如图1所示的伸缩结构所示的，主要实现伸缩和弯曲的功能。该结构的基本原理是利用四边形的不稳定性，在四边形的对角施加力的作用，就能够使得四边形的形状发生改变，如果施加拉力就能够使得四边形变长，如果施加的是压力就能够使得四边形变短从而实现了压缩的功能。将两个如此的四边形通过连接件连接起来就能够实现弯曲功能。在我们的设计中，四边形的每个边是由硬质材料构成，四边形的每个角上都有弹簧5以提供伸缩结构伸缩的趋势。在此伸缩结构中两个减速电机2的作用基本和软体模块I中的减速电机相似，两个减速电机2同速拉绳子时，伸缩结构压缩不弯曲；两个减速电机2同速放绳子时由于弹簧的弹性软体伸展但是不弯曲；当两个电机有一定的差速时软体便发生弯曲。从而实现了伸缩结构伸缩和弯曲的功能【实施例2】如图2所示，利用该伸缩结构我们设计出了管道内壁爬行机器人，主要是在伸缩结构的两端安装支撑抓手1，这种抓手类似于市场上的机械手，其功能是撑在管子的内壁起到固定的作用。我们在爬行过程中，上部分的支撑抓手a工作撑住管道的内壁，下部分的支撑抓手b放松，伸缩结构4收缩长度变小将下部的抓手提升；然后将下部的支撑抓手b打开上部的支撑抓手a收拢，同时伸展伸缩结构4，使得支撑抓手a抬升，如此往复就能够实现爬升。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤绳式伸缩管道机器人，主要由伸缩结构、支撑抓手构成。伸缩结构的主体是两个平行四边形外框，两个外框只有一个连接点，四边形每个角都有扭簧，使得该四边形外框具有伸展的趋势，在伸缩结构的两端有两个减速电机，尼龙绳跨接在伸缩结构的两侧，通过减速电机提供动力使得伸缩结构压缩。其特征是：在平行四边形结构的硬质外框基础上，扭簧的弹性能够使得硬质外框伸展，置于结构两端的减速马达通过尼龙绳可以使得硬质外框压缩。通过调整电机的转速可以使得软体弯曲。

【技术特征摘要】
1.一种纤绳式伸缩管道机器人，主要由伸缩结构、支撑抓手构成。伸缩结构的主体是两个平行四边形外框，两个外框只有一个连接点，四边形每个角都有扭簧，使得该四边形外框具有伸展的趋势，在伸缩结构的两端有两个减速电机，尼龙绳跨接在伸缩结构的两侧，通过减速电机提供动力使得伸缩结构压缩。其特征是：在平行四边形结构的硬质外框基础上，扭簧的弹性能够使得硬质外框伸展，置于结构两端的减速马达通过尼龙绳可以...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志虎，辜智强，王君来，张玉玺，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11