一种地下钻进机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种地下钻进机器人，包括锥形螺旋挤扩钻头、主驱动电机、壳体、摆转机构、周转机构和推进机构，所述壳体为直圆筒形，包括壳体筒、隔板和尾端板，隔板和尾端板分别固定设于壳体筒中部和尾部；所述锥形螺旋挤扩钻头设于壳体前端，锥形螺旋挤扩钻头与主驱动电机的轴相连，主驱动电机固定于摆转机构上，通过摆转机构锥形螺旋挤扩钻头在旋转时可以有一定幅度摆动，摆转机构的驱动部分固定设于周转机构上，周转机构的驱动部分固定于隔板上，通过周转机构的带动可实现摆转机构相对于壳体筒的周向旋转，所述推进机构设于壳体筒内尾端，用于推动整个装置前进。本实用新型专利技术控制简单，转向灵活，设备稳定可靠，具备较大推广应用价值。

An underground drilling robot

The utility model discloses an underground drilling robot, which comprises a conical screw expanding drill bit, a main driving motor, a shell, a swinging mechanism, a turning mechanism and a propulsion mechanism. The shell is a straight cylinder, including a shell cylinder, a baffle and a tail end plate. The baffle and a tail end plate are respectively fixed in the middle and the tail of the shell cylinder. The conical screw extrusion drill bit is located at the front end of the shell. The conical screw extrusion drill bit is connected with the shaft of the main driving motor. The main driving motor is fixed on the swing mechanism. The conical screw extrusion drill can swing at a certain extent when it rotates through the swing mechanism. The driving part of the swing mechanism is fixed on the swing mechanism and the swing mechanism. The driving part of the swing mechanism is fixed on the baffle, and the circumferential rotation of the swing mechanism relative to the shell barrel can be realized by the driving of the swing mechanism. The propulsion mechanism is arranged at the end of the shell barrel and is used to push the whole device forward. The utility model has the advantages of simple control, flexible steering, stable and reliable equipment, and large popularization and application value.

【技术实现步骤摘要】
一种地下钻进机器人
本技术属于地下钻孔机器人领域。涉及在地下成孔前进，转向灵活，驱动少，成孔干净，能源清洁的微型隧道机器人，具体涉及一种地下钻进机器人。
技术介绍
随着城市的发展，地下管道的建设与完善成为了迫切需要，尤其是微型隧道的挖掘，使得地下钻进机器人的开发获得了广泛关注。微型隧道不同于大型隧道，其开挖要求机器人具有智能程度高，可操作性强，转向灵活的特点。地下钻进机器人按工作方式可分为仿生式和非仿生式两种。仿生式地下钻进机器人参考地下拱洞动物的运动方式，具有转向灵活的优点，但其驱动往往较多，控制难度高；非仿生式又可分为冲击矛式，钻土式两种。冲击矛式具有钻进效率高的优点，但其功耗大，钻进长度往往受限于驱动装置，且转向较难；钻土式机器人不仅工作效率高，能耗低，且转向灵活，极具研究价值。目前比较有代表性的机器人有：美国航空航天局研制的一种自推进式地下钻进机器人，由两个体节构成，两端各安装一个钻头，能灵活转向，在工作结束后能原路返回，但其工作步序多，控制要求高；日本宇宙科学研究所设计的螺旋式钻进机器人，实现了地下的钻孔前进，但转向困难；西北工业大学开发的仿蚯蚓拱泥机器人，头部为绞土钻头，连接三个体节，能实现轴向伸缩和径向扩张，但行进速度较慢，效率较低。
技术实现思路
为解决现有地下钻进机器人存在的不足，通过总结已有各类地下钻进机器人的结构，工作原理，提供了一种转型灵活，控制简单，可操作性强的地下钻进机器人。本技术采用的技术方案是：一种地下钻进机器人，其特征在于：包括锥形螺旋挤扩钻头、主驱动电机、壳体、摆转机构、周转机构和推进机构。所述壳体为直圆筒形，壳体包括壳体筒、隔板和尾端板，隔板和尾端板分别固定设于壳体筒中部和尾部；所述锥形螺旋挤扩钻头设于壳体前端，锥形螺旋挤扩钻头与主驱动电机的轴相连，所述主驱动电机固定于摆转机构上，通过摆转机构锥形螺旋挤扩钻头在旋转时可以有一定幅度摆动，所述摆转机构的驱动部分固定设于周转机构上，周转机构的驱动部分固定于隔板上，通过周转机构的带动可实现摆转机构相对于壳体筒的周向旋转，所述推进机构设于壳体筒内尾端，用于推动整个装置前进。作为改进，所述摆转机构包括摆筒和摆转电机，所述主驱动电机固定于摆筒内底部，摆筒外底部设有半齿轮，所述摆转电机的输出轴上设有与半齿轮咬合的小齿轮，摆筒外侧设有与周转机构相配合的半圆键，通过半圆键，摆筒可相对于周转机构摆动而不能相对其旋转。作为改进，所述周转机构包括转筒和周转电机，所述转筒可自由转动的设于壳体筒内前端，转筒内壁上设有与摆筒上的半圆键相配合的半圆键槽，转筒内后端设有内齿圈，所述周转电机固定设于隔板上，周转电机的输出轴端设有与内齿圈咬合的传动齿轮，转筒末端还设有棘轮，壳体筒内壁上设有与棘轮相配合的棘爪，通过棘轮和棘爪的配合使得转筒相对于壳体筒只能单向旋转。作为改进，所述棘爪有3-5个，多个棘爪沿棘轮的周向均匀分布。作为改进，所述推进机构包括推进电机、主动带轮、从动带轮、曲柄、连杆、滑块和推杆，所述推进电机固定设于隔板上，曲柄通过支架固定在隔板另一侧，所述主动带轮和从动带轮通过皮带传动且两者分别与推进电机和曲柄的轴固定相连，所述曲柄为带有三个曲柄杆的曲柄，所述三个曲柄杆以曲柄轴为中心呈120°夹角分布，每一个曲柄杆均通过一个连杆与相应的滑块铰接相连，该滑块另一侧与相应的推杆铰接相连，所述滑块可相对于壳体筒前后滑动，所述尾端板上设有三个角度不同且向外倾斜的推杆孔，所述推杆末端通过其中一个推杆孔向斜后方伸出壳体筒外，所述曲柄旋转时，由于三个曲柄杆成120°角度分布，从而带动三个滑块以及与滑块相连三个推杆以120°相位角差前后运动，为整个装置向前运动提供动力。作为改进，所述每一个推杆的末端均为向外侧倾斜的尖角形。本技术的有益效果在于：1、转向灵活。转向机构由能实现360°转动的转筒和摆动角度达90°的摆筒构成，转向过程为连续转向，能覆盖转向范围内所有角度。转向时，周转电机驱动转筒转动，至转筒上半圆键槽与目标角度共面，周转电机停止工作；再控制摆转电机驱动摆筒摆动，直至目标角度。实现了转向过程的连续，范围内所有角度全覆盖。2、控制简单。整个机器人由4个电机驱动，即周转电机，摆转电机，主驱动电机和推进电机。在不转向时，主驱动电机和推进电机处于运行状态。转向时，主驱动电机和推进电机保持运行。先控制周转电机，转筒到达指定位置后，周转电机停止工作，再控制摆转电机驱动摆筒摆动至目标角度。周转电机和摆转电机的工作存在明确的先后顺序，也不存在时间上，速度上的匹配关系，大大减小了控制难度。3、单次工作行程长。机器人主驱动电机由外部供电，与机器人用线缆连接，单次工作行程取决于线缆长度。附图说明图1为地下钻进机器人总体结构图；图2为壳体结构示意图；图3为周转机构结构示意图；图4为图3中右视图；图5为摆转机构结构示意图；图6为图5中右视图；图7为推进机构结构示意图；图8为曲柄结构示意图；图9为曲柄的安装形式示意图；图10为子推进机构结构示意图；1-锥形螺旋挤扩钻头，2-主驱动电机，3-壳体，4-摆转机构，5-周转机构，6-推进机构，7-壳体筒，8-隔板，9-尾端板，10-转筒，11-内齿圈，12-棘爪，13-传动齿轮，14-周转电机，15-盖板，16-摆筒，17-半齿轮，18-小齿轮，19-摆转电机，20-垫块，21-推进电机，22-主动带轮，23-皮带，24-支架，25-从动带轮，26-子推进机构，27-曲柄，28-曲柄杆一，29-曲柄杆二，30-曲柄杆三，31-连杆，32-滑块，33-推杆，34-棘轮，35-半圆键。具体实施方式图1为本技术的总体结构图，一种地下钻进机器人，包括锥形螺旋挤扩钻头1，主驱动电机2，壳体3，摆转机构4，周转机构5，推进机构6六大部分。壳体3为直圆筒形，是各部分的机架；摆转机构4，周转机构5构成转向机构，位于机体前端，锥形螺旋挤扩钻头1和主驱动电机2安装在摆筒3上；推进机构6位于地下钻进机器人后部，提供地下钻进机器人前进的推力。所述锥形螺旋挤扩钻头1通过轴承安装在摆筒盖板15的轴孔内，轴端连接主驱动电机2。主驱动电机2固装在摆筒16内底部，提供锥形螺旋挤扩钻头1钻泥土需要的动力。锥形螺旋挤扩钻头1的作用是将前方泥土挤压，将所经过处泥土压实在孔壁上，形成与锥形螺旋挤扩钻头1外观一致的孔。所成孔道密实，基本无散土后排现象。所述壳体3为直圆筒形，包括壳体筒7，隔板8，尾端板9。隔板8焊接于壳体筒7中部，作为周转电机14和推进电机21的固定板，隔板8上开有长方形孔便于皮带23穿过，使得推进电机21的动力能传递至曲柄27。尾端板9焊接于壳体筒7尾部，周向开有三个夹角为120°推杆孔，三组子推进机构的推杆33分别从三个推杆孔中穿过，向斜后方伸出壳体筒7。所述摆转机构4，周转机构5构成转向机构。转向机构整体位于机体前端。如图3和图4所示，所述周转机构5包括转筒10、内齿圈11、传动齿轮13、周转电机14、棘轮34和棘爪12。转筒10通过轴承安装于壳体筒7内前端，在地下钻进机器人提出转向要求时能与壳体筒7产生相对转动；转筒10内壁对称开有一对半圆键槽，与摆筒16上的半圆键35配合，在转筒10转动时，半圆键35侧面为工作面，带动摆筒16一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下钻进机器人，其特征在于：包括锥形螺旋挤扩钻头、主驱动电机、壳体、摆转机构、周转机构和推进机构，所述壳体为直圆筒形，壳体包括壳体筒、隔板和尾端板，隔板和尾端板分别固定设于壳体筒中部和尾部；所述锥形螺旋挤扩钻头设于壳体前端，锥形螺旋挤扩钻头与主驱动电机的轴相连，所述主驱动电机固定于摆转机构上，通过摆转机构锥形螺旋挤扩钻头在旋转时可以有一定幅度摆动，所述摆转机构的驱动部分固定设于周转机构上，周转机构的驱动部分固定于隔板上，通过周转机构的带动可实现摆转机构相对于壳体筒的周向旋转，所述推进机构设于壳体筒内尾端，用于推动整个装置前进。

【技术特征摘要】
1.一种地下钻进机器人，其特征在于：包括锥形螺旋挤扩钻头、主驱动电机、壳体、摆转机构、周转机构和推进机构，所述壳体为直圆筒形，壳体包括壳体筒、隔板和尾端板，隔板和尾端板分别固定设于壳体筒中部和尾部；所述锥形螺旋挤扩钻头设于壳体前端，锥形螺旋挤扩钻头与主驱动电机的轴相连，所述主驱动电机固定于摆转机构上，通过摆转机构锥形螺旋挤扩钻头在旋转时可以有一定幅度摆动，所述摆转机构的驱动部分固定设于周转机构上，周转机构的驱动部分固定于隔板上，通过周转机构的带动可实现摆转机构相对于壳体筒的周向旋转，所述推进机构设于壳体筒内尾端，用于推动整个装置前进。2.根据权利要求1所述一种地下钻进机器人，其特征在于：所述摆转机构包括摆筒和摆转电机，所述主驱动电机固定于摆筒内底部，摆筒外底部设有半齿轮，所述摆转电机的输出轴上设有与半齿轮咬合的小齿轮，摆筒外侧设有与周转机构相配合的半圆键，通过半圆键，摆筒可相对于周转机构摆动而不能相对其旋转。3.根据权利要求1所述一种地下钻进机器人，其特征在于：所述周转机构包括转筒和周转电机，所述转筒可自由转动的设于壳体筒内前端，转筒内壁上设有与摆筒上的半圆键相配合的半圆键槽，转筒内后端设有内齿圈，所述周转电机固定设于隔板上，周转...

【专利技术属性】
技术研发人员：代梦婉，侯宇，代陈超，尹志朋，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42