基于液动人工肌肉的模块化管道机器人制造技术

本实用新型专利技术属于软体机器人技术领域，特别涉及一种基于液动人工肌肉的模块化管道机器人。包括支撑模块、清洁模块及多段液动人工肌肉；多段液动人工肌肉依次首尾相连，用以完成管道机器人的蠕动爬行；支撑模块设置于各段液动人工肌肉的两端，支撑模块用于与管道内壁胀紧固定；清洁模块设置于支撑模块上，用于对管道内壁进行清洁作业。本实用新型专利技术适应性强，可以适应不同的管径，而且可以运用于不同类型的管道，可以实现管道的检测、清洁等功能。

【技术实现步骤摘要】
基于液动人工肌肉的模块化管道机器人
本技术属于软体机器人
，特别涉及一种基于液动人工肌肉的模块化管道机器人。
技术介绍
管道作为生活中常见的传输工具，在许多方面都有用途，然而由于长期的使用，管道中会出现堵塞的情况，若该管道是传输的是重要的液体如水、石油等，尤其是运输水资源时，管道的堵塞不仅仅会影响水资源的供应，在管道中的沉积物也会导致细菌的滋生，影响人们的安全。为避免这一状况，需要对管道进行定时的清理。然而，由于管道的狭小限制了人为操作的可能性，所以，管道机器人作为有效的清洁与检测手段，有众多的研究与相关专利，对管道机器人的研究有些已经转入到实际应用中。根据不同类型的管道、不同的运用环境及不同的功能有不同机器人设计方案，各有优缺点，如：日本东京工业大学的ShigeoHirose等设计的THES系列管道机器人，第一种系列通过的管道直径不同，有直径50mm也有直径110mm的机器人，各有特点和应用场景；DaphneD'Zurko等人设计的管道机器人用于检测煤气管道，该机器人呈节状结构，采用轮式移动，整体都为刚性件组成；BernhardKlaassen等人开发的多关节蠕动式管道机器人能适用于直径在300mm-600mm的管道，采用轮式移动，其整体也是为刚性件构成；其它的还有采用履带式移动的管道机器人。同时在软体驱动器方面，弯曲人工肌肉的研究较多，实现弯曲的机理不同，弯曲效果不同，目前有奥克兰大学的B.Wang等人设计的弯曲人工肌肉，通过改变编织套管的编织密度，一半的编织密度高，另一半的编织密度低，从而实现人工肌肉的弯曲变形；此外还有英国索尔福德大学的的HassaninAl-Fahaam等人提出的弯曲人工肌肉，它的实现方式是通过在编织套管的一边缝上一根刚度较大的线从而实现人工肌肉的弯曲变形。对比弯曲人工肌肉，扭转伸长的研究较少，但仍有相关的研究，如：哈佛大学的FionnualaConnolly等人提出的扭转伸长人工肌肉，结构上，扭转伸长人工肌肉是通过浇注封装外层的纤维绕组，在纤维绕组的引导下发生扭转，同时发生伸长的现象。综合现有的管道机器人，虽然能实现探测、检测及清洁的功能，但大部分的管道机器人结构复杂、成本过高、由刚性件构成、小型化难等诸多缺点，同时机器人的适应性差，面对不同直径的管道时需要重新设计结构或设计新的一个系列，通用性差。除此之外，这些管道机器人无法解决弯曲的管道的检测与清洁。
技术实现思路
针对上述的问题，本技术的目的在于提供一种基于液动人工肌肉的模块化管道机器人，以解决现有管道机器人存在结构复杂、成本过高、由刚性件构成、小型化难等诸多缺点的问题。为了实现上述目的，本技术采用以下的技术方案。一种基于液动人工肌肉的模块化管道机器人，包括支撑模块、清洁模块及多段液动人工肌肉；所述多段液动人工肌肉依次首尾相连，用以完成管道机器人的蠕动爬行；所述支撑模块设置于各段所述液动人工肌肉的两端，所述支撑模块用于与管道内壁胀紧固定；所述清洁模块设置于所述支撑模块上，用于对管道内壁进行清洁作业。所述多段液动人工肌肉包括间隔交替设置的液动扭转伸长人工肌肉和液动扭转收缩人工肌肉，所述液动扭转伸长人工肌肉和所述液动扭转收缩人工肌肉协同作用实现管道机器人的蠕动爬行。所述液动扭转收缩人工肌肉包括编织套管、纤维绕组及弹性体；所述弹性体为中空结构；所述弹性体的两端分别设有堵头和接头，所述接头用于与外部供液管连接；所述纤维绕组为螺旋结构，且设置于所述弹性体的外表面上；当所述弹性体内充入驱动液时，所述纤维绕组引导所述弹性体扭动；所述编织套管设于所述纤维绕组与弹性体的外侧，用于限制所述弹性体轴向伸出，并且引导所述弹性体进行轴向收缩及径向膨胀。所述多段液动人工肌肉还包括设置于所述模块化管道机器人一端端部的液动Mckibben人工肌肉。所述多段液动人工肌肉还包括设置于所述模块化管道机器人另一端端部的液动弯曲人工肌肉。所述支撑模块包括支撑轮架及设置于所述支撑轮架外圆周上的胀紧装置，所述胀紧装置通过其内部充入驱动液与所述管道的内壁胀紧固定。所述清洁模块包括清扫机构；所述清扫机构包括沿圆周方向设置于所述支撑轮架外圆周上的清洗刷，所述清洗刷通过所述液动扭转伸长人工肌肉和所述液动扭转收缩人工肌肉的扭转运动，实现对管道壁的清扫。所述清洁模块还包括管道擦拭机构；所述管道擦拭机构位于所述清扫机构的后侧，所述管道擦拭机构通过所述液动扭转伸长人工肌肉和所述液动扭转收缩人工肌肉的扭转运动，实现对管道内壁的二次清洁。位于所述模块化管道机器人两端端部的支撑轮架上设有轮子支架模块，所述轮子支架模块包括多个支撑腿及设置于各所述支撑腿端部的滚轮，所述滚轮与管道内壁接触。相邻两个所述液动人工肌肉之间设有检测装置或喷水装置，所述检测装置或所述喷水装置可安装在所述液动人工肌肉的端部。本技术的优点及有益效果是：本技术应用前景广泛：本技术的液动人工肌肉模块化管道机器人适应性强，可以适应不同的管径，而且可以运用于不同类型的管道，可以实现管道的检测、清洁等功能。本技术采用模块化结构，根据不同的管径只需更换对应直径支撑机构与清洗机构即可。本技术可以实现管道的检测、探测及清洁等功能，只需要增加相应的检测装置即可实现相应的功能，结构简单。本技术成本低，本技术的主体部分由不同变形形式的人工肌肉组合而成，制备成本低，其它的机构如支撑模块、清洁模块等也是结构简单，成本相对较低。本技术具有多种组合方式，根据不同的管道进行不同的组合，在直管时可以组合：液动Mckibben人工肌肉、液动扭转收缩人工肌肉及液动扭转伸长人工肌肉；在具有复杂的管道如需要拐弯的管道情况下，可以组合：液动弯曲人工肌肉、液动扭转收缩人工肌肉及液动扭转伸长人工肌肉。附图说明图1为本技术一实施例中基于液动人工肌肉的模块化管道机器人的立体示意图；图2为本技术一实施例中清扫机构的结构示意图；图3为本技术一实施例中管道擦拭机构的结构示意图；图4为本技术一实施例中检测装置的结构示意图；图5为本技术一实施例中液动扭转收缩人工肌肉的结构示意图；图6为本技术一实施例中液动扭转收缩人工肌肉的剖视图；图7为本技术一实施例中纤维绕组的缠绕方式示意图；图8为本技术一实施例中编织套管的结构示意图；图9为本技术一实施例中编织套管变形前的结构示意图；图10为本技术一实施例中编织套管的变形后的结构示意图；图11为本技术一实施例中基于液动人工肌肉的模块化管道机器人的主视图；图12为本技术一实施例中模块化管道机器人的运动步骤示意图；图13为本技术另一实施例中基于液动人工肌肉的模块化管道机器人的立体示意图。其中：1-支撑腿，2-液动人工肌肉接头，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于液动人工肌肉的模块化管道机器人，其特征在于，包括支撑模块、清洁模块及多段液动人工肌肉；/n所述多段液动人工肌肉依次首尾相连，用以完成管道机器人的蠕动爬行；/n所述支撑模块设置于各段所述液动人工肌肉的两端，所述支撑模块用于与管道内壁胀紧固定；/n所述清洁模块设置于所述支撑模块上，用于对管道内壁进行清洁作业。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于液动人工肌肉的模块化管道机器人，其特征在于，包括支撑模块、清洁模块及多段液动人工肌肉；
所述多段液动人工肌肉依次首尾相连，用以完成管道机器人的蠕动爬行；
所述支撑模块设置于各段所述液动人工肌肉的两端，所述支撑模块用于与管道内壁胀紧固定；
所述清洁模块设置于所述支撑模块上，用于对管道内壁进行清洁作业。


2.根据权利要求1所述的基于液动人工肌肉的模块化管道机器人，其特征在于，所述多段液动人工肌肉包括间隔交替设置的液动扭转伸长人工肌肉和液动扭转收缩人工肌肉，所述液动扭转伸长人工肌肉和所述液动扭转收缩人工肌肉协同作用实现管道机器人的蠕动爬行。


3.根据权利要求2所述的基于液动人工肌肉的模块化管道机器人，其特征在于，所述液动扭转收缩人工肌肉包括编织套管、纤维绕组及弹性体；
所述弹性体为中空结构；所述弹性体的两端分别设有堵头和接头，所述接头用于与外部供液管连接；
所述纤维绕组为螺旋结构，且设置于所述弹性体的外表面上；当所述弹性体内充入驱动液时，所述纤维绕组引导所述弹性体扭动；
所述编织套管设于所述纤维绕组与弹性体的外侧，用于限制所述弹性体轴向伸出，并且引导所述弹性体进行轴向收缩及径向膨胀。


4.根据权利要求2所述的基于液动人工肌肉的模块化管道机器人，其特征在于，所述多段液动人工肌肉还包括设置于所述模块化管道机器人一端端部的液动Mckibben人工肌肉。


5.根据权利要求4所述的基于液动人工肌肉的模块化管...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄菊伟，崔龙，王宏伟，刘钊铭，张峰，刘乃龙，许伟，白宁，田申，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：新型
国别省市：辽宁;21