自适应管径的轮式管道消毒机器人制造技术

一种管道消毒机器人，包括：主体机架、主动机构、辅助机构、喷洒机构和曲柄滑块机构，其中：主体机架上平面沿长度方向前后各设置一个曲柄滑块机构，每个曲柄滑块机构分别与两个主动机构和一个辅助机构相连，辅助机构设置于曲柄滑块机构的上部，主动机构分别设置于曲柄滑块机构的下部左右两侧，喷洒机构设置于主体机架的下平面上；本发明专利技术通过由剪刀差机构、曲柄滑块机构和弹簧组成的轮腿机构实现被动变径，通过轮足铰接处的欠自由度设计实现及其在行进过程中对壁面的自适应，采取的纯被动变径方案，不需依靠复杂的电控系统，仅依靠简单可靠的机械装置实现对径向尺寸的实时控制，大大降低了控制难度，提高了对于复杂管壁环境的适应能力。能力。能力。

【技术实现步骤摘要】
自适应管径的轮式管道消毒机器人


[0001]本专利技术涉及的是一种管道机器人领域的技术，具体是一种自适应管径的轮式管道消毒机器人。

技术介绍

[0002]目前管道机器人的主要驱动模式有轮式、履带式、螺旋式等，在适应管径变化的方式上可分为主动调节和被动调节两种。主动调节主要采用蜗轮蜗杆，滚珠丝杠螺母副等，能够提供较大的管径适应范围，但无法保证管道机器人的力封闭特性，在调节过程中存在一定的延时和误判，对控制要求较高。被动调节主要通过弹性元件来实现，具有实时的调节性能，但能够适应的管径范围较小。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术对电控要求较高，在复杂的管壁环境下，若反馈不及时，机器人将无法与管壁形成力封闭，可能造成运动失稳的缺陷以及现有技术在送风管道内无法实现全自动消毒的问题，提出一种自适应管径的轮式管道消毒机器人，通过由剪刀差机构、曲柄滑块机构和弹簧组成的轮腿机构实现被动变径，通过轮足铰接处的欠自由度设计实现及其在行进过程中对壁面的自适应，采取的纯被动变径方案，不需依靠复杂的电控系统，仅依靠简单可靠的机械装置实现对径向尺寸的实时控制，大大降低了控制难度，提高了对于复杂管壁环境的适应能力。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]本专利技术涉及一种管道消毒机器人，包括：主体机架、主动机构、辅助机构、喷洒机构和曲柄滑块机构，其中：主体机架上平面沿长度方向前后各设置一个曲柄滑块机构，每个曲柄滑块机构分别与两个主动机构和一个辅助机构相连，辅助机构设置于曲柄滑块机构的上部，主动机构分别设置于曲柄滑块机构的下部左右两侧，喷洒机构设置于主体机架的下平面上。
[0006]所述的主动机构和辅助机构分别通过剪刀差机构和与曲柄滑块机构相连。
[0007]所述的曲柄滑块机构包括：一对滑块、一对导轨、三个连杆和两对连接件，其中：第一连接件与第二连接件之间以及第三连接件与第四连接件之间分别固定连接，第一连接件和第三连接件分别与对应的滑块和固定连接，滑块和分别对应设置于导轨上，第一连接件与第一连杆之间以及第三连接件与第二连杆之间分别转动连接，第一和第二连杆分别与第三连杆的两端铆接，第三连杆通过转轴与主体机架转动连接，从而实现滑块之间距离的变动，进而带动剪刀差机构实现变径。技术效果
[0008]本专利技术通过剪刀差机构与曲柄滑块机构，将较大的径向位移转化为滑块较小的轴向位移，通过连接滑块的弹簧使轮腿机构有向外支撑的趋势，从而保证变径过程中机器与管壁的力封闭，并能够提供足够的摩擦力作为驱动力。本专利技术在剪刀差机构与驱动轮组件
和从动轮组件的连接处采用欠自由度设计，组件能够绕连接轴自由转动，在运行过程中则利用外界管壁约束其绕轴转动的自由度。
[0009]相比现有技术，本专利技术的弹簧
‑
滑块
‑
剪刀差机构能够实现纯被动变径，不需要复杂的电控装置和控制系统，能够实现对于圆管道管径变化的实时自适应，且相较于主动控制变径方法具有更高的可靠性。本专利技术通过欠自由度设计使驱动轮组件和从动轮组件与管壁接触时能更好地贴合管壁，适应管壁的变化，从而提高了机器的运动稳定性。
附图说明
[0010]图1a为本专利技术的轴测视图，图1b为本专利技术的俯视图，图1c为本专利技术的正视图；
[0011]图2为本专利技术轮腿处剪刀差机构的结构示意图；
[0012]图3为本专利技术主动机构的结构示意图；
[0013]图4为本专利技术辅助机构的结构示意图；
[0014]图5为本专利技术主体支架、曲柄滑块机构和弹簧组件的结构示意图；
[0015]图6为本专利技术喷洒机构的示意图；
[0016]图7为本专利技术曲柄滑块机构的示意图；
[0017]图8a为当管径较小，本专利技术处于轮腿收缩状态时的侧视图，图8b为当管径较大，本专利技术处于轮腿伸长状态时的侧视图。
具体实施方式
[0018]如图1至图7所示，为本实施例涉及的一种管道消毒机器人，包括：主体机架4、主动机构2、辅助机构3、喷洒机构5和曲柄滑块机构6，其中：主体机架4上平面沿长度方向前后各设置一个曲柄滑块机构6，每个曲柄滑块机构6分别与两个主动机构2和一个辅助机构3相连，辅助机构3设置于曲柄滑块机构6的上部，主动机构2分别设置于曲柄滑块机构6的下部左右两侧，喷洒机构5设置于主体机架4的下平面上。
[0019]所述的两个主动机构2和一个辅助机构3呈120
°
周向对称分布。
[0020]所述的主动机构2和辅助机构3分别通过剪刀差机构2
‑
6和3
‑
4与曲柄滑块机构6相连。
[0021]如图2所示，所述的剪刀差机构2
‑
6包括两对哑铃式连杆1
‑
1和1
‑
2，该哑铃式连杆分别在首位两端以及中间位置开设圆形通孔，方便杆件之间进行连接，同时也能减少机器人整体的重量。孔与孔之间的距离由理论计算获得，以求实现较大范围的变径运动。如此设置，能够在轴向小范围变径的同时实现径向大范围变径，同时两个主动机构和一个辅助机构之间120
°
的间隔分布也能够有效防止杆件受到侧向力而发生侧弯。
[0022]如图3所示，所述的主动机构2包括：步进电机2
‑
1、步进电机固定座2
‑
2、摩擦轮2
‑
3、带传动系2
‑
4、轮系固定座2
‑
5以及剪刀差机构2
‑
6，其中：步进电机2
‑
1设置于步进电机固定座2
‑
2上，步进电机固定座2
‑
2和轮系固定座2
‑
5固定连接并与剪刀差机构2
‑
6转动连接，两个摩擦轮2
‑
3分别转动设置于步进电机固定座2
‑
2和轮系固定座2
‑
5之间并构成带传动系2
‑
4。
[0023]当步进电机2
‑
2工作时，带动带传动系2
‑
4运动，进而带动摩擦轮旋转，机器人前进。
[0024]如图4所示，所述的辅助机构3包括：两个摩擦轮3
‑
1、前固定座3
‑
2和后固定座3
‑
3，其中：前固定座3
‑
2和后固定座3
‑
3固定拦截并与剪刀差机构3
‑
4转动连接，两个摩擦轮3
‑
1分别转动设置于前固定座3
‑
2和后固定座3
‑
3之间。
[0025]如图5所示，所述的主体机架4包括：碳纤维板的机架4
‑
1、设置与其上的带有滑块4
‑
2的导轨4
‑
4，其中：滑块4
‑
2之间通过弹簧4
‑
3连接以提供足够的拉紧力。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管道消毒机器人，其特征在于，包括：主体机架、主动机构、辅助机构、喷洒机构和曲柄滑块机构，其中：主体机架上平面沿长度方向前后各设置一个曲柄滑块机构，每个曲柄滑块机构分别与两个主动机构和一个辅助机构相连，辅助机构设置于曲柄滑块机构的上部，主动机构分别设置于曲柄滑块机构的下部左右两侧，喷洒机构设置于主体机架的下平面上；所述的主动机构和辅助机构分别通过剪刀差机构和与曲柄滑块机构相连；所述的曲柄滑块机构包括：第一连接件、第一滑块、第一导轨、第二连接件、第一连杆、第三连杆、第三连接件、第四连接件、第二滑块、第二导轨和第二连杆，其中：第二连接件与第一连接件之间以及第三连接件与第四连接件之间分别固定连接，第一连接件和第四连接件分别与对应的第一滑块和第二滑块固定连接，第一滑块和第二滑块分别对应设置于第一导轨和第二导轨上，第一连接件与第一连杆之间以及第四连接件与连杆第二连杆之间分别转动连接，第一连杆和第二连杆分别与第三连杆的两端铆接，第三连杆通过转轴与主体机架转动连接，从而实现滑块之间距离的变动，进而带动剪刀差机构实现变径。2.根据权利要求1所述的管道消毒机器人，其特征是，所述的剪刀差机构包括两对哑铃式连杆，该哑铃式连杆分别在首位两端以及中间位置开设圆形通孔。3.根据权利要求1所述的管道消毒机器人，其特征是，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李家晟，黄达，陈柏霖，吴瑞可，郭为忠，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：