專(zhuān)利名稱(chēng)：尺蠖式爬行機(jī)器人裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要應(yīng)用于管內(nèi)作業(yè)，目的在于提供一種可作為管內(nèi)運(yùn)載的工具使用，攜帶各種附件進(jìn)行管內(nèi)運(yùn)輸或管內(nèi)檢測(cè)等，亦能廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域的爬行機(jī)器人裝置。
背景技術(shù)：
管道移動(dòng)機(jī)器人是爬行機(jī)器人的重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在石油、化工、能源、冶金、國(guó)防以及航空航天等行業(yè)中管道在大量的使用，對(duì)管內(nèi)作業(yè)要求日漸提高。近年來(lái)，管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展迅速，如《管內(nèi)行走機(jī)器人》(專(zhuān)利號(hào)CN95100242.2，1996.01.17，李元宗.史貴柱.鄭利紅等)提到的左右兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的行走單元，每個(gè)單元均有三只可徑向伸縮的腳和三條可在軸向截面內(nèi)左右擺動(dòng)的腿，左右單元的腳交替踩住和離開(kāi)管壁，靠腿的擺動(dòng)使機(jī)器人向左或向右移動(dòng)，左右兩單元之間由萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)相聯(lián)。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求較高。《一種蠕動(dòng)管內(nèi)行走機(jī)構(gòu)》(專(zhuān)利號(hào)CN93224363.0，1994.8.17，于殿勇.孫序梁)所述的機(jī)構(gòu)有一斜坡鋼體，在其上面有壓縮彈簧和鋼柱，鋼柱在外罩槽內(nèi)自由滑動(dòng)，機(jī)構(gòu)就是靠鋼柱與斜面及管壁圓的相互作用實(shí)現(xiàn)超越行走的，克服了輪式、履帶式機(jī)構(gòu)牽引力與附著力的矛盾，可以提高機(jī)構(gòu)的牽引力。機(jī)器人頭部和尾部都采用單方向超越行走機(jī)構(gòu)，只可以單方向行走，行走的適應(yīng)性受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提出了一種尺蠖式爬行機(jī)器人裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)在一個(gè)管道狀的通道內(nèi)做無(wú)限長(zhǎng)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，特別是該裝置的移動(dòng)功能不受管道空間位置影響。
為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明涉及的尺蠖式爬行工業(yè)機(jī)器人裝置的技術(shù)方案是主要由置于前后端的兩段主體(即卡緊裝置)，連接前后端的伸縮腰，位移檢測(cè)系統(tǒng)及安裝在后端的安全鎖緊裝置等部分組成，其特征是利用交替工作的兩段主體與能伸長(zhǎng)和縮短的伸縮腰配合，作尺蠖式前進(jìn)，它可在圓形管道或其他規(guī)則斷面的管道中作為檢測(cè)、傳送的載體，運(yùn)行距離不受限制，管道軸線(xiàn)可處在空間任意方位，均能有效的工作。
本發(fā)明可用于操作平臺(tái)處于空間的任意方位，相較于其它傳送裝置，更便于在南北極區(qū)域使用。但此時(shí)有安全問(wèn)題，為保證在卡緊裝置失控時(shí)，機(jī)器人突然下落，造成事故，本發(fā)明增設(shè)了無(wú)源自動(dòng)安全鎖緊裝置。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果可實(shí)現(xiàn)在規(guī)則形狀任意長(zhǎng)的管道內(nèi)運(yùn)輸重物，或其它任意方向傳送重物；與同功能的其它機(jī)構(gòu)，能獲得更大的鎖緊力，從而可傳送較重的物體；采用多個(gè)卡爪時(shí)，有自動(dòng)均化各爪緊力的作用；當(dāng)管道線(xiàn)上設(shè)有閘門(mén)等障礙時(shí)，只要通口足夠大，亦能順利的通過(guò)；配合適當(dāng)?shù)臋z測(cè)系統(tǒng)，可將重物送到指定的位置或?qū)鼙谶M(jìn)行檢測(cè)；具有機(jī)械自鎖功能，即使在斷電的情況下，也能長(zhǎng)時(shí)間保持其現(xiàn)有位置；設(shè)置的無(wú)源自動(dòng)鎖緊安全裝置可確保處于垂直方向工作時(shí)不因失控而發(fā)生事故；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，操作方便，還可以根據(jù)使用要求，作各種變形設(shè)計(jì)，具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。


圖1為尺蠖式爬行工業(yè)機(jī)器人裝置結(jié)構(gòu)2為尺蠖式傳送原理3為卡緊裝置方案之一4為卡緊裝置方案之二5為卡緊裝置方案之三6為安全鎖緊裝置原理圖在圖1，圖2，圖3，圖4，圖5及圖6中零件順序編號(hào)上列圖中1-附件，2-豎直圓形管道，3-卡緊裝置基體，4-卡爪，5-平面螺旋盤(pán)，6-小齒輪，7-直線(xiàn)軸承，8-步進(jìn)電機(jī)，9-雙螺母，10-滾動(dòng)絲桿，11-數(shù)字式位移傳感器，12-步進(jìn)電機(jī)，13-力傳感器(裝在卡爪內(nèi))，14-管道支承，15-復(fù)位彈簧，16-定位爪，17-慣性球，18-圓弧凸輪，19-端蓋，20-附件(物體或檢測(cè)裝置)，21-卡緊裝置1，22-安全鎖緊裝置，23-伸縮腰，24-卡緊裝置2，25-圓弧凸輪，26-液性介質(zhì)，27-柱塞，28-驅(qū)動(dòng)螺桿，29-支承小軸，30-定位環(huán)，31-安全裝置基體。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明所涉及的尺蠖式爬行工業(yè)機(jī)器人裝置具體方案進(jìn)一步說(shuō)明該裝置由兩端主體和連接兩端主體的可伸縮的腰組成，在兩段主體中有卡緊裝置。采用尺蠖式爬行工作原理工作原理如附圖2所示?？ňo裝置(21)鎖緊，卡緊裝置(24)放松，腰部伸長(zhǎng)，將卡緊裝置(24)由位置1推到位置2，然后鎖緊卡緊裝置(24)，放松卡緊裝置(21)，腰部縮短，同時(shí)拖動(dòng)卡緊裝置(21)及附件從位置3到位置4，重復(fù)上述過(guò)程。則機(jī)器人拖動(dòng)附件不斷的作尺蠖式前進(jìn)，直到由傳感器控制的要求位置為止。卡緊裝置(24)起運(yùn)輸作用，卡緊裝置(21)是在附件前進(jìn)一步后起鎖緊作用，以便改變卡緊裝置(24)的位置，實(shí)現(xiàn)下一步運(yùn)動(dòng)?？ňo裝置的鎖緊力由力傳感器控制，可根據(jù)負(fù)荷大小調(diào)整。
1.卡緊裝置?？ňo裝置有機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式卡緊裝置采用平面螺旋副，驅(qū)動(dòng)在圓周上均布的三個(gè)卡爪壓向管壁，達(dá)到鎖緊的目的。平面螺旋盤(pán)的回轉(zhuǎn)，靠機(jī)電—齒輪副或電機(jī)—凸輪副驅(qū)動(dòng)。如附圖3，附圖4所示。液壓式卡緊裝置采用液性介質(zhì)彈性卡緊原理?？稍诠鼙诘囊粋€(gè)環(huán)形帶上獲得較大且均布作用的鎖緊力，如附圖5所示。平面螺旋副有很大的力放大比(數(shù)十倍)，可獲得數(shù)百公斤的鎖緊力，從而可提升較重的物體，水平傳送時(shí)能拖動(dòng)的負(fù)荷更大。
2.伸縮腰。采用滾珠絲杠副，螺母和絲杠分別與前后兩個(gè)卡緊裝置相連，同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)。兩者交替前進(jìn)，則可使用尺蠖式前進(jìn)。僅需一短絲杠，就能獲得無(wú)限長(zhǎng)的位移。
3.安全鎖緊裝置為在任何情況下可靠的實(shí)現(xiàn)安全保障，此裝置必須是無(wú)源的和自動(dòng)的。我們提出了如附圖6所示的安全裝置。其工作原理是當(dāng)診斷設(shè)備發(fā)生下落時(shí)，慣性球停滯不動(dòng)，相對(duì)于支點(diǎn)作順時(shí)針擺動(dòng)，拔出錐形定位指，環(huán)形楔塊(即偏心圓弧凸輪)，在偏心質(zhì)量的重力作用下，作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，楔入安全裝置與管壁之間，同時(shí)在管壁與楔塊表面間的摩擦力作用下，越楔越緊，達(dá)到迅速鎖緊。如要恢復(fù)正常工作狀態(tài)，只需令卡緊裝置略為上升，則可在摩擦力作用下，退出楔塊，并在重力和復(fù)位彈簧作用下，使安全裝置回復(fù)初始狀態(tài)。
本發(fā)明采用平面螺旋副，且有優(yōu)良的機(jī)械自鎖功能。液壓夾緊亦有自鎖功能，在斷電時(shí)也不會(huì)自動(dòng)下落。這是另一道安全措施。
權(quán)利要求
1.一種尺蠖式爬行機(jī)器人裝置，由前卡緊裝置、后卡緊裝置、伸縮腰、安全鎖緊裝置等部分組成，其特征是伸縮腰與前后卡緊裝置相連接，利用交替工作的兩段卡緊裝置與能伸長(zhǎng)和縮短的伸縮腰配合，作尺蠖式前進(jìn)，安全鎖緊裝置置于前后卡緊裝置之間，前后卡緊裝置分別由電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生較大的鎖緊力，使其在空間任意方位均能有效工作，前后卡緊裝置使用平面螺旋副，平面螺旋副的回轉(zhuǎn)由齒輪副或凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，伸縮腰采用滾動(dòng)絲桿副，由電機(jī)(12)驅(qū)動(dòng)的絲桿(10)與螺母(9)交替配合，實(shí)現(xiàn)伸縮。安全裝置為無(wú)源，由保持平衡的慣性球(17)、實(shí)現(xiàn)定位的定位爪(16)和定位環(huán)(30)、偏心楔緊的圓弧凸輪(18)和復(fù)位彈簧(15)等組成，當(dāng)機(jī)器人裝置失控，則自動(dòng)鎖緊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尺蠖式爬行機(jī)器人裝置，其特征是平面螺旋副的回轉(zhuǎn)可以采用電機(jī)經(jīng)偏心圓弧凸輪驅(qū)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尺蠖式爬行機(jī)器人裝置，其特征是鎖緊方式可以采用電機(jī)經(jīng)柱塞驅(qū)動(dòng)液性介質(zhì)，使基體外圓四周的薄壁發(fā)生彈性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
一種尺蠖式爬行機(jī)器人裝置，由前卡緊裝置、后卡緊裝置、伸縮腰、安全鎖緊裝置等部分組成。利用交替工作的前后卡緊裝置與能伸長(zhǎng)和縮短的伸縮腰與配合，作尺蠖式前進(jìn)。安全鎖緊裝置置于前后卡緊裝置之間，在機(jī)器人失控時(shí)，起保護(hù)作用?？ňo裝置由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生較大鎖緊力，在空間任意方位均能有效工作。該機(jī)器人主要用于管內(nèi)作業(yè)，作為管內(nèi)運(yùn)輸或者檢測(cè)的載體，更可廣泛應(yīng)用于爬行工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域。
文檔編號(hào)A63H11/18GK1948076SQ20061005456
公開(kāi)日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日
發(fā)明者梁德沛, 陳小安, 宋巖, 合燁 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)