專利名稱：高精度蠕動式管道爬行器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種高精度蠕動式管道爬行器及其控制方法。
背景技術(shù)：
國內(nèi)外對于管道機器人的研究比較多，如德國Zimmermann等研究的基于交變磁場實現(xiàn)的磁變爬行機器人和韓國Kim等開發(fā)出的應(yīng)用SMA的無線控制、無線電源的微小仿蚯蚓機器人。國內(nèi)對于蠕動機器人的研究主要利用SMA的形狀記憶效應(yīng)使機器人蠕動式前行，移動采用輪式。上述爬行器進深精度不高、難以適應(yīng)不同口徑的管道，工作條件要求高， 適應(yīng)性較差。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種高精度蠕動式管道爬行器。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明首先提供一種蠕動式管道爬行器，包括三個三爪機構(gòu)、絲桿(P)和管道參數(shù)測量頭⑶；其中電動機(Ml)驅(qū)動絲桿⑵旋轉(zhuǎn)，電動機(M2)驅(qū)動爪(BI) 爪(B3)伸縮；絲桿(P)與管道參數(shù)測量頭(H)之間為萬向剛性連接，爪(Al) 爪(A3)、爪(BI) 爪 (B3)、爪(Cl) 爪(C3)為三付對稱分布、可徑向伸縮的三個三爪機構(gòu)；爪(BI) 爪(B3) 形成的三爪機構(gòu)與絲桿(P)為螺紋式連接，爪(Al) 爪(A3)、爪(Cl) 爪(C3)形成的三爪機構(gòu)與絲桿(P)均為滾軸式連接，爪(Al) 爪(A3)和爪(Cl) 爪(C3)形成的三爪機構(gòu)在絲桿(P)軸向不能相對位移；三個三爪機構(gòu)支撐絲桿(P)并協(xié)調(diào)運動；通過采集電動機(Ml)上的高精度編碼盤發(fā)出的脈沖數(shù)、經(jīng)過處理和標(biāo)定，實現(xiàn)了進深的高精度測量。
其次，本發(fā)明提供上述蠕動式管道爬行器運動的控制方法，它包括以下步驟
第一步、電動機(M2)正轉(zhuǎn)，驅(qū)動爪(BI) 爪(B3)伸出，直至爪(BI) 爪(B3)抵緊管壁，電動機(M2)停止；
第二步、電動機(Ml)正轉(zhuǎn)，驅(qū)動絲桿(P)旋轉(zhuǎn)，由于爪(BI) 爪(B3)抵緊管壁而固定，絲桿⑵拖動爪(Al) 爪(A3)，爪(Cl) 爪(C3)同步右進，直至爪(Al) 爪(A3) 靠近爪(BI) 爪(B3)，電動機(Ml)停止；
第三步、電動機(M2)反轉(zhuǎn)，爪(BI) 爪(B3)收縮，脫離管壁；
第四步、電動機(Ml)反轉(zhuǎn)，絲桿驅(qū)動爪(BI) 爪(B3)右進，直至靠近爪(Cl) 爪(C3)，電動機(Ml)停止；完成爬行一步；
重復(fù)以上步驟即可實現(xiàn)爬行。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
I.爬行過程不打滑，爬行進程精度高，誤差< O. 1mm。
2.爪子伸縮行程的動態(tài)范圍大，不僅能在不同內(nèi)徑的管道內(nèi)爬行，而且能自適應(yīng)地保持爪對管壁的抵壓力一致。
3.爬行器的軸向驅(qū)動(或牽引)力大，適用于推(或拉)動重負載。
4.爬行器具有自定中功能，即在徑向平面內(nèi)對稱分布、張力均衡的三爪支撐結(jié)構(gòu)可使爬行器軀干始終處于管道的中央位置。
5.爬行器爬行的步長，速率和(前后)方向均可精確設(shè)定和自動控制。


圖I為蠕動式管道爬行器結(jié)構(gòu)示意圖(管道剖面)；
圖2為對稱分布的可徑向伸縮的三爪結(jié)構(gòu)示意圖(管道E-E剖面)；具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。
參考圖I和圖2，蠕動式管道爬行器包括三個三爪機構(gòu)、絲桿P和管道參數(shù)測量頭 H ;其中電動機Ml驅(qū)動絲桿P旋轉(zhuǎn)，電動機M2驅(qū)動爪BI 爪B3伸縮。絲桿P是爬行器的軀干，它與管道參數(shù)測量頭H之間為萬向剛性連接，爪Al 爪A3、爪BI 爪B3、爪Cl 爪 C3為三付對稱分布的可徑向伸縮的三爪機構(gòu)。各個三爪機構(gòu)與絲桿之間的連接方式不同。 爪BI 爪B3形成的三爪機構(gòu)與絲桿P為螺紋式連接，爪Al 爪A3、爪Cl 爪C3形成的三爪機構(gòu)與絲桿P均為滾軸式連接，爪Al 爪A3和爪Cl 爪C3形成的三爪機構(gòu)在絲桿P 軸向不能相對位移。三個三爪機構(gòu)支撐絲桿P即軀干并協(xié)調(diào)運動。依據(jù)用戶要求，調(diào)用不同的控制程序，可使爬行器按不同的步長、不同的速率和不同的方向爬行；通過采集驅(qū)動電機上的高精度編碼盤發(fā)出的脈沖數(shù)、經(jīng)過細分處理和現(xiàn)場標(biāo)定，實現(xiàn)了進深的高精度測量。
爬行器的控制方法可分解為如下四個步驟
第一步、電動機M2正轉(zhuǎn)，驅(qū)動爪BI 爪B3伸出，直至爪BI 爪B3抵緊管壁，電動機M2停止；
第二步、電動機Ml正轉(zhuǎn)，驅(qū)動絲桿P旋轉(zhuǎn)，由于爪BI 爪B3抵緊管壁而固定，絲桿P拖動爪Al 爪A3，爪Cl 爪C3同步右進，直至爪Al 爪A3靠近爪BI 爪B3，電動機Ml停止；
第三步、電動機M2反轉(zhuǎn)，爪BI 爪B3收縮，脫離管壁；
第四步、電動機Ml反轉(zhuǎn)，絲桿驅(qū)動爪BI 爪B3右進，直至靠近爪Cl 爪C3，電動機Ml停止。完成爬行一步。
如此周而復(fù)始地循環(huán)，爬行器就可在管道內(nèi)蠕動地爬行。
依據(jù)用戶要求，調(diào)用不同的控制程序，可使爬行器按不同的步長、不同的速率和不同的方向爬行。
應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種蠕動式管道爬行器，其特征在于，包括三個三爪機構(gòu)、絲桿(P)和管道參數(shù)測量頭⑶；其中電動機(Ml)驅(qū)動絲桿(P)旋轉(zhuǎn)，電動機(M2)驅(qū)動爪(BI) 爪(B3)伸縮；絲桿(P)與管道參數(shù)測量頭(H)之間為萬向剛性連接，爪(Al) 爪(A3)、爪(BI) 爪(B3)、爪(Cl) 爪(C3)為三付對稱分布、可徑向伸縮的三個三爪機構(gòu)；爪(BI) 爪(B3)形成的三爪機構(gòu)與絲桿(P)為螺紋式連接，爪(Al) 爪(A3)、爪(Cl) 爪(C3)形成的三爪機構(gòu)與絲桿(P)均為滾軸式連接，爪(Al) 爪(A3)和爪(Cl) 爪(C3)形成的三爪機構(gòu)在絲桿(P)軸向不能相對位移；三個三爪機構(gòu)支撐絲桿(P)并協(xié)調(diào)運動；通過采集電動機(Ml)上的高精度編碼盤發(fā)出的脈沖數(shù)并經(jīng)過處理和標(biāo)定，實現(xiàn)了進深的高精度測量。
2.權(quán)利要求I所述的蠕動式管道爬行器運動的控制方法，包括以下步驟 第一歩、電動機(M2)正轉(zhuǎn)，驅(qū)動爪(BI) 爪(B3)伸出，直至爪(BI) 爪(B3)抵緊管壁，電動機(M2)停止； 第二步、電動機(Ml)正轉(zhuǎn)，驅(qū)動絲桿(P)旋轉(zhuǎn)，由于爪(BI) 爪(B3)抵緊管壁而固定，絲桿(P)拖動爪(Al) 爪(A3)，爪(Cl) 爪(C3)同步右進，直至爪(Al) 爪(A3)靠近爪(BI) 爪(B3)，電動機(Ml)停止； 第三步、電動機(M2)反轉(zhuǎn)，爪(BI) 爪(B3)收縮，脫離管壁； 第四步、電動機(Ml)反轉(zhuǎn)，絲桿驅(qū)動爪(BI) 爪(B3)右進，直至靠近爪(Cl) 爪(C3)，電動機(Ml)停止；完成爬行一歩； 重復(fù)以上步驟即可實現(xiàn)爬行。
全文摘要
本發(fā)明公開了提供一種蠕動式管道爬行器，包括三個三爪機構(gòu)、絲桿(P)和管道參數(shù)測量頭(H)；絲桿(P)與管道參數(shù)測量頭(H)之間為萬向剛性連接，爪(B1)～爪(B3)形成的三爪機構(gòu)與絲桿(P)為螺紋式連接，爪(A1)～爪(A3)、爪(C1)～爪(C3)形成的三爪機構(gòu)與絲桿(P)均為滾軸式連接，爪(A1)～爪(A3)和爪(C1)～爪(C3)形成的三爪機構(gòu)在絲桿(P)軸向不能相對位移；三個三爪機構(gòu)支撐絲桿(P)并協(xié)調(diào)運動；.爬行過程不打滑，爬行進程精度高，誤差＜0.1mm；爪子伸縮行程的動態(tài)范圍大，可在多種不同口徑的管道內(nèi)爬行；爬行器爬行的步長、速率和運動方向等運動狀態(tài)及其變化都能精確設(shè)定和自動控制；爬行器的軸向驅(qū)動(或牽引)力大，適用于推(或拉)動重負載；爬行器具有自定中功能。
文檔編號F16L55/34GK102979989SQ20121044524
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者劉上乾, 韓保君, 王堅, 車琳, 李建中, 孫海濤, 趙九龍, 盧泉, 李亞鵬, 易翔, 方堯, 尹現(xiàn)軍 申請人:西安電子科技大學(xué)