籠式管道飛行器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】籠式管道飛行器，包括外部可滾動(dòng)輪框結(jié)構(gòu)與內(nèi)部四軸八旋翼結(jié)構(gòu)。依靠?jī)?nèi)部旋翼產(chǎn)生的動(dòng)力與扭矩差帶動(dòng)外部輪框滾動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、抬升、下降等機(jī)動(dòng)動(dòng)作。該籠式管道飛行器揭示了一種新型的管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)形式，可應(yīng)用與管道探測(cè)與維護(hù)。與傳統(tǒng)的履帶式或者車(chē)輪式管道機(jī)器人不同，借助氣流帶動(dòng)輪框滾動(dòng)，可以應(yīng)對(duì)管道內(nèi)上、下、左、右各種拐角，且不易被管道內(nèi)部異物推翻或卡死。
【專(zhuān)利說(shuō)明】籠式管道飛行器
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)人飛行器、智能機(jī)器人、運(yùn)動(dòng)控制等多領(lǐng)域，尤其涉及用于管道檢測(cè)與維護(hù)的管道機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)如今各種石油、化工、排氣等管道廣泛分布于工業(yè)及生活區(qū)域內(nèi)，但多數(shù)管道埋藏于地下或者位于其他不易接觸的地方，因此管道檢測(cè)與維護(hù)成為一個(gè)難題。管道飛行器是管道機(jī)器人中的一種，與其他管道機(jī)器人相比，其靈活度及機(jī)動(dòng)性能更高，適用范圍更加廣泛。管道飛行器在實(shí)際管道檢測(cè)與維護(hù)中具有很高的實(shí)用價(jià)值。
[0003]目前已有的管道機(jī)器人主要是以下幾種結(jié)構(gòu)。
[0004]1、輪式結(jié)構(gòu)，運(yùn)用車(chē)輪結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在管道中的運(yùn)動(dòng)；
[0005]2、履帶結(jié)構(gòu)，底部配有履帶帶動(dòng)機(jī)器人在管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)；
[0006]3、支撐式結(jié)構(gòu)，采用特殊支撐件支撐在管道內(nèi)壁上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)管道運(yùn)動(dòng)。
[0007]但是，以上這些機(jī)構(gòu)不適宜在多彎曲以及具有上下結(jié)構(gòu)中的管道中工作，并且遇到異物可能導(dǎo)致機(jī)器人側(cè)翻甚至卡死。
[0008]為了應(yīng)對(duì)各種結(jié)構(gòu)的管道，需要設(shè)計(jì)出一款新型的管道機(jī)器人，使其機(jī)動(dòng)性、靈活性更強(qiáng)，可在管道內(nèi)自由靈活運(yùn)動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明設(shè)計(jì)一款新型籠式管道飛行器，可實(shí)現(xiàn)在管道內(nèi)部滾動(dòng)以及飛行兩種運(yùn)動(dòng)形式。該飛行器不受管道轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)限制，還可上下飛行運(yùn)動(dòng)。
[0010]該籠式管道飛行器分為內(nèi)外兩個(gè)部分。內(nèi)部為四軸八旋翼結(jié)構(gòu)，一個(gè)軸上擁有上下兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的正反漿，通過(guò)旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的推理帶動(dòng)飛行器運(yùn)動(dòng)，利用旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的扭矩差實(shí)現(xiàn)飛行器的零半徑轉(zhuǎn)向。外部為可滾動(dòng)的籠式結(jié)構(gòu)，在旋翼推力帶動(dòng)下可以在管道內(nèi)部滾動(dòng)或者轉(zhuǎn)向。與此同時(shí)，外部框架可以保護(hù)內(nèi)部旋翼不受管壁碰撞。
[0011]該籠式管道飛行器與傳統(tǒng)管道機(jī)器人相比，運(yùn)動(dòng)靈活性更高，運(yùn)動(dòng)范圍更大，且不易損壞。依靠氣流在管道內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，受摩擦阻力影響小，且不會(huì)打滑。通過(guò)旋轉(zhuǎn)扭矩而進(jìn)行的零半徑轉(zhuǎn)向技術(shù)可以保證飛行器在管道內(nèi)部隨時(shí)隨地轉(zhuǎn)向。
[0012]另外，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)管道內(nèi)部的檢測(cè)以及飛行器狀態(tài)的觀測(cè)，還利用LABVIEW搭建了一個(gè)上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是籠式管道飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖；
[0014]圖2是管道飛行器在管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)示意圖；
[0015]圖3是上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)界面；【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明為一種新型的管道飛行器。由外部輪框和內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成，外部輪框④可采用碳纖維或者模型木板，左右輪框通過(guò)輪框銜接尼龍柱⑥連接，并且與中心內(nèi)軸②同軸，可自由滾動(dòng)。內(nèi)部為四軸八旋翼結(jié)構(gòu)，總共有4個(gè)軸，每個(gè)軸上固定兩個(gè)旋翼①，其動(dòng)力原理是依靠八個(gè)電機(jī)帶動(dòng)八個(gè)旋翼旋轉(zhuǎn)，共同產(chǎn)生升力，同時(shí)借助上下旋轉(zhuǎn)反向的特點(diǎn)產(chǎn)生扭矩差，控制飛行器轉(zhuǎn)向。為了保證管道飛行器平衡，將電池⑤置于機(jī)體最下方，依靠電池的重量將飛行器重心拉低。
[0018]對(duì)于飛行器的控制方面，控制器由PSoC4控制器和飛控板③組成，分別負(fù)責(zé)管道飛行器的姿態(tài)采集以及運(yùn)動(dòng)控制。
[0019]籠式管道飛行器在管道內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)形式如圖2所示，其中(a)表示管道飛行器在水平管道內(nèi)依靠?jī)A斜機(jī)身，產(chǎn)生向后的推力推動(dòng)外部輪框滾動(dòng)前進(jìn)；(b)表示遇到拐角時(shí)，依靠四個(gè)軸上的雙旋翼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩差，使機(jī)體轉(zhuǎn)向，逆時(shí)針扭矩時(shí)左裝，順時(shí)針扭矩時(shí)右轉(zhuǎn)；(C)表示當(dāng)管道飛行器遇到垂直向上的拐角處式，依靠旋翼產(chǎn)生大氣流推動(dòng)飛行器上升；(d)表示依靠氣流推力使管道飛行器緩慢下降，保證在下降過(guò)程中管道飛行器不受損壞。
[0020]圖3是該籠式管道飛行器配套的上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)，可以獲取搭載在飛行器上傳感器數(shù)值信息，也可以實(shí)時(shí)顯示飛行器當(dāng)前姿態(tài)信息。
【權(quán)利要求】
1.一種籠式管道飛行器，其內(nèi)部為四軸八旋翼結(jié)構(gòu)，一個(gè)軸上擁有上下兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的正反漿，外部為可滾動(dòng)的鼠籠式結(jié)構(gòu)，其特征為:利用漿旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的扭矩差實(shí)現(xiàn)飛行器的零半徑轉(zhuǎn)向并在旋翼推力帶動(dòng)下可以在管道內(nèi)部滾動(dòng)前進(jìn)或者轉(zhuǎn)向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的籠式管道飛行器，其特征是:可實(shí)現(xiàn)在管道內(nèi)部滾動(dòng)以及飛行兩種運(yùn)動(dòng)形式，不受管道轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)限制，可上下飛行運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的籠式管道飛行器，其特征是:通過(guò)LABVIEW搭建的上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)管道內(nèi)部的檢測(cè)以及飛行器狀態(tài)的觀測(cè)。
【文檔編號(hào)】F16L55/32GK103712035SQ201410007797
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】張婷, 劉偉杰, 李金庫(kù), 任怡娜, 李東軒, 梅迪 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)