本發(fā)明涉及機器人智能控制技術，具體是一種能在管道內蠕動式自由行走的氣動式管道機器人。

背景技術：

目前，國內機器人公司主要從事七大領域的研究，包括服務機器人、玩具機器人、醫(yī)療機器人、軍事機器人、太空機器人、工業(yè)機器人、水下機器人等、開發(fā)和產業(yè)化工作。現(xiàn)今，中國機器人的發(fā)展藍圖已呈現(xiàn)。2012年4月，《智能制造科技發(fā)展“十二五”重點專項規(guī)劃》出臺，工業(yè)和服務機器人被列為未來新興產業(yè)重大發(fā)展方向。管道在當今社會已經得到了廣泛的應用，通過管道可以運輸石油，天然氣，生活用水等等；管道在長期的使用中難免會破裂、堵塞、積污等，但是管道的檢測、清理、維護很困難，往往為了尋找管道上的一個裂紋而花費大量的人力和物力。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，而提供一種氣動式管道機器人，該機器人不僅可以在管道內蠕動式自由行走，而且具有一定的承載能力，可以成為管道檢測、清洗設備的載體，使得管道的檢測、清潔等工作易于實現(xiàn)。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是：

一種氣動式管道機器人，包括伸縮模塊和與伸縮模塊連接的支撐模塊；伸縮模塊主要由驅動氣缸和與驅動氣缸連接的關節(jié)軸承構成，利用驅動氣缸的伸縮來實現(xiàn)機器人的蠕動式行走，支撐模塊由支撐氣缸組產生推力，使機器人的支撐塊與管壁壓緊，支撐模塊通過關節(jié)軸承中的球面副相對于伸縮模塊可以繞動一個空間角度θ，并通過控制電磁閥的通斷電時間實現(xiàn)有級調速功能。

所述伸縮模塊和支撐模塊按一定的順序循環(huán)工作。

所述支撐模塊分為第一支撐模塊和第二支撐模塊，其中：

第一支撐模塊設置在伸縮模塊前端，通過固定板與伸縮模塊的關節(jié)軸承Ⅰ相聯(lián)接；

第二支撐模塊設置在伸縮模塊后端，通過固定板與伸縮模塊的關節(jié)軸承Ⅱ相聯(lián)接。

所述支撐模塊包括導向輪、支撐桿Ⅰ、內嵌彈簧、固定板、支撐塊、支撐桿Ⅱ、鋁板、支撐氣缸組Ⅰ和U形連接塊；其中：支撐桿Ⅰ為6根，支撐桿Ⅱ為3根，每根支撐桿之間的間隔均為120°，鋁板通過螺釘分別固定在兩塊固定板上，支撐氣缸組Ⅰ和支撐桿Ⅰ固定設置在鋁板上，支撐桿Ⅱ與支撐氣缸組Ⅰ通過螺紋連接，內嵌彈簧設置在空心柱體中；導向輪設置在U形連接塊中，并與U形連接塊的雙頭螺柱固定連接。

所述支撐氣缸組Ⅰ位于鋁板下面，支撐桿Ⅰ設置于鋁板上面。

所述伸縮模塊包括關節(jié)軸承Ⅰ、驅動氣缸、鋁板片、關節(jié)軸承Ⅱ、銷釘、螺栓；其中驅動氣缸一端與關節(jié)軸承Ⅰ通過螺紋聯(lián)接，另一端通過螺栓與關節(jié)軸承Ⅱ聯(lián)接；關節(jié)軸承Ⅱ左端桿通過鋁板片中心孔并使其桿端面貼緊驅動氣缸右端面；鋁板片通過調節(jié)驅動氣缸上的螺母，配合關節(jié)軸承Ⅱ與鋁板片連接桿上的螺母，固定鋁板片。

本發(fā)明的優(yōu)點：氣動驅動，動力較大，使得機器人具有承擔一定負載的能力，通過調節(jié)氣壓可以實現(xiàn)動力大小的調節(jié)；電路板外接，機器人主體部分可以較好地適應潮濕的環(huán)境；氣缸本身即可實現(xiàn)往復的直線運動，簡化了機構；機器人的“腳”即所述支撐桿可以通過添加不同長度的“加長腳”來改變“腳”的長度，以適應不同內徑的管道；主體部分采用三段式結構，由關節(jié)軸承聯(lián)接而成，蠕動實現(xiàn)過彎管道的功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為伸縮模塊示意圖；

圖3為第一支撐模塊示意圖；

圖4為第二支撐模塊示意圖；

圖5為支撐桿Ⅰ結構示意圖；

圖6為氣動管道機器人機構示意圖；

圖7為氣動管道機器人行走原理示意圖；

圖8為氣動管道機器人氣路設計原理示意圖；

圖中：100. 第一支撐模塊；200. 伸縮模塊；300. 第二支撐模塊；

1.關節(jié)軸承Ⅰ；2.驅動氣缸；3.鋁板片；4.螺釘；5. 關節(jié)軸承Ⅱ；6. 導向輪；7.雙頭螺柱；8-1.支撐桿Ⅰ；8-2.U形連接塊；8-3.內嵌彈簧；8-4.空心柱體；9.單頭螺桿；10.螺釘；11.固定板（無孔）；12.緊定螺釘；13.支撐塊；14.支撐桿Ⅱ；15.螺栓； 16.鋁板；17-1.支撐氣缸組Ⅰ；17-2.支撐氣缸組Ⅱ；18.固定板（有孔）。

具體實施方式

以下以具體實施例結合附圖對本發(fā)明作進一步地描述。

參見圖1-5：一種氣動管道機器人，包括第一支撐模塊100、伸縮模塊200、第二支撐模塊300；其中第一支撐模塊100中的支撐板和伸縮模塊200的關節(jié)軸承相配合，伸縮模塊200的另一關節(jié)軸承與第二支撐模塊300的支撐板相配合；第一支撐模塊100位于伸縮模塊200之前，第二支撐模塊300位于伸縮模塊200之后。伸縮模塊200主要由驅動氣缸2和關節(jié)軸承構成，利用驅動氣缸的伸縮來實現(xiàn)機器人的行走，行走方式為蠕動式；支撐模塊由支撐氣缸組產生推力，使機器人的 “腳”（支撐塊13）與管壁壓緊，從而產生機器人行走所需的靜摩擦力。伸縮模塊200和第一支撐模塊100、第二支撐模塊300按一定的順序循環(huán)工作，從而實現(xiàn)機器人在管道內的行走。關節(jié)軸承中的球面副使得第一支撐模塊100和第二支撐模塊300相對于伸縮模塊200可以繞動一個空間角度θ，機器人因此具備了過彎的能力?？刂齐姶砰y的通斷電時間來實現(xiàn)有級調速功能（設計為高、中、低三擋）。

所述第一支撐模塊100包括螺釘4、導向輪（6個）6、支撐桿Ⅰ（6根）8-1、內嵌彈簧（9根）8-3、固定板（無孔）11、支撐塊（3塊）13、支撐桿Ⅱ（3根）14、鋁板（3塊）16、支撐氣缸組Ⅰ17-1、固定板（有孔）18；其中三組 “腳”之間間隔均為120°，鋁板16用螺釘4固定在兩固定板11和18上，支撐氣缸組Ⅰ17-1和支撐桿8-1和14設置固定在鋁板16上，支撐氣缸組Ⅰ17-1位于鋁板16下面，支撐桿8-1和14設置于鋁板16上面，支撐桿Ⅱ14與支撐氣缸組Ⅰ17-1通過螺紋連接，內嵌彈簧8-3設置在空心柱體8-4中；導向輪6設置于U形連接塊8-2中，并安裝于固定在U形連接塊8-2的雙頭螺柱7上。第一支撐模塊100主要通過支撐氣缸組Ⅰ17-1控制實現(xiàn)支撐塊13撐起與收縮的功能，并配合驅動氣缸的氣缸桿的伸長與收縮，從而實現(xiàn)機器人蠕動式前進。

所述伸縮模塊200包括關節(jié)軸承Ⅰ1、驅動氣缸2、鋁板片3、關節(jié)軸承Ⅱ5、銷釘10、螺栓15；其中驅動氣缸2一端與關節(jié)軸承Ⅰ通過螺紋連接，另一端通過螺栓15與關節(jié)軸承Ⅱ5連接。該模塊通過驅動氣缸的控制，氣缸桿伸長時推動支撐模塊一往前移動一個驅動氣缸行程，所述氣缸桿收縮時拉動支撐模塊二往前移動一個驅動氣缸行程，如此有序循環(huán)，從而實現(xiàn)機器人蠕動式前進。

所述第二支撐模塊300包括螺釘4、導向輪（6個）6、支撐桿Ⅰ（6根）8-1、內嵌彈簧（9根）8-3、固定板（無孔）11、支撐塊（3塊）13、支撐桿Ⅱ（3根）14、鋁板（3塊）16、支撐氣缸組Ⅱ17-2、固定板（有孔）18；其中三組 “腳”之間間隔均為120°，鋁板16用螺釘4固定在兩固定板11和18上，支撐氣缸組Ⅱ17-2和支撐桿8-1和14設置固定在鋁板16上，支撐氣缸組Ⅱ17-2位于鋁板16下面，支撐桿8-1和14設置于鋁板16上面，支撐桿Ⅱ14與支撐氣缸組Ⅱ17-2通過螺紋連接，內嵌彈簧8-3設置在空心柱體8-4中；導向輪6設置于U形連接塊8-2中，并安裝于固定在U形連接塊8-2的雙頭螺柱7上。第二支撐模塊300主要通過支撐氣缸組Ⅱ17-2控制實現(xiàn)支撐塊13撐起與收縮的功能，并配合驅動氣缸的氣缸桿的伸長與收縮，從而實現(xiàn)機器人蠕動式前進。

本發(fā)明的行走原理如圖7所示：

1）初始狀態(tài)，支撐氣缸組Ⅰ和支撐氣缸組Ⅱ均伸長，第一支撐模塊中的支撐塊和第二支撐模塊中的支撐塊均處于支撐狀態(tài)；驅動氣缸收縮，機器人靠摩擦力的作用停留在管道中；

2）支撐氣缸組Ⅰ收縮，第一支撐模塊的支撐塊收縮；

3）驅動氣缸的氣缸桿伸長，第一支撐模塊向前移動一個驅動氣缸行程；

4）支撐氣缸組Ⅰ伸長，第一支撐模塊的支撐塊撐開；

5）驅動氣缸組Ⅱ收縮，第二支撐模塊的支撐塊收縮；

6）驅動氣缸收縮，第二支撐模塊向前移動一個驅動氣缸行程；

之后機器人的狀態(tài)恢復至初始狀態(tài)1），重復以上的動作，機器人不斷前進。

本發(fā)明的氣路設計原理如圖8所示：

從空氣凈化裝置出來的壓縮空氣，經過一個四通將壓縮空氣分成三路分別給三個電磁閥，在圖8中從上而下的電磁閥依次控制支撐氣缸組Ⅰ、驅動氣缸和支撐氣缸組Ⅱ。通過電路控制電磁閥線圈的通斷電來實現(xiàn)氣路的切換，即控制氣缸的伸縮。機器人的速度共有3種，高、中、低，分別對應時間0.5s，1s，1.5s（對應電磁閥變一次所用時間），對應管道機器人速度為0.4m/min，0.2m/min，0.13m/min。