專利名稱：彈簧蠕行管道機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在管道中作業(yè)的蠕行機(jī)器人。
當(dāng)前的管道檢測和修理領(lǐng)域中，常需要機(jī)器人進(jìn)入管道中作業(yè)。而目前的管道機(jī)器人大致可分為兩類一類為行走機(jī)器人，另一類為爬行機(jī)器人。行走機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高，成本高，適應(yīng)性和穩(wěn)定性差爬行機(jī)器人的適應(yīng)性和穩(wěn)定性均較強(qiáng)，但目前也存在一些問題。如《仿蚯蚓柔性蠕動機(jī)器人》(刊號ISSN1006-2343刊名《機(jī)械設(shè)計(jì)與研究》2000年3月刊作者 陳金秀 沈乃勛 馬培蓀)一文中提到的“仿蚯蚓柔性蠕動機(jī)器人”，它利用記憶金屬在不同溫度下的形狀不同的特性來實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的運(yùn)動，它存在如下問題1，記憶金屬的形變率一般在0.5％到5％之間，且變形緩慢，故運(yùn)動速度低(約為1.5cm/s)；2，靠記憶金屬的收縮變得短而粗而卡在管道的內(nèi)表面上，限制了它在不同直徑管道的應(yīng)用；3，目前記憶金屬在形變率為2％的情況下一般只能發(fā)生形變1萬次左右，+且形變率越大可變形次數(shù)越少，也就是說，一個(gè)一米長的“仿蚯蚓蠕行機(jī)器人”只能運(yùn)行200米就要報(bào)廢，因此，目前尚不能實(shí)際運(yùn)用；4，它要經(jīng)過由電到熱，再由熱到機(jī)械能的轉(zhuǎn)變，而熱是很容易散失的，所以它的效率很低。
本發(fā)明之目的在于克服上述管道機(jī)器人的缺點(diǎn)，提供一種能較好適應(yīng)各種管道，運(yùn)行良好的彈簧蠕行管道機(jī)器人。
本發(fā)明利用電磁能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能，再轉(zhuǎn)化為整個(gè)裝置的動能，從而使裝置運(yùn)行。本發(fā)明由N個(gè)彈簧(3)和N+1個(gè)電磁定位器首尾連接而成。彈簧為拉伸彈簧或壓縮彈簧均可。電磁定位器可分為兩種兩端電磁定位器(1)和中間電磁定位器(2)。兩端電磁定位器(1)的內(nèi)部的前后，上下，左右三條正交垂線上有6個(gè)電磁線圈(A，B，D，C，E，F(xiàn))以產(chǎn)生吸引力，外部有球冠形的保護(hù)殼；中間電磁定位器(2)的內(nèi)部只有前后，上下位置有電磁線圈(A，B，D，C)，外部也有球冠形的保護(hù)殼。電磁定位器保護(hù)殼的前后兩端外表面都有用于連接彈簧的固定器。所有電磁線圈與電源及外部控制器相接，電源可外接，也可內(nèi)置。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明


圖1為本發(fā)明在水平直管中的運(yùn)動示意圖；圖2為本發(fā)明在管中拐彎示意圖；圖3為本發(fā)明跨越障礙示意圖；圖4為本發(fā)明在豎直管中運(yùn)動示意圖；圖5為兩端電磁定位器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為中間電磁定位器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明水平運(yùn)動時(shí)一周期內(nèi)電磁線圈通斷的電源控制圖；圖8為本發(fā)明豎直運(yùn)動時(shí)一周期內(nèi)電磁線圈通斷的電源控制圖；各部分的名稱如下1，兩端電磁定位器2，中間電磁定位器3，彈簧4，管道5，障礙物注圖7.和圖8中的A表示第1個(gè)電磁定位器的C線圈的通斷，B表示最后一個(gè)電磁定位器的C線圈的通斷，C表示第一個(gè)和最后一個(gè)電磁定位器的B線圈和第2至N個(gè)電磁定位器的A，B線圈的通斷；圖8中的D表示第2至N個(gè)電磁定位器的C線圈的通斷。
本發(fā)明利用電磁能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能，再轉(zhuǎn)化為整個(gè)裝置的動能，從而使裝置運(yùn)行。本發(fā)明由N個(gè)彈簧(3)和N+1個(gè)電磁定位器首尾連接而成。在電磁定位器的保護(hù)殼的前后表面有固定彈簧的固定器，固定器屬于保護(hù)殼，它是在保護(hù)殼的表面切兩道小口拉出而形成的(見圖5，可參考收音機(jī)電池槽中的彈簧固定方法)。若為壓縮彈簧，則首先通過外部控制器使第1個(gè)電磁定位器的C線圈通電，從而使第1個(gè)電磁定位器吸附在管道(4)的內(nèi)表面，同時(shí)使第1個(gè)和第N+1個(gè)電磁定位器的B線圈和后面的第2個(gè)至第N個(gè)電磁定位器的A線圈和B線圈通同相電，這樣，第2至第N+1個(gè)電磁定位器都受到前一個(gè)電磁定位器的吸力而克服彈簧的彈力向前運(yùn)動，同時(shí)彈簧被壓縮而儲存了彈性勢能；當(dāng)彈簧的彈力與電磁定位器的吸引力平衡時(shí)，第N+1個(gè)電磁定位器的C線圈通電，吸住管道，同時(shí)第1至第N個(gè)電磁定位器的所有線圈均斷電，這樣，儲存在彈簧內(nèi)的彈性勢能將被釋放，推動前N個(gè)電磁定位器向前運(yùn)動一段距離，恢復(fù)初始狀態(tài)，接著進(jìn)入下一個(gè)周期的運(yùn)動，如此周而復(fù)始，整個(gè)裝置將產(chǎn)生預(yù)定的運(yùn)動。若彈簧為拉伸彈簧，則首先要固定最后一個(gè)電磁定位器，然后通過控制通過各個(gè)電磁定位器的A線圈B線圈的電流方向使相鄰的兩個(gè)電磁定位器之間產(chǎn)生斥力，這樣，彈簧將被拉伸而儲存了彈性勢能；然后固定第1個(gè)電磁定位器，斷開其他電磁定位器的線圈，彈簧釋放彈性勢能，拉著后面的電磁定位器向前運(yùn)動一段距離，恢復(fù)初始狀態(tài)，再進(jìn)入下一個(gè)周期的運(yùn)動。
本發(fā)明可以在彎管中運(yùn)行，兩端電磁定位器的保護(hù)殼為前端為球形，彈簧選擇橫向柔性適合的。當(dāng)轉(zhuǎn)彎時(shí)，第1個(gè)電磁定位器被推著沿管道軌跡運(yùn)動，彈簧也被迫發(fā)生橫向變形以越過彎曲部分。
本發(fā)明可跨越障礙物，當(dāng)障礙物(5)較小時(shí)，第1個(gè)電磁定位器被推著沿障礙物軌跡運(yùn)動，彈簧也被迫發(fā)生橫向變形以越過障礙物；若障礙物大到高于電磁定位器保護(hù)殼的1/2時(shí)，彈簧的壓力不能推動第1個(gè)電磁定位器越過障礙物，這時(shí)，就要使依次使第1至第N+1個(gè)電磁定位器的D線圈通電，將各電磁定位器依次吸起到高于障礙物，在彈簧的推動后，再依次使第1至第N+1個(gè)電磁定位器的D線圈斷電，使電磁定位器依次放下，從而跨過障礙物。
外部控制器可由用手動遙控調(diào)節(jié)，也可用單片機(jī)加傳感器加以自動控制。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1，采用彈簧作運(yùn)動介質(zhì)，變形幅度大，速度快，從而整個(gè)裝置運(yùn)動的速度也較快。
2，適應(yīng)各種形狀和大小的鐵質(zhì)管道。
3，可以轉(zhuǎn)彎，超越障礙物，也可在豎直管道中運(yùn)行，基本適應(yīng)了管道的布局環(huán)境。
4，采用電磁能轉(zhuǎn)化為彈性勢能，再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的能量傳遞方式，能量基本上只有摩擦損失，因而能量利用效率高。
權(quán)利要求
1.一種彈簧蠕行管道機(jī)器人，其特征在于由若干節(jié)彈簧和電磁定位器首尾連接而成，它靠電磁能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能再轉(zhuǎn)化為整個(gè)裝置的動能實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧蠕行管道機(jī)器人，其特征在于電磁定位器的內(nèi)部有幾組產(chǎn)生磁性的電磁線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧蠕行管道機(jī)器人，其特征在于電磁定位器的外部有保護(hù)殼。
全文摘要
本發(fā)明屬于管道機(jī)器人領(lǐng)域，由若干節(jié)彈簧和電磁定位器首尾連接而成，它靠電磁能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能再轉(zhuǎn)化為整個(gè)裝置的動能實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動。本裝置具有結(jié)構(gòu)和技術(shù)簡單，成本低廉，運(yùn)動速度快，能適應(yīng)各種外部條件的特點(diǎn)。
文檔編號B25J11/00GK1401462SQ01128568
公開日2003年3月12日 申請日期2001年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月29日
發(fā)明者戴中華 申請人:戴中華