專利名稱：壓電驅(qū)動(dòng)式細(xì)小管道內(nèi)爬行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型的管道爬行裝置，特別是涉及一種壓電驅(qū)動(dòng)式細(xì)小管道內(nèi)爬行器。它是一種能夠在細(xì)小管道內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行的移動(dòng)裝置，以其作為載體，攜帶作業(yè)器件可用于細(xì)小工業(yè)管道內(nèi)的檢測(cè)和維護(hù)。
細(xì)小金屬管道是制冷業(yè)、石油化工業(yè)最常使用的部件，這些形狀各異的細(xì)小管道，大部分因受惡劣作業(yè)環(huán)境(核輻射、易燃易爆、有毒物品)等因素的影響，長(zhǎng)期工作后會(huì)出現(xiàn)腐蝕、積垢和損傷，導(dǎo)致裂紋而釀成事故。但因作業(yè)空間狹小，使得檢測(cè)維修作業(yè)十分困難。因此，迫切需要研制一種小尺寸的管內(nèi)作業(yè)裝置來(lái)解決細(xì)小管道內(nèi)自動(dòng)檢測(cè)和維護(hù)等問(wèn)題。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種新型的細(xì)小管道內(nèi)爬行器，搭載小型作業(yè)器件，可組成管壁缺陷探測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)細(xì)小管道檢測(cè)和維護(hù)。
國(guó)內(nèi)外微機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，使微機(jī)械及微電子技術(shù)有了廣泛應(yīng)用的天地。美國(guó)一家技術(shù)公司研制出能在2英寸管道內(nèi)移動(dòng)探測(cè)的輪式探測(cè)器。日本通產(chǎn)省在九十年代初制定了“微機(jī)械技術(shù)研究十年計(jì)劃”，在其重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的研究方向中，有一項(xiàng)管道檢測(cè)用微小機(jī)器人系統(tǒng)。日本OMRON公司、東芝公司、東京工業(yè)大學(xué)相繼在實(shí)驗(yàn)室中研制出管徑在約1英寸的管道內(nèi)移動(dòng)機(jī)構(gòu)。盡管這類細(xì)小管道內(nèi)移動(dòng)檢測(cè)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)研究多年，但由于技術(shù)難度大，性能要求高，使得細(xì)小管道內(nèi)的移動(dòng)檢測(cè)機(jī)器人還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
細(xì)小管道內(nèi)爬行器是微型管道機(jī)器人的重要組成部分，它是攜帶作業(yè)器件的載體，也是影響微型管道機(jī)器人實(shí)用化進(jìn)程的重要因素之一。日本東京工業(yè)大學(xué)研制的氣壓蠕動(dòng)式爬行裝置，速度較慢，控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確控制；日本東京工業(yè)大學(xué)研制的電機(jī)外置式螺旋移動(dòng)裝置，速度較快，但管外輔助裝置復(fù)雜；國(guó)內(nèi)先后報(bào)道過(guò)幾種管內(nèi)移動(dòng)機(jī)構(gòu)的研制消息，但距離實(shí)用化還有較大的差距。
本實(shí)用新型提出的細(xì)小管道內(nèi)爬行器采用層疊型壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)模式，它具有結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)可控，性能穩(wěn)定，移動(dòng)速度較大，總體尺寸小等特點(diǎn)，對(duì)管徑變化和彎曲管道有一定的適應(yīng)能力。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案壓電驅(qū)動(dòng)式細(xì)小管道內(nèi)爬行器由壓電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(包括層疊型壓電陶瓷7、后固定圈8、螺栓9和基座10)、運(yùn)動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)(包括配重體3、前固定圈4、墊圈2和作業(yè)器件1)、彈性姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)(雙支撐彈性爪5和園形夾箍6)三部分構(gòu)成，層疊型壓電陶瓷7(簡(jiǎn)稱壓電陶瓷7)的后端安裝在后固定圈8中，后固定圈8壓入基座10內(nèi)孔，由螺栓9壓緊壓電陶瓷7，雙支撐彈性爪5套在基座10前端外表面，由園形夾箍6固定壓緊，前固定圈4按正確方位壓入配重體3內(nèi)孔，壓電陶瓷7的前端插入前固定圈4內(nèi)腔且其前端面與配重體3內(nèi)孔底面貼合，與壓電陶瓷7后端壓緊方式相同，由螺栓9壓緊壓電陶瓷7，配重體3前端的螺紋柱用于連接作業(yè)器件1，墊圈2位于配重體3和作業(yè)器件1之間，調(diào)整雙支撐彈性爪5的角度，使其以一定的預(yù)緊力緊貼管壁，使整個(gè)裝置保持運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。
壓電驅(qū)動(dòng)式細(xì)小管道內(nèi)爬行器的工作原理在于利用層疊型壓電陶瓷7的壓電逆效應(yīng)引發(fā)快速變形，促使由配重體3及前固定圈4等組成的運(yùn)動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)產(chǎn)生慣性沖擊力，在與雙支撐彈性爪5和管壁間摩擦力的相互作用下，推動(dòng)爬行器沿著管壁移動(dòng)，移動(dòng)速度和方向由管外控制器11與電源12組成的控制系統(tǒng)控制(控制輸入電壓的波形和頻率)，雙支撐彈性爪5能適應(yīng)管徑的漸進(jìn)變化。
本實(shí)用新型的效果在于將細(xì)小工業(yè)管道內(nèi)移動(dòng)檢測(cè)和維護(hù)的技術(shù)水平提高了一步。使爬行裝置能以較快的速度在細(xì)小管道內(nèi)連續(xù)運(yùn)行，適應(yīng)一定曲率的彎曲管道和管徑變化，移動(dòng)速度達(dá)到6mm/s。裝備小型作業(yè)器件，構(gòu)成可實(shí)用的細(xì)小管道內(nèi)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，可在制冷業(yè)、石油化工業(yè)及核電站等行業(yè)中替代人工對(duì)細(xì)小金屬管道內(nèi)的腐蝕、裂紋或機(jī)械損傷等缺陷實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和維護(hù)，提高工作效率。


圖1為本實(shí)用新型壓電驅(qū)動(dòng)式細(xì)小管道內(nèi)爬行器技術(shù)方案圖。
圖2為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為移動(dòng)原理示意圖。
以下結(jié)合附圖和本實(shí)用新型的實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例如
圖1、圖2、圖3所示，在管道內(nèi)徑為Φ10mm的工業(yè)管道中運(yùn)行的爬行裝置，壓電驅(qū)動(dòng)式細(xì)小管道內(nèi)爬行器由壓電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(包括層疊型壓電陶瓷7、后固定圈8、螺栓9和基座10)、運(yùn)動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)(包括配重體3、前固定圈4、墊圈2和作業(yè)器件1)、彈性姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)(雙支撐彈性爪5和園形夾箍6)三部分構(gòu)成，層疊型壓電陶瓷7(簡(jiǎn)稱壓電陶瓷7)的后端安裝在后固定圈8中，后固定圈8壓入基座10內(nèi)孔，由螺栓9壓緊壓電陶瓷7，雙支撐彈性爪5套在基座10前端外表面，由園形夾箍6固定壓緊，前固定圈4按正確方位壓入配重體3內(nèi)孔，壓電陶瓷7的前端插入前固定圈4內(nèi)腔且其前端面與配重體3內(nèi)孔底面貼合，與壓電陶瓷7后端壓緊方式相同，由螺栓9壓緊壓電陶瓷7，配重體3前端的螺紋柱用于連接作業(yè)器件1，墊圈2位于配重體3和作業(yè)器件1之間，調(diào)整雙支撐彈性爪5的角度，使其以一定的預(yù)緊力緊貼管壁，使整個(gè)裝置保持運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。
壓電驅(qū)動(dòng)式細(xì)小管道內(nèi)爬行器的工作原理在于利用層疊型壓電陶瓷7的壓電逆效應(yīng)引發(fā)快速變形，促使由配重體3及前固定圈4等組成的運(yùn)動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)產(chǎn)生慣性沖擊力，在與雙支撐彈性爪5和管壁間摩擦力的相互作用下，推動(dòng)爬行器沿著管壁移動(dòng)，移動(dòng)速度和方向由管外控制器11與電源12組成的控制系統(tǒng)控制(控制輸入電壓的波形和頻率)，雙支撐彈性爪5適應(yīng)于管徑的漸進(jìn)變化，移動(dòng)速度達(dá)到6mm/s。
權(quán)利要求1.一種由壓電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)和彈性姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)組成的細(xì)小管道內(nèi)爬行器，其特征在于所述的細(xì)小管道內(nèi)爬行器由壓電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(包括層疊型壓電陶瓷7、后固定圈8、螺栓9和基座10)、運(yùn)動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)(包括配重體3、前固定圈4、墊圈2和作業(yè)器件1)、彈性姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)(雙支撐彈性爪5和園形夾箍6)三部分構(gòu)成，層疊型壓電陶瓷7(簡(jiǎn)稱壓電陶瓷7)的后端安裝在后固定圈8中，后固定圈8壓入基座10內(nèi)孔，由螺栓9壓緊壓電陶瓷7，雙支撐彈性爪5套在基座10前端外表面，由園形夾箍6固定壓緊，前固定圈4按正確方位壓入配重體3內(nèi)孔，壓電陶瓷7的前端插入前固定圈4內(nèi)腔且其前端面與配重體3內(nèi)孔底面貼合，與壓電陶瓷7后端壓緊方式相同，由螺栓9壓緊壓電陶瓷7，配重體3前端的螺紋柱用于連接作業(yè)器件1，墊圈2位于配重體3和作業(yè)器件1之間，調(diào)整雙支撐彈性爪5以一定的預(yù)緊力緊貼管壁，使整個(gè)裝置保持運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的細(xì)小管道管內(nèi)爬行器,由壓電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)、彈性姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成,它能夠以較快的速度在細(xì)小工業(yè)管道內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行,適應(yīng)一定曲率的彎曲管道和管徑變化。裝備小型作業(yè)器件,構(gòu)成可實(shí)用的細(xì)小管道內(nèi)作業(yè)系統(tǒng),可在制冷業(yè)、石油化工業(yè)及核電站等行業(yè)中替代人工對(duì)細(xì)小金屬管道內(nèi)的蝕痕、裂紋或機(jī)械損傷等缺陷實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和維護(hù),提高工作效率。
文檔編號(hào)B25J11/00GK2486284SQ01210908
公開(kāi)日2002年4月17日 申請(qǐng)日期2001年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月1日
發(fā)明者孫萍, 孫麟治, 龔振邦, 羅明輝, 陸林海 申請(qǐng)人:上海大學(xué)