專利名稱：一種蠕動式機(jī)器人管內(nèi)行走機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及特種機(jī)構(gòu)設(shè)計，具體地說是特種機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計，即蠕動式管內(nèi)行走的機(jī)器人。
目前，國內(nèi)外對管內(nèi)行走機(jī)器人已經(jīng)有過許多研究，目前的研究主要分為連續(xù)運動型管內(nèi)行走機(jī)器人和蠕動式管內(nèi)行走機(jī)器人。連續(xù)運動型管內(nèi)行走機(jī)器人主要采用輪式或履帶式行走機(jī)構(gòu)，靠驅(qū)動輪或履帶與管壁間的附著力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)向前的驅(qū)動力。這樣就存在著行走時驅(qū)動力、機(jī)構(gòu)與管壁間的正壓力、摩擦力之間的矛盾(因為正壓力小，驅(qū)動力與管壁打滑，不能輸出牽引力，若正壓力大，則輪與管壁間的摩擦阻力增大)，輸出牽引力小，特別是管道直徑減小時這種矛盾更加突出。國外也有過蠕動式管內(nèi)行走機(jī)構(gòu)的研究，他們采用伸縮式支撐足，機(jī)構(gòu)由頭部、尾部和蠕動身體組成。當(dāng)機(jī)構(gòu)行走時首先頭部支撐足縮回，尾部支撐足伸出與管壁壓緊，蠕動身體伸長帶動頭部向前移動。頭部移動到位后頭部支撐足伸出，支撐管壁，尾部支撐足縮回，蠕動身體收縮，帶動尾部向前移動，尾部移動到位后尾部支撐足伸出支撐管壁，頭部支撐足縮回，蠕動身體伸長進(jìn)入下一個運動循環(huán)。機(jī)構(gòu)在這種運動循環(huán)中向前行走。對于這種行走機(jī)構(gòu)在行程過程中除了蠕動身體的伸縮運動(我們稱之為有效運動)外，還要附加上支撐足的伸縮運動(我稱之為無效運動)。機(jī)構(gòu)的行走速度受到無效運動的影響，限制了機(jī)構(gòu)的行走速度，難于實際應(yīng)用。
本實用新型目的是要研制出一種具有大輸出牽引力和快速行走的管內(nèi)行走機(jī)器人，它特別適合在小口徑管內(nèi)行走，可以輸出大的牽引力，在通常情況下行走時只有蠕動身體的伸縮運動，機(jī)器人與管壁的壓緊與松開由一套超越機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，減少了無效運動時間。當(dāng)支撐足與管壁壓緊時利用自鎖原理，只要支撐足和管壁接觸處不被破壞，輸出牽引力完全由機(jī)構(gòu)驅(qū)動力決定。當(dāng)支撐足與管壁松開時機(jī)構(gòu)與管壁間的摩擦力等于或略大于機(jī)構(gòu)重力產(chǎn)生的摩擦力。
本實用新型的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括鋼體5、壓縮彈簧8、鋼柱7及螺桿9、螺桿9擰在有斜坡面的鋼體5上，帶有長槽的外罩6鑲在鋼體5上，彈簧8一端固定在外罩6上，另一端被鋼柱7壓緊，外罩6上的長槽寬度以鋼柱7在其槽內(nèi)可自由運動為宜。鋼柱7可以作成球狀，偏心圓柱體狀。
采用本實用新型的蠕動式機(jī)器人的行走原理如下如


圖1所示，其中1為管壁、2為機(jī)器人頭部、3為蠕動身體、4為機(jī)器人尾部，頭部和尾部的小球由彈簧力作用始終與管壁接觸。當(dāng)蠕動身體伸縮運動，蠕動身體伸長時尾部4有向右運動的趨勢，小球在管壁與斜面間壓緊，斜面的傾斜角小于小球與管壁之間和小球與斜面間的最大靜摩擦角，小球與管壁自鎖，尾部4不能向右移動而固定不動。此時頭部2有向左移動的趨勢(頭部和尾部小球的動作原理相同)，小球被壓向脫離管壁的方向而使頭部與管壁松開，所以蠕動身體帶動頭部向左移動。頭部移動到位后蠕動身體收縮，頭部有向右移動的趨勢，小球在管壁與斜面間壓緊頭部與管壁自鎖固定不動。此時尾部有向左移動的趨勢，小球被壓向脫離管壁的方向而使尾部與管壁松開，所以蠕動身體帶動尾部向左移動。尾部移動到位后蠕動身體再伸長，此后重復(fù)前面的運動，機(jī)構(gòu)一步一步向左移動。
該機(jī)器人的頭部和尾部用了單方向超越行走機(jī)構(gòu)，只可以單方向行走。機(jī)構(gòu)的頭部和尾部只要有向相反方向運動的趨勢就與管壁自鎖。不需要頭部和尾部支撐足伸出與管壁壓緊或縮回與管壁松開，所以減小了機(jī)器人行走時的無效運動時間。機(jī)構(gòu)頭部和尾部的伸縮運動是為適應(yīng)在不同直徑的管內(nèi)行走。另外頭部和尾部的小球與管壁自鎖后不會打滑，所以機(jī)構(gòu)的牽引力可以增大。當(dāng)機(jī)器人需要向相反方向行走時，利用一套換向機(jī)構(gòu)把超越行走方向改變過來。
本實用新型是可以在圓管或方管等封閉環(huán)境中作超越行走的超越行走機(jī)構(gòu)，采用這種機(jī)構(gòu)可以使管內(nèi)行走機(jī)構(gòu)的行走速度加快，輸出牽引力增大。解決目前管內(nèi)行走機(jī)器人研究中一大難題。
圖1為蠕動式管內(nèi)行走機(jī)器人原理示意圖圖2為本實用新型主剖視圖實施例將本實用新型安裝在蠕動式管內(nèi)行走機(jī)器人上，該機(jī)器人自重3公斤，可以在φ80－φ110毫米的管內(nèi)行走。其輸出牽引力為8公斤(如果換用較大功率的行走電機(jī)其輸出牽引力還可以增大)。試驗表明，采用超越行走方式行走，平穩(wěn)、可靠，具有推廣應(yīng)用的價值。
權(quán)利要求1.一種蠕動式機(jī)器人管內(nèi)行走機(jī)構(gòu)，包括鋼體[5]、壓縮彈簧[8]，鋼柱[7]和螺桿[9]，其特征在于螺桿[9]擰在有斜坡面的鋼體[5]上，帶有長槽的外罩[6]鑲在鋼體[5]上，彈簧[8]一端固定在外罩[6]上，另一端由鋼柱[7]壓緊，鋼體[5]、鋼柱[7]與管壁之間保證單向自鎖，外罩[6]上的長槽寬度以鋼柱[7]在其槽內(nèi)自由運動為宜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管內(nèi)行走機(jī)構(gòu)，其特征在于鋼柱［7］可以作成球狀，偏心圓柱體狀。
專利摘要本實用新型涉及一種特種機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計，具體地說是一種蠕動機(jī)器人在管內(nèi)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計，該機(jī)構(gòu)有一斜坡鋼體，在其上面有壓縮彈簧和鋼柱，鋼柱在外罩槽內(nèi)自由滑動，本機(jī)構(gòu)就是靠鋼柱與斜面及管壁圓的相互作用實現(xiàn)超越行走的。
文檔編號B25J11/00GK2187097SQ9322436
公開日1995年1月11日 申請日期1993年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月16日
發(fā)明者于殿勇, 孫序梁 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)