蠕動(dòng)鉆地機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地質(zhì)資源與地質(zhì)工程探測(cè)領(lǐng)域，尤其是涉及一種蠕動(dòng)鉆地機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，地質(zhì)勘探、礦難搜索救援等作業(yè)，往往在地面搭設(shè)大型開(kāi)挖設(shè)備，往往具有費(fèi)時(shí)、能耗大、成本高和受地面環(huán)境條件限制等缺點(diǎn)，因此實(shí)際應(yīng)用效果并不理想。鉆地機(jī)器人由于其體積小、功耗低、運(yùn)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，很適合承擔(dān)地下施工、救援等任務(wù)，已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研宄的熱點(diǎn)。
[0003]此前國(guó)內(nèi)已經(jīng)研制出用于地下鋪管的非開(kāi)挖“穿地龍”特種作業(yè)機(jī)器人和用于海底沉船打撈的拱泥機(jī)器人，此類(lèi)機(jī)器人動(dòng)力源一般為液動(dòng)或氣動(dòng)，結(jié)構(gòu)上都采用往復(fù)沖擊擠壓泥土前進(jìn)，具有能耗高、控制系統(tǒng)復(fù)雜等缺點(diǎn)。西北工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)出一種土質(zhì)環(huán)境下仿蚯蚓拱洞機(jī)器人，具有三個(gè)可軸向伸縮和徑向脹縮的體節(jié)，模仿蚯蚓蠕動(dòng)爬行方式鉆進(jìn)，然而這種機(jī)器人還處于理論研宄和虛擬模擬階段，距離實(shí)用化還有較大差距。日本開(kāi)發(fā)了一種用于地質(zhì)勘測(cè)的小型鉆掘機(jī)器人“DigBot”，該機(jī)器人采用“雙重反轉(zhuǎn)鉆頭”的設(shè)計(jì)，用來(lái)消除鉆進(jìn)過(guò)程中泥土的阻力矩，機(jī)器人后部采用電磁螺線管提供機(jī)器人前進(jìn)推力，但是這種方法提供的推力有限，而且不具備轉(zhuǎn)向功能。美國(guó)研制出一種自推進(jìn)深孔鉆進(jìn)設(shè)備“ IDDS”，分為前后兩節(jié)，采用仿尺蠖運(yùn)動(dòng)方式前進(jìn)，用于地外行星探測(cè)也可用于地球上進(jìn)行地下鉆進(jìn)，但是該機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本昂貴，不適合大批量生產(chǎn)應(yīng)用。雖然鉆地機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外研宄多年，但由于地下土壤環(huán)境復(fù)雜，對(duì)機(jī)器人的性能要求高，很多鉆地機(jī)器人還處于實(shí)驗(yàn)室研宄階段。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利CN 203601545U—種雙螺旋葉片拱泥機(jī)器人，它由:前后拱泥體、左右旋螺旋葉片、第一二平鍵、第一二液壓馬達(dá)、前后節(jié)板、姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)構(gòu)成。右旋螺旋葉片固定在前拱泥體上，第一液壓馬達(dá)一端與前拱泥體相連接，另一端固定在前節(jié)板上，左旋螺旋葉片固定在后拱泥體上，第二液壓馬達(dá)一端與后拱泥體相連接，另一端固定在后節(jié)板上，前拱泥體通過(guò)姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)與后拱泥體相連接。該產(chǎn)品采用雙螺旋葉片，能同時(shí)完成拱泥、前進(jìn)、支撐三個(gè)動(dòng)作，姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，保證了拱泥機(jī)器人在泥土中可靠轉(zhuǎn)向，動(dòng)力由液壓馬達(dá)與液壓缸提供，但是該專(zhuān)利使用兩個(gè)液壓馬達(dá)，存在結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜、能耗大的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種蠕動(dòng)鉆地機(jī)器人，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)在地下自推進(jìn)和調(diào)整方向，為日后通過(guò)攜帶傳感器深入土壤進(jìn)行地質(zhì)勘探、礦難搜索救援或采集土壤樣本等任務(wù)提供了很好的平臺(tái)。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0007]一種蠕動(dòng)鉆地機(jī)器人，包括電動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)和鉆頭機(jī)構(gòu)，還包括電機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，電動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)、電機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和鉆頭機(jī)構(gòu)依次連接，所述電動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)和鉆頭機(jī)構(gòu)的外壁上均分別設(shè)有一用于張開(kāi)和收縮的鱗片裝置，電動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)周期伸縮，鱗片裝置在土體力的作用下張開(kāi)或收縮，用于提供鉆進(jìn)方向的支撐反力，電機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)鉆頭機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向。
[0008]所述鱗片裝置包括依次設(shè)置的張開(kāi)阻擋件、轉(zhuǎn)動(dòng)軸和收縮阻擋件，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)有多個(gè)用于張開(kāi)和收縮的鱗片。
[0009]所述鱗片的表面為平面或者具有弧度的曲面。
[0010]所述電動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)推桿安裝殼和用于伸縮的電動(dòng)推桿，所述電動(dòng)推桿的末端固定于電動(dòng)推桿安裝殼的內(nèi)腔，電動(dòng)推桿的頂端連接電機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，所述鱗片裝置設(shè)于電動(dòng)推桿安裝殼外壁的末端。
[0011]所述電動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)的末端設(shè)有傳感器搭載腔。
[0012]所述電機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括電機(jī)安裝殼和步進(jìn)行星減速電機(jī)，所述電機(jī)安裝殼的末端通過(guò)固定支座連接電動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)，所述步進(jìn)行星減速電機(jī)固定于電機(jī)安裝殼的內(nèi)腔，并通過(guò)聯(lián)軸器連接鉆頭機(jī)構(gòu)。
[0013]所述電機(jī)安裝殼與鉆頭機(jī)構(gòu)之間的兩個(gè)接觸面為斜面，兩個(gè)接觸面之間設(shè)有用于傳動(dòng)的推力軸承。
[0014]所述鉆頭機(jī)構(gòu)包括第一傳動(dòng)桿件、第二傳動(dòng)桿件和鉆頭，所述第一傳動(dòng)桿件的頂端連接第二傳動(dòng)桿件的末端，末端連接電機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，所述第二傳動(dòng)桿件的頂端連接鉆頭的內(nèi)腔，所述鱗片裝置設(shè)于鉆頭外壁的末端。
[0015]所述第一傳動(dòng)桿件的頂端通過(guò)雙節(jié)萬(wàn)向節(jié)連接第二傳動(dòng)桿件的末端。
[0016]所述電動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)和電機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)之間安裝用于密封的波紋管。
[0017]本發(fā)明由電動(dòng)推桿提供在土壤中鉆進(jìn)的動(dòng)力，當(dāng)電動(dòng)推桿伸出時(shí)，一方面，電動(dòng)推桿安裝殼及其附件向后運(yùn)動(dòng)，此時(shí)電動(dòng)推桿安裝殼上的鱗片在土壤的作用下，繞著轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，逐漸張開(kāi)，最后抵在張開(kāi)阻擋件上，電動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)的鱗片裝置呈完全張開(kāi)狀態(tài)，另一方面，電機(jī)安裝殼及鉆頭機(jī)構(gòu)向前運(yùn)動(dòng)，鉆頭上的鱗片在土壤的作用下，繞著轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，逐漸收縮，最后抵在收縮阻擋件上，鉆頭機(jī)構(gòu)的鱗片裝置呈收縮狀態(tài)，大大減小了鉆地機(jī)器人前進(jìn)時(shí)的阻力，這樣，電動(dòng)推桿在伸出的過(guò)程中，電動(dòng)推桿安裝殼及其附件向后運(yùn)動(dòng)的阻力逐漸增大，最后鱗片卡阻于土壤之中，提供鉆地機(jī)器人鉆進(jìn)破解土壤時(shí)的支撐反力，電機(jī)安裝殼及鉆頭部分向前運(yùn)動(dòng)的阻力逐漸減小，有利于鉆頭破解土壤不斷鉆進(jìn)。同理，電動(dòng)推桿收縮時(shí)，一方面，電動(dòng)推桿安裝殼及其附件向前運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)推桿安裝殼上的鱗片裝置在土壤的作用下逐漸收縮，不斷減小其向前運(yùn)動(dòng)的阻力，另一方面，電機(jī)安裝殼及鉆頭機(jī)構(gòu)向后運(yùn)動(dòng)，鉆頭上的鱗片裝置逐漸展開(kāi)，最后卡阻于土壤中，阻礙其向后運(yùn)動(dòng)。蠕動(dòng)鉆地機(jī)器人通過(guò)電動(dòng)推桿不斷的伸縮運(yùn)動(dòng)，配合鱗片裝置的張開(kāi)或收縮，獲得在土壤中蠕動(dòng)鉆進(jìn)的效果O
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]I)本發(fā)明通過(guò)電動(dòng)推桿與鱗片裝置的配合，實(shí)現(xiàn)鉆地機(jī)器人的蠕動(dòng)前進(jìn)，而鱗片裝置的張開(kāi)和收縮無(wú)需專(zhuān)門(mén)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這使得鉆地機(jī)器人的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，利于機(jī)構(gòu)內(nèi)的布線及密封等，同時(shí)相比液動(dòng)或氣動(dòng)的動(dòng)力源，電動(dòng)推桿提供穩(wěn)定、恒定的推力；
[0020]2)本發(fā)明中鱗片裝置的形狀尺寸可有不同，鱗片主體是可繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的片狀物，鱗片表面可以是平面或者是具有一定弧度的曲面等等，從而保證鱗片張開(kāi)時(shí)可以提供足夠的支撐反力，同時(shí)曲面可以減少與土體的阻力，便于收縮，從而實(shí)現(xiàn)鉆地機(jī)器人的鉆進(jìn);
[0021]3)本發(fā)明在電動(dòng)推桿安裝殼和電機(jī)安裝殼之間安裝波紋管，可以起到密封作用，避免土壤進(jìn)入鉆地機(jī)器人內(nèi)部，結(jié)構(gòu)可靠；
[0022]4)本發(fā)明中電機(jī)安裝殼和鉆頭之間的接觸平面為一斜面，即此平面的法線與電機(jī)安裝殼的軸線具有一定角度，兩接觸面通過(guò)推力軸承傳動(dòng)，當(dāng)二者發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鉆頭軸心線與電機(jī)安裝殼軸心線之間的角度將發(fā)生變化，通過(guò)控制步進(jìn)行星減速電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度便可調(diào)整鉆頭的轉(zhuǎn)向姿態(tài)，克服現(xiàn)有技術(shù)不具有轉(zhuǎn)向功能的缺陷，實(shí)現(xiàn)調(diào)整鉆進(jìn)方向，實(shí)用性強(qiáng)；
[0023]2)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，控制方便，在電動(dòng)推桿安裝殼尾部設(shè)置有傳感器搭載腔，便于搭載探地雷達(dá)、通信裝置等，適用于松軟土壤環(huán)境中執(zhí)行地質(zhì)勘探、礦難救援搜索等任務(wù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明的外觀示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明的剖視圖；
[0026]圖3為本發(fā)明鱗片裝置的示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明鱗片裝置中鱗片的示意圖；
[0028]圖5為本發(fā)明鉆進(jìn)過(guò)程的示意圖；
[0029]圖6為本發(fā)明轉(zhuǎn)向時(shí)的示意圖。
[0030]圖中:1、傳感器搭載腔，2、第一緊定銷(xiāo)釘，3、電動(dòng)推桿安裝殼，4、電動(dòng)推桿，5、第二緊定銷(xiāo)釘，6、固定支座，7、電機(jī)安裝殼，8、推力軸承，9、聯(lián)軸器，10、第一傳動(dòng)桿件，11、雙節(jié)萬(wàn)向節(jié)，12、第二傳動(dòng)桿件，13、鉆頭，14、步進(jìn)行星減速電機(jī)，15、張開(kāi)阻擋件，16、轉(zhuǎn)動(dòng)軸，17、鱗片，18、收縮阻擋件。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0032]如圖1、圖2所示，一種蠕動(dòng)鉆地機(jī)器人包括電動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)、電機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、鉆頭機(jī)構(gòu)，電動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)推桿安裝殼3、用于伸縮的電動(dòng)推桿4和第一鱗片裝置，電子轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括電機(jī)安裝殼7和步進(jìn)行星減速電機(jī)14，鉆頭機(jī)構(gòu)包括