專利名稱：基于推拉電磁鐵的管道探索機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種蠕動式管道探索機器人，具體地說是一種采用脹緊摩 擦原理，可適應不同管徑的推拉式電磁驅動管道探索機器人。
(二)
背景技術：
隨著現代化建設的加快，管道走進了人們生活和工作中的每個地方，有輸 送流體的管道，如城市給排水管道、石油管道和天然氣管道等等；還有起保護 作用的管道，如電線、光纜的外包管道等。這些形形色色的管道給人們生活和 工作帶來極大便利的同時，也給我們制造了很多麻煩，比如疏通堵塞的下水管 道，檢修破裂的石油、天然氣輸送管道，以及在電、光纜管道中進行穿線、排 線等工作都是比較困難的。尤其是深埋入土的地下管道更加令人棘手無奈。而 在這方面管道機器人卻可以發(fā)揮很大的作用，有著廣闊的市場前景。管道機器 人屬于特種機器人的范疇，其目的在于研制可在管內(或管外)作業(yè)的機器人。 管內作業(yè)機器人可以沿管道內壁自動行走，并攜帶各種檢測儀器和操作工具， 在操作人員的遙控下自動完成探傷(腐蝕程度、裂紋。焊接缺陷等)及補口(對 接焊縫防腐處理、防腐層缺陷處理等)等作業(yè)。隨著交通、能源、石油、化工 以及城市建設的高速發(fā)展，對管道工程技術與管內作業(yè)機器人將會有更高的要 求和廣泛的應用。關于管道機器人的報道也較多，例如專利申請?zhí)枮?01128568.0、名稱為"彈簧蠕行管道機器人"；專利申請?zhí)枮?00710035846.9、 名稱為"蠕動式微小管道機器人"等等。機器人的移動結構形式主要取決于移
動環(huán)境，目前，管內機器人的移動機構形式主要有車輪式、履帶式、腿足式、 步進式、蠕動式和蛇行式等幾種，分別適合于各種不同的環(huán)境場合。
(三)

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種可適應不同管徑、結構簡單、使用方便的基于 推拉電磁鐵的管道探索機器人。 本發(fā)明的目的是這樣實現的
它包括前后兩個平行四邊形機構和三個推拉式電磁鐵；每個推拉式電磁鐵
3由線圈底座，安裝在線圈底座上的線圈和拉桿組成；每個平行四邊形機構是由 四根連桿鉸接而成；在每個平行四邊形機構中的一條對角線的兩個鉸接點上裝 有摩擦塊，另一條對角線的兩個鉸接點分別與推拉式電磁鐵的拉桿和線圈底座 相連接；兩個平行四邊形機構之間通過中間推拉式電磁鐵相連。 本發(fā)明還可以包括這樣一些結構特征
1、 與推拉式電磁鐵的線圈底座連接的鉸接點處設置調節(jié)滑塊，調節(jié)滑塊上 帶有調節(jié)螺母組，調節(jié)螺母組安裝在螺桿上，推拉式電磁鐵的線圈底座與螺桿 相連，所述的兩個平行四邊形機構之間通過中間推拉式電磁鐵相連是中間推拉 式電磁鐵的拉桿和線圈底座分別連接在前后兩個平行四邊形機構的螺桿相連。
2、 中間推拉式電磁鐵的拉桿與螺桿之間設置轉動套，中間推拉式電磁鐵的 拉桿端部與轉動套通過活動鉸鏈相接。
本發(fā)明的主要構成包括兩個平行四邊形機構和三個推拉式電磁鐵，平行四 邊形機構是由四根連桿鉸接而成，在四邊形其中一條對角線的兩個鉸接點上裝 有摩擦塊(也就是機器人的腳)，另一條對角線的兩個鉸接點分別與推拉式電磁 鐵的拉桿和線圈底座相連接，依靠復位彈簧復位。當電磁鐵線圈通電時，吸引 拉桿，使平行四邊形機構的一條對角線長度縮短，根據平行四邊形的性質，另 一條對角線的長度就要伸長，也就是機器人的一個平行四邊形機構的兩個摩擦 塊間的距離增大，從而實現脹緊摩擦管壁；當電磁鐵線圈斷電時，拉桿在復位 彈簧的作用下回到原來的位置，平行四邊形復位，摩擦塊松開。本發(fā)明采用兩
個這樣的平行四邊形機構充當機器人的前后腳，而前后腳之間由中間個推拉式 電磁鐵7相連，構成機器人的腰。
本發(fā)明采用推拉電磁鐵作為驅動元件，大大簡化了運動控制系統的內容， 提高了工作效率；基于平行四邊形機構的動作原理，采用脹緊摩擦方式動作， 可以適用于管徑在特定范圍內變化的管道，同時對管道的材料也具有很強的適 應能力；當需要較大摩擦力的情況下，也可以通過增加徑向、周向的"腳"的 數目來實現，具有靈活的結構形式和較強的負載能力。

圖1是本管道探索機器人的整體結構簡圖； 圖2是推拉式電磁鐵的結構原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述
結合圖l，本發(fā)明的主要構成包括前端連接帽l、前端連桿2、前端推拉電
磁鐵3、前端摩擦塊4 (機器人腳)、前調節(jié)滑塊5、前螺桿6、中間推拉電磁鐵 7、轉動套8、后螺桿9、后調節(jié)滑塊IO、后端摩擦塊ll、后端推拉電磁鐵12、 后端連桿、后端連接帽14、前調節(jié)螺母組15和后調節(jié)螺母組16構成。連接帽 1、 14分別與連桿2、 13通過活動鉸鏈相連，前端、后端推拉電磁鐵3、 12的 拉桿分別與連接帽l、 14鉸接，前端、后端推拉電磁鐵3、 12的底座分別與前、 后螺桿6、 9固定連接，前、后調節(jié)滑塊5、 IO分別與前端、后端連桿2、 13鉸 接，而前、后調節(jié)滑塊5、 IO本身分別由前、后調節(jié)螺母組15、 16分別夾緊在 前、后螺桿6、 9上，構成前、后端的平行四邊形機構。兩個四邊形結構通過中 間推拉電磁鐵7 (機器人的腰)連接，前后兩個平行四邊形機構依靠前、后端 推拉電磁鐵3、 12的通斷電來實現對管壁的脹緊摩擦和松開，而中間推拉電磁 鐵7則實現機器人整體的移動。
對于不同的管徑可以改變前、后調節(jié)滑塊5、 IO在前、后螺桿6、 9上的位 置來改變平行四邊形的對角線長度，從而滿足對不同管徑的要求。當調節(jié)了滑 塊位置也無法滿足要求時，還可更換前端、后端連桿2、 13的長度，即改變四 邊形的邊長來增大對角線長度，實現對管徑的脹緊，而且連桿間是通過鉸鏈連 接，便于更換，除此外改變前端、后端推拉電磁鐵3、 12的行程也可改變對管 徑的適應。
結合圖1所示前端推拉式電磁鐵3為機器人的行進方向，控制方式為編程 控制前端、中間、后端推拉電磁鐵3、 7、 12的通斷電。
(1) 將整個機器人放入管道的入口端，啟動機器人，前端推拉電磁鐵3通電， 前端連桿2被收回，前端四邊形機構被拉扁，對應前端摩擦塊4的間距 增大，脹緊管壁，依靠摩擦力卡緊管道；
(2) 中間推拉電磁鐵7通電，將其拉桿吸回，帶動后面的四邊形機構整體前 移；
(3) 后端推拉電磁鐵12通電，將連桿13收回，把后面的四邊形機構拉扁， 對應的后端摩擦塊ll脹緊管壁，卡住管道；(4)前端推拉電磁鐵3和中間推拉電磁鐵7同時斷電，前端連桿2在復位彈 簧的作用下回到原來的位置，使機器人的前端摩擦塊4松開，同時中間 推拉電磁鐵7拉桿復位實現前進動作。 如此循環(huán)，通過程序改變三個推拉電磁鐵的通斷電頻率可以控制機器人的 行進速度。當機器人需要后退時，改變三個推拉電磁鐵的通斷電順序就可實現 機器人的后退動作。
轉彎的實現參見附圖1，中間推拉式電磁鐵7的拉桿端部與轉動套8的連 接是通過活動鉸鏈相接的，當機器人轉彎時，中間推拉電磁鐵7的拉桿與后前 端四邊形之間通過轉動套8的活動鉸鏈轉過一定的角度，中間電磁鐵的線圈底 座與前螺桿6及前端四邊形固定連接，這樣前、后四邊形間就形成了一定的角 度實現了機器人的轉彎。
權利要求
1、一種基于推拉電磁鐵的管道探索機器人，其特征是它包括前后兩個平行四邊形機構和三個推拉式電磁鐵；每個推拉式電磁鐵由線圈底座，安裝在線圈底座上的線圈和拉桿組成；每個平行四邊形機構是由四根連桿鉸接而成；在每個平行四邊形機構中的一條對角線的兩個鉸接點上裝有摩擦塊，另一條對角線的兩個鉸接點分別與推拉式電磁鐵的拉桿和線圈底座相連接；兩個平行四邊形機構之間通過中間推拉式電磁鐵相連。
2、 根據權利要求1所述的基于推拉電磁鐵的管道探索機器人，其特征是 與推拉式電磁鐵的線圈底座連接的鉸接點處設置調節(jié)滑塊，調節(jié)滑塊上帶有調 節(jié)螺母組，調節(jié)螺母組安裝在螺桿上，推拉式電磁鐵的線圈底座與螺桿相連， 所述的兩個平行四邊形機構之間通過中間推拉式電磁鐵相連是中間推拉式電磁 鐵的拉桿和線圈底座分別連接在前后兩個平行四邊形機構的螺桿相連。
3、 根據權利要求1或2所述的基于推拉電磁鐵的管道探索機器人，其特征 是中間推拉式電磁鐵的拉桿與螺桿之間設置轉動套，中間推拉式電磁鐵的拉 桿端部與轉動套通過活動鉸鏈相接。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種基于推拉電磁鐵的管道探索機器人。它包括前后兩個平行四邊形機構和三個推拉式電磁鐵；每個推拉式電磁鐵由線圈底座，安裝在線圈底座上的線圈和拉桿組成；每個平行四邊形機構是由四根連桿鉸接而成；在每個平行四邊形機構中的一條對角線的兩個鉸接點上裝有摩擦塊，另一條對角線的兩個鉸接點分別與推拉式電磁鐵的拉桿和線圈底座相連接；兩個平行四邊形機構之間通過中間推拉式電磁鐵相連。本發(fā)明是一種依靠摩擦脹緊原理，采用推拉式電磁鐵驅動實現蠕動行走的可適應不同管徑的管道機器人，具有可適應不同管徑、結構簡單、使用方便等優(yōu)點。
文檔編號F16L55/26GK101463936SQ200910071240
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權日2009年1月9日
發(fā)明者浩 劉, 李利維, 王玉甲 申請人:哈爾濱工程大學