本發(fā)明涉及機(jī)器人智能控制技術(shù)，具體是一種能在管道內(nèi)蠕動(dòng)式自由行走的氣動(dòng)式管道機(jī)器人。

背景技術(shù)：

目前，國(guó)內(nèi)機(jī)器人公司主要從事七大領(lǐng)域的研究，包括服務(wù)機(jī)器人、玩具機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍事機(jī)器人、太空機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人、水下機(jī)器人等、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作?，F(xiàn)今，中國(guó)機(jī)器人的發(fā)展藍(lán)圖已呈現(xiàn)。2012年4月，《智能制造科技發(fā)展“十二五”重點(diǎn)專項(xiàng)規(guī)劃》出臺(tái)，工業(yè)和服務(wù)機(jī)器人被列為未來新興產(chǎn)業(yè)重大發(fā)展方向。管道在當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，通過管道可以運(yùn)輸石油，天然氣，生活用水等等；管道在長(zhǎng)期的使用中難免會(huì)破裂、堵塞、積污等，但是管道的檢測(cè)、清理、維護(hù)很困難，往往為了尋找管道上的一個(gè)裂紋而花費(fèi)大量的人力和物力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種氣動(dòng)式管道機(jī)器人，該機(jī)器人不僅可以在管道內(nèi)蠕動(dòng)式自由行走，而且具有一定的承載能力，可以成為管道檢測(cè)、清洗設(shè)備的載體，使得管道的檢測(cè)、清潔等工作易于實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：

一種氣動(dòng)式管道機(jī)器人，包括伸縮模塊和與伸縮模塊連接的支撐模塊；伸縮模塊主要由驅(qū)動(dòng)氣缸和與驅(qū)動(dòng)氣缸連接的關(guān)節(jié)軸承構(gòu)成，利用驅(qū)動(dòng)氣缸的伸縮來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的蠕動(dòng)式行走，支撐模塊由支撐氣缸組產(chǎn)生推力，使機(jī)器人的支撐塊與管壁壓緊，支撐模塊通過關(guān)節(jié)軸承中的球面副相對(duì)于伸縮模塊可以繞動(dòng)一個(gè)空間角度θ，并通過控制電磁閥的通斷電時(shí)間實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速功能。

所述伸縮模塊和支撐模塊按一定的順序循環(huán)工作。

所述支撐模塊分為第一支撐模塊和第二支撐模塊，其中：

第一支撐模塊設(shè)置在伸縮模塊前端，通過固定板與伸縮模塊的關(guān)節(jié)軸承Ⅰ相聯(lián)接；

第二支撐模塊設(shè)置在伸縮模塊后端，通過固定板與伸縮模塊的關(guān)節(jié)軸承Ⅱ相聯(lián)接。

所述支撐模塊包括導(dǎo)向輪、支撐桿Ⅰ、內(nèi)嵌彈簧、固定板、支撐塊、支撐桿Ⅱ、鋁板、支撐氣缸組Ⅰ和U形連接塊；其中：支撐桿Ⅰ為6根，支撐桿Ⅱ?yàn)?根，每根支撐桿之間的間隔均為120°，鋁板通過螺釘分別固定在兩塊固定板上，支撐氣缸組Ⅰ和支撐桿Ⅰ固定設(shè)置在鋁板上，支撐桿Ⅱ與支撐氣缸組Ⅰ通過螺紋連接，內(nèi)嵌彈簧設(shè)置在空心柱體中；導(dǎo)向輪設(shè)置在U形連接塊中，并與U形連接塊的雙頭螺柱固定連接。

所述支撐氣缸組Ⅰ位于鋁板下面，支撐桿Ⅰ設(shè)置于鋁板上面。

所述伸縮模塊包括關(guān)節(jié)軸承Ⅰ、驅(qū)動(dòng)氣缸、鋁板片、關(guān)節(jié)軸承Ⅱ、銷釘、螺栓；其中驅(qū)動(dòng)氣缸一端與關(guān)節(jié)軸承Ⅰ通過螺紋聯(lián)接，另一端通過螺栓與關(guān)節(jié)軸承Ⅱ聯(lián)接；關(guān)節(jié)軸承Ⅱ左端桿通過鋁板片中心孔并使其桿端面貼緊驅(qū)動(dòng)氣缸右端面；鋁板片通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)氣缸上的螺母，配合關(guān)節(jié)軸承Ⅱ與鋁板片連接桿上的螺母，固定鋁板片。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力較大，使得機(jī)器人具有承擔(dān)一定負(fù)載的能力，通過調(diào)節(jié)氣壓可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力大小的調(diào)節(jié)；電路板外接，機(jī)器人主體部分可以較好地適應(yīng)潮濕的環(huán)境；氣缸本身即可實(shí)現(xiàn)往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)；機(jī)器人的“腳”即所述支撐桿可以通過添加不同長(zhǎng)度的“加長(zhǎng)腳”來改變“腳”的長(zhǎng)度，以適應(yīng)不同內(nèi)徑的管道；主體部分采用三段式結(jié)構(gòu)，由關(guān)節(jié)軸承聯(lián)接而成，蠕動(dòng)實(shí)現(xiàn)過彎管道的功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為伸縮模塊示意圖；

圖3為第一支撐模塊示意圖；

圖4為第二支撐模塊示意圖；

圖5為支撐桿Ⅰ結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為氣動(dòng)管道機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意圖；

圖7為氣動(dòng)管道機(jī)器人行走原理示意圖；

圖8為氣動(dòng)管道機(jī)器人氣路設(shè)計(jì)原理示意圖；

圖中：100. 第一支撐模塊；200. 伸縮模塊；300. 第二支撐模塊；

1.關(guān)節(jié)軸承Ⅰ；2.驅(qū)動(dòng)氣缸；3.鋁板片；4.螺釘；5. 關(guān)節(jié)軸承Ⅱ；6. 導(dǎo)向輪；7.雙頭螺柱；8-1.支撐桿Ⅰ；8-2.U形連接塊；8-3.內(nèi)嵌彈簧；8-4.空心柱體；9.單頭螺桿；10.螺釘；11.固定板（無孔）；12.緊定螺釘；13.支撐塊；14.支撐桿Ⅱ；15.螺栓； 16.鋁板；17-1.支撐氣缸組Ⅰ；17-2.支撐氣缸組Ⅱ；18.固定板（有孔）。

具體實(shí)施方式

以下以具體實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。

參見圖1-5：一種氣動(dòng)管道機(jī)器人，包括第一支撐模塊100、伸縮模塊200、第二支撐模塊300；其中第一支撐模塊100中的支撐板和伸縮模塊200的關(guān)節(jié)軸承相配合，伸縮模塊200的另一關(guān)節(jié)軸承與第二支撐模塊300的支撐板相配合；第一支撐模塊100位于伸縮模塊200之前，第二支撐模塊300位于伸縮模塊200之后。伸縮模塊200主要由驅(qū)動(dòng)氣缸2和關(guān)節(jié)軸承構(gòu)成，利用驅(qū)動(dòng)氣缸的伸縮來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走，行走方式為蠕動(dòng)式；支撐模塊由支撐氣缸組產(chǎn)生推力，使機(jī)器人的 “腳”（支撐塊13）與管壁壓緊，從而產(chǎn)生機(jī)器人行走所需的靜摩擦力。伸縮模塊200和第一支撐模塊100、第二支撐模塊300按一定的順序循環(huán)工作，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在管道內(nèi)的行走。關(guān)節(jié)軸承中的球面副使得第一支撐模塊100和第二支撐模塊300相對(duì)于伸縮模塊200可以繞動(dòng)一個(gè)空間角度θ，機(jī)器人因此具備了過彎的能力?？刂齐姶砰y的通斷電時(shí)間來實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速功能（設(shè)計(jì)為高、中、低三擋）。

所述第一支撐模塊100包括螺釘4、導(dǎo)向輪（6個(gè)）6、支撐桿Ⅰ（6根）8-1、內(nèi)嵌彈簧（9根）8-3、固定板（無孔）11、支撐塊（3塊）13、支撐桿Ⅱ（3根）14、鋁板（3塊）16、支撐氣缸組Ⅰ17-1、固定板（有孔）18；其中三組 “腳”之間間隔均為120°，鋁板16用螺釘4固定在兩固定板11和18上，支撐氣缸組Ⅰ17-1和支撐桿8-1和14設(shè)置固定在鋁板16上，支撐氣缸組Ⅰ17-1位于鋁板16下面，支撐桿8-1和14設(shè)置于鋁板16上面，支撐桿Ⅱ14與支撐氣缸組Ⅰ17-1通過螺紋連接，內(nèi)嵌彈簧8-3設(shè)置在空心柱體8-4中；導(dǎo)向輪6設(shè)置于U形連接塊8-2中，并安裝于固定在U形連接塊8-2的雙頭螺柱7上。第一支撐模塊100主要通過支撐氣缸組Ⅰ17-1控制實(shí)現(xiàn)支撐塊13撐起與收縮的功能，并配合驅(qū)動(dòng)氣缸的氣缸桿的伸長(zhǎng)與收縮，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人蠕動(dòng)式前進(jìn)。

所述伸縮模塊200包括關(guān)節(jié)軸承Ⅰ1、驅(qū)動(dòng)氣缸2、鋁板片3、關(guān)節(jié)軸承Ⅱ5、銷釘10、螺栓15；其中驅(qū)動(dòng)氣缸2一端與關(guān)節(jié)軸承Ⅰ通過螺紋連接，另一端通過螺栓15與關(guān)節(jié)軸承Ⅱ5連接。該模塊通過驅(qū)動(dòng)氣缸的控制，氣缸桿伸長(zhǎng)時(shí)推動(dòng)支撐模塊一往前移動(dòng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)氣缸行程，所述氣缸桿收縮時(shí)拉動(dòng)支撐模塊二往前移動(dòng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)氣缸行程，如此有序循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人蠕動(dòng)式前進(jìn)。

所述第二支撐模塊300包括螺釘4、導(dǎo)向輪（6個(gè)）6、支撐桿Ⅰ（6根）8-1、內(nèi)嵌彈簧（9根）8-3、固定板（無孔）11、支撐塊（3塊）13、支撐桿Ⅱ（3根）14、鋁板（3塊）16、支撐氣缸組Ⅱ17-2、固定板（有孔）18；其中三組 “腳”之間間隔均為120°，鋁板16用螺釘4固定在兩固定板11和18上，支撐氣缸組Ⅱ17-2和支撐桿8-1和14設(shè)置固定在鋁板16上，支撐氣缸組Ⅱ17-2位于鋁板16下面，支撐桿8-1和14設(shè)置于鋁板16上面，支撐桿Ⅱ14與支撐氣缸組Ⅱ17-2通過螺紋連接，內(nèi)嵌彈簧8-3設(shè)置在空心柱體8-4中；導(dǎo)向輪6設(shè)置于U形連接塊8-2中，并安裝于固定在U形連接塊8-2的雙頭螺柱7上。第二支撐模塊300主要通過支撐氣缸組Ⅱ17-2控制實(shí)現(xiàn)支撐塊13撐起與收縮的功能，并配合驅(qū)動(dòng)氣缸的氣缸桿的伸長(zhǎng)與收縮，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人蠕動(dòng)式前進(jìn)。

本發(fā)明的行走原理如圖7所示：

1）初始狀態(tài)，支撐氣缸組Ⅰ和支撐氣缸組Ⅱ均伸長(zhǎng)，第一支撐模塊中的支撐塊和第二支撐模塊中的支撐塊均處于支撐狀態(tài)；驅(qū)動(dòng)氣缸收縮，機(jī)器人靠摩擦力的作用停留在管道中；

2）支撐氣缸組Ⅰ收縮，第一支撐模塊的支撐塊收縮；

3）驅(qū)動(dòng)氣缸的氣缸桿伸長(zhǎng)，第一支撐模塊向前移動(dòng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)氣缸行程；

4）支撐氣缸組Ⅰ伸長(zhǎng)，第一支撐模塊的支撐塊撐開；

5）驅(qū)動(dòng)氣缸組Ⅱ收縮，第二支撐模塊的支撐塊收縮；

6）驅(qū)動(dòng)氣缸收縮，第二支撐模塊向前移動(dòng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)氣缸行程；

之后機(jī)器人的狀態(tài)恢復(fù)至初始狀態(tài)1），重復(fù)以上的動(dòng)作，機(jī)器人不斷前進(jìn)。

本發(fā)明的氣路設(shè)計(jì)原理如圖8所示：

從空氣凈化裝置出來的壓縮空氣，經(jīng)過一個(gè)四通將壓縮空氣分成三路分別給三個(gè)電磁閥，在圖8中從上而下的電磁閥依次控制支撐氣缸組Ⅰ、驅(qū)動(dòng)氣缸和支撐氣缸組Ⅱ。通過電路控制電磁閥線圈的通斷電來實(shí)現(xiàn)氣路的切換，即控制氣缸的伸縮。機(jī)器人的速度共有3種，高、中、低，分別對(duì)應(yīng)時(shí)間0.5s，1s，1.5s（對(duì)應(yīng)電磁閥變一次所用時(shí)間），對(duì)應(yīng)管道機(jī)器人速度為0.4m/min，0.2m/min，0.13m/min。