管道無損檢測機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種在各種管道形狀下均可完成無損檢測任務(wù)的爬行機(jī)器人設(shè)計(jì)。屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)管道系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工及城市水暖供應(yīng)等領(lǐng)域。工業(yè)管道的工作環(huán)境非常惡劣，容易發(fā)生腐蝕、疲勞破壞或使管道內(nèi)部潛在的缺陷發(fā)展成破損而引起泄漏事故等，因此管道的監(jiān)測、診斷、清理和維護(hù)就成為保障管道系統(tǒng)安全、暢通和高效運(yùn)營的關(guān)鍵，管道的在役和在線探查也就成了管道無損檢測技術(shù)應(yīng)用、發(fā)展的重要方向之一。因此，對(duì)于管道檢測技術(shù)設(shè)備的需求非常迫切。然而，現(xiàn)有的管道檢測機(jī)器人是靠導(dǎo)向輪控制轉(zhuǎn)向，提供支撐。這一設(shè)計(jì)使得機(jī)器人的檢測對(duì)象只能是圓形管道。使得一些其他形狀的管道得不到檢測?；谶@一問題，設(shè)計(jì)一款靠電磁吸附的爬行機(jī)器人，可使檢測的管道種類更多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明在爬行機(jī)器人的基礎(chǔ)上加裝了磁吸附裝置，球形連接機(jī)構(gòu)。從而使機(jī)器人可以在豎直的管道中、或者不利于爬行的彎管中均可爬行。適應(yīng)管道的能力更強(qiáng)。其中，磁吸附裝置安放在足內(nèi)，與彈簧相連，通電時(shí)彈簧伸長電磁鐵吸附在管壁上，斷電時(shí)將彈簧拉回足內(nèi)。同時(shí)足內(nèi)上部內(nèi)安有柔性彈簧，使足具有一定的調(diào)節(jié)能力，以適應(yīng)不同直徑的管道，同時(shí)還有一定的減震效果以及越障能力。腿吸附固定時(shí)，依靠身體與固定腿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成爬行動(dòng)作。通過電磁鐵吸附，電磁鐵通電時(shí)吸附在管壁上，腿部固定，身體前進(jìn)，斷電時(shí)電磁鐵被彈簧拉入腿內(nèi)部，腿部可動(dòng)。為了可以攀爬垂直管道和使機(jī)器人在管道內(nèi)改變前進(jìn)方向或左右移動(dòng)，機(jī)器人分為4節(jié)，每節(jié)之間由球形結(jié)構(gòu)連接，并控制前進(jìn)方向。球形結(jié)構(gòu)內(nèi)球體和外球體兩部分組成，內(nèi)球體的前半球有與前一節(jié)相連的連桿，外球體與內(nèi)球體連桿以外的部分扣住，外球體通過球上的連桿與下一節(jié)機(jī)身相連。外球體外安有2個(gè)電機(jī)，兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸上安有帶有摩擦輪，與內(nèi)球表面摩擦，實(shí)現(xiàn)內(nèi)球轉(zhuǎn)動(dòng)，單一電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)可使內(nèi)球在水平或豎直方向轉(zhuǎn)動(dòng)，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)體垂直和水平方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)身含有3個(gè)這種結(jié)構(gòu)，通過各個(gè)球型連接結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)與管道的無縫貼合，完成在管道中的前進(jìn)。球形連接機(jī)構(gòu)具有主動(dòng)轉(zhuǎn)向的能力，避免了在管道中靠導(dǎo)向輪無法完成轉(zhuǎn)向的情況出現(xiàn)。
[0004]一種基于電磁原理的管道無損檢測機(jī)器人，其特征在于:至少包括四節(jié)機(jī)身；
[0005]第一球形連接機(jī)構(gòu)(5)連接第一節(jié)機(jī)身(I)和第二節(jié)機(jī)身(2)，第二球形連接機(jī)構(gòu)
[6]連接第二節(jié)機(jī)身(2)和第三節(jié)機(jī)身(3)，第三球形連接機(jī)構(gòu)(7)連接第三節(jié)機(jī)身(3)和第四節(jié)機(jī)身(4);第一足(8.1)、第二足(8.2)、第三足(9.1)、第四足(9.2)、第五足(10.1)、第六足(10.2)位于第一節(jié)機(jī)身(I)兩側(cè)；第七足(11.1)、第八足(11.2)、第九足(12.1)、第十足(12.2)、位于第二節(jié)機(jī)身(2)兩側(cè)；第十一足(13.1)、第十二足(13.2)、第十三足(14.1)、第十四足(14.2)位于第三節(jié)機(jī)身(3)兩側(cè)；第十五足(15.1)、第十六足(15.2)、第十七足(16.1)、第十八足(16.2)、第十九足(17.1)、第二十足(17.2)位于第四節(jié)機(jī)身(4)兩側(cè)；
[0006]第一足中柔性彈簧(8.1.1)兩端分別與足上部外殼(8.1.2)和足上連桿(8.1.7)連接，足下部外殼(8.1.3)內(nèi)拉伸彈簧(8.1.4)兩端分別與電磁鐵(8.1.5)和足上連桿(8.1.7)連接；第二足至第二十足的結(jié)構(gòu)與第一足完全相同；球形連接結(jié)構(gòu)(5)中內(nèi)球(5.1)、外球(5.2)組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，外球(5.2)上焊有后節(jié)連接件(5.4)和第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5.5)，摩擦輪(5.3)安裝在第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5.5)的傳動(dòng)軸上；球形連接機(jī)構(gòu)(6)、球形連接機(jī)構(gòu)(7)與球形連接機(jī)構(gòu)(5)完全相同；CCD攝像頭及轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(18)機(jī)構(gòu)中第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)(18.3)安裝在底座(18.2)上，支架(18.5)與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)(18.3)的傳動(dòng)軸相連，并且支架(18.5)上安有第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)(18.4)并與CXD攝像機(jī)(18.1)連接；機(jī)器人第二節(jié)機(jī)身(2)齒輪(27)由電機(jī)(26)驅(qū)動(dòng)，與第三節(jié)機(jī)身(3)結(jié)構(gòu)相同；機(jī)器人第一節(jié)中，齒輪
(19)與齒條(25)嚙合，齒輪(19)與電機(jī)(22)相連，聯(lián)軸器(23)將第一足(8.1)和第二足(8.2)連成一排，聯(lián)軸器(24)將第五足(10.1)和第六足(10.2)連成一排；電機(jī)(22)、聯(lián)軸器(23)、聯(lián)軸器(24)位于滑套(26)中；滑套(26)上方為儀器放置臺(tái)(21)，與第四節(jié)機(jī)身
(4)相同；機(jī)器人、第二節(jié)機(jī)身(2)、第三節(jié)機(jī)身(3)和第四節(jié)機(jī)身⑷儀器放置臺(tái)(21)上安有后部連接支架(20)，第一節(jié)機(jī)身(I)儀器放置臺(tái)上安有CCD攝像頭及轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(18)，第三節(jié)機(jī)身(3)安有控制電路板(28)，第四節(jié)機(jī)身(4)上安有電池(29)。
[0007]2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其特征在于具體功能實(shí)現(xiàn)分別如下:
[0008](I)機(jī)器人吸附功能:第一足(8.1)中電磁鐵(8.1.5)通電彈簧(8.1.4)伸長電磁鐵吸附在管壁上，由控制電路板(28)控制電磁鐵通斷電，電池(29)提供電力；第二足至第二十足與第一足完全相同；
[0009](2)足的移動(dòng)功能:由電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪與齒條嚙合，使足到達(dá)指定位置；
[0010](3)轉(zhuǎn)向功能:以球形連接機(jī)構(gòu)(5)為例，它由驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5.5)驅(qū)動(dòng)摩擦輪(5.3)使之與內(nèi)球(5.1)摩擦，從而達(dá)到轉(zhuǎn)向目的；球形連接機(jī)構(gòu)(6)、球形連接機(jī)構(gòu)(7)與球形連接機(jī)構(gòu)(5) —樣；
[0011](4)足的管道直徑調(diào)節(jié)功能:根據(jù)管道弧度或直徑的不同，足殼上部外殼8.1.2中柔性彈簧(8.1.1)會(huì)發(fā)生形變，使連桿(8.1.7)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，保證電磁鐵(8.1.5)能更好的吸附在管壁上；
[0012](5)CCD攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu):由驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)支架(18.5)、CCD攝像機(jī)(18.1)實(shí)現(xiàn)攝像頭的多角度轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0013](6)機(jī)器人爬行功能:機(jī)器人前進(jìn)時(shí)第三足(9.1)、第四足(9.2)、第五足(10.1)、第六足(10.2)、第15足(15.1)、第十六足(15.2)、第十七足(16.1)、第十八足(16.2)內(nèi)通電，其內(nèi)電磁鐵產(chǎn)生磁力與管道內(nèi)壁吸附，之后第一足(8.1)、第二足(8.2)、第七足(11.1)、第八足(11.2)、第九足(12.1)、第十足(12.2)、第^^一足(13.1)、第十二足(13.2)、第十三足(14.1)、第十四足(14.2)、第十九足(17.1)、第二十足(17.2)在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下向前移動(dòng)，到達(dá)指定位置后給其電磁鐵通電，與管壁吸附，之后第三足(9.1)、第四足(9.2)、第五足(10.1)、第六足(10.2)、第十五足(15.1)、第十六足(15.2)、第十七足(16.1)、第十八足(16.2)內(nèi)電磁鐵斷電，電磁鐵被彈簧拉回足內(nèi)，完成后電機(jī)反轉(zhuǎn)，機(jī)身整體前移；重復(fù)動(dòng)作，完成爬行動(dòng)作；
[0014](7)機(jī)器人的可拓展性功能:由于采用分界結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)器人視任務(wù)不同增減節(jié)；只需將內(nèi)球(5.6)與后部連接支架(20)連接或斷開連接便可拆卸或增添相應(yīng)的節(jié)。
[0015]3、部分部件參數(shù)
[0016]驅(qū)動(dòng)電機(jī)(自帶減速器)參數(shù):額定電壓12v、額定功率0.8w、扭矩4kg*cm、減速比為1:270。機(jī)器人總重約20kg，平均每節(jié)5kg(含鏈接結(jié)構(gòu))，每節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)可驅(qū)動(dòng)12.1kg的物體，所以可以完成驅(qū)動(dòng)任務(wù)。(FX半徑r =扭矩、r = 0.33_、可驅(qū)動(dòng)12.1kg的物體)
[0017]機(jī)器人吸附電磁鐵參數(shù):功率4w、吸力5kg(每次固定時(shí)必有兩個(gè)電磁鐵工作，所以吸力大于重力，機(jī)器人可吸附在管道上)、電磁鐵自重50g
【附圖說明】
[0018]圖1機(jī)器人節(jié)與連接結(jié)構(gòu)關(guān)系圖一正視圖
[0019]圖2第一