专利名称：自胀式尺蠖机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于管道作业的机器人。
背景技术：
在工业领域，管道是进行物质传输的最重要的工具。在化工、核能、日常生活等方面有极其广泛的应用。但是，目前管道内故障与管道损伤的探测手段却相当落后，基本采用开掘式检测方法。这种方法对劳动力的需求大，且对管道具有破坏作用。管道形状复杂，内部空间狭窄，内部状况恶劣且不可忽视，如何对管道内状况进行监控，检修成为科学界研究的重点之一，管路内爬行机器人是机器人重点研究领域之一。国内已有管道移动机器人的研究。尺蠖式爬行机器人装置(申请号2006100M565.幻是由前卡紧装置、后卡紧装置、 伸缩腰、安全锁紧装置等部分组成。利用交替工作的前后卡紧装置与能伸长和缩短的伸缩腰与配合，作尺蠖式前进。安全锁紧装置置于前后卡紧装置之间，在机器人失控时，起保护作用。卡紧装置由电机驱动，产生较大锁紧力，在空间任意方位均能有效工作。但该机器人只能适应一种管径的工作，工作环境不够灵活。尺蠖式油井管道机器人装置(申请号200710171226. 8)包括上段、中段、下段，三段相互独立，所述上下段结构相同，其中连接管、第一管头、第一传动机构通过螺纹方式安装在第一外管内，两密封圈分别嵌于连接管和第一管头内，锁定螺母固定在第一管头和第一传动机构上，顶杆机构通过螺纹方式一端固定在第一管头，一端固定在第一传动机构上； 所述中段没有顶杆机构，其他结构与上下段相同。上下段交替顶紧管壁与放松，配合中段的伸缩运动，以推动上段、拖动下段，反向爬行时，运动次序刚好相反。该发明用于油井管道中仪器的安装，完成井中参数的测量，检测井的工作状态，也可作为其他领域管道设备运输和检测的载体。但该机器人机械结构繁琐，控制复杂，维修困难。
发明内容
本发明的目的在于提供其结构简单、可以应用于在不同管径的管道内往复直线移动、实现对管道的检测与维修功能的自胀式尺蠖机器人。本发明的目的是这样实现的本发明自胀式尺蠖机器人，其特征是包括自胀装置和伸缩驱动装置；自胀装置包括前自胀装置和后自胀装置，前自胀装置和后自胀装置结构相同、对称布置，前自胀装置包括自胀装置基体、蜗轮、丝杠、双锥体、自胀杆、支撑轮、旋转电机、蜗杆，旋转电机、蜗轮安装在自胀装置基体里，旋转电机通过蜗杆带动蜗轮传动，双锥体通过丝杠和蜗轮相连，自胀杆和支撑轮安装在自胀装置基体上，2个自胀杆和2个支撑轮为一组，每组自胀杆和支撑轮分别对称布置在双锥体两侧，自胀杆的一端与双锥体上接触；伸缩驱动装置包括直线电机初级拉杆、直线电机和连接支架，直线电机初级拉杆与直线电机相连，直线电机安装在连接支架中；直线电机初级拉杆与前自胀装置的双锥体相连，连接支架与后自胀装置的双锥体相连。
本发明还可以包括1、所述的自胀杆和支撑轮有3-5组，且每组自胀杆和支撑轮在自胀装置基体上成圆周平均分布。2、所述的蜗轮通过蜗轮安装座安装在自胀装置基体里，蜗轮通过螺栓销钉与蜗轮安装座连接，螺栓销钉在蜗轮的导槽内运动并限制蜗轮的轴向运动。3、蜗轮与丝杠通过内螺纹配合，蜗轮轮毂处有导槽。4、双锥体上开有导槽，自胀杆与双锥体的接触位置为导槽所在位置。本发明的优势在于其结构简单，可以应用于在不同管径的管道内往复直线移动， 实现对管道的检测与维修功能。
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的A-A面剖视图；图3为本发明的B-B面剖视图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述实施方式1:结合图1 3，主要由前自胀装置、伸缩驱动装置、后自胀装置组成。其中，自胀装置由自胀装置基体3、蜗轮6、蜗轮安装座4、丝杠7、自胀杆8、弹簧9、支撑轮10、双锥体11、 附件2、旋转电机15、联轴器16、轴承17和蜗杆18组成。附件2安装在自胀装置的尾部，旋转电机15安装在自胀装置基体3上，通过联轴器16带动蜗杆18和蜗轮6传动。蜗轮6与丝杠7通过内螺纹配合，蜗轮6轮毂处有导槽，通过螺栓销钉5与蜗轮安装座4连接，螺栓销钉5在蜗轮6的导槽内运动，限制蜗轮6的轴向运动。蜗轮安装座4通过螺栓固定在自胀装置基体3上。自胀装置有三组成圆周平均分布的自胀杆8和支撑轮10安装在自胀装置基体3上，每组有2个自胀杆8和2个支撑轮10，对称布置在双锥体11的两侧。自胀杆 8 一端与圆形管道1接触，一端与双锥体11导槽接触，并装有复位弹簧9。自胀装置基体3 靠支撑轮10与圆形管道1保持平行。伸缩驱动装置由直线电机初级拉杆12、直线电机13 和连接支架14组成。伸缩驱动装置中的直线电机初级拉杆12与前自胀装置的双锥体11 相连接，驱动装置中的连接支架14与后自胀装置的双锥体相连。本发明专利的工作原理是前自胀装置的旋转电机工作，驱动前双锥体11向前移动，使自胀杆8沿双锥体11 导槽运动直至与圆形管道1接触，并将前自胀装置固定在圆形管道1上；然后，伸缩驱动装置的直线电机13工作，驱动后自胀装置向前移动，并对前自胀装置产生向前的推力，使前双锥体11对自胀杆8的作用力越来越大，自胀杆8与圆形管道1之间的摩擦力越来越大， 实现自胀原理。达到预定位移后，直线电机13停止工作，后旋转电机15工作，使后自胀杆 8卡紧到圆形管道1后，后旋转电机15停止工作。然后，前旋转电机15工作，使前自胀杆8 恢复松弛状态，直线电机13反转，驱动前自胀装置向前运动，达到预定位置。其特征是通过直线电机13的驱动，前、后旋转电机交替控制前、后自胀装置的移动，完成尺蠖式前进。
本发明工作的具体步骤如下初始状态，前、后自胀装置都未与圆形管道1接触。第一步，前自胀装置的旋转电机15通过联轴器16带动蜗杆18旋转，蜗杆18带动蜗轮6工作使丝杠7产生向前的位移，丝杠7与前双锥体11通过螺栓连接，同时自胀杆8 沿双锥体11导槽产生运动直至与圆形管道1接触，并且越向前运动张紧杆的摩擦力越大， 将前自胀装置固定在圆形管道1上。支撑轮10保证自胀装置与圆形管道1平行。然后，前旋转电机5停止工作，完成前自胀装置卡紧定位功能。第二步，直线电机13工作，带动连接支架14向前移动，连接支架14与后自胀装置通过螺栓连接，驱动后自胀装置向前移动。此时，后自胀杆处于松弛状态，达到预定位移后， 直线电机13停止工作，完成尺蠖机器人的向前缩运动。第三步，后旋转电机15工作，驱动后双锥体11向前运动，后双锥体11驱使自胀杆 8沿双锥体11导槽产生运动，将后自胀装置固定在圆形管道1上。前旋转电机15反向工作，前自胀杆8通过弹簧9恢复到原位，使前自胀杆8不与管壁接触。第四步，直线电机13工作，直线电机初级拉杆12向前移动，直线电机初级拉杆12 与前自胀装置通过螺栓连接，从而驱动前自胀装置向前运动，达到预定位移后，直线电机13 停止工作，完成尺蠖机器人的向前伸运动。如上述步骤完成一个运动循环。上述后自胀装置也可以作为前自胀装置，在管道中反向移动。
权利要求
1.自胀式尺蠖机器人，其特征是包括自胀装置和伸缩驱动装置；自胀装置包括前自胀装置和后自胀装置，前自胀装置和后自胀装置结构相同、对称布置，前自胀装置包括自胀装置基体、蜗轮、丝杠、双锥体、自胀杆、支撑轮、旋转电机、蜗杆，旋转电机、蜗轮安装在自胀装置基体里，旋转电机通过蜗杆带动蜗轮传动，双锥体通过丝杠和蜗轮相连，自胀杆和支撑轮安装在自胀装置基体上，2个自胀杆和2个支撑轮为一组，每组自胀杆和支撑轮分别对称布置在双锥体两侧，自胀杆的一端与双锥体上接触；伸缩驱动装置包括直线电机初级拉杆、 直线电机和连接支架，直线电机初级拉杆与直线电机相连，直线电机安装在连接支架中；直线电机初级拉杆与前自胀装置的双锥体相连，连接支架与后自胀装置的双锥体相连。
2.根据权利要求1所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是所述的自胀杆和支撑轮有3-5 组，且每组自胀杆和支撑轮在自胀装置基体上成圆周平均分布。
3.根据权利要求1或2所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是所述的蜗轮通过蜗轮安装座安装在自胀装置基体里，蜗轮通过螺栓销钉与蜗轮安装座连接，螺栓销钉在蜗轮的导槽内运动并限制蜗轮的轴向运动。
4.根据权利要求1或2所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是蜗轮与丝杠通过内螺纹配合，蜗轮轮毂处有导槽。
5.根据权利要求3所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是蜗轮与丝杠通过内螺纹配合， 蜗轮轮毂处有导槽。
6.根据权利要求1或2所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是双锥体上开有导槽，自胀杆与双锥体的接触位置为导槽所在位置。
7.根据权利要求3所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是双锥体上开有导槽，自胀杆与双锥体的接触位置为导槽所在位置。
8.根据权利要求4所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是双锥体上开有导槽，自胀杆与双锥体的接触位置为导槽所在位置。
9.根据权利要求5所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是双锥体上开有导槽，自胀杆与双锥体的接触位置为导槽所在位置。
全文摘要
本发明的目的在于提供自胀式尺蠖机器人，包括自胀装置和伸缩驱动装置；自胀装置包括前自胀装置和后自胀装置，前自胀装置和后自胀装置结构相同、对称布置，前自胀装置包括自胀装置基体、蜗轮、丝杠、双锥体、自胀杆、支撑轮、旋转电机、蜗杆；伸缩驱动装置包括直线电机初级拉杆、直线电机和连接支架，直线电机初级拉杆与直线电机相连，直线电机安装在连接支架中；直线电机初级拉杆与前自胀装置的双锥体相连，连接支架与后自胀装置的双锥体相连。本发明结构简单，可以应用于在不同管径的管道内往复直线移动，实现对管道的检测与维修功能。
文档编号F16L101/30GK102261540SQ20111010053
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者刘载淳, 古青波, 张校东, 徐鹏, 李林, 李齐悦, 王洪光, 王茂林, 胡胜海, 赵晓丽 申请人:哈尔滨工程大学