专利名称：弹簧蠕行管道机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在管道中作业的蠕行机器人。
当前的管道检测和修理领域中，常需要机器人进入管道中作业。而目前的管道机器人大致可分为两类一类为行走机器人，另一类为爬行机器人。行走机器人结构复杂，技术要求高，成本高，适应性和稳定性差爬行机器人的适应性和稳定性均较强，但目前也存在一些问题。如《仿蚯蚓柔性蠕动机器人》(刊号ISSN1006-2343刊名《机械设计与研究》2000年3月刊作者 陈金秀 沈乃勋 马培荪)一文中提到的“仿蚯蚓柔性蠕动机器人”，它利用记忆金属在不同温度下的形状不同的特性来实现整个装置的运动，它存在如下问题1，记忆金属的形变率一般在0.5％到5％之间，且变形缓慢，故运动速度低(约为1.5cm/s)；2，靠记忆金属的收缩变得短而粗而卡在管道的内表面上，限制了它在不同直径管道的应用；3，目前记忆金属在形变率为2％的情况下一般只能发生形变1万次左右，+且形变率越大可变形次数越少，也就是说，一个一米长的“仿蚯蚓蠕行机器人”只能运行200米就要报废，因此，目前尚不能实际运用；4，它要经过由电到热，再由热到机械能的转变，而热是很容易散失的，所以它的效率很低。
本发明之目的在于克服上述管道机器人的缺点，提供一种能较好适应各种管道，运行良好的弹簧蠕行管道机器人。
本发明利用电磁能转化为弹簧的弹性势能，再转化为整个装置的动能，从而使装置运行。本发明由N个弹簧(3)和N+1个电磁定位器首尾连接而成。弹簧为拉伸弹簧或压缩弹簧均可。电磁定位器可分为两种两端电磁定位器(1)和中间电磁定位器(2)。两端电磁定位器(1)的内部的前后，上下，左右三条正交垂线上有6个电磁线圈(A，B，D，C，E，F)以产生吸引力，外部有球冠形的保护壳；中间电磁定位器(2)的内部只有前后，上下位置有电磁线圈(A，B，D，C)，外部也有球冠形的保护壳。电磁定位器保护壳的前后两端外表面都有用于连接弹簧的固定器。所有电磁线圈与电源及外部控制器相接，电源可外接，也可内置。
下面结合附图对本发明做进一步说明
图1为本发明在水平直管中的运动示意图；图2为本发明在管中拐弯示意图；图3为本发明跨越障碍示意图；图4为本发明在竖直管中运动示意图；图5为两端电磁定位器的结构示意图；图6为中间电磁定位器的结构示意图；图7为本发明水平运动时一周期内电磁线圈通断的电源控制图；图8为本发明竖直运动时一周期内电磁线圈通断的电源控制图；各部分的名称如下1，两端电磁定位器2，中间电磁定位器3，弹簧4，管道5，障碍物注图7.和图8中的A表示第1个电磁定位器的C线圈的通断，B表示最后一个电磁定位器的C线圈的通断，C表示第一个和最后一个电磁定位器的B线圈和第2至N个电磁定位器的A，B线圈的通断；图8中的D表示第2至N个电磁定位器的C线圈的通断。
本发明利用电磁能转化为弹簧的弹性势能，再转化为整个装置的动能，从而使装置运行。本发明由N个弹簧(3)和N+1个电磁定位器首尾连接而成。在电磁定位器的保护壳的前后表面有固定弹簧的固定器，固定器属于保护壳，它是在保护壳的表面切两道小口拉出而形成的(见图5，可参考收音机电池槽中的弹簧固定方法)。若为压缩弹簧，则首先通过外部控制器使第1个电磁定位器的C线圈通电，从而使第1个电磁定位器吸附在管道(4)的内表面，同时使第1个和第N+1个电磁定位器的B线圈和后面的第2个至第N个电磁定位器的A线圈和B线圈通同相电，这样，第2至第N+1个电磁定位器都受到前一个电磁定位器的吸力而克服弹簧的弹力向前运动，同时弹簧被压缩而储存了弹性势能；当弹簧的弹力与电磁定位器的吸引力平衡时，第N+1个电磁定位器的C线圈通电，吸住管道，同时第1至第N个电磁定位器的所有线圈均断电，这样，储存在弹簧内的弹性势能将被释放，推动前N个电磁定位器向前运动一段距离，恢复初始状态，接着进入下一个周期的运动，如此周而复始，整个装置将产生预定的运动。若弹簧为拉伸弹簧，则首先要固定最后一个电磁定位器，然后通过控制通过各个电磁定位器的A线圈B线圈的电流方向使相邻的两个电磁定位器之间产生斥力，这样，弹簧将被拉伸而储存了弹性势能；然后固定第1个电磁定位器，断开其他电磁定位器的线圈，弹簧释放弹性势能，拉着后面的电磁定位器向前运动一段距离，恢复初始状态，再进入下一个周期的运动。
本发明可以在弯管中运行，两端电磁定位器的保护壳为前端为球形，弹簧选择横向柔性适合的。当转弯时，第1个电磁定位器被推着沿管道轨迹运动，弹簧也被迫发生横向变形以越过弯曲部分。
本发明可跨越障碍物，当障碍物(5)较小时，第1个电磁定位器被推着沿障碍物轨迹运动，弹簧也被迫发生横向变形以越过障碍物；若障碍物大到高于电磁定位器保护壳的1/2时，弹簧的压力不能推动第1个电磁定位器越过障碍物，这时，就要使依次使第1至第N+1个电磁定位器的D线圈通电，将各电磁定位器依次吸起到高于障碍物，在弹簧的推动后，再依次使第1至第N+1个电磁定位器的D线圈断电，使电磁定位器依次放下，从而跨过障碍物。
外部控制器可由用手动遥控调节，也可用单片机加传感器加以自动控制。
本发明具有如下优点1，采用弹簧作运动介质，变形幅度大，速度快，从而整个装置运动的速度也较快。
2，适应各种形状和大小的铁质管道。
3，可以转弯，超越障碍物，也可在竖直管道中运行，基本适应了管道的布局环境。
4，采用电磁能转化为弹性势能，再转化为机械能的能量传递方式，能量基本上只有摩擦损失，因而能量利用效率高。
权利要求
1.一种弹簧蠕行管道机器人，其特征在于由若干节弹簧和电磁定位器首尾连接而成，它靠电磁能转化为弹簧的弹性势能再转化为整个装置的动能实现各种运动。
2.根据权利要求1所述的弹簧蠕行管道机器人，其特征在于电磁定位器的内部有几组产生磁性的电磁线圈。
3.根据权利要求1所述的弹簧蠕行管道机器人，其特征在于电磁定位器的外部有保护壳。
全文摘要
本发明属于管道机器人领域，由若干节弹簧和电磁定位器首尾连接而成，它靠电磁能转化为弹簧的弹性势能再转化为整个装置的动能实现各种运动。本装置具有结构和技术简单，成本低廉，运动速度快，能适应各种外部条件的特点。
文档编号B25J11/00GK1401462SQ01128568
公开日2003年3月12日 申请日期2001年8月29日 优先权日2001年8月29日
发明者戴中华 申请人:戴中华