本发明涉及隧道巡检装置领域，尤其涉及一种主要应用于隧道巡检机器人的伸缩装置。
背景技术：
目前市场上的机械伸缩装置，大多数采用两节伸缩或三节伸缩的方式，而且大多都是采用的双向伸缩原理，即中间杆固定，向两端伸缩（液压气压伸缩装置由于远离不同，不考虑在内）。因而，目前的伸缩装置在进行长距离伸缩时，容易由于伸缩速度过快而产生折断。在需要进行长距离伸缩的情况下，只能牺牲伸缩的速度换取伸缩距离。针对距离和速度问题。
而且，现有的伸缩装置在需要在伸缩杆一端安装云台的时候会出现伸缩杆中驱动装置位置随伸缩杆伸缩而发生变化的问题。驱动装置位置的变化会对整个装置的稳定性会产生很大影响。
针对隧道环境，使用时通常希望伸缩装置的伸缩距离和伸缩速度能够同时得到满足。而现有的技术要么伸缩距离过短，要么伸缩速度不够，均无法满足隧道巡检机器人实际应用中所要求的收缩状态下原始长度足够小，展开状态下长度足够大，并且达到相对较高的伸缩速度的标准。通常，可以通过增加伸缩级数提高伸缩速度。在此基础上，对伸缩装置进行级数上的扩展，通过各级之间的联动，同时解决伸缩长度和伸缩速度的问题。
技术实现要素：
为了解决现有技术存在的不足，尤其是现有伸缩装置在伸缩距离和伸缩速度上的矛盾，本发明的目的在于提供一种可线性叠加的大范围快速伸缩装置。
本发明提出一种大范围快速伸缩装置，包括底座、推拉机构和至少两级滑块，推拉机构一端安装在底座上，另一端安装第一级滑块上，第一级滑块滑动地设置在底座上，其特征在于，各级滑块逐级地依次叠置设置。这里的“逐级依次叠置”指第一级滑块设置在底座上，第二级滑块叠置于第一级滑块上，第三级滑块叠置于第二级滑块上，这种将后一级滑块叠置于前一级滑块之上的安装方式。这里的“第一级滑块滑动地设置在底座上”，是指第一级滑块可以由推拉机构作用，而在底座上相应地发生滑动这么一种连接关系。这种连接关系可以通过相互吻合的凸起和凹槽来实现，也可以仅仅是简单地将第一级滑块放置于底座上。
所述滑块的上表面均沿伸缩装置整体的伸缩方向设有开槽，滑块的内部均设有至少两个带轮，带轮之间由同步带环绕连接，所述滑块内的同步带的上端均通过本级滑块上表面的开槽与上一级滑块的下表面固定；第一级滑块内的同步带的下端与底座固定，除第一级滑块以外的各级滑块内的同步带的下端均与下一级滑块的上表面固定。此处的同步带设置的方向（即同步带转动的方向）与伸缩装置伸缩的方向相同。
当推拉机构将底座上的第一级滑块向外推出时，由于底座上第一级滑块内的同步带的下端与底座固定，随着第一级滑块被推送出去，其内的同步带在下端与底座的固定点的作用下同步转动与第一级滑块滑动距离相同的长度，其同步带的上端也同步向外转动。由于第二级滑块的下表面与第一级滑块内的同步带的上端固定连接，因而，第二级滑块会由于第一级滑块内的同步带的作用，同步地，相对于第一级滑块向前部平移同样的距离。同样的，由于每一级滑块内的同步带也都会随下一级滑块的平移而转动相应距离。而每一级滑块都会受下一级滑块内同步带的带动而相对于下一级滑块平移相同的距离。如此叠加，到第n级滑块时，第n级滑块相对于收缩状态下的位置相比会平移n倍于第一级滑块所平移的距离。因而，本发明只需要进行滑块的叠加，就可以在仅仅推动第一级滑块平移较小距离的状态下，将最上一级滑块向外推动成倍的距离。对于设置三级滑块的装置而言，采用本发明所述的结构，装置在收缩状态下长度不超过30cm,完全伸出状态下却可以伸展达到超过1m的长度。
其中，所述底座与滑块的上表面均设有凹槽，凹槽的方向与伸缩装置整体的伸缩方向相同；所述的滑块的下表面均设有凸起，凸起的尺寸与凹槽的尺寸相吻合。
其中，所述凸起设置于滑块下表面的中线的后部的位置，所述凹槽设置于滑块上表面的中间位置。
其中，所述的同步带通过螺栓或螺钉与底座或相邻滑块的表面固定。
其中，所述的同步带上设置螺栓或螺钉的固定点厚于其他部位。
其中，所述的开槽的方向与同步带的传送方向相同，开槽的宽度能容纳螺栓或螺钉沿同步带方向运动。
其中，在收缩状态下，所述的同步带的下端的固定点设置于同步带的前部；所述的同步带的上端的固定点设置于同步带的后部。
其中，所述的推拉机构由电机和丝杆组成，设置在底座上的第一级滑块的一侧设有与丝杆吻合的丝杆口，丝杆由丝杆口通入第一级滑块内部，丝杆的方向与同步带平行；电机设置在丝杆内部或外部，驱动丝杆带动滑块沿凹槽的方向滑动。
其中，所述的推拉机构由液压装置构成，液压装置的一端安装在底座上，液压装置的另一端安装在第一级滑块的侧面。
为了便于本领域技术人员理解，本说明书中所述 “前”是指伸缩装置伸展方向，“后”是指与之相反的方向。在使用丝杆电机组合作为推拉机构时，“前部”指远离电机固定点的方向；在使用液压装置作为推拉机构时，指远离推拉机构的方向端。应当明确，此处对“前”和“后”的描述，并不构成对本发明技术方案的特定限定。
本装置的底座需要为滑块提供一个可以在上面滑动的平面，并同时为推拉机构提供一个固定点。这种功能能够通过一个L型固定装置实现。L型固定装置的一个面作为滑块的滑动导向面，另一个面为推拉机构提供固定点。但底座的形式并不局限于此种L型的结构，还可以是仅为推拉机构提供固定点的平面。推拉机构通过平面上的一个或一组固定点固定，推动滑块在平面上平移。
本发明所述装置中，相邻两级滑块的结构以凸起和凹槽所在平面为对称面成空间对称关系。
有益效果
本发明通过在滑块内部设置同步带，通过同步带与相邻上下级滑块之间的固定关系，实现各级滑块之间的联动。由于每一级滑块都会受下一级滑块内同步带的带动而相对于下一级滑块平移与下一级滑块移动距离相同的距离，因而，仅仅通过滑块之间的叠加就可以成倍地增加伸缩长度。也就是说，可以通过滑块之间的叠加，在在仅仅推动第一级滑块平移较小距离的状态下，将最上一级滑块向外推动成倍的距离，实现快速、可控的伸缩。
同时，由于在设置多级滑块的状态下，在完成一定伸缩长度的情况下，每一级滑块之间相对移动的距离并不长。也就是说，在需要完成一定伸缩长度的情况下，装置整体伸展至所需长度所需的对第一级滑块的驱动的距离并不会很长，因而，由于各级滑块之间的联动关系，在完成这一伸缩长度时，伸缩装置整体所需的相对的驱动距离也就相应缩短，驱动时间因而相对的缩短。并且，通过调节滑块的级数就可以方便地获得不同的伸缩总量和不同的伸缩速度（滑块级数越多，整个装置的伸缩总量就越大，完成同样距离的伸缩速度也越快）。
而且，各级滑块之间通过同步带与相邻上下级滑块之间固定，以此实现各级滑块之间的联动，能够保持装置各部分的伸缩方向相一致，并保证驱动伸缩装置的推拉机构的位置始终保持不变，因而，更有利于保持整个装置稳定。具体而言，由于本发明采用的是推拉机构固定的方式，伸缩方向只有一个方向（尤其针对的是竖直方向），也就是说只在一端有负载并且负载都是施加在伸缩臂上，整个伸缩过程中伸缩臂受力不变，电机的重量对伸缩臂的受力是没有影响的。整个装置的重心始终在伸缩臂上某一点，中心位置变化速度较慢。如果采用的是目前普遍采用的电机设置与伸缩机构中间的结构，这种结构下伸缩方向是双向的，就会使得伸缩臂在完全展开时候，上段的伸缩臂需要承受电机加上负载再加上下端半截伸缩臂的重量。并且，由于电机在伸缩过程中位置是变化的，整个装置的重心会随着电机的位置变化发生较大的变化。因而，在大范围快速伸缩过程中导致整个伸缩过程不平稳。
本发明中的各级滑块的底部还设有凸起和凹槽用来导向。为了加固同步带，保证各级滑块在联动时不会对同步带产生过度的牵拉，本装置还在同步带上设置螺栓或螺钉的固定点处进行了加厚处理。为了保证固定点在滑块内部的传送距离，本发明在收缩状态下，将同步带的下端的固定点设置在同步带的前部；将同步带的上端的固定点设置在后部。
本发明中，奇数级和偶数级滑块在结构上是相对于由滑块中间的凹槽和凸起所组成的对称面成空间对称的。各级滑块之间的安装关系也仅仅只是简单的线性叠加。因而，本发明所提供的伸缩装置可以模块化地批量生产，而且安装也相对方便，也更利于实现。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为可线性叠加的大范围快速伸缩装置的整体结构图；
图2为本装置的y-z侧面图；
图3为本装置x-z面的A向剖面图；
图4为本装置x-z面的B向剖面图；
图5为单独的滑块结构的上侧示意图；
图6为单独的滑块结构的下侧示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图1所述为本发明所述大范围快速伸缩装置的整体示意图。本实施例中的伸缩装置由三级滑块构成。参照图3，各结构的标号分别为：底座1，推拉机构2，电机2-1,丝杆2-2,丝杆口2-3，带轮3，同步带4,滑块上表面的开槽5,滑块下表面的凸起7，滑块上表面的凹槽8，同步带的下端的固定点9，同步带的上端的固定点10。
这里以图3所示的三级伸缩为例，更多级伸缩装置的原理相同。本实施例所述大范围快速伸缩装置包括L型的底座1、推拉机构2和三级滑块。推拉机构2由电机2-1和丝杆2-2组成，推拉机构2的电机一端安装在底座上，推拉机构的丝杆一端通过丝杆口2-3通入第一级滑块内部，丝杆2-2的方向与同步带平行，丝杆口2-3位于第一级滑块的一侧，且与丝杆2-2吻合；电机2-1设置在丝杆2-2内部或外部，电机2-1驱动丝杆2-2带动滑块沿凹槽8的方向滑动。其中，第一级滑块滑动地设置在底座上，第二级滑块叠置于第一级滑块之上，第三级滑块叠置于第二级滑块之上。
所有滑块的上表面均沿伸缩装置整体的伸缩方向设有开槽5，滑块的内部均设有至少两个带轮3，带轮3之间由同步带4环绕连接，所有各级滑块内的同步带的上端均通过本级滑块上表面的开槽5与上一级滑块的下表面固定；第一级滑块内的同步带的下端与底座1固定，除第一级滑块以外的各级滑块内的同步带的下端均与下一级滑块的上表面固定。
在电机2-1驱动下，丝杆2-2转动，驱使第一级滑块向前部运动，第一级滑块中同步带的下端固定点的作用并带动第一级滑块内的同步带逆时针转动。当一级同步带逆时针运动时候，同步带的上端固定点带动第二级滑块的下表面（即带动第二级滑块整体）向前部运动。由于第二级滑块的同步带的下端与第一级滑块的上表面相固定，所以此时第二级滑块内部的同步带也会被同步地被带动进行逆时针转动，并且其转动量和第一级滑块的平移长度相同。在第二级伸缩杆向前部运动的时候，由于第二级滑块内的同步带的下端的固定点9的作用使得二级同步带逆时针运动（注意一二级同步带内部结构相对称），第二级滑块内的同步带运动的同时会带动其上端通过开槽5连接第三级滑块的固定点，即图中的螺栓10向前部运动，由此带动第三级滑块向前部运动。第三级滑块相对于第二级滑块的平移距离实际上就是第二级滑块内同步带转动的长度，也就是第一级滑块相对于底座1被推出的距离。由于各级伸缩杆之间的联动，此时，第三级滑块相对于底座1所移动的全部距离，实际上是第一级滑块相对于底座1被推出的距离的3倍。也就是说，如果需要增加伸缩距离，或者在仅仅推动第一级滑块移动很小距离的情况下将最上一级滑块送出很远，只需要相应的叠加滑块的级数即可。各级滑块之间的连接方法和前几级相同。
本发明主要是通过同步带上下两端的固定点与上下级滑块之间的联动关系，控制各级滑块之间的相对的移动距离完全一致，以此保证最上一级滑块相对于底座的伸缩速度和伸缩量与滑块的级数成线性的函数关系。通过简单的调节滑块数量就能获得不同的伸缩量和伸缩速度。
为了控制滑块之间移动的方向，参照图5和图6的结构，本实施例中的各级滑块的上表面均设有凹槽8，凹槽8的方向与伸缩装置整体的伸缩方向相同；所述的滑块的下表面均设有凸起7，凸起7的尺寸与凹槽8的尺寸相吻合。同时，L型底座的下表面上与第一级滑块的凸起7相对的位置同样设有导向的凹槽8。
同时，为了使各级滑块滑动的距离尽可能的远，此处的凸起7设置于滑块下表面的中线上靠近电机2-1一侧的位置，凹槽8设置于滑块上表面的中间位置。类似的，在收缩状态下，所述的同步带的下端上的固定点应设置于远离电机2-1的一端；所述的同步带的上端上的固定点应设置于靠近电机2-1的一端。
本领域技术人员可以理解，实施例中的同步带4可以通过螺栓或螺钉或者其他的固定方式与底座或相邻滑块的表面相固定。进一步的，为了保证固定点的机械强度，保证伸缩时同步带不会轻易由于超负荷的牵拉而破坏，同步带上设置螺栓或螺钉的固定点应当厚于其他部位。开槽5的方向与同步带的传送方向相同，开槽5的宽度足够容纳螺栓或螺钉沿同步带方向运动。
实施例2
本发明所述的伸缩装置，其底座1并不局限于L型的结构。实际上，仅为推拉机构一个提供固定点的平面，使得推拉机构2可以通过平面上的一个或一组固定点进行固定，并推动滑块在平面上平移也可以实现本发明所述的技术效果。而且所述的推拉机构也并不局限于实施例1所述的丝杆与电机所组成的结构。液压或者其他可以驱动滑块平移的结构也都可以实现本发明所述伸缩装置的功能。在这种结构下，滑块的侧面并不需要设置如实施例一中所述的丝杆口，而仅仅通过一些固定装置将第一级滑块固定在液压装置的伸缩方向上即可。
本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。