专利名称：一种蠕动式机器人管内行走机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及特种机构设计，具体地说是特种机器人机构设计，即蠕动式管内行走的机器人。
目前，国内外对管内行走机器人已经有过许多研究，目前的研究主要分为连续运动型管内行走机器人和蠕动式管内行走机器人。连续运动型管内行走机器人主要采用轮式或履带式行走机构，靠驱动轮或履带与管壁间的附着力产生机构向前的驱动力。这样就存在着行走时驱动力、机构与管壁间的正压力、摩擦力之间的矛盾(因为正压力小，驱动力与管壁打滑，不能输出牵引力，若正压力大，则轮与管壁间的摩擦阻力增大)，输出牵引力小，特别是管道直径减小时这种矛盾更加突出。国外也有过蠕动式管内行走机构的研究，他们采用伸缩式支撑足，机构由头部、尾部和蠕动身体组成。当机构行走时首先头部支撑足缩回，尾部支撑足伸出与管壁压紧，蠕动身体伸长带动头部向前移动。头部移动到位后头部支撑足伸出，支撑管壁，尾部支撑足缩回，蠕动身体收缩，带动尾部向前移动，尾部移动到位后尾部支撑足伸出支撑管壁，头部支撑足缩回，蠕动身体伸长进入下一个运动循环。机构在这种运动循环中向前行走。对于这种行走机构在行程过程中除了蠕动身体的伸缩运动(我们称之为有效运动)外，还要附加上支撑足的伸缩运动(我称之为无效运动)。机构的行走速度受到无效运动的影响，限制了机构的行走速度，难于实际应用。
本实用新型目的是要研制出一种具有大输出牵引力和快速行走的管内行走机器人，它特别适合在小口径管内行走，可以输出大的牵引力，在通常情况下行走时只有蠕动身体的伸缩运动，机器人与管壁的压紧与松开由一套超越机构实现，减少了无效运动时间。当支撑足与管壁压紧时利用自锁原理，只要支撑足和管壁接触处不被破坏，输出牵引力完全由机构驱动力决定。当支撑足与管壁松开时机构与管壁间的摩擦力等于或略大于机构重力产生的摩擦力。
本实用新型的结构如图2所示，包括钢体5、压缩弹簧8、钢柱7及螺杆9、螺杆9拧在有斜坡面的钢体5上，带有长槽的外罩6镶在钢体5上，弹簧8一端固定在外罩6上，另一端被钢柱7压紧，外罩6上的长槽宽度以钢柱7在其槽内可自由运动为宜。钢柱7可以作成球状，偏心圆柱体状。
采用本实用新型的蠕动式机器人的行走原理如下如
图1所示，其中1为管壁、2为机器人头部、3为蠕动身体、4为机器人尾部，头部和尾部的小球由弹簧力作用始终与管壁接触。当蠕动身体伸缩运动，蠕动身体伸长时尾部4有向右运动的趋势，小球在管壁与斜面间压紧，斜面的倾斜角小于小球与管壁之间和小球与斜面间的最大静摩擦角，小球与管壁自锁，尾部4不能向右移动而固定不动。此时头部2有向左移动的趋势(头部和尾部小球的动作原理相同)，小球被压向脱离管壁的方向而使头部与管壁松开，所以蠕动身体带动头部向左移动。头部移动到位后蠕动身体收缩，头部有向右移动的趋势，小球在管壁与斜面间压紧头部与管壁自锁固定不动。此时尾部有向左移动的趋势，小球被压向脱离管壁的方向而使尾部与管壁松开，所以蠕动身体带动尾部向左移动。尾部移动到位后蠕动身体再伸长，此后重复前面的运动，机构一步一步向左移动。
该机器人的头部和尾部用了单方向超越行走机构，只可以单方向行走。机构的头部和尾部只要有向相反方向运动的趋势就与管壁自锁。不需要头部和尾部支撑足伸出与管壁压紧或缩回与管壁松开，所以减小了机器人行走时的无效运动时间。机构头部和尾部的伸缩运动是为适应在不同直径的管内行走。另外头部和尾部的小球与管壁自锁后不会打滑，所以机构的牵引力可以增大。当机器人需要向相反方向行走时，利用一套换向机构把超越行走方向改变过来。
本实用新型是可以在圆管或方管等封闭环境中作超越行走的超越行走机构，采用这种机构可以使管内行走机构的行走速度加快，输出牵引力增大。解决目前管内行走机器人研究中一大难题。
图1为蠕动式管内行走机器人原理示意图图2为本实用新型主剖视图实施例将本实用新型安装在蠕动式管内行走机器人上，该机器人自重3公斤，可以在φ80－φ110毫米的管内行走。其输出牵引力为8公斤(如果换用较大功率的行走电机其输出牵引力还可以增大)。试验表明，采用超越行走方式行走，平稳、可靠，具有推广应用的价值。
权利要求1.一种蠕动式机器人管内行走机构，包括钢体[5]、压缩弹簧[8]，钢柱[7]和螺杆[9]，其特征在于螺杆[9]拧在有斜坡面的钢体[5]上，带有长槽的外罩[6]镶在钢体[5]上，弹簧[8]一端固定在外罩[6]上，另一端由钢柱[7]压紧，钢体[5]、钢柱[7]与管壁之间保证单向自锁，外罩[6]上的长槽宽度以钢柱[7]在其槽内自由运动为宜。
2.根据权利要求1所述的管内行走机构，其特征在于钢柱［7］可以作成球状，偏心圆柱体状。
专利摘要本实用新型涉及一种特种机器人行走机构的设计，具体地说是一种蠕动机器人在管内行走机构的设计，该机构有一斜坡钢体，在其上面有压缩弹簧和钢柱，钢柱在外罩槽内自由滑动，本机构就是靠钢柱与斜面及管壁圆的相互作用实现超越行走的。
文档编号B25J11/00GK2187097SQ9322436
公开日1995年1月11日 申请日期1993年9月16日 优先权日1993年9月16日
发明者于殿勇, 孙序梁 申请人:哈尔滨工业大学