专利名称：基于推拉电磁铁的管道探索机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种蠕动式管道探索机器人，具体地说是一种采用胀紧摩 擦原理，可适应不同管径的推拉式电磁驱动管道探索机器人。
(二)
背景技术：
随着现代化建设的加快，管道走进了人们生活和工作中的每个地方，有输 送流体的管道，如城市给排水管道、石油管道和天然气管道等等；还有起保护 作用的管道，如电线、光缆的外包管道等。这些形形色色的管道给人们生活和 工作带来极大便利的同时，也给我们制造了很多麻烦，比如疏通堵塞的下水管 道，检修破裂的石油、天然气输送管道，以及在电、光缆管道中进行穿线、排 线等工作都是比较困难的。尤其是深埋入土的地下管道更加令人棘手无奈。而 在这方面管道机器人却可以发挥很大的作用，有着广阔的市场前景。管道机器 人属于特种机器人的范畴，其目的在于研制可在管内(或管外)作业的机器人。 管内作业机器人可以沿管道内壁自动行走，并携带各种检测仪器和操作工具， 在操作人员的遥控下自动完成探伤(腐蚀程度、裂纹。焊接缺陷等)及补口(对 接焊缝防腐处理、防腐层缺陷处理等)等作业。随着交通、能源、石油、化工 以及城市建设的高速发展，对管道工程技术与管内作业机器人将会有更高的要 求和广泛的应用。关于管道机器人的报道也较多，例如专利申请号为 01128568.0、名称为"弹簧蠕行管道机器人"；专利申请号为200710035846.9、 名称为"蠕动式微小管道机器人"等等。机器人的移动结构形式主要取决于移
动环境，目前，管内机器人的移动机构形式主要有车轮式、履带式、腿足式、 步进式、蠕动式和蛇行式等几种，分别适合于各种不同的环境场合。
(三)
发明内容
本发明的目的在于提供一种可适应不同管径、结构简单、使用方便的基于 推拉电磁铁的管道探索机器人。 本发明的目的是这样实现的
它包括前后两个平行四边形机构和三个推拉式电磁铁；每个推拉式电磁铁
3由线圈底座，安装在线圈底座上的线圈和拉杆组成；每个平行四边形机构是由 四根连杆铰接而成；在每个平行四边形机构中的一条对角线的两个铰接点上装 有摩擦块，另一条对角线的两个铰接点分别与推拉式电磁铁的拉杆和线圈底座 相连接；两个平行四边形机构之间通过中间推拉式电磁铁相连。 本发明还可以包括这样一些结构特征
1、 与推拉式电磁铁的线圈底座连接的铰接点处设置调节滑块，调节滑块上 带有调节螺母组，调节螺母组安装在螺杆上，推拉式电磁铁的线圈底座与螺杆 相连，所述的两个平行四边形机构之间通过中间推拉式电磁铁相连是中间推拉 式电磁铁的拉杆和线圈底座分别连接在前后两个平行四边形机构的螺杆相连。
2、 中间推拉式电磁铁的拉杆与螺杆之间设置转动套，中间推拉式电磁铁的 拉杆端部与转动套通过活动铰链相接。
本发明的主要构成包括两个平行四边形机构和三个推拉式电磁铁，平行四 边形机构是由四根连杆铰接而成，在四边形其中一条对角线的两个铰接点上装 有摩擦块(也就是机器人的脚)，另一条对角线的两个铰接点分别与推拉式电磁 铁的拉杆和线圈底座相连接，依靠复位弹簧复位。当电磁铁线圈通电时，吸引 拉杆，使平行四边形机构的一条对角线长度縮短，根据平行四边形的性质，另 一条对角线的长度就要伸长，也就是机器人的一个平行四边形机构的两个摩擦 块间的距离增大，从而实现胀紧摩擦管壁；当电磁铁线圈断电时，拉杆在复位 弹簧的作用下回到原来的位置，平行四边形复位，摩擦块松开。本发明采用两
个这样的平行四边形机构充当机器人的前后脚，而前后脚之间由中间个推拉式 电磁铁7相连，构成机器人的腰。
本发明采用推拉电磁铁作为驱动元件，大大简化了运动控制系统的内容， 提高了工作效率；基于平行四边形机构的动作原理，采用胀紧摩擦方式动作， 可以适用于管径在特定范围内变化的管道，同时对管道的材料也具有很强的适 应能力；当需要较大摩擦力的情况下，也可以通过增加径向、周向的"脚"的 数目来实现，具有灵活的结构形式和较强的负载能力。
图1是本管道探索机器人的整体结构简图； 图2是推拉式电磁铁的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述
结合图l，本发明的主要构成包括前端连接帽l、前端连杆2、前端推拉电
磁铁3、前端摩擦块4 (机器人脚)、前调节滑块5、前螺杆6、中间推拉电磁铁 7、转动套8、后螺杆9、后调节滑块IO、后端摩擦块ll、后端推拉电磁铁12、 后端连杆、后端连接帽14、前调节螺母组15和后调节螺母组16构成。连接帽 1、 14分别与连杆2、 13通过活动铰链相连，前端、后端推拉电磁铁3、 12的 拉杆分别与连接帽l、 14铰接，前端、后端推拉电磁铁3、 12的底座分别与前、 后螺杆6、 9固定连接，前、后调节滑块5、 IO分别与前端、后端连杆2、 13铰 接，而前、后调节滑块5、 IO本身分别由前、后调节螺母组15、 16分别夹紧在 前、后螺杆6、 9上，构成前、后端的平行四边形机构。两个四边形结构通过中 间推拉电磁铁7 (机器人的腰)连接，前后两个平行四边形机构依靠前、后端 推拉电磁铁3、 12的通断电来实现对管壁的胀紧摩擦和松开，而中间推拉电磁 铁7则实现机器人整体的移动。
对于不同的管径可以改变前、后调节滑块5、 IO在前、后螺杆6、 9上的位 置来改变平行四边形的对角线长度，从而满足对不同管径的要求。当调节了滑 块位置也无法满足要求时，还可更换前端、后端连杆2、 13的长度，即改变四 边形的边长来增大对角线长度，实现对管径的胀紧，而且连杆间是通过铰链连 接，便于更换，除此外改变前端、后端推拉电磁铁3、 12的行程也可改变对管 径的适应。
结合图1所示前端推拉式电磁铁3为机器人的行进方向，控制方式为编程 控制前端、中间、后端推拉电磁铁3、 7、 12的通断电。
(1) 将整个机器人放入管道的入口端，启动机器人，前端推拉电磁铁3通电， 前端连杆2被收回，前端四边形机构被拉扁，对应前端摩擦块4的间距 增大，胀紧管壁，依靠摩擦力卡紧管道；
(2) 中间推拉电磁铁7通电，将其拉杆吸回，带动后面的四边形机构整体前 移；
(3) 后端推拉电磁铁12通电，将连杆13收回，把后面的四边形机构拉扁， 对应的后端摩擦块ll胀紧管壁，卡住管道；(4)前端推拉电磁铁3和中间推拉电磁铁7同时断电，前端连杆2在复位弹 簧的作用下回到原来的位置，使机器人的前端摩擦块4松开，同时中间 推拉电磁铁7拉杆复位实现前进动作。 如此循环，通过程序改变三个推拉电磁铁的通断电频率可以控制机器人的 行进速度。当机器人需要后退时，改变三个推拉电磁铁的通断电顺序就可实现 机器人的后退动作。
转弯的实现参见附图1，中间推拉式电磁铁7的拉杆端部与转动套8的连 接是通过活动铰链相接的，当机器人转弯时，中间推拉电磁铁7的拉杆与后前 端四边形之间通过转动套8的活动铰链转过一定的角度，中间电磁铁的线圈底 座与前螺杆6及前端四边形固定连接，这样前、后四边形间就形成了一定的角 度实现了机器人的转弯。
权利要求
1、一种基于推拉电磁铁的管道探索机器人，其特征是它包括前后两个平行四边形机构和三个推拉式电磁铁；每个推拉式电磁铁由线圈底座，安装在线圈底座上的线圈和拉杆组成；每个平行四边形机构是由四根连杆铰接而成；在每个平行四边形机构中的一条对角线的两个铰接点上装有摩擦块，另一条对角线的两个铰接点分别与推拉式电磁铁的拉杆和线圈底座相连接；两个平行四边形机构之间通过中间推拉式电磁铁相连。
2、 根据权利要求1所述的基于推拉电磁铁的管道探索机器人，其特征是 与推拉式电磁铁的线圈底座连接的铰接点处设置调节滑块，调节滑块上带有调 节螺母组，调节螺母组安装在螺杆上，推拉式电磁铁的线圈底座与螺杆相连， 所述的两个平行四边形机构之间通过中间推拉式电磁铁相连是中间推拉式电磁 铁的拉杆和线圈底座分别连接在前后两个平行四边形机构的螺杆相连。
3、 根据权利要求1或2所述的基于推拉电磁铁的管道探索机器人，其特征 是中间推拉式电磁铁的拉杆与螺杆之间设置转动套，中间推拉式电磁铁的拉 杆端部与转动套通过活动铰链相接。
全文摘要
本发明提供的是一种基于推拉电磁铁的管道探索机器人。它包括前后两个平行四边形机构和三个推拉式电磁铁；每个推拉式电磁铁由线圈底座，安装在线圈底座上的线圈和拉杆组成；每个平行四边形机构是由四根连杆铰接而成；在每个平行四边形机构中的一条对角线的两个铰接点上装有摩擦块，另一条对角线的两个铰接点分别与推拉式电磁铁的拉杆和线圈底座相连接；两个平行四边形机构之间通过中间推拉式电磁铁相连。本发明是一种依靠摩擦胀紧原理，采用推拉式电磁铁驱动实现蠕动行走的可适应不同管径的管道机器人，具有可适应不同管径、结构简单、使用方便等优点。
文档编号F16L55/26GK101463936SQ200910071240
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月9日 优先权日2009年1月9日
发明者浩 刘, 李利维, 王玉甲 申请人:哈尔滨工程大学