一种四支链并联轮式管道机器人的制作方法
【专利摘要】一种四支链并联轮式管道机器人，该机构包括第一到第三侧杆系支链(B、C、D)和电动推杆系支链(A)。电动推杆系支链(A)中的第一空间铰链(A-1)均布的三个方槽a、b、c分别与第一到第三侧杆系支链(B、C、D)的第一杆(B-1)a端连接，用销轴固定并构成转动；电动推杆系支链(A)中的第二空间铰链(A-7)均布的三个方槽a、b、c分别与第一到第三侧杆系支链(B、C、D)的第二杆(B-3)a端连接，用销轴固定并构成转动。通过第一到第三侧杆系支链(B、C、D)与管壁的支撑力，使机器人在管道中稳定的行走，并通过电动推杆系支链(A)的伸缩运动实现变径，适应不同直径的管道。
【专利说明】一种四支链并联轮式管道机器人
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种载运机器人，特别的涉及一种四支链并联轮式管道机器人，其可利用伸缩机构实现对不同直径管道内壁的适应，也可利用轮式机构实现移动，可作为检测维修管道的载运工具，亦可应用于军用侦查工具和教学教具。
【背景技术】:
[0002]轮式机器人运动灵活，自由度小，广泛应用于机器人结构的设计。中国管道机器人技术近几年发展较快，其中以足式步行机器人居多。特别地中国发明专利CN101973319公开了一种六面体步行机构。该机构由两个十字杆和四条支链组成，每个十字杆分别与四个支链的一端连接，由两个电机驱动，从而实现机构的移动和转向。但是，足式步行机器人运动不连续，控制复杂，对机械制造精度要求很高，而且此机构变形较小，运动空间受限，影响其移动能力。本发明设计一种具有大变形能力的四支链并联轮式管道机器人，在提高机构的移动性能的同时提高了机构的适用范围。
【发明内容】
:
[0003]本发明所要解决的技术问题是:机构的整体大范围变形以及对控制部分的机构简化。
[0004]本发明解决其技术问题的技术方案:
[0005]一种四支链并联轮式管道机器人，其特征在于:该机构包括第一到第三侧杆系支链和电动推杆系支链。
[0006]第一到第三侧杆系支链结构尺寸相同，第一侧杆系支链第一杆的b端与第一侧杆系支链的中间杆系的杆的a端分别插入同一个胡克铰链两端槽内，用顶丝固定；第一侧杆系支链第二杆的b端与中间杆系的杆的b端分别插入同一个胡克铰链两端圆槽内，用顶丝固定；这样就完成第一侧杆系支链的组装。
[0007]第一、二连接轴a端分别插入第一、二空间铰链的圆槽d中，用顶丝固定；第一连接轴的b端与第一电机壳的a端用一个胡克铰链连接，用顶丝固定；第二连接轴b端与推杆的b端用一个胡克铰链连接，用顶丝固定；推杆电机的转轴穿过第二电机壳的a端并插入推杆的a端，用顶丝固定；推杆电机的两端同时插入第一、二电机壳的b端，两电机壳四周用长螺栓连接固定；电动推杆系支链中，第一空间铰链四周的三个方槽a、b、c分别与第一到第三侧杆系支链的第一杆a端连接，用销轴固定并构成转动副；第二空间铰链四周的三个方槽
a、b、c分别与第一到第三侧杆系支链的第二杆a端连接，用销轴固定并构成转动副；这样便完成了四条支链的组装；通过第一到第三侧杆系支链与管壁的支撑力，使机器人在管道中稳定的行走，并通过电动推杆系支链的伸缩运动实现变径，适应不同直径的管道。
[0008]本发明和已有技术相比具有的有益效果:
[0009]整个机构可以实现对较大范围不同内径的管道进行适应。该机构仅需要控制中间一个推杆，来实现其自身缩放，在控制上较为容易。同时，利用主动轮系与被动轮系相结合，可使机器人移动平稳可靠。
【专利附图】
【附图说明】:
[0010]图1 一种四支链并联轮式管道机器人的整体结构图；
[0011]图2电动推杆系支链的效果图；
[0012]图3电动推杆系支链中的第一空间铰链、第一连接轴、胡克铰链的爆炸放大效果图及第二空间铰链、第二连接轴、胡克铰链的爆炸放大效果图；
[0013]图4电动推杆系支链中的第一电机壳和第二电机壳的连接不意图；
[0014]图5电动推杆系支链中的第一电机壳；
[0015]图6电动推杆系支链中的第二电机壳；
[0016]图7第一侧杆系支链第一杆；
[0017]图8第一侧杆系支链的结构图；
[0018]图9中间杆系的杆；
[0019]图10中间杆系的结构图；
[0020]图11 一种四支链并联轮式管道机器人的整体最短结构图；
[0021]图12 —种四支链并联轮式管道机器人的整体最长结构图；
[0022]图13电动推杆系支链中的推杆；
[0023]图14主动轮系的爆炸效果图；
[0024]图15从动轮系的爆炸效果图；
[0025]图16电动推杆系支链中的第一连接轴；
[0026]图17电动推杆系支链中第一空间铰链；
[0027]图18从动轮系的轮板；
[0028]图19主动轮系的轮板。
【具体实施方式】:
[0029]下面将结合附图及实施例对本发明技术方案进行详细的说明:
[0030]如图1所示，一种四支链并联轮式管道机器人，其特征在于:该机构包括第一到第三侧杆系支链(B、C、D)和电动推杆系支链(A)。
[0031]如图7、8、9、10所示，第一到第三侧杆系支链(B、C、D)结构尺寸相同，第一侧杆系支链(B)第一杆(B-1)的b端与第一侧杆系支链(B)的中间杆系(B-2)的杆(B-2-2)的a端分别插入同一个胡克铰链(5)两端槽内，用顶丝固定；第一侧杆系支链(B)第二杆(B-3)的b端与中间杆系(B-2)的杆(B-2-2)的b端分别插入同一个胡克铰链(5)两端圆槽内，用顶丝固定；这样就完成第一侧杆系支链(B)的组装。
[0032]如图2、3所示，第一、二连接轴(A-2、A_6)a端分别插入第一、二空间铰链(A_l、A-7)的圆槽d中，用顶丝固定；第一连接轴(A-2)的b端与第一电机壳(A-3)的a端用一个胡克铰链(5)连接，用顶丝固定；第二连接轴(A-6)b端与推杆(A-5)的b端用一个胡克铰链(5)连接，用顶丝固定；推杆电机(I)的转轴穿过第二电机壳(A-4)的a端并插入推杆(A-5)的a端,用顶丝固定；推杆电机⑴的两端同时插入第一、二电机壳(A-3、A_4)的b端，两电机壳四周用长螺栓连接固定。电动推杆系支链㈧中，第一空间铰链(A-1)四周的三个方槽a、b、c分别与第一到第三侧杆系支链(B、C、D)的第一杆(B-1)的a端连接，用销轴固定并构成转动副；第二空间铰链(A-7)四周的三个方槽a、b、c分别与第一到第三侧杆系支链(B、C、D)的第二杆(B-3)的a端连接，用销轴固定并构成转动副；这样便完成了四条支链(A、B、C、D)的组装。
[0033]通过第一到第三侧杆系支链(B、C、D)与管壁的支撑力，使机器人在管道中稳定的行走，并通过电动推杆系支链(A)的伸缩运动实现变径，适应不同直径的管道。
[0034]如图2所示，电动推杆系支链(A)包括第一、二空间铰链(Α-1、Α-7)，第一、二连接轴(A-2、A_6),第一、二电机壳(A-3、A_4),推杆(A-5),第二空间铰链(A-7),电机(I)和两个胡克铰链(5);第一、二空间铰链(Α-1、Α-7)四周相隔120°的三个方槽(a、b、c)，槽壁上设置通孔便于装入销轴；圆槽(d)与第一、二连接轴a端连接，在槽壁上相隔120°的三个侧孔中用于安装顶丝。
[0035]如图16所示，第一、二连接轴(A-2、A-6)结构尺寸相同，第一连接轴(A_2)a端侧面有三个平面，互成60°布置，每个平面上的圆槽用以用于安装顶丝；第一连接轴(A-2)b端侧面有两个平面，互相平行，每个平面上的圆槽用以顶丝固定；
[0036]如图4、5、6所不,第一、二电机壳(A-3、A_4)b端侧壁均布4个通孔；第一电机壳(A-3)a端的大通孔中插入胡克铰链(5) —端，a端侧壁开有两个顶丝孔，成180°布置，以便安装顶丝；第二电机壳(A-4)a端端面开有两个螺钉孔，成180°布置，用螺钉和电机(I)连接紧固，使电机(I)和第二电机壳(A-4)连成为一个整体，以方便传递转矩；
[0037]如图13所示，推杆(A-5)a端大通孔中插入胡克铰链(5) —端，侧壁开有两个顶丝孔，成180°布置，以便安装顶丝。
[0038]第一空间铰链(A-1)与推杆(A-5)之间连接为万向节副连接，推杆(A-5)自身形成移动副，第二空间铰链(A-7)与推杆(A-5)之间连接为万向节副连接。
[0039]如图9、10所示，中间杆系(B-2)，杆(B_2_2)两端各有两个通孔，从动轮系(B-2-1)和主动轮系(B-2-3)分别和两组通孔用螺栓连接固定。
[0040]如图15所不，从动轮系(B-2-1),包括从动轮(B-2-1-1),长套筒(B-2-1-2),轴承座(B-2-1-3)，轮轴(B-2-1-4)，角接触球轴承(B-2-1-5)，短套筒(B-2-1-6)和轮板(B-2-1-7);轴承座(B-2-1-3)插入轮板(B-2-1-7)的中心通孔中，实现过盈配合；角接触球轴承(B-2-1-3)插入轴承座(B-2-1-3)中，实现过盈配合；轮轴(B-2-1-4)穿过角接触球轴承(B-2-1-5)插入从动轮(B-2-1-1)中，螺钉穿过从动轮(B-2-1-1)的中心孔旋入轮轴(B-2-1-4)端部的盲孔，轴端用挡圈固定。
[0041]如图18所示，轮板(B-2-1-7)两组对应通孔a之间放入长套筒(B_2_l_2)，并用螺栓固定连接；轮板(B-2-1-7)两组对应通孔b之间放入短套筒(B-2-1-6)，并用螺栓固定连接，使杆(B-2-2)与从动轮系(B-2-1)连成一个整体。
[0042]如图14所不,主动轮系(B_2_3),包括主动轮(B_2_3_l),短套筒(B-2-3-2),轮板(B-2-3-3)，长套筒(B-2-3-4)和双轴电机(2);上述各零件的连接关系为:双轴电机(2)两端各有四个小孔，通过螺栓连接固定在两个轮板(B-2-3-3)中间；双轴电机(2)两端各有两个外伸轴，分别插入两个主动轮(B-2-3-1)各自中心孔中，用顶丝固定。
[0043]如图19所示，轮板(B-2-3-3)两组对应通孔a之间放入长套筒(B_2_3_4)，并用螺栓固定连接；轮板(B-2-3-3)两组对应通孔b之间放入短套筒(B-2-3-2)，并用螺栓固定连 接，使杆(B-2-2)与主动轮系(B-2-3)连成一个整体。
【权利要求】
1.一种四支链并联轮式管道机器人，其特征在于:该机构包括第一到第三侧杆系支链(B、C、D)和电动推杆系支链㈧； 第一到第三侧杆系支链(B、C、D)结构尺寸相同，第一侧杆系支链(B)第一杆(B-1)的b端与第一侧杆系支链(B)的中间杆系(B-2)的杆(B-2-2)的a端分别插入同一个胡克铰链(5)两端槽内，用顶丝固定；第一侧杆系支链(B)第二杆(B-3)的b端与中间杆系(B-2)的杆(B-2-2)的b端分别插入同一个胡克铰链(5)两端圆槽内，用顶丝固定；这样就完成第一侧杆系支链(B)的组装； 第一、二连接轴(A-2、A-6)a端分别插入第一、二空间铰链(Α-1、Α-7)的圆槽d中，用顶丝固定；第一连接轴(A-2)的b端与第一电机壳(A-3)的a端用一个胡克铰链(5)连接，用顶丝固定；第二连接轴(A-6)b端与推杆(A-5)的b端用一个胡克铰链(5)连接，用顶丝固定; 推杆电机⑴的转轴穿过第二电机壳(A-4)的a端并插入推杆(A-5)的a端，用顶丝固定；推杆电机(I)的两端同时插入第一、二电机壳(A-3、A_4)的b端,两电机壳四周用长螺栓连接固定； 电动推杆系支链㈧中，第一空间铰链(A-1)四周的三个方槽a、b、c分别与第一到第三侧杆系支链(B、C、D)的第一杆(B-1)的a端连接，用销轴固定并构成转动副；第二空间铰链(A-7)四周的三个方槽a、b、c分别与第一到第三侧杆系支链(B、C、D)的第二杆(B-3)的a端连接，用销轴固定并构成转动副；这样便完成了四条支链(A、B、C、D)的组装； 通过第一到第三侧杆系支链(B、C、D)与管壁的支撑力，使机器人在管道中稳定的行走，并通过电动推杆系支链(A)的伸缩运动实现变径，适应不同直径的管道。
2.如权利要求1所述的一种四支链并联轮式管道机器人，其特征在于: 电动推杆系支链(A)包括第一、二空间铰链(A-l、A-7),第一、二连接轴(A-2、A_6),第一、二电机壳(A-3、A_4),推杆(A-5),第二空间铰链(A-7),电机⑴和两个胡克铰链(5)； 第一、二空间铰链(Α-1、Α-7)四周相隔120°的三个方槽(a、b、C)，槽壁上设置通孔便于装入销轴；圆槽(d)与第一、二连接轴a端连接，在槽壁上相隔120°的三个侧孔中用于安装顶丝； 第一、二连接轴(A-2、A-6)结构尺寸相同，第一连接轴(A-2)a端侧面有三个平面，互成60°布置，每个平面上的圆槽用以用于安装顶丝；第一连接轴(A-2)b端侧面有两个平面，互相平行，每个平面上的圆槽用以顶丝固定； 第一、二电机壳(A_3、A_4)b端侧壁均布4个通孔；第一电机壳(A_3)a端的大通孔中插入胡克铰链(5) —端，a端侧壁开有两个顶丝孔，成180°布置，以便安装顶丝；第二电机壳(A-4)a端端面开有两个螺钉孔，成180°布置，用螺钉和电机(I)连接紧固，使电机(I)和第二电机壳(A-4)连成为一个整体，以方便传递转矩； 推杆(A-5) a端大通孔中插入胡克铰链(5) —端，侧壁开有两个顶丝孔，成180°布置，以便安装顶丝； 第一空间铰链(A-1)与推杆(A-5)之间连接为万向节副连接，推杆(A-5)自身形成移动副，第二空间铰链(A-7)与推杆(A-5)之间连接为万向节副连接。
3.如权利要求1所述的一种四支链并联轮式管道机器人，其特征在于: 中间杆系(B-2),杆(B-2-2)两端各有两个通孔，从动轮系(B-2-1)和主动轮系(B-2-3)分别和两组通孔用螺栓连接固定； 从动轮系(B-2-1),包括从动轮(B-2-1-1),长套筒(B-2-1-2),轴承座(B-2-1-3),轮轴(B-2-1-4)，角接触球轴承(B-2-1-5)，短套筒(B-2-1-6)和轮板(B-2-1-7);轴承座(B-2-1-3)插入轮板(B-2-1-7)的中心通孔中，实现过盈配合；角接触球轴承(B-2-1-3)插入轴承座(B-2-1-3)中，实现过盈配合；轮轴(B-2-1-4)穿过角接触球轴承(B-2-1-5)插入从动轮(B-2-1-1)中，螺钉穿过从动轮(B-2-1-1)的中心孔旋入轮轴(B-2-1-4)端部的盲孔，轴端用挡圈固定； 轮板(B-2-1-7)两组对应通孔a之间放入长套筒(B-2-1-2)，并用螺栓固定连接；轮板(B-2-1-7)两组对应通孔b之间放入短套筒(B-2-1-6)，并用螺栓固定连接，使杆(B-2-2)与从动轮系(B-2-1)连成一个整体； 主动轮系(B-2-3),包括主动轮(B-2-3-1),短套筒(B-2-3-2),轮板(B-2-3-3),长套筒(B-2-3-4)和双轴电机(2);双轴电机(2)两端各有四个小孔，通过螺栓连接固定在两个轮板(B-2-3-3)中间；双轴电机(2)两端各有两个外伸轴，分别插入两个主动轮(B-2-3-1)各自中心孔中，用顶丝固定； 轮板(B-2-3-3)两组对应通孔a之间放入长套筒(B-2-3-4)，并用螺栓固定连接；轮板(B-2-3-3)两组对应通孔b之间放入短套筒(B-2-3-2)，并用螺栓固定连接，使杆(B-2-2)与主动轮系(B-2 -3)连成一个整体。
【文档编号】F16L55/32GK103982750SQ201410211012
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】姚燕安, 李庆鹏, 荆维佳, 武建昫, 王嘉铭, 李锐明 申请人:北京交通大学