一种基于斜盘驱动的步态连续管内机器人的制作方法

本发明涉及管道机器人机械机构设计技术领域，具体地说是一种结构简单、径向尺寸小、驱动力足、运行平稳可靠的基于斜盘驱动的步态连续管内机器人。

背景技术：

众所周知，管道机器人是一种机电一体化的产品，能够携带一种或多种传感器及操作设备，在工作人员的遥控操作或计算机的自动控制下完成多种管内作业，目前已被广泛应用在多个领域，例如：验收新建管道、查找非法排污的源头和检查运行管道的健康状况等，具有巨大的应用前景，国内外已经对管道机器人做了深入的研究。

目前，管道机器人在管道中运行具有多种结构形式和驱动方式，其驱动方式主要包括：蠕动式、轮式、履带式、流体式等，对于蠕动式驱动方式，如何保证驱动机构的运行可靠性和平稳性仍是一个急需解决的问题。现有技术也针对这个难点提出了各种解决方式。蠕动式机器人普遍采用两段式，即前后机架通过气缸来连接，通过控制气缸的伸缩，来完成机器人的前后两段的交替前进，但是这种通过气缸连接的驱动结构，会使机器人的总体长度变长，这就使得管道机器人通过弯管的性能大大降低，此外机器人在运动过程中拖着长长的气动管，使得运动行程受到很大限制。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、径向尺寸小、驱动力足、运行平稳可靠的基于斜盘驱动的步态连续管内机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于斜盘驱动的步态连续管内机器人，设有管状机体，其特征在于所述的机体的两侧分别设有驱动装置、自锁装置和支撑装置，所述的驱动装置设在机体的右侧，所述的驱动装置由驱动电机、斜盘、驱动轴、联轴器、斜盘连接轴、斜盘紧固螺母组成，所述的驱动电机固定在机体内，驱动电机的输出轴伸出机体右侧并通过联轴器与斜盘连接轴相连接，所述的斜盘连接轴的右端设有斜盘，斜盘经斜盘紧固螺母固定在斜盘连接轴上并与斜盘连接轴非垂直连接，所述的自锁装置设有三个并均布设在机体的左侧，所述的自锁装置由滑靴、连接头、拉簧、导杆、导杆滑座、滑槽支座、自锁块、自锁杆、自锁扭簧、滚动轴承、自锁滑块、按压扭簧、按压弹块组成，所述的滑槽支座和导杆滑座分别设在机体外壁的左右两侧，所述的滑槽支座和导杆滑座的中部设有同轴线的圆孔，圆孔内设有导杆，所述的导杆的右侧伸出导杆滑座的右侧并与连接头相连接，所述的连接头上设有滑靴，滑靴的一端与连接头相连接，滑靴的另一端与斜盘相抵触，所述的连接头和导杆滑座之间经拉簧相连接，所述的导杆的左侧伸出滑槽支座与自锁块相连接，所述的滑槽支座的外侧设有自锁滑块，自锁滑块内侧中部设有条形滑槽，所述的条形滑槽中部设有条形通孔，所述的条形通孔内设有自锁杆，自锁杆的外端伸出条形通孔外侧，所述的自锁杆中部经滚动轴承与条形滑槽侧面相抵触，自锁杆的内端伸出条形通孔内侧与自锁块相铰接，所述的自锁块与自锁杆之间经自锁扭簧相铰接，所述的条形滑槽的左侧部设有按压弹块，所述的按压弹块经按压扭簧与条形滑槽相连接，所述的支撑装置至少设有两组并均布设在机体的轴向外壁上，所述的支撑装置由三个支撑组件，所述的支撑组件均布在机体的圆周外壁上，所述的支撑组件由支撑套、支撑弹簧、支撑杆和滚轮组成，所述的支撑套的内端与机体相连接，支撑套内设有支撑弹簧，支撑弹簧的内端与支撑套相抵触，支撑弹簧的外端与支撑杆相连接，支撑杆的一端伸进支撑套内，支撑杆的另一端伸出支撑套与滚轮相连接。

本发明所述的斜盘与斜盘紧固螺母之间设有斜垫片，所述的斜垫片的一端与斜盘相抵触，斜盘的另一端与斜盘紧固螺母相抵触，通过斜垫片增加斜盘的稳定性。

本发明所述的滑靴端部设有滚珠，所述的滚珠与滑靴滚动连接，滚珠与斜盘相抵触，通过滚珠增大斜盘与滑靴之间的滚动性能，降低摩擦阻力。

本发明所述的连接头与滑靴之间设有连接导头，所述的连接导头的一端与连接头垂直连接，连接导头的另一端与滑靴垂直连接，使滑靴与连接头相平行，保证滑靴水平抵触在斜盘上。

本发明所述的其中一组支撑组件设在机体的左侧，所述的支撑组件中的支撑套设在连接板上，所述的连接板的一端与机体相连接，连接板的另一端经加强筋板支撑连接，保证结构的稳定性。

本发明所述的按压弹块设为截面呈三角形的按压弹块，按压弹块的尖端朝向右侧并与条形滑槽外侧相抵触，按压弹块的末端与条形滑槽内侧经扭簧相铰接。

本发明由于所述的机体的两侧分别设有驱动装置、自锁装置和支撑装置，所述的驱动装置设在机体的右侧，所述的驱动装置由驱动电机、斜盘、驱动轴、联轴器、斜盘连接轴、斜盘紧固螺母组成，所述的驱动电机固定在机体内，驱动电机的输出轴伸出机体右侧并通过联轴器与斜盘连接轴相连接，所述的斜盘连接轴的右端设有斜盘，斜盘经斜盘紧固螺母固定在斜盘连接轴上并与斜盘连接轴非垂直连接，所述的自锁装置设有三个并均布设在机体的左侧，所述的自锁装置由滑靴、连接头、拉簧、导杆、导杆滑座、滑槽支座、自锁块、自锁杆、自锁扭簧、滚动轴承、自锁滑块、按压扭簧、按压弹块组成，所述的滑槽支座和导杆滑座分别设在机体外壁的左右两侧，所述的滑槽支座和导杆滑座的中部设有同轴线的圆孔，圆孔内设有导杆，所述的导杆的右侧伸出导杆滑座的右侧并与连接头相连接，所述的连接头上设有滑靴，滑靴的一端与连接头相连接，滑靴的另一端与斜盘相抵触，所述的连接头和导杆滑座之间经拉簧相连接，所述的导杆的左侧伸出滑槽支座与自锁块相连接，所述的滑槽支座的外侧设有自锁滑块，自锁滑块内侧中部设有条形滑槽，所述的条形滑槽中部设有条形通孔，所述的条形通孔内设有自锁杆，自锁杆的外端伸出条形通孔外侧，所述的自锁杆中部经滚动轴承与条形滑槽侧面相抵触，自锁杆的内端伸出条形通孔内侧与自锁块相铰接，所述的自锁块与自锁杆之间经自锁扭簧相铰接，所述的条形滑槽的左侧部设有按压弹块，所述的按压弹块经按压扭簧与条形滑槽相连接，所述的支撑装置至少设有两组并均布设在机体的轴向外壁上，所述的支撑装置由三个支撑组件，所述的支撑组件均布在机体的圆周外壁上，所述的支撑组件由支撑套、支撑弹簧、支撑杆和滚轮组成，所述的支撑套的内端与机体相连接，支撑套内设有支撑弹簧，支撑弹簧的内端与支撑套相抵触，支撑弹簧的外端与支撑杆相连接，支撑杆的一端伸进支撑套内，支撑杆的另一端伸出支撑套与滚轮相连接，所述的斜盘与斜盘紧固螺母之间设有斜垫片，所述的斜垫片的一端与斜盘相抵触，斜盘的另一端与斜盘紧固螺母相抵触，通过斜垫片增加斜盘的稳定性，所述的滑靴端部设有滚珠，所述的滚珠与滑靴滚动连接，滚珠与斜盘相抵触，通过滚珠增大斜盘与滑靴之间的滚动性能，降低摩擦阻力，所述的连接头与滑靴之间设有连接导头，所述的连接导头的一端与连接头垂直连接，连接导头的另一端与滑靴垂直连接，使滑靴与连接头相平行，保证滑靴水平抵触在斜盘上，所述的其中一组支撑组件设在机体的左侧，所述的支撑组件中的支撑套设在连接板上，所述的连接板的一端与机体相连接，连接板的另一端经加强筋板支撑连接，保证结构的稳定性，所述的按压弹块设为截面呈三角形的按压弹块，按压弹块的尖端朝向右侧并与条形滑槽外侧相抵触，按压弹块的末端与条形滑槽内侧经扭簧相铰接，具有结构简单、径向尺寸小、驱动力足、运行平稳可靠等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的剖视图。

图3是图1中自锁滑块的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如附图所示，一种基于斜盘驱动的步态连续管内机器人，设有管状机体1，其特征在于所述的机体1的两侧分别设有驱动装置、自锁装置和支撑装置，所述的驱动装置设在机体1的右侧，所述的驱动装置由驱动电机2、斜盘3、驱动轴4、联轴器5、斜盘连接轴6、斜盘紧固螺母7组成，所述的驱动电机2固定在机体1内，驱动电机2的输出轴伸出机体1右侧并通过联轴器5与斜盘连接轴6相连接，所述的斜盘连接轴6的右端设有斜盘3，斜盘3经斜盘紧固螺母7固定在斜盘连接轴6上并与斜盘连接轴6非垂直连接，所述的自锁装置设有三个并均布设在机体1的左侧，所述的自锁装置由滑靴8、连接头9、拉簧10、导杆11、导杆滑座12、滑槽支座14、自锁块15、自锁杆16、自锁扭簧17、滚动轴承18、自锁滑块19、按压扭簧20、按压弹块21组成，所述的滑槽支座14和导杆滑座12分别设在机体1外壁的左右两侧，所述的滑槽支座14和导杆滑座12的中部设有同轴线的圆孔，圆孔内设有导杆11，所述的导杆11的右侧伸出导杆滑座12的右侧并与连接头9相连接，所述的连接头9上设有滑靴8，滑靴8的一端与连接头9相连接，滑靴8的另一端与斜盘3相抵触，所述的连接头9和导杆滑座12之间经拉簧10相连接，所述的导杆11的左侧伸出滑槽支座14与自锁块15相连接，所述的滑槽支座14的外侧设有自锁滑块19，自锁滑块19内侧中部设有条形滑槽23，所述的条形滑槽23中部设有条形通孔22，所述的条形通孔22内设有自锁杆16，自锁杆16的外端伸出条形通孔22外侧，所述的自锁杆16中部经滚动轴承18与条形滑槽23侧面相抵触，自锁杆16的内端伸出条形通孔22内侧与自锁块15相铰接，所述的自锁块15与自锁杆16之间经自锁扭簧17相铰接，所述的条形滑槽23的左侧部设有按压弹块21，所述的按压弹块21经按压扭簧20与条形滑槽23相连接，所述的支撑装置至少设有两组并均布设在机体1的轴向外壁上，所述的支撑装置由三个支撑组件，所述的支撑组件均布在机体1的圆周外壁上，所述的支撑组件由支撑套24、支撑弹簧25、支撑杆26和滚轮27组成，所述的支撑套24的内端与机体1相连接，支撑套24内设有支撑弹簧25，支撑弹簧25的内端与支撑套24相抵触，支撑弹簧25的外端与支撑杆26相连接，支撑杆26的一端伸进支撑套24内，支撑杆26的另一端伸出支撑套24与滚轮27相连接，所述的斜盘3与斜盘紧固螺母7之间设有斜垫片28，所述的斜垫片28的一端与斜盘3相抵触，斜盘3的另一端与斜盘紧固螺母7相抵触，通过斜垫片28增加斜盘3的稳定性，所述的滑靴8端部设有滚珠，所述的滚珠与滑靴8滚动连接，滚珠与斜盘3相抵触，通过滚珠增大斜盘3与滑靴8之间的滚动性能，降低摩擦阻力，所述的连接头9与滑靴8之间设有连接导头29，所述的连接导头29的一端与连接头9垂直连接，连接导头29的另一端与滑靴8垂直连接，使滑靴8与连接头9相平行，保证滑靴8水平抵触在斜盘3上，所述的其中一组支撑组件设在机体1的左侧，所述的支撑组件中的支撑套24设在连接板30上，所述的连接板30的一端与机体1相连接，连接板30的另一端经加强筋板31支撑连接，保证结构的稳定性，所述的按压弹块21设为截面呈三角形的按压弹块21，按压弹块21的尖端朝向右侧并与条形滑槽23外侧相抵触，按压弹块21的末端与条形滑槽23内侧经扭簧相铰接。

本发明在使用时，首先由于自锁装置的设置，斜盘3处于最左侧时，自锁杆16在拉簧10的作用下使自锁杆16上的滚动轴承18处于按压弹块21的左侧，且自锁杆16并通过自锁扭簧17的作用锁紧在管道内壁上，此时驱动电机2带动斜盘3转动，由于自锁杆16锁紧在管道内壁上，进而机体1朝向左侧移动，朝向左侧移动的同时自锁杆16在自锁滑块19内的条形滑槽23内滑动，自锁杆16带动滚动轴承18由按压弹块21的上端面滑出，滑至按压弹块21的右侧，此时该自锁杆16处于不锁紧的状态，但是由于三个自锁杆16的存在，因此此时必定存在另外的自锁杆16处于锁紧的状态，当机体1移动至最左侧时，斜盘3朝右侧倾斜，之后随着驱动电机2转动，自锁杆16带动滚动轴承18由按压弹块21的下端面滑至按压弹块21的左侧，进行再次锁紧，由于三个自锁杆16必定有有一个存在锁紧状态，本发明是驱动电机通过联轴器连接斜盘连接轴驱动斜盘旋转，从而转化成驱动均布在机体上的三个自锁杆的轴向运动，本发明所述的自锁杆16用于与管壁发生自锁，从而为管道机器人提供动力，所述的自锁扭簧17使自锁杆16保持复位状态，在工作行程时，使自锁杆16可以牢靠的顶在管壁上，所述的按压弹块21用来使自锁杆16在非工作行程时完成自锁杆16收起的动作，使自锁杆16在非工作行程时不与管壁接触，保护管壁，自锁滑块19用来引导自锁杆16完成在非工作行程时自动收起的动作，并为按压弹块21和按压扭簧20提供安装架的作用，所述的导杆11用来使自锁杆16完成往复运动的动作，传递动力，所述的拉簧10可使滑靴8在非工作行程时紧贴斜盘3，所述的斜盘3通过驱动电机2驱动旋转，将斜盘3的转动转化为导杆11的往复运动，所述的驱动电机2为管道机器人的动力源，直流电机内嵌减速器，本发明的工作原理为：以机器人向左运动为例，6个支撑轮支撑在管壁上，将机器人定位在管道中心，电机驱动斜盘3运动，通过斜盘3将转动转化为导杆11的移动，有一个导杆11向左移动，这时自锁杆16上的滚动轴承18位于按压弹块21的右侧，按压弹块21由于按压扭簧20的作用，会使按压弹块21前端一直紧贴在条形滑槽23的面上，自锁杆16向左运动，从而使自锁杆16上的滚动轴承18会沿着按压弹块21的上方斜面向上运动，从而实现在非工作行程时将自锁杆16抬起，当自锁杆16被推到最左端时，自锁杆16上的滚动轴承18会从按压弹块21的下侧面上滑落，自锁杆16便张开支撑在管壁上，这时自锁杆16便在管壁与自锁杆16发生自锁的自锁角的内，因此与管壁发生自锁。然后自锁杆16与管壁便固定在一起，这时由于斜盘3的转动，便推着机体1向前移动，完成工作行程，实现一个周期的运动。机器人圆周上均布有三个自锁杆16，每一个的运动原理都一样，不过它们运动的相角相差120度，因此可以保证管道机器人在管道中连续运动，本发明由于所述的机体1的两侧分别设有驱动装置、自锁装置和支撑装置，所述的驱动装置设在机体1的右侧，所述的驱动装置由驱动电机2、斜盘3、驱动轴4、联轴器5、斜盘连接轴6、斜盘紧固螺母7组成，所述的驱动电机2固定在机体1内，驱动电机2的输出轴伸出机体1右侧并通过联轴器5与斜盘连接轴6相连接，所述的斜盘连接轴6的右端设有斜盘3，斜盘3经斜盘紧固螺母7固定在斜盘连接轴6上并与斜盘连接轴6非垂直连接，所述的自锁装置设有三个并均布设在机体1的左侧，所述的自锁装置由滑靴8、连接头9、拉簧10、导杆11、导杆滑座12、拉簧10、滑槽支座14、自锁块15、自锁杆16、自锁扭簧17、滚动轴承18、自锁滑块19、按压扭簧20、按压弹块21组成，所述的滑槽支座14和导杆滑座12分别设在机体1外壁的左右两侧，所述的滑槽支座14和导杆滑座12的中部设有同轴线的圆孔，圆孔内设有导杆11，所述的导杆11的右侧伸出导杆滑座12的右侧并与连接头9相连接，所述的连接头9上设有滑靴8，滑靴8的一端与连接头9相连接，滑靴8的另一端与斜盘3相抵触，所述的连接头9和导杆滑座12之间经拉簧10相连接，所述的导杆11的左侧伸出滑槽支座14与自锁块15相连接，所述的滑槽支座14的外侧设有自锁滑块19，自锁滑块19内侧中部设有条形滑槽23，所述的条形滑槽23中部设有条形通孔22，所述的条形通孔22内设有自锁杆16，自锁杆16的外端伸出条形通孔22外侧，所述的自锁杆16中部经滚动轴承18与条形滑槽23侧面相抵触，自锁杆16的内端伸出条形通孔22内侧与自锁块15相铰接，所述的自锁块15与自锁杆16之间经自锁扭簧17相铰接，所述的条形滑槽23的左侧部设有按压弹块21，所述的按压弹块21经按压扭簧20与条形滑槽23相连接，所述的支撑装置至少设有两组并均布设在机体1的轴向外壁上，所述的支撑装置由三个支撑组件，所述的支撑组件均布在机体1的圆周外壁上，所述的支撑组件由支撑套24、支撑弹簧25、支撑杆26和滚轮27组成，所述的支撑套24的内端与机体1相连接，支撑套24内设有支撑弹簧25，支撑弹簧25的内端与支撑套24相抵触，支撑弹簧25的外端与支撑杆26相连接，支撑杆26的一端伸进支撑套24内，支撑杆26的另一端伸出支撑套24与滚轮27相连接，所述的斜盘3与斜盘紧固螺母7之间设有斜垫片28，所述的斜垫片28的一端与斜盘3相抵触，斜盘3的另一端与斜盘紧固螺母7相抵触，通过斜垫片28增加斜盘3的稳定性，所述的滑靴8端部设有滚珠，所述的滚珠与滑靴8滚动连接，滚珠与斜盘3相抵触，通过滚珠增大斜盘3与滑靴8之间的滚动性能，降低摩擦阻力，所述的连接头9与滑靴8之间设有连接导头29，所述的连接导头29的一端与连接头9垂直连接，连接导头29的另一端与滑靴8垂直连接，使滑靴8与连接头9相平行，保证滑靴8水平抵触在斜盘3上，所述的其中一组支撑组件设在机体1的左侧，所述的支撑组件中的支撑套24设在连接板30上，所述的连接板30的一端与机体1相连接，连接板30的另一端经加强筋板31支撑连接，保证结构的稳定性，所述的按压弹块21设为截面呈三角形的按压弹块21，按压弹块21的尖端朝向右侧并与条形滑槽23外侧相抵触，按压弹块21的末端与条形滑槽23内侧经扭簧相铰接，具有结构简单、径向尺寸小、驱动力足、运行平稳可靠等优点。