一种管道柔性机器人的移动装置的制作方法

本实用新型属于柔性机器人领域，具体涉及一种管道柔性机器人的移动装置。

背景技术：

在管道清理和诊断过程中，需要在不破坏管道的情况下实现管道内部的缺陷修复和清理，然而由于管路设计的复杂度，其弯曲形状给管道清理工具带来了困难。当今市面上存在的管道清理机器人多数能胜任直线管道的维护和清理工作，而对于弯曲形状的管道而言就显得力不从心。由于在核电、军工和日常生活中管道是不可获缺的输送介质结构，因此能随管道的路线柔性调节的机器人装置就显得尤为重要。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种管道柔性机器人的移动装置，以辅助实现管道柔性机器人在管道内的移动。

本实用新型所述的管道柔性机器人的移动装置，包括驱动机构和柔性传动组件。

所述驱动机构包括驱动支撑架、四个电动卷扬机和四根绳索，驱动支撑架的中心开设有第一过线孔，驱动支撑架的边缘安装有呈十字形分布的四个第一滑轮，四个电动卷扬机安装在驱动支撑架的后端面且分别与四个第一滑轮对应（即四个第一滑轮与驱动支撑架的中心的连线分别过四个电动卷扬机）。

所述柔性传动组件包括n个传动单元和n-1个板簧，每个传动单元都包括球形万向轴承、传动支撑架、四个第二滑轮和八根弹簧，球形万向轴承包括轴承外圈、保持架、四颗滚珠、第一滚珠挡板、第二滚珠挡板和前后两端具有安装平面的空心球体，空心球体上具有沿经线方向设置的多条滚道，第一滚珠挡板的中心开设有第二过线孔、边缘设置有呈十字形分布的四个弹簧第一连接孔，第二滚珠挡板的中心开设有第三过线孔、边缘设置有呈十字形分布的四个弹簧第二连接孔，轴承外圈的边缘设置有呈十字形分布的四个滑轮安装座，每个滑轮安装座的后端面开设有一个弹簧第三连接孔、前端面开设有一个弹簧第四连接孔，四个第二滑轮分别安装在四个滑轮安装座内，空心球体的前端与第二滚珠挡板固定连接、后端与第一滚珠挡板固定连接，保持架套在空心球体上，轴承外圈固定安装在保持架上，四颗滚珠分别位于呈十字形分布的四条滚道与保持架之间，四个弹簧第一连接孔、四个弹簧第二连接孔、四个弹簧第三连接孔、四个弹簧第四连接孔分别对应且与四颗滚珠所处的四条滚道对应，其中四根弹簧的一端分别勾挂在四个弹簧第一连接孔内、另一端分别勾挂在四个弹簧第三连接孔内，另外四根弹簧的一端分别勾挂在四个弹簧第二连接孔内、另一端分别勾挂在四个弹簧第四连接孔内，四颗滚珠能在四条滚道内滑动，使轴承外圈和保持架能相对于空心球体在前后方向摆动；所述传动支撑架的中心开设有第四过线孔，传动支撑架的边缘安装有呈十字形分布的四个第三滑轮，传动支撑架的后端与第二滚珠挡板固定连接，四个第三滑轮分别与四个第二滑轮对应。

第一个传动单元的传动支撑架的前端安装机器人执行器件，第二个传动单元至第n个传动单元的传动支撑架的前端分别与n-1个板簧的一端固定连接，n-1个板簧的另一端分别与第一个传动单元至第n-1个传动单元的第一滚珠挡板固定连接，第n个传动单元的第一滚珠挡板与所述驱动支撑架固定连接。

四根绳索的一部分分别卷绕在四个电动卷扬机上，四根绳索的另一部分分别沿着所述四个第一滑轮的外侧、4n个第二滑轮的内侧、4n个第三滑轮的外侧而延伸至第一个传动单元的传动支撑架的前端面固定。

优选的，所述第一滚珠挡板上均匀设置有四个挡板卡块，所述驱动支撑架的前端面设置有驱动安装台，驱动安装台上均匀开设有四个卡槽，四个挡板卡块分别与四个卡槽卡接，使第n个传动单元的第一滚珠挡板与驱动支撑架固定连接；所述传动支撑架的前端面设置有第二安装凸台，第二安装凸台上均匀设置有四个凸台卡块，第一个传动单元的传动支撑架通过四个凸台卡块安装机器人执行器件。

优选的，所述第一滚珠挡板上开设有一圈螺钉孔，所述第二滚珠挡板上开设有两圈螺钉孔，所述空心球体的前端面、后端面都开设有一圈螺钉孔，所述传动支撑架的后端面设置有第一安装凸台，第一安装凸台上开设有一圈螺钉孔，空心球体的后端与第一滚珠挡板通过螺钉连接，空心球体的前端与第二滚珠挡板通过螺钉连接，第二滚珠挡板与第一安装凸台通过螺钉连接，第二个传动单元至第n个传动单元的传动支撑架通过凸台卡块与板簧的一端卡接，第一个传动单元至第n-1个传动单元的第一滚珠挡板通过挡板卡块与板簧的另一端卡接。

优选的，所述传动支撑架的前端面设置有呈十字形分布的四个绳索固定块，所述的四根绳索的另一端分别固定在四个绳索固定块上。

本实用新型具有如下效果：

（1）由轴承外圈和保持架配合四颗滚珠，在空心球体的四条滚道内运动，并配合八根弹簧，实现了轴承外圈和保持架相对于空心球体在前后方向的摆动，配合板簧和驱动机构组成移动装置，能辅助实现管道柔性机器人在管道内的移动，管道柔性机器人能顺利通过弯曲管道。

（2）柔性传动组件包括n个传动单元和n-1个板簧，可以根据实际需求设计n的取值，进而增长或者缩短机器人结构，实现多关节的弯曲驱动，能较好的适应不同类型的管道。

附图说明

图1为本实施例中管道柔性机器人的移动装置的结构示意图。

图2为本实施例中未安装绳索时管道柔性机器人的移动装置的部分结构示意图。

图3为本实施例中的驱动机构的结构示意图。

图4为本实施例中传动支撑架的结构示意图。

图5为本实施例中球形万向轴承配合弹簧的轴测图之一。

图6为本实施例中球形万向轴承配合弹簧的轴测图之二。

图7为本实施例中球形万向轴承的部分结构示意图。

具体实施方式

如图1至图7所示的管道柔性机器人的移动装置，包括驱动机构和柔性传动组件。

驱动机构包括驱动支撑架1、四个电动卷扬机2、四根绳索3和四个第一滑轮4，驱动支撑架1的前端面设置有驱动安装台13，驱动安装台13上均匀开设有四个卡槽，驱动支撑架1的中心开设有第一过线孔11，驱动支撑架1的边缘设置有呈十字形分布的四个第一滑轮安装槽12（即四个第一滑轮安装槽12间隔90°分布），四个第一滑轮4分别安装在四个第一滑轮安装槽12内，四个电动卷扬机2安装在驱动支撑架1的后端面且分别与四个第一滑轮4对应（即四个第一滑轮4与驱动支撑架1的中心的连线分别过四个电动卷扬机2）。

柔性传动组件包括3个传动单元和2个板簧9。每个传动单元都包括球形万向轴承5、传动支撑架6、四个第二滑轮7、四个第三滑轮8和八根弹簧10，球形万向轴承5包括轴承外圈51、保持架52、四颗滚珠53、第一滚珠挡板55、第二滚珠挡板56和前后两端具有安装平面且安装平面上开设有一圈螺钉孔的空心球体54，空心球体54上具有沿经线方向设置的多条滚道541，第一滚珠挡板55的中心开设有第二过线孔551，第一滚珠挡板55的边缘设置有呈十字形分布（即间隔90°分布）的四个弹簧第一连接孔552，第一滚珠挡板55的表面开设有一圈螺钉孔，且均有设置有四个挡板卡块58，第二滚珠挡板56的中心开设有第三过线孔561，第二滚珠挡板56的边缘设置有呈十字形分布的四个弹簧第二连接孔562，第二滚珠挡板56的表面开设有两圈螺钉孔，轴承外圈51的边缘设置有呈十字形分布的四个滑轮安装座511，每个滑轮安装座511的后端面开设有一个弹簧第三连接孔512、前端面开设有一个弹簧第四连接孔513，四个第二滑轮7分别安装在四个滑轮安装座511内，空心球体54的前端与第二滚珠挡板56通过螺钉固定连接，空心球体54的后端与第一滚珠挡板55通过螺钉固定连接，保持架52套在空心球体54上，轴承外圈51固定安装在保持架52上，四颗滚珠53分别位于呈十字形分布（即间隔90°分布）的四条滚道541与保持架52之间，四个弹簧第一连接孔552、四个弹簧第二连接孔562、四个弹簧第三连接孔512、四个弹簧第四连接孔513、四个第二滑轮7分别对应且与四颗滚珠53所处的四条滚道541对应，其中四根弹簧10的一端分别勾挂在四个弹簧第一连接孔552内、另一端分别勾挂在四个弹簧第三连接孔512内，另外四根弹簧10的一端分别勾挂在四个弹簧第二连接孔562内、另一端分别勾挂在四个弹簧第四连接孔513内，四颗滚珠53能在四条滚道541内滑动，使轴承外圈51和保持架52能相对于空心球体54在前后方向摆动。传动支撑架6的中心开设有第四过线孔61，传动支撑架6的边缘设置有呈十字形分布的四个第三滑轮安装槽66，四个第三滑轮8分别安装在四个第三滑轮安装槽66内，与四个第二滑轮7对应；传动支撑架6的前端面设置有第二安装凸台63和呈十字形分布的四个绳索固定块65，第二安装凸台63上均匀设置有四个凸台卡块64，传动支撑架6的后端面设置有第一安装凸台62，第一安装凸台62上开设有一圈螺钉孔，第二滚珠挡板56与第一安装凸台62通过螺钉固定连接。

第一个传动单元的传动支撑架6的前端通过四个凸台卡块64安装机器人执行器件（图中未示出），第二个传动单元的传动支撑架6的前端和第三个传动单元的传动支撑架6的前端分别通过四个凸台卡块64与板簧9的后端卡接固定，2个板簧9的前端分别与第一个传动单元的第一滚珠挡板55的四个挡板卡块58和第二个传动单元的第一滚珠挡板55的四个挡板卡块58卡接固定，第三个传动单元的第一滚珠挡板55通过四个挡板卡块58分与四个卡槽的卡接而与驱动支撑架1固定连接。

四根绳索3的一部分分别卷绕在四个电动卷扬机2上，四根绳索3的另一部分分别沿着四个第一滑轮4的外侧、四个第二滑轮7的内侧、四个第三滑轮8的外侧、四个第二滑轮7的内侧、四个第三滑轮8的外侧、四个第二滑轮7的内侧、四个第三滑轮8的外侧而延伸至四个绳索固定块65上固定。

上述移动装置加上管道探测传感器、控制器，一起组成管道柔性机器人，管道探测传感器和控制器可以安装在机器人执行器件上，也可以安装在第一、第二、第三过线孔以及空心球体围成的空间内，机器人执行器件以及管道探测传感器、控制器、电动卷扬机的电信号线放置于第一、第二、第三过线孔以及空心球体围成的空间内。管道探测传感器将探测的管道弯曲情况发送给控制器，控制器根据管道弯曲情况控制驱动机构驱动柔性传动组件在管道内移动。

管道柔性机器人的工作原理为：

控制器控制位于上方的一个电动卷扬机2收紧对应的绳索3且控制位于下方的一个电动卷扬机2放松对应的绳索3时，位于上方的滚珠53和位于下方的滚珠53分别沿着滚道541运动，位于上方的两根弹簧10一根被拉伸、一根被压缩，位于下方的两根弹簧10一根被压缩、一根被拉伸，轴承外圈51和保持架52的上侧相对于空心球体54向后摆，轴承外圈51和保持架52的下侧相对于空心球体54向前摆，板簧9上侧被压缩、下侧被拉伸，管道柔性机器人向上弯曲；而后控制器控制位于下方的一个电动卷扬机收紧2对应的绳索3且控制位于上方的一个电动卷扬机2放松对应的绳索3时，位于上方的滚珠53和位于下方的滚珠53分别沿着滚道541运动，位于上方的两根弹簧10一根被压缩、一根被拉伸，位于下方的两根弹簧10一根被拉伸、一根被压缩，轴承外圈51和保持架52的上侧相对于空心球体54向前摆，轴承外圈21和保持架52的下侧相对于空心球体54向后摆，板簧9上侧被拉伸、下侧被压缩，管道柔性机器人向下弯曲；重复此过程，实现管道柔性机器人在管道内的移动。

控制器控制位于左方的一个电动卷扬机2收紧对应的绳索3且控制位于右方的一个电动卷扬机2放松对应的绳索3时，位于左方的滚珠53和位于右方的滚珠53分别沿着滚道54运动，位于左方的两根弹簧10一根被拉伸、一根被压缩，位于右方的两根弹簧10一根被压缩、一根被拉伸，轴承外圈51和保持架52的左侧相对于空心球体54向后摆，轴承外圈51和保持架52的右侧相对于空心球体54向前摆，板簧9左侧被压缩、右侧被拉伸，管道柔性机器人向左弯曲；而后控制器控制位于右方的一个电动卷扬机2收紧绳索3且控制位于左方的一个电动卷扬机2放松绳索3时，位于右方的滚珠53和位于左方的滚珠53分别沿着滚道541运动，位于左方的两根弹簧10一根被压缩、一根被拉伸，位于右方的两根弹簧10一根被拉伸、一根被压缩，轴承外圈51和保持架52的左侧相对于空心球体54向前摆，轴承外圈51和保持架52的右侧相对于空心球体54向后摆，板簧9左侧被拉伸、右侧被压缩，管道柔性机器人向右弯曲；重复此过程，实现管道柔性机器人在管道内的移动。