[发明专利]一种仿生蠕动式管道行走机构及其控制方法

权利要求书

1.一种仿生蠕动式管道行走机构，其特征是：

由前体节径向支撑单元(1)与后体节径向支撑单元(3)在中间轴向进给单元(2)的两端对称设置构成；

所述前体节径向支撑单元(1)和后体节径向支撑单元(3)具有相同的结构形式，是沿壳体的外圆周均匀分布至少两只可径向伸缩的撑爪(18)和与所述撑爪(18)处在同一母线位置上的导向滚轮(22)；

所述中间轴向进给单元(2)是由前节段(2A)和后节段(2B)构成，所述前节段和后节段相互间沿轴向可相对运动，形成轴向长度可伸缩的中间轴向进给单元(2)；

在所述前体节径向支撑单元(1)与中间轴向进给单元(2)之间，以及在所述后体节径向支撑单元(3)与中间轴向进给单元(2)之间分别以前万向节(4)、后万向节(5)联接。

2.根据权利要求1所述的仿生蠕动式管道行走机构，其特征是：

所述前体节径向支撑单元(1)和后体节径向支撑单元(3)的结构设置均为：

第一直流减速电机(27)固定安装在第一圆筒支座(25)上，第一直流减速电机(27)的输出轴通过第一联轴器(47)与第一传动轴(7)相联；第一传动轴(7)为一阶梯轴，通过分别在两端安装的第一角接触球轴承(9)和第二角接触球轴承(48)支承于第二圆筒支座(6)与第一圆筒支座(25)之间；双面凸轮(8)与第一传动轴(7)固联，并位于第二圆筒支座(6)与第一圆筒支座(25)之间；

在所述双面凸轮(8)的各凸轮槽中分别嵌装有凸轮滚子(10)，所述凸轮滚子(10)通过推杆(13)与对应位置上的撑爪连接板(16)固联，所述撑爪(18)与撑爪连接板(16)由撑爪万向结(17)相连接。

3.根据权利要求1所述的仿生蠕动式管道行走机构，其特征是设置双面凸轮(8)的凸轮槽为异形曲线沟槽，所述异形曲线沟槽是由各复合槽道段沿圆周均匀分布，所述各复合槽道段是由顶部圆弧槽道a、下降槽道b、底部圆弧槽道c和上升槽道d依次连接构成；所述顶部圆弧槽道a的圆周角(α)为所述下降槽道b、底部圆弧槽道c和上升槽道d的圆周角(β)均为所述n为凸轮滚子的个数。

4.根据权利要求1所述仿生蠕动式管道行走机构，其特征是所述导向滚轮(22)的结构设置为：所述导向滚轮(22)沿中心轴线铰接于滚轮支架(21)上，所述滚轮支架(21)是设置在导向滚轮(22)与第一圆筒壳体(19)之间的轴向可弹性伸缩结构。

5.根据权利要求1所述的仿生蠕动式管道行走机构，其特征是所述中间轴向进给单元(2)的结构设置为：

所述中间轴向进给单元(2)中的前节段(2A)的结构设置为：第二直流减速电机(28)固定安装在前节段圆筒支架(43)上，所述第二直流减速电机(28)的输出轴通过第二联轴器(30)与第二传动轴(32)相联；第二传动轴(32)通过双联角接触球轴承(31)支承于前节段圆筒支架(43)上；固联在第二传动轴(32)上的中心主轴(36)为圆筒状，所述中心主轴(36)的圆筒外表面带有一拨指(34)，所述拨指(34)为圆柱形，拨指(34)以间隙配合套装在拨指座(35)上并可绕拨指座(35)转动；所述拨指座(35)的另一端固结于中心主轴(36)的圆筒外表面上；

所述中间轴向进给单元(2)中的后节段(2B)的结构设置为：与所述中心主轴(36)同轴设置一筒体(40)，所述筒体(40)的内侧壁上有沿筒体圆周设置的一呈闭环的椭圆槽，拨指(34)是以所述椭圆槽为滑动轨道；在所述筒体(40)的外周设置后节段圆筒支架(49)，在所述前节段圆筒支架(43)与后节段圆筒支架(49)之间设置有轴向导向结构；

所述轴向导向结构是在所述前节段圆筒支架(43)的端面上沿中心主轴(36)的轴向固定设置有导向杆(42)，在后节段圆筒支架(49)的对应位置上固定设置有导向筒(41)，导向杆(42)与导向筒(41)为滑动配合。

6.根据权利要求5所述的仿生蠕动式管道行走机构，其特征是所述筒体(40)为一复合套筒，是由同心设置的内筒(40A)和外筒(40B)组成，内筒(40A)是由左右两个半筒构成，所述筒体(40)的内侧壁上的椭圆槽是形成在左右两个半筒之间的椭圆曲线通槽，外筒(40B)套装在内筒(40A)的外部。

7.一种权利要求1所述的仿生蠕动式管道行走机构的控制方法，其特征是按如下步骤进行：

在所述前体节径向支撑单元(1)和后体节径向支撑单元(3)中，是以第一直流减速电机(27)同轴驱动各自双面凸轮(8)；在所述中间轴向进给单元(2)中，是以第二直流减速电机(28)同轴驱动中心主轴(36)；按照所述前体节径向支撑单元(1)、后体节径向支撑单元(3)与中间轴向进给单元(2)的不同运动状态，将所述仿生蠕动式管道行走机构在管内向左蠕动行走一个步距的时间设定为一个动作周期T，在一个动作周期T中按如下步骤控制：

I、起始状态：前体节径向支撑单元(1)的撑爪(18)处于最大撑起状态，中间轴向进给单元(2)处于最大伸长状态，后体节径向支撑单元(3)的撑爪(18)处于最大撑起状态；

II、在0～T/6的时间段中：前体节径向支撑单元(1)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转中间轴向进给单元(2)中的第二直流减速电机(28)停止旋转；后体节径向支撑单元(3)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转达到T/6的状态为：前体节径向支撑单元(1)的撑爪(18)处于最大撑起状态，中间轴向进给单元(2)处于最大伸长状态，后体节径向支撑单元(3)的撑爪(18)处于最小缩回状态；

III、在T/6～2T/6的时间段中：前体节径向支撑单元(1)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转中间轴向进给单元(2)中的第二直流减速电机(28)匀速旋转180°；后体节径向支撑单元(3)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转达到2T/6处的状态为：前体节径向支撑单元(1)的撑爪(18)处于最大撑起状态，中间轴向进给单元(2)处于最小缩短状态，后体节径向支撑单元(3)的撑爪(18)处于最小缩回状态；

IV、在2T/6～3T/6的时间段中：前体节径向支撑单元(1)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转中间轴向进给单元(2)中的第二直流减速电机(28)停止旋转；后体节径向支撑单元(3)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转达到3T/6处的状态为：前体节径向支撑单元(1)的撑爪(18)处于最大撑起状态，中间轴向进给单元(2)处于最小缩短状态，后体节径向支撑单元(3)的撑爪(18)处于最大撑起状态；

V、在3T/6～4T/6的时间段中：前体节径向支撑单元(1)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转中间轴向进给单元(2)中的第二直流减速电机(28)停止旋转；后体节径向支撑单元(3)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转达到4T/6处的状态为：前体节径向支撑单元(1)的撑爪(18)处于最小缩回状态，中间轴向进给单元(2)处于最小缩短状态，后体节径向支撑单元(3)的撑爪(18)处于最大撑起状态；

VI、在4T/6～5T/6的时间段中：前体节径向支撑单元(1)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转中间轴向进给单元(2)中的第二直流减速电机(28)匀速旋转180°；后体节径向支撑单元(3)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转达到5T/6处的状态为：前体节径向支撑单元(1)的撑爪(18)处于最小缩回状态，中间轴向进给单元(2)处于最大伸长状态，后体节径向支撑单元(3)的撑爪(18)处于最大撑起状态；

VII、在5T/6～T的时间段中：前体节径向支撑单元(1)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转中间轴向进给单元(2)中的第二直流减速电机(28)停止旋转；后体节径向支撑单元(3)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转达到T处的状态为：前体节径向支撑单元(1)的撑爪(18)处于最大撑起状态，中间轴向进给单元(2)处于最大伸长状态，后体节径向支撑单元(3)的撑爪(18)处于最大撑起状态。