[发明专利]一种三管柔性执行机构诱导的管状爬行机器人

说明书

本发明公开了一种三管柔性执行机构诱导的管状爬行机器人，包括顶部虹膜机构粘附装置、软管齿轮啮合驱动装置和底部虹膜机构粘附装置，顶部虹膜机构粘附装置与软管齿轮啮合驱动装置中的三根金属波纹管一端固联，电机固定盘通过双通铜柱与底部虹膜机构粘附装置相互固联。本发明采用软管齿轮啮合驱动装置进行驱动，通过安装于电机固定盘上的电机，在相同时间内以不同的速度转动，使机器人在三维空间内伸缩爬行，实现最大90°弯曲变形。顶部和底部虹膜机构粘附装置通过舵机驱动使机器人与水管内壁的接触或分离。本发明采用舵机和电机进行驱动，摆脱了气源气管对管道机器人运动距离约束；且管状爬行机器人结构小巧，能应用于小型弯曲管道检测与维修。

技术领域

本发明旨在解决小型弯曲管道监测与维修过程中因传统刚性及气动式柔性管道检测机器人无法适应狭小弯曲的管道工作环境且工作范围较小的弊端，具体涉及一种三管柔性执行机构诱导的管状爬行机器人。

背景技术

在机器人发展领域，如何实现管道机械化的检测、维护和清洗是我们面临的一大难题。大多数管道机器人都是由刚体组成，具有灵活性差、环境适应性差的缺点，无法适应弯曲方向改变以及管径不同的工作环境。对于气动式柔性机器人虽然其可以实现本体的灵活弯曲，但大多体积较大且工作时候需要连接着气管和气源，由于气管长度等因素，极大的限制了机器人的运动范围。如国外最新研制的用于管道爬行的蠕虫软机器人，该机器人通过控制位于机器人前后两端的两个独立的安全气囊的径向膨胀与收缩实现机器人与管道内壁之间的固定与分离，此外前后两个气囊之间均布有三个独立的轴向安全气囊，通过安全气囊的收缩与轴向伸长可实现蠕虫软机器人在管道内的蠕动爬行。但该机器人依然存在着气源气管对该机器人运动范围的限制不利于长距离的管道检测且柔性机器人自身存在较大的变形导致检测效果不佳，因此发明一种管道检测机器人使其既能实现一定的弯曲变形以适应弯曲复杂的管道环境，又能避免气源和气管等机器人自身硬件对检测范围的限制就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三管柔性执行机构诱导的管状爬行机器人，能够实现在尺寸较小且管径变化的管道中的爬行与转向，能够摆脱气源气管等机器人自身硬件对检测范围的限制而实现较长距离的运动。

为了达到上述目的，本发明釆用的技术方案是：

一种三管柔性执行机构诱导的管状爬行机器人，包括顶部虹膜机构粘附装置、软管齿轮啮合驱动装置、底部虹膜机构粘附装置；顶部虹膜机构粘附装置设置于机器人顶部，位于机构顶端的顶部虹膜机构粘附装置与软管齿轮啮合驱动装置中的三根波纹管的一端固连，波纹管的外表面螺纹分别与安装于三个直流电机输出轴上的齿轮相啮合形成齿轮齿条机构，电机通过电机架固定在电机固定盘上，电机固定盘通过双通铜柱与底部虹膜机构粘附装置相固连。

优选地，所述顶部虹膜机构粘附装置，包括顶部曲柄，三个顶部连杆，三个顶部滑块，顶部滑槽盘，顶部舵机安装垫块，顶部舵机；顶部曲柄分别与三个顶部连杆，三个顶部滑块以及顶部滑槽盘构成三个曲柄滑块机构，顶部曲柄与顶部舵机相固连；顶部舵机安装垫块与顶部滑槽盘以及顶部舵机通过螺栓螺母相固定，顶部滑块与顶部滑槽盘形成接触移动副。顶部舵机的转动带动顶部曲柄转动，所述顶部曲柄的转动驱动顶部滑块在顶部滑槽盘中进行沿槽道的直线运动，顶部滑块的沿槽道移动实现顶部虹膜机构粘附装置的外轮廓直径发生变化，进而实现与水管内壁的粘附和分离。顶部滑块的圆弧形外沿贴附有一层薄薄的硅胶层，用以增大顶部虹膜机构粘附装置与管壁的接触摩擦系数。