[发明专利]一种单作用气动锁止式柔性管内机器人及其工作方法

权利要求书

1.一种单作用气动锁止式柔性管内机器人，其特征在于，包括能源模块和通过伸缩机构连接的后支撑机构、前支撑机构；

所述能源模块包括电机、气囊和气泵；

所述后支撑机构包括第一圆锥台和设置在第一圆锥台圆周上的第一活塞；所述第一活塞的活塞杆连接有第一楔块；

所述伸缩机构包括伸缩弹簧及包覆在伸缩弹簧外侧的第二气管；

所述前支撑机构包括第二圆锥台和设置在第二圆锥台圆周上的第二活塞；所述第二活塞的活塞杆连接有第二楔块；

所述气泵依次通过第一气管、第一活塞的气缸、第二气管与第二活塞的气缸连通；第一活塞的气缸与第二气管之间设置有第一节气门；第二活塞的气缸与第二气管之间设置有第二节气门。

2.根据权利要求1所述的单作用气动锁止式柔性管内机器人，其特征在于，所述能源模块还包括电池或无线能量传输模块。

3.根据权利要求2所述的单作用气动锁止式柔性管内机器人，其特征在于，所述电机、气泵和无线能量传输模块包裹在所述气囊内。

4.根据权利要求1所述的单作用气动锁止式柔性管内机器人，其特征在于，所述后支撑机构包括三个第一活塞；三个第一活塞等间隔地设置在第一圆锥台的圆周上；所述前支撑机构包括三个第二活塞；三个第二活塞等间隔地设置在第二圆锥台的圆周上。

5.根据权利要求1所述的单作用气动锁止式柔性管内机器人，其特征在于，所述第一楔块滑动设置在第一圆锥台的锥面上；所述第二楔块滑动设置在第二圆锥台的锥面上。

6.根据权利要求1所述的单作用气动锁止式柔性管内机器人，其特征在于，所述第一节气门和第二节气门的具体结构为以下结构之一：

(a)所述第一节气门和第二节气门均为设置在气管管壁上的凸起结构；

(b)所述第一节气门和第二节气门均为电控阀门。

7.一种如权利要求1-6任意一项所述柔性管内机器人的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：

1)电机不工作，仅气囊内充满气体，使气囊膨胀支撑于管道内壁；弹簧处于自由状态；第一楔块和第二楔块也均处于自由状态，第一楔块可沿第一圆锥台自由滑动，第二楔块可沿第二圆锥台自由滑动；

2)电机正向旋转，驱动气泵将气囊内的气体通过第一气管压入第一活塞的气缸内，进而推动第一活塞的活塞杆及第一楔块向第一圆锥台的大端上移；最终第一楔块与管壁产生接触；在第一节气门的作用下气体先充满第一活塞的气缸，然后逐步进入第二气管；

3)第二气管在气体的作用下克服弹簧的作用力使弹簧伸直；在此过程中，后支撑机构中的第一楔块与管壁紧贴，当第一圆锥台的锥角满足自锁条件时，第一楔块与管壁锁止；在第二节气门的作用下气体未完全充满第二活塞的气缸，第二楔块沿管道滑动，前支撑机构在伸缩机构的推动下向前运动；

4)气体充满第二活塞的气缸后电机反向旋转，气泵将气体从机器人本体中抽回至气囊中，第一楔块与管壁解锁；然后伸缩机构在弹簧收缩力的作用下开始收缩，前支撑机构受到弹簧向后的拉力，第二楔块与管壁锁止，保持不动，弹簧带动后支撑机构及能源模块向前移动；

5)电机继续反向旋转，最后将第二活塞的气缸内的气体抽回气囊中；

6)重复步骤1)～5)实现机器人的在管道内的移动。