本發(fā)明涉及一種特種機(jī)器人領(lǐng)域，特別是涉及一種四驅(qū)動(dòng)管道柔性爬行機(jī)器人。

背景技術(shù)：

管道機(jī)器人是基于一般機(jī)器人技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一類特種機(jī)器人。它們用于做人不能做的事，在人無(wú)法進(jìn)入的管道狹小空間進(jìn)行作業(yè)，在人無(wú)法適應(yīng)的環(huán)境下進(jìn)行危險(xiǎn)作業(yè)。管道機(jī)器人是一種可沿管道內(nèi)壁行走的機(jī)械，它可以攜帶一種或多種傳感器及操作裝置，在操作人員的遠(yuǎn)距離控制下進(jìn)行一系列的管道檢測(cè)維修作業(yè)。多年來(lái)世界各國(guó)對(duì)管道機(jī)器人的研究十分重視，對(duì)其研究逐步從試驗(yàn)研究轉(zhuǎn)入到實(shí)際應(yīng)用。目前，多種技術(shù)融合、多智能體網(wǎng)絡(luò)是管道機(jī)器人研究的發(fā)展方向，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著重要作用并具有重大的戰(zhàn)略意義。至今人們已研制出多種管道機(jī)器人。德國(guó)kuntze研制出四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)管道檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)。西班牙jorgemomleda研制出利用水流噴射驅(qū)動(dòng)的管道機(jī)器人系統(tǒng)；日本東京工業(yè)大學(xué)研制出螺旋推動(dòng)螺旋輪的管道機(jī)器人系統(tǒng)；東京油氣有限公司曾開發(fā)出世界上第一臺(tái)無(wú)纜管道爬行機(jī)器人。中國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制六獨(dú)立輪驅(qū)動(dòng)管內(nèi)檢測(cè)牽引機(jī)器人。

迄今為止，目前一些管道機(jī)器人能進(jìn)行一些探測(cè)及信號(hào)傳送和有限的清淤和除障作業(yè)，但在垂直上升管道內(nèi)爬行能力、在變直徑和拐陡彎管道內(nèi)運(yùn)行靈活性、在長(zhǎng)距離密封管道內(nèi)牽引電纜能力等能力仍很差。在變內(nèi)徑、彎曲、交叉管道清淤和除障作業(yè)的管道機(jī)器人未見報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有管道機(jī)器人在垂直管道內(nèi)爬行能力差、在變內(nèi)徑、彎曲、交叉管道內(nèi)運(yùn)行不靈活以及牽引能力不足問(wèn)題，本發(fā)明提供一種四驅(qū)動(dòng)管道柔性爬行機(jī)器人。

本發(fā)明包括伸縮機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、三根繩和彈簧，伸縮機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)之間通過(guò)三根繩和彈簧連接；

所述伸縮機(jī)構(gòu)包括第一機(jī)座、小支撐板、第一主電機(jī)、第一輔電機(jī)、第一絲杠套、第一絲母板、絲杠軸、絲母套、三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的第一足機(jī)構(gòu)、三個(gè)第一導(dǎo)柱，其中第一機(jī)座設(shè)有相互平行的中心通孔和三個(gè)小圓周均布通孔，第一機(jī)座大圓周均布設(shè)有相切圓周的三對(duì)平行孔；第一絲杠套設(shè)有相互同心的小通孔、小圓柱、大外圓柱螺紋和中心開孔；第一絲母板設(shè)有與第一機(jī)座對(duì)應(yīng)的中心螺紋通孔和三個(gè)小圓周均布通孔，該第一絲母板大圓周均布設(shè)有三個(gè)相切圓周的孔；小支撐板設(shè)有與第一機(jī)座對(duì)應(yīng)的中心通孔和三個(gè)小圓周均布通孔；絲母套上設(shè)有與第一機(jī)座對(duì)應(yīng)的中心螺紋通孔和三個(gè)小圓周均布通孔；絲杠軸設(shè)有相互同心的圓柱、圓柱外螺紋、圓柱端開孔；第一主電機(jī)設(shè)在第一絲杠套中心開孔內(nèi)，并與小支撐板固接，絲杠軸的圓柱與小支撐板中心通孔轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，第一主電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸與絲杠軸的圓柱端開孔同軸鍵連接，絲杠軸的圓柱外螺紋與絲母套螺紋聯(lián)接；第一絲杠套的小圓柱與第一機(jī)座中心通孔轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，第一絲杠套的大外圓柱螺紋與第一絲母板螺紋聯(lián)接；三個(gè)第一導(dǎo)柱一端和中部分別與第一機(jī)座和小支撐板的三個(gè)小圓周均布通孔固連，另一端與絲母套的三個(gè)小圓周均布通孔滑動(dòng)聯(lián)接；第一輔電機(jī)與第一機(jī)座連接，第一輔電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸與第一絲杠套的小通孔鍵連接；

所述第一足機(jī)構(gòu)包括第一長(zhǎng)連桿、第一短連桿、第一拉桿、第一曲柄，其中第一長(zhǎng)、短連桿和第一曲柄兩端分別設(shè)有相互平行的通孔，第一拉桿設(shè)有三個(gè)相互平行的通孔，第一短連桿的孔距與第一機(jī)座大圓周的一對(duì)平行孔距相同，第一長(zhǎng)桿的孔距與第一拉桿的一對(duì)遠(yuǎn)孔距相同；第一長(zhǎng)桿的一端的通孔與第一機(jī)座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其另一端的通孔與第一短桿一端的通孔轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一短桿另一端的通孔與第一拉桿一端的通孔轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一拉桿另一端的通孔與第一機(jī)座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一機(jī)座、第一長(zhǎng)連桿、第一短連桿、第一拉桿相互轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接構(gòu)成第一平行四桿機(jī)構(gòu)；第一曲柄兩端分別與第一絲母板的大圓周孔和第一拉桿的余下通孔轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接；

所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與伸縮機(jī)構(gòu)相對(duì)設(shè)置，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括第二機(jī)座、第二主電機(jī)、第二輔電機(jī)、第二絲杠套、第二絲母板、三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的第二足機(jī)構(gòu)、第二絲母板、三個(gè)第二導(dǎo)柱、大支撐板、凸輪和三個(gè)擺桿，其中第二機(jī)座上設(shè)有相互平行的中心通孔和三個(gè)小圓周均布通孔，第二機(jī)座大圓周均布設(shè)有相切圓周的三對(duì)平行孔；大支撐板設(shè)有相互平行的中心通孔、三個(gè)大、小圓周均布通孔；所述擺桿設(shè)有相互平行的中心通孔和偏心通孔；第二絲杠套設(shè)有相互同心的小通孔、小圓柱、大外圓柱螺紋和中心開孔；第二絲母板設(shè)有與第二機(jī)座對(duì)應(yīng)的中心螺紋通孔和三個(gè)小圓周均布通孔，第二絲母板大圓周均布設(shè)有三個(gè)相切圓周的孔；第二絲母板設(shè)有與第二機(jī)座對(duì)應(yīng)的中心螺紋通孔和三個(gè)小圓周均布通孔，第二絲母板大圓周均布設(shè)有三個(gè)相切圓周的孔；第二輔助電機(jī)設(shè)在第二絲杠套的大徑開孔內(nèi)，第二輔助電機(jī)與第二機(jī)座中心通孔固連，第二輔助電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸與第二絲杠套的小徑通孔鍵連接；第二導(dǎo)柱一端和中部與大支撐板和第二機(jī)座的小圓周通孔固連，第二導(dǎo)柱另一端與第二絲母板的小圓周通孔滑動(dòng)聯(lián)接；第二主電機(jī)與大支撐板固連，第二主電機(jī)軸穿過(guò)大支撐板中心通孔與凸輪垂直固連，凸輪和擺桿設(shè)在大支撐板和第二機(jī)座之間同一面內(nèi)，每個(gè)擺桿中心孔與每個(gè)第二導(dǎo)柱轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，凸輪分別與三個(gè)擺桿間隔接觸；第二絲母板與第二絲杠套的大外圓柱螺紋聯(lián)接；

所述第二足機(jī)構(gòu)包括第二長(zhǎng)連桿、第二短連桿、第二拉桿、第二曲柄；所述第二長(zhǎng)連桿、第二短連桿和第二曲柄兩端分別設(shè)有相互平行的通孔，所述第二拉桿設(shè)有三個(gè)相互平行的通孔，第二短連桿的孔距與第二機(jī)座大圓周的一對(duì)平行孔距相同，第二長(zhǎng)桿的孔距與第二拉桿的一對(duì)遠(yuǎn)孔距相同；第二長(zhǎng)桿的一端的通孔與第二機(jī)座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其另一端的通孔與第二短桿一端的通孔轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二短桿另一端的通孔與第二拉桿一端的通孔轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一拉桿另一端的通孔與第二機(jī)座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二機(jī)座、第二長(zhǎng)連桿、第二短連桿、第二拉桿相互轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接構(gòu)成第二平行四桿機(jī)構(gòu)；第二曲柄兩端分別與第二絲母板的大圓周孔和第二拉桿的余下通孔轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接；

所述彈簧兩端分別抵在伸縮機(jī)構(gòu)的第一絲母套和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的支撐盤上，繩穿過(guò)支撐盤的大圓周通孔和擺桿的偏心孔，該繩兩端分別與伸縮機(jī)構(gòu)的絲母套和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的機(jī)座連接。第二主電機(jī)通過(guò)凸輪分別撥動(dòng)三個(gè)擺桿擺動(dòng)，改變相應(yīng)繩長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕質(zhì)、牽引力大、易控制、清淤和除障能力強(qiáng)，適合在變內(nèi)徑、彎曲或交叉工業(yè)管道內(nèi)爬行與檢修。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的剖視示意簡(jiǎn)圖。

圖2是本發(fā)明凸輪和擺桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-管道、2-第一機(jī)座、3-第一主電機(jī)、4-第一輔電機(jī)、5-第一絲杠套、6-第一導(dǎo)柱、7-絲杠軸、8-第一絲母板、9-小支撐板、10-絲母套、11-彈簧、12-繩、13-第一長(zhǎng)連桿、14-第一拉桿、15-第一短連桿、16-第一曲柄、17-大支撐板、18-凸輪、19-擺桿、20-第二機(jī)座、21-第二導(dǎo)柱、22-第二絲杠套、23-第二輔電機(jī)、24-第二絲母板、25-第二主電機(jī)、26-第二長(zhǎng)連桿、27-第二拉桿、28-第二短連桿、29-第二曲柄。

具體實(shí)施方式

在圖1所示的四驅(qū)動(dòng)管道柔性爬行機(jī)器人示意圖中，伸縮機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)之間通過(guò)三根繩12和彈簧11連接，第一機(jī)座2設(shè)有相互平行的中心通孔和三個(gè)小圓周均布通孔，第一機(jī)座大圓周均布設(shè)有相切圓周的三對(duì)平行孔；第一絲杠套5設(shè)有相互同心的小通孔、小圓柱、大外圓柱螺紋和中心開孔；第一絲母板8設(shè)有與第一機(jī)座對(duì)應(yīng)的中心螺紋通孔和三個(gè)小圓周均布通孔，該第一絲母板大圓周均布設(shè)有三個(gè)相切圓周的孔；小支撐板9設(shè)有與第一機(jī)座對(duì)應(yīng)的中心通孔和三個(gè)小圓周均布通孔；絲母套10上設(shè)有與第一機(jī)座對(duì)應(yīng)的中心螺紋通孔和三個(gè)小圓周均布通孔；絲杠軸7設(shè)有相互同心的圓柱、圓柱外螺紋、圓柱端開孔；第一主電機(jī)3設(shè)在第一絲杠套中心開孔內(nèi)，第一主電機(jī)與小支撐板固接，絲杠軸的圓柱與小支撐板中心通孔轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，第一主電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸與絲杠軸的圓柱端開孔同軸鍵連接，絲杠軸的圓柱外螺紋與絲母套螺紋聯(lián)接；第一絲杠套的小圓柱與第一機(jī)座中心通孔轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，第一絲杠套的大外圓柱螺紋與第一絲母板螺紋聯(lián)接；三個(gè)第一導(dǎo)柱6一端和中部分別與第一機(jī)座和小支撐板的三個(gè)小圓周均布通孔固連，另一端與絲母套的三個(gè)小圓周均布通孔滑動(dòng)聯(lián)接；第一輔電機(jī)4與第一機(jī)座連接，第一輔電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸與第一絲杠套的小通孔鍵連接；

第一足機(jī)構(gòu)中的第一長(zhǎng)連桿13、第一短連桿15和第一曲柄16兩端分別設(shè)有相互平行的通孔，第一拉桿14設(shè)有三個(gè)相互平行的通孔，第一短連桿的孔距與第一機(jī)座大圓周的一對(duì)平行孔距相同，第一長(zhǎng)桿的孔距與第一拉桿的一對(duì)遠(yuǎn)孔距相同；第一長(zhǎng)桿的一端的通孔與第一機(jī)座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其另一端的通孔與第一短桿一端的通孔轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一短桿另一端的通孔與第一拉桿一端的通孔轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一拉桿另一端的通孔與第一機(jī)座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一機(jī)座、第一長(zhǎng)連桿、第一短連桿、第一拉桿相互轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接構(gòu)成第一平行四桿機(jī)構(gòu)；第一曲柄兩端分別與第一絲母板的大圓周孔和第一拉桿的余下通孔轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接；

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與伸縮機(jī)構(gòu)相對(duì)設(shè)置，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中的第二機(jī)座20上設(shè)有相互平行的中心通孔和三個(gè)小圓周均布通孔，第二機(jī)座大圓周均布設(shè)有相切圓周的三對(duì)平行孔；大支撐板17設(shè)有相互平行的中心通孔、三個(gè)大、小圓周均布通孔；擺桿19設(shè)有相互平行的中心通孔和偏心通孔；第二絲杠套22設(shè)有相互同心的小通孔、小圓柱、大外圓柱螺紋和中心開孔；第二絲母板24設(shè)有與第二機(jī)座對(duì)應(yīng)的中心螺紋通孔和三個(gè)小圓周均布通孔，第二絲母板大圓周均布設(shè)有三個(gè)相切圓周的孔；第二輔助電機(jī)23設(shè)在第二絲杠套的大徑開孔內(nèi)，第二輔助電機(jī)與第二機(jī)座中心通孔固連，第二輔助電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸與第二絲杠套的小徑通孔鍵連接；第二導(dǎo)柱21一端和中部與大支撐板和第二機(jī)座的小圓周通孔固連，第二導(dǎo)柱另一端與第二絲母板的小圓周通孔滑動(dòng)聯(lián)接；第二主電機(jī)25與大支撐板固連，第二主電機(jī)軸穿過(guò)大支撐板中心通孔與凸輪垂直固連，凸輪18和擺桿設(shè)在大支撐板和第二機(jī)座之間同一面內(nèi)，每個(gè)擺桿中心孔與每個(gè)第二導(dǎo)柱轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，凸輪分別與三個(gè)擺桿間隔接觸，如圖2所示；第二絲母板與第二絲杠套的大外圓柱螺紋聯(lián)接；

第二足機(jī)構(gòu)中的第二長(zhǎng)連桿26、第二短連桿28和第二曲柄29兩端分別設(shè)有相互平行的通孔，第二拉桿27設(shè)有三個(gè)相互平行的通孔，第二短連桿的孔距與第二機(jī)座大圓周的一對(duì)平行孔距相同，第二長(zhǎng)桿的孔距與第二拉桿的一對(duì)遠(yuǎn)孔距相同；第二長(zhǎng)桿的一端的通孔與第二機(jī)座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其另一端的通孔與第二短桿一端的通孔轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二短桿另一端的通孔與第二拉桿一端的通孔轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一拉桿另一端的通孔與第二機(jī)座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二機(jī)座、第二長(zhǎng)連桿、第二短連桿、第二拉桿相互轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接構(gòu)成第二平行四桿機(jī)構(gòu)；第二曲柄兩端分別與第二絲母板的大圓周孔和第二拉桿的余下通孔轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接；輔電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲母板軸向移動(dòng)，帶動(dòng)曲柄和平行四連桿機(jī)構(gòu)徑向擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)足機(jī)構(gòu)同步徑向支撐或脫離管道1內(nèi)壁；

所述彈簧兩端分別抵在伸縮機(jī)構(gòu)的第一絲母套和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的支撐盤上，繩穿過(guò)支撐盤的大圓周通孔和擺桿的偏心孔，該繩兩端分別與伸縮機(jī)構(gòu)的絲母套和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的機(jī)座連接。