CN115264237A - 一种蠕动式管道移动机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于管道机器人领域，具体的说是一种蠕动式管道移动机器人，包括与底座固定连接的第一步进电机；所述第一步进电机的输出端固定连接有第一丝杆，所述第一丝杆与第一丝套螺纹连接，且第一丝杆贯穿滑动块，所述滑动块固定连接在第一丝套靠近第一步进电机的一侧，所述滑动块远离第一步进电机的一侧固定连接有连接板的一端，所述连接板的另一侧与第二步进电机固定连接，所述第二步进电机的输出端固定连接有正反牙丝杆，所述正反牙丝杆外侧靠近中心的位置处螺纹连接有第一正反牙丝套，通过各个零件之间配合的作用，实现了使机器人整体能够在截面形状不规则、内壁物理特性不一致、具有拓扑结构形式突变的管道内部进行移动的功能。
Description
技术领域
本发明涉及管道机器人领域，具体是一种蠕动式管道移动机器人。
背景技术
管道机器人是一种专门用于在管道中进行工作的机器人，可以沿细小管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化***。
现有技术中的管道机器人多为车辆式管道机器人、履带式管道机器人和行走式管道机器人，车辆式管道机器人可以在水平或倾斜度较低的管道中进行移动，对管道的内部进行检测，履带式管道机器人的附着力较车辆式管道机器人更好。
现有技术中的车辆式管道机器人不能在垂直管道内爬行，履带式管道机器人在管道内过弯会很困难，有翻车的危险，行走式管道机器人结构复杂，可靠性差，对工作环境要求较高，当管道出现拓扑结构形式突变(Y型)、截面形状不规则(非圆形、环形裂缝、对接凹陷或凸起)、内壁物理特性不一致(粗糙度、附着系数)状况时，现有技术的管道机器人难以适应这种管道拓扑结构突变状况；因此，针对上述问题提出一种蠕动式管道移动机器人。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，现有技术中的车辆式管道机器人不能在垂直管道内爬行，履带式管道机器人在管道内过弯会很困难，有翻车的危险，行走式管道机器人结构复杂，可靠性差，对工作环境要求较高，当管道出现拓扑结构形式突变(Y型)、截面形状不规则(非圆形、环形裂缝、对接凹陷或凸起)、内壁物理特性不一致(粗糙度、附着系数)状况时，现有技术的管道机器人难以适应这种管道拓扑结构突变状况的问题，本发明提出一种蠕动式管道移动机器人。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种蠕动式管道移动机器人，包括与底座固定连接的第一步进电机；所述第一步进电机的输出端固定连接有第一丝杆，所述第一丝杆与第一丝套螺纹连接，且第一丝杆贯穿滑动块，所述滑动块固定连接在第一丝套靠近第一步进电机的一侧，所述滑动块远离第一步进电机的一侧固定连接有连接板的一端，所述连接板的另一侧与第二步进电机固定连接，所述第二步进电机的输出端固定连接有正反牙丝杆，所述正反牙丝杆外侧靠近中心的位置处螺纹连接有第一正反牙丝套，且第一正反牙丝套与连接套固定连接，所述连接套远离第一正反牙丝套的一侧铰接有第一铰接杆的一端，所述第一铰接杆的另一端与第二铰接杆的一端铰接，所述第一铰接杆和第二铰接杆互相铰接的一端皆铰接有第三铰接杆的一端，且第三铰接杆的另一端与铰接座铰接，所述铰接座固定连接在顶撑板的内侧，所述第二铰接杆远离第一铰接杆的一端与固定套铰接，所述固定套的一侧固定连接有第二正反牙丝套，所述第二正反牙丝套与正反牙丝杆螺纹连接，所述第一步进电机的外侧设置有防护组件。
优选的，所述第一正反牙丝套与第二正反牙丝套的螺纹旋向相反。
优选的，所述第一铰接杆设置有三组，且三组所述第一铰接杆呈圆周阵列状均匀分布在连接套远离第一正反牙丝套的一侧。
优选的，所述顶撑板的外侧胶粘有防滑条，且防滑条为橡胶材质，所述顶撑板的外侧均设置有压敏传感器。
优选的，所述防护组件包括外壳，所述外壳的一侧与底座远离连接转向组件的一端固定连接，所述外壳套设在滑动块、连接板和第二步进电机的外侧，所述外壳远离底座的一侧固定连接有端盖，所述端盖被正反牙丝杆贯穿。
优选的，两组所述底座之间设置有连接转向组件，所述连接转向组件包括第一固定节，所述第一固定节与左侧所述底座固定连接，且第一固定节远离底座的一侧与活动节的一端铰接，所述活动节远离第一固定节的一端与第二固定节铰接，所述第二固定节远离活动节的一侧与右侧所述底座固定连接。
优选的，所述端盖固定连接有导向杆，且导向杆设置有三组，三组所述导向杆呈圆周阵列状均匀的分布在端盖上，且三组所述导向杆皆贯穿连接套。
本发明的有益之处在于：
1.本发明通过各个零件之间配合的作用，实现了使机器人整体能够在截面形状不规则、内壁物理特性不一致、具有拓扑结构形式突变的管道内部进行移动的功能，解决了现有技术中的车辆式管道机器人不能在垂直管道内爬行，履带式管道机器人在管道内过弯会很困难，有翻车的危险，行走式管道机器人结构复杂，可靠性差，对工作环境要求较高，当管道出现拓扑结构形式突变(Y型)、截面形状不规则(非圆形、环形裂缝、对接凹陷或凸起)、内壁物理特性不一致(粗糙度、附着系数)状况时，现有技术的管道机器人难以适应这种管道拓扑结构突变状况的问题，通过第一固定节、活动节和第二固定节组合的作用形成万向节，使机器人在管道的内部遇到弯折或Y型管道时可以顺利的通过。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为实施例一的整体立体结构示意图；
图2为实施例一的图1中A处放大结构示意图；
图3为实施例一的局部立体结构示意图；
图4为实施例一的图3中B处放大结构示意图；
图5为实施例一的局部正视结构示意图。
图中：1、底座；11、第一步进电机；21、第一丝杆；22、第一丝套；23、滑动块；24、连接板；25、第二步进电机；26、正反牙丝杆；27、第一正反牙丝套；28、连接套；29、第一铰接杆；31、第二铰接杆；32、第三铰接杆；33、铰接座；34、顶撑板；35、防滑条；36、固定套；37、第二正反牙丝套；41、外壳；42、端盖；43、第一固定节；44、活动节；45、第二固定节；46、导向杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1-5所示，一种蠕动式管道移动机器人，包括与底座1固定连接的第一步进电机11；所述第一步进电机11的输出端固定连接有第一丝杆21，所述第一丝杆21与第一丝套22螺纹连接，且第一丝杆21贯穿滑动块23，所述滑动块23固定连接在第一丝套22靠近第一步进电机11的一侧，所述滑动块23远离第一步进电机11的一侧固定连接有连接板24的一端，所述连接板24的另一侧与第二步进电机25固定连接，所述第二步进电机25的输出端固定连接有正反牙丝杆26，所述正反牙丝杆26外侧靠近中心的位置处螺纹连接有第一正反牙丝套27，且第一正反牙丝套27与连接套28固定连接，所述连接套28远离第一正反牙丝套27的一侧铰接有第一铰接杆29的一端，所述第一铰接杆29的另一端与第二铰接杆31的一端铰接，所述第一铰接杆29和第二铰接杆31互相铰接的一端皆铰接有第三铰接杆32的一端，且第三铰接杆32的另一端与铰接座33铰接，所述铰接座33固定连接在顶撑板34的内侧，所述第二铰接杆31远离第一铰接杆29的一端与固定套36铰接，所述固定套36与正反牙丝杆26紧固连接，所述第一步进电机11的外侧设置有防护组件；
工作时，现有技术中的车辆式管道机器人不能在垂直管道内爬行，履带式管道机器人在管道内过弯会很困难，有翻车的危险，行走式管道机器人结构复杂，可靠性差，对工作环境要求较高，当管道出现拓扑结构形式突变(Y型)、截面形状不规则(非圆形、环形裂缝、对接凹陷或凸起)、内壁物理特性不一致(粗糙度、附着系数)状况时，现有技术的管道机器人难以适应这种管道拓扑结构突变状况，通过第二步进电机25驱动正反牙丝杆26产生转动，使与正反牙丝杆26螺纹连接的第一正反牙丝套27和第二正反牙丝套37相互靠近并带动固定连接的连接套28和固定套36同步进行移动，使连接套28和固定套36分别带动第一铰接杆29和第二铰接杆31产生移动，通过第一铰接杆29和第二铰接杆31组合的作用带动第三铰接杆32顶动顶撑板34与管道的内壁贴合，将机器人整体固定在管道的内壁上，当任意一组设置在顶撑板34上的压敏传感器来信号时第二步进电机25的转速就会降低，当三组压敏传感器均传来信号时第二步进电机25停止工作，此时两组第一步进电机11开始工作带动第一丝杆21进行转动，使与第一丝杆21螺纹连接的第一丝套22产生移动并通过滑动块23和连接板24组合的作用带动机器人整体向机器人左侧被固定的一端进行移动，使机器人整体的长度缩短，然后右侧的第二步进电机25开始工作使右侧的三组顶撑板34与管道的内壁之间抵接对机器人的右侧进行固定，具体固定方式同左侧，当右侧固定后左侧的第二步进电机25开始反向转动使机器人的左侧解除与管道之间固定连接的状态，此时两组第一步进电机11皆开始反向转动，使机器人的整体向左侧进行延长，当延长至极限后再次使左侧与管道之间固定，重复该步骤即可使机器人整体在管道的内部向左侧进行移动，当要向右侧进行移动时反向该流程即可。
进一步的，所述第一正反牙丝套27与第二正反牙丝套37的螺纹旋向相反；
工作时，因第一正反牙丝套27与第二正反牙丝套37的螺纹旋向相反，所以正反牙丝杆26在正向转动时会使第一正反牙丝套27与第二正反牙丝套37相互靠近，正反牙丝杆26在反向转动时则会使第一正反牙丝套27与第二正反牙丝套37相互远离。
进一步的，所述第一铰接杆29设置有三组，且三组所述第一铰接杆29呈圆周阵列状均匀分布在连接套28远离第一正反牙丝套27的一侧；
工作时，通过设置的三组第一铰接杆29、第二铰接杆31、第三铰接杆32、铰接座33和顶撑板34组合的结构起到使机器人与管道之间固定时更加稳固的效果。
进一步的，所述顶撑板34的外侧胶粘有防滑条35，且防滑条35为橡胶材质，所述顶撑板34的外侧均设置有压敏传感器；
工作时，通过采用橡胶材质的防滑条35起到增大顶撑板34与管道内壁之间的摩擦力的效果防止顶撑板34因与管道内壁之间的摩擦力过小而产生滑动，通过压敏传感器测量顶撑板34是否与管道之间紧密贴合。
进一步的，所述防护组件包括外壳41，所述外壳41的一侧与底座1远离连接转向组件的一端固定连接，所述外壳41套设在滑动块23、连接板24和第二步进电机25的外侧，所述外壳41远离底座1的一侧固定连接有端盖42，所述端盖42被正反牙丝杆26贯穿；
工作时，通过防护组件起到对其内部的第一步进电机11和第二步进电机25进行保护的效果。
进一步的，两组所述底座1之间设置有连接转向组件，所述连接转向组件包括第一固定节43，所述第一固定节43与左侧所述底座1固定连接，且第一固定节43远离底座1的一侧与活动节44的一端铰接，所述活动节44远离第一固定节43的一端与第二固定节45铰接，所述第二固定节45远离活动节44的一侧与右侧所述底座1固定连接；
工作时，通过第一固定节43、活动节44和第二固定节45组合的作用形成万向节，使机器人在管道的内部遇到弯折或Y型管道时可以顺利的通过。
进一步的，所述端盖42固定连接有导向杆46，且导向杆46设置有三组，三组所述导向杆46呈圆周阵列状均匀的分布在端盖42上，且三组所述导向杆46皆贯穿连接套28；
工作时，通过导向杆46的作用起到对连接套28的移动进行引导的效果，防止连接套28在移动的过程中产生晃动的情况。
工作原理：现有技术中的车辆式管道机器人不能在垂直管道内爬行，履带式管道机器人在管道内过弯会很困难，有翻车的危险，行走式管道机器人结构复杂，可靠性差，对工作环境要求较高，当管道出现拓扑结构形式突变(Y型)、截面形状不规则(非圆形、环形裂缝、对接凹陷或凸起)、内壁物理特性不一致(粗糙度、附着系数)状况时，现有技术的管道机器人难以适应这种管道拓扑结构突变状况，通过第二步进电机25驱动正反牙丝杆26产生转动，使与正反牙丝杆26螺纹连接的第一正反牙丝套27和第二正反牙丝套37相互靠近并带动固定连接的连接套28和固定套36同步进行移动，使连接套28和固定套36分别带动第一铰接杆29和第二铰接杆31产生移动，通过第一铰接杆29和第二铰接杆31组合的作用带动第三铰接杆32顶动顶撑板34与管道的内壁贴合，将机器人整体固定在管道的内壁上，当任意一组设置在顶撑板34上的压敏传感器来信号时第二步进电机25的转速就会降低，当三组压敏传感器均传来信号时第二步进电机25停止工作，此时两组第一步进电机11开始工作带动第一丝杆21进行转动，使与第一丝杆21螺纹连接的第一丝套22产生移动并通过滑动块23和连接板24组合的作用带动机器人整体向机器人左侧被固定的一端进行移动，使机器人整体的长度缩短，然后右侧的第二步进电机25开始工作使右侧的三组顶撑板34与管道的内壁之间抵接对机器人的右侧进行固定，具体固定方式同左侧，当右侧固定后左侧的第二步进电机25开始反向转动使机器人的左侧解除与管道之间固定连接的状态，此时两组第一步进电机11皆开始反向转动，使机器人的整体向左侧进行延长，当延长至极限后再次使左侧与管道之间固定，重复该步骤即可使机器人整体在管道的内部向左侧进行移动，当要向右侧进行移动时反向该流程即可。
本机器人的主控制芯片为STC89C52RC，为了实现机器人在各种环境下的自由移动，利用红外通讯接口来实现电机的独立运转，为了能与主机更好的沟通还使用了蓝牙作为数据反馈，以更好地监视机器运转的情况，上位机的通讯接口采用Bluetooth uart、GPIO和IrDA，第二步进电机25和第一步进电机11的型号皆为28BYJ_step motor，第二步进电机25和第一步进电机11的运转控制芯片为ULN2003Drv。
通过第一固定节43、活动节44和第二固定节45组合的作用形成万向节，使机器人在管道的内部遇到弯折或Y型管道时可以顺利的通过。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (7)
1.一种蠕动式管道移动机器人，其特征在于：包括与底座(1)固定连接的第一步进电机(11)；所述第一步进电机(11)的输出端固定连接有第一丝杆(21)，所述第一丝杆(21)与第一丝套(22)螺纹连接，且第一丝杆(21)贯穿滑动块(23)，所述滑动块(23)固定连接在第一丝套(22)靠近第一步进电机(11)的一侧，所述滑动块(23)远离第一步进电机(11)的一侧固定连接有连接板(24)的一端，所述连接板(24)的另一侧与第二步进电机(25)固定连接，所述第二步进电机(25)的输出端固定连接有正反牙丝杆(26)，所述正反牙丝杆(26)外侧靠近中心的位置处螺纹连接有第一正反牙丝套(27)，且第一正反牙丝套(27)与连接套(28)固定连接，所述连接套(28)远离第一正反牙丝套(27)的一侧铰接有第一铰接杆(29)的一端，所述第一铰接杆(29)的另一端与第二铰接杆(31)的一端铰接，所述第一铰接杆(29)和第二铰接杆(31)互相铰接的一端皆铰接有第三铰接杆(32)的一端，且第三铰接杆(32)的另一端与铰接座(33)铰接，所述铰接座(33)固定连接在顶撑板(34)的内侧，所述第二铰接杆(31)远离第一铰接杆(29)的一端与固定套(36)铰接，所述固定套(36)的一侧固定连接有第二正反牙丝套(37)，所述第二正反牙丝套(37)与正反牙丝杆(26)螺纹连接，所述底座(1)的一端设置有防护组件。
2.根据权利要求1所述的一种蠕动式管道移动机器人，其特征在于：所述第一正反牙丝套(27)与第二正反牙丝套(37)的螺纹旋向相反。
3.根据权利要求2所述的一种蠕动式管道移动机器人，其特征在于：所述第一铰接杆(29)设置有三组，且三组所述第一铰接杆(29)呈圆周阵列状均匀分布在连接套(28)远离第一正反牙丝套(27)的一侧。
4.根据权利要求3所述的一种蠕动式管道移动机器人，其特征在于：所述顶撑板(34)的外侧胶粘有防滑条(35)，且防滑条(35)为橡胶材质，所述顶撑板(34)的外侧均设置有压敏传感器。
5.根据权利要求4所述的一种蠕动式管道移动机器人，其特征在于：所述防护组件包括外壳(41)，所述外壳(41)的一侧与底座(1)远离连接转向组件的一端固定连接，所述外壳(41)套设在滑动块(23)、连接板(24)和第二步进电机(25)的外侧，所述外壳(41)远离底座(1)的一侧固定连接有端盖(42)，所述端盖(42)被正反牙丝杆(26)贯穿。
6.根据权利要求5所述的一种蠕动式管道移动机器人，其特征在于：两组所述底座(1)之间设置有连接转向组件，所述连接转向组件包括第一固定节(43)，所述第一固定节(43)与左侧所述底座(1)固定连接，且第一固定节(43)远离底座(1)的一侧与活动节(44)的一端铰接，所述活动节(44)远离第一固定节(43)的一端与第二固定节(45)铰接，所述第二固定节(45)远离活动节(44)的一侧与右侧所述底座(1)固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种蠕动式管道移动机器人，其特征在于：所述端盖(42)固定连接有导向杆(46)，且导向杆(46)设置有三组，三组所述导向杆(46)呈圆周阵列状均匀的分布在端盖(42)上，且三组所述导向杆(46)皆贯穿连接套(28)。
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