CN1159183C - 自主变位四履带足管内机器人行走机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自主变位四履带足管内机器人行走机构，包括机体(1)、履带足(2)、横向摆动机构(3)、管径检测装置(4)，其特征在于：所述的履带足由履带轮、履带、履带支架、支承轴、摆臂组成，每个履带足可绕支承轴作自主摆动；所述的横向摆动机构由横动电机、涡轮、蜗杆、横轴、两对啮合的锥齿轮、摆动短轴、摆轴支架组成；所述的管径检测装置固定在机体一侧的前后履带足内外两面的履带支架上，由探测杆、传感器座组成。与现有其有益效果是：履带足采用支承轴低置结构，可绕各自的支承轴作自主仰俯摆动，机体前后的履带足可分别作横向摆动。能根据管道(20)的管径，自动调节履带足与管壁的接触位置，可在变管径的矩形或圆形管道内行走、转向，能跨越矩形和圆形管道接口，结构简单、牵引力大、行走平稳。
Description
技术领域
本发明涉及一种四履带足车辆或机器人的行走装置，特别是涉及一种自主变位四履带足管内机器人行走机构。
背景技术
在现有的管内机器人行走机构中，轮式、履带式是应用最广的两种行走机构，其中履带式管内机器人行走机构具有附着性能好、牵引力大的优点，如：加拿大INUKTUN公司的双履带式管内机器人行走机构，履带采用刚性支承结构，两履带的夹角可以调节，以适应不同的作业管径，两履带调节到平行位置时，可以在平地或矩形管道内行走，但这种刚性支承的双履带式管内机器人行走机构的两履带夹角在行走过程中是无法改变的，因此不适应管径变化的作业场合；又如：中国专利ZL01227512.3的双履带式管内机器人则采用楔形截面的履带，以增加履带与壁面的接触面积，并可通过车宽调整块调节两侧楔形履带的距离以适应管径变化，但同样不适应作业管径变化的场合；另外现有刚性支承结构的双履带管内机器人行走机构难以跨越高于履带轮直径的障碍，在圆弧管道转向时，履带与管壁接触状态不良，牵引力下降，存在灵活性和适应性较差的缺点。再如：中国专利ZL99116942.5，发明名称“自主变位四履带足机器人行走机构”采用四履带足驱动，四履带足两两相互平行，沿机架纵轴线对称布置，采用驱动轮低置和导向轮辅助支承的结构，但不能在变管径的圆形管道内行走、转向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种自主变位四履带足管内机器人的行走机构，以克服现有技术难以在行走过程中适应不同形状管道的变化、不同管径的变化及履带与管壁接触状态不良等缺陷。
为解决上述技术问题本发明采用的技术方案是：一种自主变位四履带足管内机器人行走机构，包括机体、履带足、横向摆动机构、管径检测装置，其特征在于：所述的履带足由履带轮、履带、履带支架、支承轴、摆臂组成，履带挂套在履带轮和履带支架上，履带足沿机体纵轴向对称布置，前后各一对，摆臂下端铰接在支承轴上，每个履带足可绕支承轴作自主摆动；所述的横向摆动机构共两套，分别布置在机体的前后端，每一套均由横动电机、涡轮、蜗杆、横轴、两对啮合的锥齿轮、摆动短轴、摆轴支架组成，横动电机固定在机体下方，蜗杆固定在横动电机轴端，涡轮固定在横轴中部，两对啮合的锥齿轮沿机体纵轴对称分布，每一对锥齿轮由分别固定在横轴端和相邻摆动短轴端的两个锥齿轮组成，四只摆轴支架对称固定在机架两侧，摆臂上端与摆动短轴固结；所述的管径检测装置固定在机体的一侧前后履带足内外两面的履带支架上，由探测杆和传感器座组成。
履带张紧在两个履带轮上，支承轴位于两个履带轮的轴心连线上或轴心连线下方，构成等腰三角形，两个履带轮的轴心连线为三角形的底边，支承轴的轴心为三角形的顶点。每个履带足可绕各自支承轴在前进方向上作仰俯角范围为±90°的自主摆动。
位于机体前部和后部的两对摆臂分别由位于机体前部和后部的一套横向摆动机构独立驱动，带动履带足作外摆或内摆运动，每对摆臂的摆动夹角范围在±90°之间。
管径检测装置中的传感器座固定在履带支架上，位于支承轴轴孔的两边，探测杆活套在传感器座中。
本发明的有益效果是：本机构采用沿机体纵轴向对称布置的四履带足驱动，履带足采用支承轴低置结构，每个履带足可绕各自的支承轴作自主仰俯摆动，机体前后的履带足可分别绕机体两侧的摆动短轴作横向摆动，自动调节履带足与管壁的接触位置，可在矩形或变管径的圆形管道内行走、转向，能跨越矩形和圆形管道接口，大大提高管内机器人的灵活性和适应性。
附图说明
图1表示自主变位四履带足管内机器人行走机构在圆管内的状态；
其中：1-机体，2-履带足，3-横向摆动机构，4-管径检测装置，5-履带轮，6-履带，7-履带支架，8-支承轴，9-摆臂，10-横动电机，11-涡轮，12-蜗杆，13-横轴，14、15-锥齿轮，16-摆动短轴，17-摆轴支架，18-探测杆，19-传感器座，20-圆管；
图2为图1的局部放大图；
图3表示不同管径时管径检测装置的探测杆与壁面接触状态；
其中：18-探测杆，21，22，23-不同管径的圆管；
图4表示自主变位四履带足管内机器人行走机构在矩形管内的状态
图5表示自主变位四履带足管内机器人行走机构矩形管与圆管间的过渡状态；
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明作详细的描述。
如图所示，本发明包括机体1、履带足2、横向摆动机构3、管径检测装置4，其特征在于：所述的履带足2由履带轮5、履带6、履带支架7、支承轴8、摆臂9组成，履带6挂套在履带轮5和履带支架7上，履带足2沿机体1纵轴向对称布置，前后各一对，摆臂9下端铰接在支承轴8上，每个履带足可绕各自支承轴作自主摆动；所述的横向摆动机构3共两套，分别布置在机体1的前后端，每一套均由横动电机10、涡轮11、蜗杆12、横轴13、两对啮合的锥齿轮14、15、摆动短轴16、摆轴支架17组成，横动电机10固定在机体1下方，蜗杆12固定在横动电机10轴端，涡轮11固定在横轴13中部，两对啮合的锥齿轮(14、15)沿机体纵轴对称分布，每一对锥齿轮由分别固定在机体横轴端和相邻摆动短轴端的两个锥齿轮组成，四只摆轴支架17对称固定在机体1两侧，摆臂9上端与摆动短轴16固结；所述的管径检测装置4固定在机体1一侧前后履带足内外两面的履带支架7上，由探测杆18、传感器座19组成。
在图1中，自主变位四履带足管内机器人行走机构在圆管20内时，位于履带足2内外两侧的管径检测装置4的探测杆18根据触碰壁面的状态发出控制信号，横向摆动机构3驱动机体1两侧的摆臂9摆动，直到摆臂9摆动到履带6的底面与圆管的半径线垂直位置时，履带足2两面管径检测装置4的探测杆18均不触碰壁面。
结合前面各图，在图3中，当本发明从圆管22走向圆管21时，圆管直径变小，履带足2外侧的管径检测装置4的探测杆18将触碰圆管壁面，横向摆动机构3驱动摆臂9向外摆，直到摆臂9摆动到与圆管的壁面垂直位置时，履带足2内外两侧的管径检测装置4的探测杆18均不触碰壁面；当本发明从圆管22走向圆管23时，圆管直径变大时，履带足2内侧检测装置4的探测杆18将触碰圆管壁面，横向摆动机构3驱动摆臂9向内摆，直到摆臂9摆动与圆管壁面垂直位置时，履带足2内外两侧的管径检测装置4的探测杆18均不触碰壁面，由此自主变位四履带足管内机器人行走机构实现自主适应管径变化。
结合前面各图，在图4中，在矩形管内时，前后摆臂9均摆动到与矩形管壁垂直位置，机体1两侧的摆臂9相互平行，此时自主变位四履带足管内机器人行走机构演化为发明专利ZL99116942.5“自主变位四履带足机器人行走机构”所述的形式。
在图5中，表示自主变位四履带足管内机器人行走机构从矩形管道向圆形管道的过渡，结合前面各图，当前履带足2前部触碰到矩形管和圆形管道交接面的直壁障碍时，在直壁面对前履带足2的摩擦力和后履带足2的推力作用下，前履带足2的前端自动上翘，沿壁面向上攀爬，直到摆臂9对履带6的支反力使前履带足2前端下摆到圆管内，与此同时前履带足外侧的探测杆18将触碰圆管的管口，使横向摆动机构3驱动摆臂9向外摆到与圆管壁面垂直的位置，随之后履带足2按与前履带足2同样的过程，攀爬进入圆管，并使摆臂9摆动到与圆管壁面垂直的位置，完成自主变位四履带足管内机器人行走机构从矩形管道向圆形管道的过渡；反之，也可实现自主变位四履带足管内机器人行走机构从圆形管道向矩形管道的过渡。
本发明所述的自主变位四履带足管内机器人行走机构是这样行走的，每条履带足2独立驱动，履带足管内机器人行走过程中，无论自主变位四履带足管内机器人行走机构的摆臂9处于何种起始状态，一旦履带足2内外两侧管径检测装置4的其中一侧探测杆18触碰壁面，都将发出控制信号，横向摆动机构3随之驱动两侧摆臂9作相应的向外摆动或向内摆动，直至两侧的探测杆18都不触碰壁面。在管道内可自主攀爬高于履带轮直径的直壁型障碍，履带6前端碰到垂直壁面，在直壁面对履带6的摩擦力和后履带足2的推力作用下，前履带足2的头端上翘，沿直壁面上攀，直至摆臂9对前履带足2的支反力使前履带足2的头端下摆到管壁面上，与此同时若履带足2两面的管径检测装置4中的一侧探测杆18触碰到壁面，摆动机构3随之驱动两侧摆臂9作相应的向外摆动或向内摆动，接着后履带足2开始爬壁越障，此时前履带足2已与管壁密切接触，能产生较大的牵引力，帮助后履带足2越过障碍。
本发明的自主变位四履带足管内机器人行走机构的前后横向摆动机构3相互独立控制，因此自主变位四履带足管内机器人行走机构也可在锥形管中行走。
本发明特别适合于作中央空调管道、除尘管道、输送管道的管内清洗、检查、喷涂机器人行走载体。
本发明不局限于上述实施方式，不论在其形状和结构上做何变化，凡是利用自主变位，利用横向摆动机构和管径检测装置来实现的行走机构均落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种自主变位四履带足管内机器人行走机构，包括机体(1)、履带足(2)、横向摆动机构(3)、管径检测装置(4)，其特征在于：所述的履带足(2)由履带轮(5)、履带(6)、履带支架(7)、支承轴(8)、摆臂(9)组成，履带(6)挂套在履带轮(5)和履带支架(7)上，履带足(2)沿机体(1)纵轴向对称布置，前后各一对，摆臂(9)下端铰接在支承轴(8)上，每个履带足(2)可绕支承轴(8)作自主摆动；所述的横向摆动机构(3)共两套，分别设置在机体1的前后端，每一套均由横动电机(10)、涡轮(11)、蜗杆(12)、横轴(13)、两对啮合的锥齿轮(14、15)、摆动短轴(16)、摆轴支架(17)组成，横动电机(10)固定在机体(1)下方，蜗杆(12)固定在横动电机(10)轴端，涡轮(11)固定在横轴(13)中部，两对啮合的锥齿轮(14、15)沿机体纵轴对称分布，每一对锥齿轮由分别固定在横轴端和相邻摆动短轴端的两个锥齿轮组成，四只摆轴支架(17)对称固定在机体(1)两侧，摆臂(9)上端与摆动短轴(16)固结；所述的管径检测装置(4)固定在机体(1)一侧前后履带足内外两面的履带支架(7)上，由探测杆(18)和传感器座(19)组成。
2.根据权利要求1所述的自主变位四履带足管内机器人行走机构，其特征在于：履带(6)张紧在两个履带轮(5)上，支承轴(8)位于两个履带轮(5)的轴心连线上。
3.根据权利要求1所述的自主变位四履带足管内机器人行走机构，其特征在于：履带(6)张紧在两个履带轮(5)上，支承轴(8)位于两个履带轮(5)的轴心连线下方，构成等腰三角形。
4.根据权利要求1所述的自主变位四履带足管内机器人行走机构，其特征在于：每个履带足(2)绕各自支承轴(8)作仰俯角运动的范围为±90°。
5.根据权利要求1所述的自主变位四履带足管内机器人行走机构，其特征在于：位于机体(1)前部和后部的两对摆臂(9)分别由位于机体(1)前部和后部的横向摆动机构(3)独立驱动，每对摆臂(9)的摆动夹角范围在±90°之间。
6.根据权利要求1所述的自主变位四履带足管内机器人行走机构，其特征在于：管径检测装置(4)中的传感器座(19)固定在履带支架(7)上，位于支承轴(8)轴孔的两边，探测杆(18)活套在传感器座(19)中。
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