專利名稱：螺旋驅(qū)動的圓管道機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機器人，尤其涉及一種在圓管道中行走的機器人。
技術背景工業(yè)領域、民用領域等都有大量的管道工程，在管道的安裝及使用過程中 需要對管道內(nèi)部進行清潔，某些管道只能釆用管道機器人進行清潔和排障。但目 前大多數(shù)的管道機器人都是針對于方型管道而設計的，比如中央空調(diào)系統(tǒng)的專 用管道機器人。也有少數(shù)的針對圓管道的圓管道機器人，但其存在結(jié)構(gòu)復雜，工作效率低等缺點。如申請?zhí)枮?1128568. O的彈簧蠕行管道機器人，它是利用 兩個驅(qū)動體的配合而工作。當一個驅(qū)動體l停止并緊貼管壁，另一個驅(qū)動體2前 行，兩個驅(qū)動體交替動作，使機器人向前蠕動。該種機器人難于加工制造，主 動力明顯不足，材料受到限制，適應性、可靠性差等方面。另外一種是哈爾濱 工業(yè)大學研制的申請?zhí)枮?4215952. 7的螺旋驅(qū)動式管內(nèi)機器人行走機構(gòu)，其工 作原理是平行四邊形結(jié)構(gòu)的彈力架相對的兩端安裝驅(qū)動輪，驅(qū)動輪與管道母 線成接近垂直的夾角，平行四邊形彈力架的另外兩端連有彈簧，通過該彈簧的 回復拉力，將彈力架上的兩驅(qū)動輪封壓在管道內(nèi)壁上。電機帶動彈力架及驅(qū)動 輪沿管壁作螺旋線運動，產(chǎn)生軸向推動力，使機器人向前直行。其存在的問題 是機器人的重力主要由下方的驅(qū)動輪及導向輪承受，而承力的驅(qū)動輪在作螺 旋運動，且導向輪通常不會準確地位于機器人的正下方，從而使平行四邊形彈 力架及其驅(qū)動輪的受力的大小及相對方向均隨時變化，彈力架及整個機器人的 穩(wěn)定性差，行走不平穩(wěn)，彈力架容易損壞。彈簧的結(jié)構(gòu)設計適用性差彈力小 則無法將驅(qū)動輪封壓在管道壁上，也無法承受機器人的重力，因此需要較大的 彈力；但如彈力大又容易使驅(qū)動輪與管壁間的摩擦力過大，以至難以前進。并 且由于驅(qū)動輪的位置及管壁直徑的變化，管道彈簧所需承受的力也發(fā)生變化， 因此彈簧的彈力范圍極難設計，使該機器人在單個個體條件下適用范圍小，功 能較弱，穩(wěn)定性差。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是提供一種螺旋驅(qū)動的圓管道機器人，該種機器人結(jié)構(gòu)可
靠，使用壽命長，運行平穩(wěn)，不易發(fā)生偏移或側(cè)翻；變徑范圍大，適用于在多 種規(guī)格的圓管道中運行；結(jié)構(gòu)簡單，加工制作方4更，成本4氐。本發(fā)明解決其技術問題，所采用的技術方案是 一種螺旋驅(qū)動的圓管道機 器人，包括安裝在機體后部的直流電機，其結(jié)構(gòu)特點是直流電機軸上安裝有驅(qū)動輪架，驅(qū)動輪架設有三條支臂，三條支臂的端部分 別與機體長度方向的驅(qū)動輪桿的中部鉸接，驅(qū)動輪桿的后端安裝有驅(qū)動輪，驅(qū) 動輪的回轉(zhuǎn)軸線與機體軸線的夾角為3 ~ 3 0度；機體的中部或前部還固定安裝有導向輪架，導向輪架設有三條支臂，三條 支臂的端部分別與機體長度方向的導向輪桿的中部鉸接，導向輪桿的兩端安裝 有導向輪，導向輪的回轉(zhuǎn)軸線與機體軸線垂直；驅(qū)動輪架上的三條驅(qū)動輪桿的后部由彈性元件相互連接在一起，或者均由 彈性元件與機體相連；導向輪架上的三條導向4侖桿前部或后部由彈性元件相互 連接在一起，或者均由彈性元件與機體相連。本發(fā)明的具體工作過程和工作原理是導向驅(qū)動輪桿前部及導向輪桿的前部或后部通過彈性元件相互連接在一 起，或者均由彈性元件與機體相連。這樣，在彈性元件的彈力作用下，驅(qū)動輪和 導向輪桿上縱向的導向輪向外擴伸，而封壓在圓管道的管壁上。工作時，直流 電機軸帶動驅(qū)動輪架旋轉(zhuǎn)，由于驅(qū)動輪的回轉(zhuǎn)軸線與機體軸線即管道母線呈 3 30度角，從而驅(qū)動輪將在管道壁上形成螺旋前進的螺旋軌跡，產(chǎn)生向前的驅(qū) 動力，由于導向輪的回轉(zhuǎn)軸線與管道母線垂直，也即導向輪的轉(zhuǎn)動前進方向與 管道母線方向一致，導向輪將在驅(qū)動力的作用下，沿管道母線向前轉(zhuǎn)動，最終 使得機器人在管道內(nèi)沿母線方向前進。由于導向輪的滾動方向與管道母線方向 一致，不能產(chǎn)生橫向的滾動，也即導向輪與管道壁的摩擦力將阻止整個機器人 沿管道軸向旋轉(zhuǎn)。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果一、驅(qū)動輪架和導向輪架的三條支臂上分別與驅(qū)動輪桿及導向輪桿鉸接， 驅(qū)動輪桿和導向輪桿上再安裝驅(qū)動輪和導向輪，在彈性元件的作用下，三個驅(qū) 動輪和導向輪均與管道壁接觸，這樣能保證整個機器人的重量主要由兩個驅(qū)動 輪或?qū)蜉喅袚?，而?qū)動的動力由均勻分配的三個驅(qū)動輪產(chǎn)生，這種三維對稱 設計，確保整個機器人受力均衡，結(jié)構(gòu)可靠，使用壽命長，機器人運行平穩(wěn)，
不易發(fā)生偏移或側(cè)翻。二、驅(qū)動輪桿和導向輪桿的后部由彈性元件相互連接在一起，或者均由彈 性元件)與機體相連。在彈性元件的作用下，驅(qū)動輪桿和導向輪桿形成了以鉸 接點為支點的杠桿式變徑，既能適應較大范圍內(nèi)的管徑變化，也能夠在彎道中自 動轉(zhuǎn)彎前行。實驗驗證本發(fā)明的機器人可在管徑變化范圍達到二倍。上述的導向輪架為二個或二個以上。多個導向輪架可以提高機器人的穩(wěn)定 性，使機器人的運行更加平穩(wěn)。上述的機體由兩節(jié)以上構(gòu)成，各節(jié)之間通過彈性元件連接，驅(qū)動輪架安裝 有機體后部的節(jié)上，而導向輪架安裝在機體的其它節(jié)上。這樣，便于機器人順 利通過小曲率半徑的急彎道。下面結(jié)合附圖和具體的實例方式對本發(fā)明作進一步的說明。


圖l是本發(fā)明的實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例圖l示出，本發(fā)明的一種具體實施方式
為 一種螺旋驅(qū)動的圓管道機器人， 包括安裝在機體15后部的直流電機1。直流電機1軸上安裝有驅(qū)動輪架2，驅(qū)動輪 架2設有三條支臂，三條支臂的端部分別與機體長度方向的驅(qū)動輪桿3的中部鉸 接，驅(qū)動輪桿3的后端安裝有驅(qū)動輪4，驅(qū)動輪4的回轉(zhuǎn)軸線與機體15軸線的夾角 6為3 30度。機體15的中部或前部還固定安裝有導向輪架12，導向輪架12設有三條支 臂，三條支臂的端部分別與機體長度方向的導向輪桿10的中部鉸接，導向輪桿 10的兩端安裝有導向輪6，導向輪6的回轉(zhuǎn)軸線與機體15軸線垂直。驅(qū)動輪架2上的三條驅(qū)動輪桿3的后部由彈性元件13相互連接在一起，或 者均由彈性元件13與機體15相連；導向輪架12上的三條導向輪桿10前部或 后部由彈性元件13相互連接在一起，或者均由彈性元件13與機體15相連。圖 1中，導向輪架12為二個。機體15由兩節(jié)以上構(gòu)成，各節(jié)之間通過彈性元件連接，驅(qū)動輪架2安裝有 機體15后部的節(jié)上，而導向輪架12安裝在機體15的其它節(jié)上。
權(quán)利要求
1、一種螺旋驅(qū)動的圓管道機器人，包括安裝在機體(15)后部的直流電機(1)，其特征在于所述的直流電機(1)軸上安裝有驅(qū)動輪架(2)，驅(qū)動輪架(2)設有三條支臂，三條支臂的端部分別與機體長度方向的驅(qū)動輪桿(3)的中部鉸接，驅(qū)動輪桿(3)的后端安裝有驅(qū)動輪(4)，驅(qū)動輪(4)的回轉(zhuǎn)軸線與機體(15)軸線的夾角(θ)為3～30度；機體(15)的中部或前部還固定安裝有導向輪架(12)，導向輪架(12)設有三條支臂，三條支臂的端部分別與機體長度方向的導向輪桿(10)的中部鉸接，導向輪桿(10)的兩端安裝有導向輪(6)，導向輪(6)的回轉(zhuǎn)軸線與機體(15)軸線垂直；驅(qū)動輪架(2)上的三條驅(qū)動輪桿(3)的后部由彈性元件(13)相互連接在一起，或者均由彈性元件(13)與機體(15)相連；導向輪架(12)上的三條導向輪桿(10)前部或后部由彈性元件(13)相互連接在一起，或者均由彈性元件(13)與機體(15)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種螺旋驅(qū)動的圓管道機器人，其特征在于所 述的導向輪架(12)為二個或二個以上。
3 .根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種螺旋驅(qū)動的圓管道機器人，其特征在于所 述的機體(15)由兩節(jié)以上構(gòu)成，各節(jié)之間通過彈性元件連接，驅(qū)動輪架(2)安 裝有機體(15)后部的節(jié)上，而導向輪架(l2)安裝在才幾體(l5)的其它節(jié)上。
全文摘要
一種螺旋驅(qū)動的圓管道機器人，其直流電機軸上安裝有驅(qū)動輪架，驅(qū)動輪架的三條支臂端部分別與沿機體長度方向的驅(qū)動輪桿中部鉸接，驅(qū)動輪桿后端安裝有驅(qū)動輪，驅(qū)動輪的回轉(zhuǎn)軸線與機體軸線的夾角為3～30度。機體中部或前部安裝有導向輪架，導向輪架的三條支臂的端部分別與沿機體長度方向的導向輪桿中部鉸接，導向輪桿兩端安裝有導向輪，導向輪的回轉(zhuǎn)軸線與機體軸線垂直。驅(qū)動輪架的三條驅(qū)動輪桿后部及導向輪架的三條導向輪桿前部或后部由彈性元件相互連接在一起，或者均由彈性元件與機體相連。該種機器人結(jié)構(gòu)可靠，使用壽命長，機器人運行平穩(wěn)，不易發(fā)生偏移或側(cè)翻；可在不同半徑的圓管道中運行；結(jié)構(gòu)簡單，加工制作方便，成本低。
文檔編號B61F13/00GK101117138SQ20071005005
公開日2008年2月6日 申請日期2007年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月19日
發(fā)明者濤 于, 何常紅, 姚應峰, 景國璽, 許明恒, 強 譚, 高宏力 申請人:西南交通大學