專利名稱：可變徑管內(nèi)移動機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管內(nèi)移動機器人，特別是一種徑向尺寸可變，能自動適應(yīng)不同管徑管道或管徑在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化管道的管內(nèi)移動機器人。
背景技術(shù)：
日常生活中存在各種各樣不同功能、不同尺寸的管道，如自來水管道、煤氣管道、地下通訊線纜管道、核工業(yè)管道等等。這些管道在投入使用前需要進(jìn)行檢測，以確保內(nèi)部沒有缺陷。在使用中也需要經(jīng)常對管道內(nèi)壁進(jìn)行檢查，從而能及時發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)壁發(fā)生的破壞，便于對管道進(jìn)行維護。
現(xiàn)有的管道檢查方法通常是隨機截取管道的一段進(jìn)行抽樣檢查，比如對樓房自來水管道的檢查即采用這種方法。對于重要管道，如核工業(yè)管道，則是由管道機器人進(jìn)入管道內(nèi)部，進(jìn)行全程檢查。前一種方法顯然是破壞性的，而后一種方法則需針對所檢測的管道專門設(shè)計管道機器人。
目前的管道機器人比如利用輪實現(xiàn)機器人本體向前后運動的Heli-Pipe管道機器人(A simple architecture for in-pipe inspection robots，Int.Colloquium on Mobile andAutonomous Systems，10 Years of the Fraunhofer IFF，Magdeburd，June 25-26，2002)和利用壓電陶瓷驅(qū)動的細(xì)小管道機器人(壓電陶瓷驅(qū)動微小機器人移動機構(gòu)性能實驗研究，《機械與電子》，1998年04期)等，都是為特定直徑的管道專門設(shè)計的。管道直徑發(fā)生變化了，就必須重新設(shè)計制造，因而增加了成本。此外這種管道機器人也不能在管徑在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的管道內(nèi)實施作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種徑向尺寸可變的管內(nèi)移動機器人，當(dāng)管徑發(fā)生變化時，管道機器人的徑向尺寸也作出相應(yīng)改變，以適應(yīng)管徑變化的要求。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種可變徑管內(nèi)移動機器人，包括電機、機架和行走機構(gòu)，其特征在于所述的行走機構(gòu)是由一根電機輸出軸聯(lián)接的蝸桿，徑周向均布安裝在機架上的三組行星齒輪傳動機構(gòu)，連接行走輪所構(gòu)成。
上述的三組行星齒輪傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是每組行星齒輪傳動機構(gòu)的太陽輪與所述的蝸桿嚙合，太陽輪轉(zhuǎn)軸安裝在機架上，每兩個行星輪與太陽輪嚙合，兩根行星輪轉(zhuǎn)軸安裝在兩根L型連桿上，兩根L型連桿位于太陽輪和行星輪的兩側(cè)，而其轉(zhuǎn)折處與太陽輪軸轉(zhuǎn)動配合。
上述的行走輪共有12只，分別安裝在所述的三組行星齒輪傳動機構(gòu)中的每組兩根行星輪轉(zhuǎn)軸的兩端。
上述的機架上有周向均布的三個窗口，每個窗口安裝一個所述的行星齒輪傳動機構(gòu)，而使兩個行星輪軸心連線在與機架中心線平行時出機架的外徑。
上述的太陽輪為斜齒輪與所述的蝸桿嚙合，所述的行星輪亦為斜齒輪。
上述的三組行星齒輪傳動機構(gòu)尺寸大小相同，所述的12只行走輪尺寸大小相同。
上述的電機為直流電機，通過端面螺釘固定在一個電機座上，電機座與機架套接并通過緊定螺釘固定連接，電機的輸出軸與所述的蝸桿套接，并由緊定螺釘固定連接，所述的蝸桿的兩端通過軸承支承于機架的內(nèi)腔中。
上述的電機的后端套接并由緊定螺釘固定連接一個尾架，尾架下面安裝一根輔助行走轉(zhuǎn)軸，在此輔助行走轉(zhuǎn)軸的兩端各安裝一個輔助行走輪。
上述的可變徑管內(nèi)移動機器人處在運動零位時，每組行星齒輪傳動機構(gòu)連接的四個行走輪位于同一平面內(nèi)，該平面與整個結(jié)構(gòu)的中軸線平行。此時移動機器人的徑向尺寸最小，該尺寸對應(yīng)著本管內(nèi)移動機器人所能通過的最小管道直徑。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點的顯著優(yōu)點在本發(fā)明中，采用三組行星齒輪傳動機構(gòu)連接行走輪，使行走輪擺動，從而實現(xiàn)管內(nèi)移動機器人可變徑，以適應(yīng)被測管徑的變化。本發(fā)明還將傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動轉(zhuǎn)變?yōu)槲仐U與斜齒輪傳動，從而實現(xiàn)由一根蝸桿傳動三組行星齒輪傳動機構(gòu)的太陽輪。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)緊湊、合理，運行操作方便，工作可靠。適用于各種管道尤其是變徑管道使用管內(nèi)移動機器人的檢測。


圖1是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1中A-0-A處剖面圖。
圖3是圖1中一組行星齒輪傳動機構(gòu)及行走輪的立體示意圖。
圖4是圖1示例前進(jìn)狀態(tài)立體示意圖。
圖5是圖1示例后退狀態(tài)立體示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例是參見圖1、圖2和圖3，本可變徑管內(nèi)移動機器人包含有電機1、機架2和行走機構(gòu)，所述的行走機構(gòu)是由一根電機1輸出軸聯(lián)接的蝸桿4，徑周向均布安裝在機架3上的三組行星齒輪傳動機構(gòu)，連接行走輪17所構(gòu)成。所述的三組行星齒輪傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是每組行星齒輪傳動機構(gòu)的太陽輪6與所述的蝸桿4嚙合，太陽輪轉(zhuǎn)軸14安裝在機架3上，每兩個行星輪7與太陽輪6嚙合，兩根行星輪轉(zhuǎn)軸15安裝在兩根L型連桿16上，兩根L型連桿16位于太陽輪6和行星輪7的兩側(cè)，而其轉(zhuǎn)折處與太陽輪軸(14)轉(zhuǎn)動配合。所述的行走輪17共有12只，分別安裝在所述的三組行星齒輪傳動機構(gòu)中的每組兩根行星輪轉(zhuǎn)軸15的兩端。所述的機架3上有周向均布的三個窗口，每個窗口安裝一個所述的行星齒輪傳動機構(gòu)，而使兩個行星輪7軸心連線在與機架3中心線平行時出機架3的外徑。所述的太陽輪6為斜齒輪與所述的蝸桿4嚙合，所述的行星輪亦為斜齒輪。所述的三組行星齒輪傳動機構(gòu)尺寸大小相同，所述的12只行走輪17尺寸大小相同。所述的電機1為直流電機，通過端面螺釘10固定在一個電機座2上，電機座2與機架3套接并通過緊定螺釘9固定連接，電機1的輸出軸與所述的蝸桿4套接，并由緊定螺釘8固定連接，所述的蝸桿4的兩端通過軸承5支承于機架3的內(nèi)腔中。所述的電機1的后端套接并由緊定螺釘固定連接一個尾架13，尾架13下面安裝一根輔助行走轉(zhuǎn)軸11，在此輔助行走轉(zhuǎn)軸11的兩端各安裝一個輔助行走輪12。整個尾架部件主要起到輔助支撐作用。
本可變徑管內(nèi)移動機器人的工作原理如下(a)前進(jìn)狀態(tài)參見圖4，電機1帶動蝸桿4正轉(zhuǎn)，驅(qū)動太陽輪6繞太陽輪轉(zhuǎn)軸14逆時針轉(zhuǎn)動，同時帶動行星輪7繞行星輪轉(zhuǎn)軸15順時針轉(zhuǎn)動。由于嚙合力分力的作用，L型連桿16繞太陽輪轉(zhuǎn)軸14發(fā)生逆時針擺動，使得前端的行走輪17稍稍抬起，后端的行走輪下降，直至后端的行走輪17與管壁相接觸。
(b)后退狀態(tài)參見圖5，后退狀態(tài)與前進(jìn)狀態(tài)的工作過程相反。電機1帶動蝸桿4反轉(zhuǎn)，驅(qū)動太陽輪6繞太陽輪轉(zhuǎn)軸14順中針轉(zhuǎn)動，行星輪7則逆時針轉(zhuǎn)動。L型連桿16隨之繞太陽輪轉(zhuǎn)軸14產(chǎn)生順時針擺動，后端的行走輪17因此抬起，而前端的行走輪17則下降，直至與管壁相接觸。
除非本機器人在其對應(yīng)的最小管道中工作，所有行走輪都與管壁接觸，其它情況下，只有六個行走輪17與管壁接觸。前進(jìn)是是后端的行走輪17，而后退時則是前端的行走輪17與管臂接觸并處于行走狀態(tài)中。無論是前進(jìn)還是后退，若管道直徑發(fā)生變化，只要不超過機器人變徑的最大或最小徑向尺寸，行走機構(gòu)就能按照上述的工作機理，自動調(diào)節(jié)L型連桿16擺動的角度，直至適應(yīng)新的管道直徑。在工作過程中，由于三維行星齒輪傳動機構(gòu)所處的狀態(tài)始終相同，形成力封閉與幾何封閉，因此保證了機器人的中線始終與管道中線重合，使得機器人不至被卡死或打滑。
權(quán)利要求
1.一種可變徑管內(nèi)移動機器人，包括電機(1)、機架(3)和行走機構(gòu)，其特征在于所述的行走機構(gòu)是由一根電機(1)輸出軸聯(lián)接的蝸桿(4)，徑周向均布安裝在機架(3)上的三組行星齒輪傳動機構(gòu)，連接行走輪(17)所構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變徑管內(nèi)移動機器人，其特征在于所述的三組行星齒輪傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是每組行星齒輪傳動機構(gòu)的太陽輪(6)與所述的蝸桿(4)嚙合，太陽輪轉(zhuǎn)軸(14)安裝在機架(3)上，每兩個行星輪(7)與太陽輪(6)嚙合，兩根行星輪轉(zhuǎn)軸(15)安裝在兩根L型連桿(16)上，兩根L型連桿(16)位于太陽輪(6)和行星輪(7)的兩側(cè)，而其轉(zhuǎn)折處與太陽輪軸(14)轉(zhuǎn)動配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可變徑管內(nèi)移動機器人，其特征在于所述的行走輪(17)共有12只，分別安裝在所述的三組行星齒輪傳動機構(gòu)中的每組兩根行星輪轉(zhuǎn)軸(15)的兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可變徑管內(nèi)移動機器人，其特征在于所述的機架(3)上有周向均布的三個窗口，每個窗口安裝一個所述的行星齒輪傳動機構(gòu)，而使兩個行星輪(7)軸心連線在與機架(3)中心線平行時出機架(3)的外徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變徑管內(nèi)移動機器人，其特征在于所述的太陽輪(6)為斜齒輪與所述的蝸桿(4)嚙合，所述的行星輪亦為斜齒輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可變徑管內(nèi)移動機器人，其特征在于所述的三組行星齒輪傳動機構(gòu)尺寸大小相同，所述的12只行走輪(17)尺寸大小相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可變徑管內(nèi)移動機器人，其特征在于所述的電機(1)為直流電機，通過端面螺釘(10)固定在一個電機座(2)上，電機座(2)與機架(3)套接并通過緊定螺釘(9)固定連接，電機(1)的輸出軸與所述的蝸桿(4)套接，并由緊定螺釘(8)固定連接，所述的蝸桿(4)的兩端通過軸承(5)支承于機架(3)的內(nèi)腔中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變徑管內(nèi)移動機器人，其特征在于所述的電機(1)的后端套接并由緊定螺釘固定連接一個尾架(13)，尾架(13)下面安裝一根輔助行走轉(zhuǎn)軸(11)，在此輔助行走轉(zhuǎn)軸(11)的兩端各安裝一個輔助行走輪(12)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可變徑管內(nèi)移動機器人。它包括電機、機架和行走機構(gòu)，所述的行走機構(gòu)是由一根電機輸出軸聯(lián)接的蝸桿，徑周向均布安裝在機架上的三組行量齒輪傳動機構(gòu)，連接行走輪所構(gòu)成。在直徑不同的管道中，其行星齒輪傳動機構(gòu)中的行星輪會發(fā)生擺動，從而機器人能自適應(yīng)地改變自身徑向尺寸，以適應(yīng)管道直徑變化。
文檔編號F16H37/12GK1817578SQ20061002441
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月7日
發(fā)明者章亞男, 陸麒, 沈林勇, 錢進(jìn)武 申請人:上海大學(xué)