一種四支鏈并聯(lián)輪式管道機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】一種四支鏈并聯(lián)輪式管道機(jī)器人，該機(jī)構(gòu)包括第一到第三側(cè)桿系支鏈(B、C、D)和電動(dòng)推桿系支鏈(A)。電動(dòng)推桿系支鏈(A)中的第一空間鉸鏈(A-1)均布的三個(gè)方槽a、b、c分別與第一到第三側(cè)桿系支鏈(B、C、D)的第一桿(B-1)a端連接，用銷軸固定并構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)；電動(dòng)推桿系支鏈(A)中的第二空間鉸鏈(A-7)均布的三個(gè)方槽a、b、c分別與第一到第三側(cè)桿系支鏈(B、C、D)的第二桿(B-3)a端連接，用銷軸固定并構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)。通過第一到第三側(cè)桿系支鏈(B、C、D)與管壁的支撐力，使機(jī)器人在管道中穩(wěn)定的行走，并通過電動(dòng)推桿系支鏈(A)的伸縮運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)變徑，適應(yīng)不同直徑的管道。
【專利說明】一種四支鏈并聯(lián)輪式管道機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種載運(yùn)機(jī)器人，特別的涉及一種四支鏈并聯(lián)輪式管道機(jī)器人，其可利用伸縮機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同直徑管道內(nèi)壁的適應(yīng)，也可利用輪式機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，可作為檢測(cè)維修管道的載運(yùn)工具，亦可應(yīng)用于軍用偵查工具和教學(xué)教具。
【背景技術(shù)】:
[0002]輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活，自由度小，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。中國(guó)管道機(jī)器人技術(shù)近幾年發(fā)展較快，其中以足式步行機(jī)器人居多。特別地中國(guó)發(fā)明專利CN101973319公開了一種六面體步行機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由兩個(gè)十字桿和四條支鏈組成，每個(gè)十字桿分別與四個(gè)支鏈的一端連接，由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)和轉(zhuǎn)向。但是，足式步行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)不連續(xù)，控制復(fù)雜，對(duì)機(jī)械制造精度要求很高，而且此機(jī)構(gòu)變形較小，運(yùn)動(dòng)空間受限，影響其移動(dòng)能力。本發(fā)明設(shè)計(jì)一種具有大變形能力的四支鏈并聯(lián)輪式管道機(jī)器人，在提高機(jī)構(gòu)的移動(dòng)性能的同時(shí)提高了機(jī)構(gòu)的適用范圍。
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:機(jī)構(gòu)的整體大范圍變形以及對(duì)控制部分的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案:
[0005]一種四支鏈并聯(lián)輪式管道機(jī)器人，其特征在于:該機(jī)構(gòu)包括第一到第三側(cè)桿系支鏈和電動(dòng)推桿系支鏈。
[0006]第一到第三側(cè)桿系支鏈結(jié)構(gòu)尺寸相同，第一側(cè)桿系支鏈第一桿的b端與第一側(cè)桿系支鏈的中間桿系的桿的a端分別插入同一個(gè)胡克鉸鏈兩端槽內(nèi)，用頂絲固定；第一側(cè)桿系支鏈第二桿的b端與中間桿系的桿的b端分別插入同一個(gè)胡克鉸鏈兩端圓槽內(nèi)，用頂絲固定；這樣就完成第一側(cè)桿系支鏈的組裝。
[0007]第一、二連接軸a端分別插入第一、二空間鉸鏈的圓槽d中，用頂絲固定；第一連接軸的b端與第一電機(jī)殼的a端用一個(gè)胡克鉸鏈連接，用頂絲固定；第二連接軸b端與推桿的b端用一個(gè)胡克鉸鏈連接，用頂絲固定；推桿電機(jī)的轉(zhuǎn)軸穿過第二電機(jī)殼的a端并插入推桿的a端，用頂絲固定；推桿電機(jī)的兩端同時(shí)插入第一、二電機(jī)殼的b端，兩電機(jī)殼四周用長(zhǎng)螺栓連接固定；電動(dòng)推桿系支鏈中，第一空間鉸鏈四周的三個(gè)方槽a、b、c分別與第一到第三側(cè)桿系支鏈的第一桿a端連接，用銷軸固定并構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；第二空間鉸鏈四周的三個(gè)方槽
a、b、c分別與第一到第三側(cè)桿系支鏈的第二桿a端連接，用銷軸固定并構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；這樣便完成了四條支鏈的組裝；通過第一到第三側(cè)桿系支鏈與管壁的支撐力，使機(jī)器人在管道中穩(wěn)定的行走，并通過電動(dòng)推桿系支鏈的伸縮運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)變徑，適應(yīng)不同直徑的管道。
[0008]本發(fā)明和已有技術(shù)相比具有的有益效果:
[0009]整個(gè)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)較大范圍不同內(nèi)徑的管道進(jìn)行適應(yīng)。該機(jī)構(gòu)僅需要控制中間一個(gè)推桿，來實(shí)現(xiàn)其自身縮放，在控制上較為容易。同時(shí)，利用主動(dòng)輪系與被動(dòng)輪系相結(jié)合，可使機(jī)器人移動(dòng)平穩(wěn)可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0010]圖1 一種四支鏈并聯(lián)輪式管道機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖2電動(dòng)推桿系支鏈的效果圖；
[0012]圖3電動(dòng)推桿系支鏈中的第一空間鉸鏈、第一連接軸、胡克鉸鏈的爆炸放大效果圖及第二空間鉸鏈、第二連接軸、胡克鉸鏈的爆炸放大效果圖；
[0013]圖4電動(dòng)推桿系支鏈中的第一電機(jī)殼和第二電機(jī)殼的連接不意圖；
[0014]圖5電動(dòng)推桿系支鏈中的第一電機(jī)殼；
[0015]圖6電動(dòng)推桿系支鏈中的第二電機(jī)殼；
[0016]圖7第一側(cè)桿系支鏈第一桿；
[0017]圖8第一側(cè)桿系支鏈的結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖9中間桿系的桿；
[0019]圖10中間桿系的結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖11 一種四支鏈并聯(lián)輪式管道機(jī)器人的整體最短結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖12 —種四支鏈并聯(lián)輪式管道機(jī)器人的整體最長(zhǎng)結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖13電動(dòng)推桿系支鏈中的推桿；
[0023]圖14主動(dòng)輪系的爆炸效果圖；
[0024]圖15從動(dòng)輪系的爆炸效果圖；
[0025]圖16電動(dòng)推桿系支鏈中的第一連接軸；
[0026]圖17電動(dòng)推桿系支鏈中第一空間鉸鏈；
[0027]圖18從動(dòng)輪系的輪板；
[0028]圖19主動(dòng)輪系的輪板。
【具體實(shí)施方式】:
[0029]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明:
[0030]如圖1所示，一種四支鏈并聯(lián)輪式管道機(jī)器人，其特征在于:該機(jī)構(gòu)包括第一到第三側(cè)桿系支鏈(B、C、D)和電動(dòng)推桿系支鏈(A)。
[0031]如圖7、8、9、10所示，第一到第三側(cè)桿系支鏈(B、C、D)結(jié)構(gòu)尺寸相同，第一側(cè)桿系支鏈(B)第一桿(B-1)的b端與第一側(cè)桿系支鏈(B)的中間桿系(B-2)的桿(B-2-2)的a端分別插入同一個(gè)胡克鉸鏈(5)兩端槽內(nèi)，用頂絲固定；第一側(cè)桿系支鏈(B)第二桿(B-3)的b端與中間桿系(B-2)的桿(B-2-2)的b端分別插入同一個(gè)胡克鉸鏈(5)兩端圓槽內(nèi)，用頂絲固定；這樣就完成第一側(cè)桿系支鏈(B)的組裝。
[0032]如圖2、3所示，第一、二連接軸(A-2、A_6)a端分別插入第一、二空間鉸鏈(A_l、A-7)的圓槽d中，用頂絲固定；第一連接軸(A-2)的b端與第一電機(jī)殼(A-3)的a端用一個(gè)胡克鉸鏈(5)連接，用頂絲固定；第二連接軸(A-6)b端與推桿(A-5)的b端用一個(gè)胡克鉸鏈(5)連接，用頂絲固定；推桿電機(jī)(I)的轉(zhuǎn)軸穿過第二電機(jī)殼(A-4)的a端并插入推桿(A-5)的a端,用頂絲固定；推桿電機(jī)⑴的兩端同時(shí)插入第一、二電機(jī)殼(A-3、A_4)的b端，兩電機(jī)殼四周用長(zhǎng)螺栓連接固定。電動(dòng)推桿系支鏈㈧中，第一空間鉸鏈(A-1)四周的三個(gè)方槽a、b、c分別與第一到第三側(cè)桿系支鏈(B、C、D)的第一桿(B-1)的a端連接，用銷軸固定并構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；第二空間鉸鏈(A-7)四周的三個(gè)方槽a、b、c分別與第一到第三側(cè)桿系支鏈(B、C、D)的第二桿(B-3)的a端連接，用銷軸固定并構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；這樣便完成了四條支鏈(A、B、C、D)的組裝。
[0033]通過第一到第三側(cè)桿系支鏈(B、C、D)與管壁的支撐力，使機(jī)器人在管道中穩(wěn)定的行走，并通過電動(dòng)推桿系支鏈(A)的伸縮運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)變徑，適應(yīng)不同直徑的管道。
[0034]如圖2所示，電動(dòng)推桿系支鏈(A)包括第一、二空間鉸鏈(Α-1、Α-7)，第一、二連接軸(A-2、A_6),第一、二電機(jī)殼(A-3、A_4),推桿(A-5),第二空間鉸鏈(A-7),電機(jī)(I)和兩個(gè)胡克鉸鏈(5);第一、二空間鉸鏈(Α-1、Α-7)四周相隔120°的三個(gè)方槽(a、b、c)，槽壁上設(shè)置通孔便于裝入銷軸；圓槽(d)與第一、二連接軸a端連接，在槽壁上相隔120°的三個(gè)側(cè)孔中用于安裝頂絲。
[0035]如圖16所示，第一、二連接軸(A-2、A-6)結(jié)構(gòu)尺寸相同，第一連接軸(A_2)a端側(cè)面有三個(gè)平面，互成60°布置，每個(gè)平面上的圓槽用以用于安裝頂絲；第一連接軸(A-2)b端側(cè)面有兩個(gè)平面，互相平行，每個(gè)平面上的圓槽用以頂絲固定；
[0036]如圖4、5、6所不,第一、二電機(jī)殼(A-3、A_4)b端側(cè)壁均布4個(gè)通孔；第一電機(jī)殼(A-3)a端的大通孔中插入胡克鉸鏈(5) —端，a端側(cè)壁開有兩個(gè)頂絲孔，成180°布置，以便安裝頂絲；第二電機(jī)殼(A-4)a端端面開有兩個(gè)螺釘孔，成180°布置，用螺釘和電機(jī)(I)連接緊固，使電機(jī)(I)和第二電機(jī)殼(A-4)連成為一個(gè)整體，以方便傳遞轉(zhuǎn)矩；
[0037]如圖13所示，推桿(A-5)a端大通孔中插入胡克鉸鏈(5) —端，側(cè)壁開有兩個(gè)頂絲孔，成180°布置，以便安裝頂絲。
[0038]第一空間鉸鏈(A-1)與推桿(A-5)之間連接為萬向節(jié)副連接，推桿(A-5)自身形成移動(dòng)副，第二空間鉸鏈(A-7)與推桿(A-5)之間連接為萬向節(jié)副連接。
[0039]如圖9、10所示，中間桿系(B-2)，桿(B_2_2)兩端各有兩個(gè)通孔，從動(dòng)輪系(B-2-1)和主動(dòng)輪系(B-2-3)分別和兩組通孔用螺栓連接固定。
[0040]如圖15所不，從動(dòng)輪系(B-2-1),包括從動(dòng)輪(B-2-1-1),長(zhǎng)套筒(B-2-1-2),軸承座(B-2-1-3)，輪軸(B-2-1-4)，角接觸球軸承(B-2-1-5)，短套筒(B-2-1-6)和輪板(B-2-1-7);軸承座(B-2-1-3)插入輪板(B-2-1-7)的中心通孔中，實(shí)現(xiàn)過盈配合；角接觸球軸承(B-2-1-3)插入軸承座(B-2-1-3)中，實(shí)現(xiàn)過盈配合；輪軸(B-2-1-4)穿過角接觸球軸承(B-2-1-5)插入從動(dòng)輪(B-2-1-1)中，螺釘穿過從動(dòng)輪(B-2-1-1)的中心孔旋入輪軸(B-2-1-4)端部的盲孔，軸端用擋圈固定。
[0041]如圖18所示，輪板(B-2-1-7)兩組對(duì)應(yīng)通孔a之間放入長(zhǎng)套筒(B_2_l_2)，并用螺栓固定連接；輪板(B-2-1-7)兩組對(duì)應(yīng)通孔b之間放入短套筒(B-2-1-6)，并用螺栓固定連接，使桿(B-2-2)與從動(dòng)輪系(B-2-1)連成一個(gè)整體。
[0042]如圖14所不,主動(dòng)輪系(B_2_3),包括主動(dòng)輪(B_2_3_l),短套筒(B-2-3-2),輪板(B-2-3-3)，長(zhǎng)套筒(B-2-3-4)和雙軸電機(jī)(2);上述各零件的連接關(guān)系為:雙軸電機(jī)(2)兩端各有四個(gè)小孔，通過螺栓連接固定在兩個(gè)輪板(B-2-3-3)中間；雙軸電機(jī)(2)兩端各有兩個(gè)外伸軸，分別插入兩個(gè)主動(dòng)輪(B-2-3-1)各自中心孔中，用頂絲固定。
[0043]如圖19所示，輪板(B-2-3-3)兩組對(duì)應(yīng)通孔a之間放入長(zhǎng)套筒(B_2_3_4)，并用螺栓固定連接；輪板(B-2-3-3)兩組對(duì)應(yīng)通孔b之間放入短套筒(B-2-3-2)，并用螺栓固定連 接，使桿(B-2-2)與主動(dòng)輪系(B-2-3)連成一個(gè)整體。
【權(quán)利要求】
1.一種四支鏈并聯(lián)輪式管道機(jī)器人，其特征在于:該機(jī)構(gòu)包括第一到第三側(cè)桿系支鏈(B、C、D)和電動(dòng)推桿系支鏈㈧； 第一到第三側(cè)桿系支鏈(B、C、D)結(jié)構(gòu)尺寸相同，第一側(cè)桿系支鏈(B)第一桿(B-1)的b端與第一側(cè)桿系支鏈(B)的中間桿系(B-2)的桿(B-2-2)的a端分別插入同一個(gè)胡克鉸鏈(5)兩端槽內(nèi)，用頂絲固定；第一側(cè)桿系支鏈(B)第二桿(B-3)的b端與中間桿系(B-2)的桿(B-2-2)的b端分別插入同一個(gè)胡克鉸鏈(5)兩端圓槽內(nèi)，用頂絲固定；這樣就完成第一側(cè)桿系支鏈(B)的組裝； 第一、二連接軸(A-2、A-6)a端分別插入第一、二空間鉸鏈(Α-1、Α-7)的圓槽d中，用頂絲固定；第一連接軸(A-2)的b端與第一電機(jī)殼(A-3)的a端用一個(gè)胡克鉸鏈(5)連接，用頂絲固定；第二連接軸(A-6)b端與推桿(A-5)的b端用一個(gè)胡克鉸鏈(5)連接，用頂絲固定; 推桿電機(jī)⑴的轉(zhuǎn)軸穿過第二電機(jī)殼(A-4)的a端并插入推桿(A-5)的a端，用頂絲固定；推桿電機(jī)(I)的兩端同時(shí)插入第一、二電機(jī)殼(A-3、A_4)的b端,兩電機(jī)殼四周用長(zhǎng)螺栓連接固定； 電動(dòng)推桿系支鏈㈧中，第一空間鉸鏈(A-1)四周的三個(gè)方槽a、b、c分別與第一到第三側(cè)桿系支鏈(B、C、D)的第一桿(B-1)的a端連接，用銷軸固定并構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；第二空間鉸鏈(A-7)四周的三個(gè)方槽a、b、c分別與第一到第三側(cè)桿系支鏈(B、C、D)的第二桿(B-3)的a端連接，用銷軸固定并構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；這樣便完成了四條支鏈(A、B、C、D)的組裝； 通過第一到第三側(cè)桿系支鏈(B、C、D)與管壁的支撐力，使機(jī)器人在管道中穩(wěn)定的行走，并通過電動(dòng)推桿系支鏈(A)的伸縮運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)變徑，適應(yīng)不同直徑的管道。
2.如權(quán)利要求1所述的一種四支鏈并聯(lián)輪式管道機(jī)器人，其特征在于: 電動(dòng)推桿系支鏈(A)包括第一、二空間鉸鏈(A-l、A-7),第一、二連接軸(A-2、A_6),第一、二電機(jī)殼(A-3、A_4),推桿(A-5),第二空間鉸鏈(A-7),電機(jī)⑴和兩個(gè)胡克鉸鏈(5)； 第一、二空間鉸鏈(Α-1、Α-7)四周相隔120°的三個(gè)方槽(a、b、C)，槽壁上設(shè)置通孔便于裝入銷軸；圓槽(d)與第一、二連接軸a端連接，在槽壁上相隔120°的三個(gè)側(cè)孔中用于安裝頂絲； 第一、二連接軸(A-2、A-6)結(jié)構(gòu)尺寸相同，第一連接軸(A-2)a端側(cè)面有三個(gè)平面，互成60°布置，每個(gè)平面上的圓槽用以用于安裝頂絲；第一連接軸(A-2)b端側(cè)面有兩個(gè)平面，互相平行，每個(gè)平面上的圓槽用以頂絲固定； 第一、二電機(jī)殼(A_3、A_4)b端側(cè)壁均布4個(gè)通孔；第一電機(jī)殼(A_3)a端的大通孔中插入胡克鉸鏈(5) —端，a端側(cè)壁開有兩個(gè)頂絲孔，成180°布置，以便安裝頂絲；第二電機(jī)殼(A-4)a端端面開有兩個(gè)螺釘孔，成180°布置，用螺釘和電機(jī)(I)連接緊固，使電機(jī)(I)和第二電機(jī)殼(A-4)連成為一個(gè)整體，以方便傳遞轉(zhuǎn)矩； 推桿(A-5) a端大通孔中插入胡克鉸鏈(5) —端，側(cè)壁開有兩個(gè)頂絲孔，成180°布置，以便安裝頂絲； 第一空間鉸鏈(A-1)與推桿(A-5)之間連接為萬向節(jié)副連接，推桿(A-5)自身形成移動(dòng)副，第二空間鉸鏈(A-7)與推桿(A-5)之間連接為萬向節(jié)副連接。
3.如權(quán)利要求1所述的一種四支鏈并聯(lián)輪式管道機(jī)器人，其特征在于: 中間桿系(B-2),桿(B-2-2)兩端各有兩個(gè)通孔，從動(dòng)輪系(B-2-1)和主動(dòng)輪系(B-2-3)分別和兩組通孔用螺栓連接固定； 從動(dòng)輪系(B-2-1),包括從動(dòng)輪(B-2-1-1),長(zhǎng)套筒(B-2-1-2),軸承座(B-2-1-3),輪軸(B-2-1-4)，角接觸球軸承(B-2-1-5)，短套筒(B-2-1-6)和輪板(B-2-1-7);軸承座(B-2-1-3)插入輪板(B-2-1-7)的中心通孔中，實(shí)現(xiàn)過盈配合；角接觸球軸承(B-2-1-3)插入軸承座(B-2-1-3)中，實(shí)現(xiàn)過盈配合；輪軸(B-2-1-4)穿過角接觸球軸承(B-2-1-5)插入從動(dòng)輪(B-2-1-1)中，螺釘穿過從動(dòng)輪(B-2-1-1)的中心孔旋入輪軸(B-2-1-4)端部的盲孔，軸端用擋圈固定； 輪板(B-2-1-7)兩組對(duì)應(yīng)通孔a之間放入長(zhǎng)套筒(B-2-1-2)，并用螺栓固定連接；輪板(B-2-1-7)兩組對(duì)應(yīng)通孔b之間放入短套筒(B-2-1-6)，并用螺栓固定連接，使桿(B-2-2)與從動(dòng)輪系(B-2-1)連成一個(gè)整體； 主動(dòng)輪系(B-2-3),包括主動(dòng)輪(B-2-3-1),短套筒(B-2-3-2),輪板(B-2-3-3),長(zhǎng)套筒(B-2-3-4)和雙軸電機(jī)(2);雙軸電機(jī)(2)兩端各有四個(gè)小孔，通過螺栓連接固定在兩個(gè)輪板(B-2-3-3)中間；雙軸電機(jī)(2)兩端各有兩個(gè)外伸軸，分別插入兩個(gè)主動(dòng)輪(B-2-3-1)各自中心孔中，用頂絲固定； 輪板(B-2-3-3)兩組對(duì)應(yīng)通孔a之間放入長(zhǎng)套筒(B-2-3-4)，并用螺栓固定連接；輪板(B-2-3-3)兩組對(duì)應(yīng)通孔b之間放入短套筒(B-2-3-2)，并用螺栓固定連接，使桿(B-2-2)與主動(dòng)輪系(B-2 -3)連成一個(gè)整體。
【文檔編號(hào)】F16L55/32GK103982750SQ201410211012
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】姚燕安, 李慶鵬, 荊維佳, 武建昫, 王嘉銘, 李銳明 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)