一種高適應(yīng)多功能管道機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種在管道內(nèi)能完成多種動(dòng)作和多項(xiàng)功能的機(jī)器人設(shè)計(jì)，屬于機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，管道作為一種重要的物料輸送手段，其應(yīng)用范圍日益廣泛，數(shù)量也不斷增多。管道工程在國(guó)民經(jīng)濟(jì)許多行業(yè)中如石化、天然氣、核工業(yè)、給排水、管道輸送等行業(yè)起著極其重要的作用。管道在使用過(guò)程中，由于各種外界因素的影響，會(huì)形成各種各樣的管道故障與管道損傷。如果不及時(shí)對(duì)管道檢測(cè)、維修及清洗就可能會(huì)產(chǎn)生事故，形成不必要的損失和浪費(fèi)。然而，管道所處的環(huán)境往往是人們不易直接達(dá)到或不允許人們直接進(jìn)入的，檢修及清洗難度很大。因此最有效的方法之一就是利用管道機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)的在線檢測(cè)、維修和清洗。
[0003]針對(duì)上述問(wèn)題，我們利用曲柄滑塊以及齒輪-球銷機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了一種高適應(yīng)多功能管道機(jī)器人。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)變直徑，利用齒輪-球銷機(jī)構(gòu)變速度配合自身機(jī)械爪及其他工具，高適應(yīng)多功能管道機(jī)器人設(shè)計(jì)。
[0005]本發(fā)明對(duì)機(jī)器人的要求，是既能適應(yīng)變化管徑也能調(diào)整速度，更能完成多種工作。對(duì)于上述要求，設(shè)計(jì)中利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的可調(diào)性實(shí)現(xiàn)了直徑變化，利用絲杠電機(jī)推動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使兩桿連接處的輪壓向壁面，輪與壁面的摩擦力加上四缸電機(jī)的自鎖，保證機(jī)器人貼附管道并且可以調(diào)節(jié)；利用錐齒輪的嚙合將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞到三個(gè)曲柄滑塊上，曲柄滑塊的旋轉(zhuǎn)提供了機(jī)器人上升力；利用齒輪-球銷機(jī)構(gòu)調(diào)整機(jī)器人輪的角度從而調(diào)節(jié)速度的變化，首先是利用齒輪嚙合將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞到三個(gè)齒輪軸上，三個(gè)齒輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)球銷控制輪角度的變化，從而達(dá)到電機(jī)功率不變時(shí)改變機(jī)器人的速度；利用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械爪，配合工具可以完成多種工作。
[0006]一種高適應(yīng)多功能的機(jī)器人，其特征在于包括:頭部1、機(jī)械爪2、共同旋轉(zhuǎn)結(jié)3、固定滑塊臺(tái)4、上支撐桿5、主軸6、輪調(diào)整機(jī)構(gòu)7、下支撐桿8、滑動(dòng)滑塊臺(tái)9和推動(dòng)塊10 ;其中最上方是頭部1，與頭部I相連的是機(jī)械爪2，機(jī)械爪2用共同旋轉(zhuǎn)結(jié)3與尾部相連，即尾部的固定滑塊臺(tái)4與共同旋轉(zhuǎn)結(jié)3相連；同時(shí)根據(jù)各部分功能分別變直徑、推動(dòng)力以及變速度，可以將尾部分為直徑變化裝置、調(diào)節(jié)直徑推動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)裝置和輪調(diào)節(jié)裝置；
[0007]機(jī)器人尾部的直徑變化裝置是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，其中包括上支撐桿5和下支撐桿8，一個(gè)固定滑塊臺(tái)4，一個(gè)滑動(dòng)滑塊臺(tái)9，主軸6以及兩支撐桿中間的輪瓦桿11 ;第一滑動(dòng)副12在滑動(dòng)滑塊9與主軸6之間，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副13在下支撐桿8與滑動(dòng)滑塊9之間，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副14在下支撐桿8與輪瓦桿11之間，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副15是在輪瓦桿11與上支撐桿5之間；第四轉(zhuǎn)動(dòng)副16是上支撐桿5與固定滑塊4之間；
[0008]機(jī)器人尾部調(diào)節(jié)直徑推動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)裝置包括絲杠電機(jī)20，步進(jìn)電機(jī)21，大錐齒輪17和小錐齒輪18，滑動(dòng)箱19以及主軸6 ;絲杠電機(jī)20與主軸6固定，絲杠電機(jī)20與滑動(dòng)箱19用第二滑動(dòng)副39連接；步進(jìn)電機(jī)21，大錐齒輪17和小錐齒輪18與滑動(dòng)箱19軸向上固定；
[0009]機(jī)器人尾部輪調(diào)節(jié)裝置是齒輪-球銷復(fù)合聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括伺服電機(jī)25，小齒輪26，大齒輪22，三個(gè)小齒輪柱24，球銷23，輪28，輪瓦桿11，以及滑塊27 ;伺服電機(jī)25，小齒輪26，大齒輪22，三個(gè)小齒輪柱24固定在滑動(dòng)滑塊臺(tái)9上；小齒輪柱24與球銷23用第一球銷副40連接；球銷23與滑塊27用第二球銷副41連接；滑塊27與輪瓦桿11之間是第三滑動(dòng)副42。
[0010]進(jìn)一步，機(jī)器人機(jī)械爪2包括固定滑塊平臺(tái)43，連桿一 44，連桿二 45，大伺服電機(jī)46，螺桿47，小伺服電機(jī)29以及曲柄滑塊機(jī)構(gòu)30 ;曲柄滑塊機(jī)構(gòu)30中螺母32統(tǒng)一控制三個(gè)爪31，利用螺桿47和螺母32間的第四滑動(dòng)副51 ;連桿二 45與大伺服電機(jī)46用第七轉(zhuǎn)動(dòng)副50連接，第七轉(zhuǎn)動(dòng)副50處裝小伺服電機(jī)29 ;連桿一 44和連桿二 45之間是第六轉(zhuǎn)動(dòng)副49，滑塊平臺(tái)43和連桿一 44之間是第五轉(zhuǎn)動(dòng)副48 ;
[0011]共同旋轉(zhuǎn)結(jié)3，包括滑塊33，球鉸34，萬(wàn)向節(jié)35 ;滑塊33與球鉸34用第五滑動(dòng)副52連接，滑塊33和球鉸34為一組，三組繞萬(wàn)向節(jié)35均勻分布；
[0012]機(jī)器人尾部支撐彈簧36微調(diào)機(jī)構(gòu)是由輪瓦桿11，彈簧36，輪28和桿套53組成；彈簧36在輪瓦桿11與桿套53中間；
[0013]機(jī)器人頭部導(dǎo)向氣壓減震器37微調(diào)機(jī)構(gòu)是由頭部的上支撐桿38，氣壓減震器37組成；氣壓減震器37與上支撐桿38之間是第六滑動(dòng)副54。
[0014]本發(fā)明提供的高適應(yīng)多功能的機(jī)器人至少包括以下幾個(gè)部分:
[0015]1.一種高適應(yīng)多功能的機(jī)器人其主要特征包括:頭部1、機(jī)械爪2、共同旋轉(zhuǎn)結(jié)3、固定滑塊臺(tái)4、上支撐桿5、主軸6、輪調(diào)整機(jī)構(gòu)7、下支撐桿8、滑動(dòng)滑塊臺(tái)9、推動(dòng)塊10。
[0016]2.機(jī)器人的直徑變化是由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其中包括上支撐桿5和下支撐桿8，一個(gè)固定滑塊臺(tái)4，一個(gè)滑動(dòng)滑塊臺(tái)9，主軸6以及兩支撐桿中間的輪瓦桿11?；瑒?dòng)副12在滑動(dòng)滑塊9與主軸6之間，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副13在下支撐桿8與滑動(dòng)滑塊9之間，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副14在下支撐桿5與輪瓦桿11之間，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副15是在輪瓦桿11與上支撐桿5之間。第四轉(zhuǎn)動(dòng)副16是上支撐桿8與固定滑塊之間。首先是滑動(dòng)副12的滑動(dòng)滑塊9運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副13，使下支撐桿運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)第二轉(zhuǎn)動(dòng)副14，將機(jī)器人的輪壓向壁面，又因?yàn)闄C(jī)器人是在圓管內(nèi)且輪接觸壁面，所以輪瓦桿上的第二 14和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副15的連線始終與管的軸線平行，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副15帶動(dòng)上支撐桿，完成直徑調(diào)整的動(dòng)作。
[0017]3.機(jī)器人的推動(dòng)力方面是分為調(diào)節(jié)直徑推動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)兩方面，包括絲杠電機(jī)20，步進(jìn)電機(jī)21，大錐齒輪17和小錐齒輪18，滑動(dòng)箱19以及主軸6。絲杠電機(jī)20固定在主軸6上，其運(yùn)作時(shí)推動(dòng)滑塊箱19移動(dòng)，滑塊箱19與滑動(dòng)滑塊9在主軸方向上相對(duì)靜止，即推動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)滑塊9。在滑塊箱19與滑動(dòng)滑塊9之間的錐齒輪17、18將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)上使其旋轉(zhuǎn)。
[0018]4.機(jī)器人速度的變化是由輪的角度來(lái)調(diào)節(jié)，輪角度的變化的控制是由齒輪-球銷復(fù)合聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先是伺服電機(jī)25的旋轉(zhuǎn)通過(guò)小齒輪26帶動(dòng)大齒輪22的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)三個(gè)小齒輪柱24的旋轉(zhuǎn)，齒輪柱的旋轉(zhuǎn)通過(guò)球銷23，使輪28在輪瓦桿11內(nèi)旋轉(zhuǎn)調(diào)整角度，其中滑塊27的設(shè)計(jì)保證了長(zhǎng)度的變化。
[0019]5.機(jī)器人機(jī)械爪2能裝夾不同工具完成動(dòng)作是由伺服電機(jī)29以及曲柄滑塊機(jī)構(gòu)30來(lái)實(shí)現(xiàn)。在機(jī)械爪的關(guān)節(jié)處是伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，爪的張合是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)上的螺母32來(lái)統(tǒng)一控制三個(gè)爪31的開(kāi)合。
[0020]6.機(jī)器人的機(jī)械爪與尾部既能同步旋轉(zhuǎn)也能轉(zhuǎn)彎是由共同旋轉(zhuǎn)結(jié)3，即滑塊33-球鉸34機(jī)構(gòu)結(jié)合萬(wàn)向節(jié)實(shí)現(xiàn)?；瑝K33-球鉸34機(jī)構(gòu)一共安置了三組，在萬(wàn)向節(jié)35周圍均勻分布，轉(zhuǎn)彎的長(zhǎng)度變化由滑塊33來(lái)補(bǔ)償，球鉸34保證滑塊的滑動(dòng)順利。
[0021]7.機(jī)器人的行進(jìn)穩(wěn)定是由微調(diào)機(jī)構(gòu)來(lái)保證，兩處微調(diào)分別為尾部支撐彈簧36微調(diào)和頭部導(dǎo)向氣壓減震器37微調(diào)。尾部是在輪瓦桿11處安裝彈簧，彈簧一端接觸輪28，另一端接觸輪瓦桿11的軸肩，在管道內(nèi)壁直徑有輕微變化時(shí)，彈簧36長(zhǎng)度變化保證機(jī)器人支撐可靠。頭部的氣壓減震器37是安裝在了頭部的上支撐桿39處，在管道內(nèi)壁直徑有輕微變化時(shí)，氣壓減震器37工作，保證頭部I導(dǎo)向穩(wěn)定。
[0022]高適應(yīng)多功能的機(jī)器人設(shè)計(jì)有如下幾個(gè)特點(diǎn):
[0023]1.行進(jìn)采用輪式，速度不但快，而且能進(jìn)行調(diào)整。
[0024]2.機(jī)器人在管內(nèi)能完成前進(jìn)、后退、停留以及轉(zhuǎn)彎的功能。
[0025]3.機(jī)器人能變直徑，還能微調(diào)節(jié)，能適應(yīng)管徑變化的管道。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為高適應(yīng)多功能管道機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖一正視圖
[0027]圖2為高適應(yīng)多功能管道機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖一軸測(cè)圖
[0028]圖3為高適應(yīng)多功能管道機(jī)器人尾部直徑調(diào)整示意圖，圖3-1