仿尺蠖步态管内爬行机器人及其控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110345335A(43)申请公布日2019.10.18(21)申请号201910624520.2(22)申请日2019.07.11(71)申请人江苏科技大学地址212003江苏省镇江市梦溪路2号(72)发明人方记文黎亚男王红茹王佳李冲钟伟(74)专利代理机构南京正联知识产权代理有限公司32243代理人杭行(51)Int.Cl.F16L55/34(2006.01)F16L101/10(2006.01)F16L101/12(2006.01)F16L101/30(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图5页(54)发明名称仿尺蠖步态管内爬行机器人及其控制方法(57)摘要本发明公开了一种仿尺蠖步态的管内爬行机器人及其控制方法，运动部分通过电机驱动机械结构实现，主要包括前爪部分、躯干部分和后爪部分。前爪部分由爬行卡爪、蜗轮蜗杆、驱动电机、支撑架、平衡支撑轮。后爪部分与前爪的组成结构一致。前爪、后爪两部分通过躯干部分及连接导向杆相连，躯干部分主要包括单片机控制单元、电池单元、电机、丝杠螺母、伸缩板等构成。控制部分通过单片机控制三个电机规律性交替操作，呈现出后爪卡紧-躯干伸长-前爪卡紧-后爪松开-躯干收缩-后爪卡紧的周期重复性运动，实现在不同管径的管道内往复直线爬行。本发明结构较为简单，易于控制，搭载相应的传感器或辅助设备可实现对管道的检测、清理、维修等功能。CN110345335ACN110345335A权利要求书1/2页1.一种仿尺蠖步态的管内爬行机器人，其特征在于，包括前爪部件、躯干部分和后爪部件，所述前爪部件由爬行卡爪和头部部件组成，所述爬行卡爪通过蜗轮卡装在所述头部部件上，所述头部部件通过导向杆与所述躯干部件相连，所述后爪部件与所述前爪部件结构一致，所述后爪部件的头部部件通过导向杆与所述躯干部件相连。2.根据权利要求1所述的仿尺蠖步态的管内爬行机器人，其特征在于，所述前爪部件与所述后爪部件结构一致，所述前爪部件包括形状构造相同的三个爬行卡爪，所述爬行卡爪两两之间的角度均为120°，所述爬行卡爪的一端半封闭通过轴承固定有蜗轮，所述轴承的两端固定有阶梯轴，三个爬行卡爪固定有三个蜗轮，三个蜗轮之间设置有蜗杆，所述蜗轮与所述蜗杆相啮合，所述蜗杆的底部连接有电机连接轴，所述电机连接轴与设置在所述头部部件内部的驱动电机相连，所述头部部件的一端设置有形状结构相投的三个基座，所述基座两两之间的角度均为120°，所述基座上设置有安装孔，所述爬行卡爪上的阶梯轴固定安装在安装孔内实现所述爬行卡爪与所述头部部件的连接，所述头部部件的另一端设置有圆形卡盘，所述圆形卡盘上均匀设置有若干定位孔，所述躯干部分的四周均匀设置有若干导向杆，所述导向杆穿插到所述定位孔内实现所述头部部件与所述躯干部件的连接。3.根据权利要求2所述的仿尺蠖步态的管内爬行机器人，其特征在于，所述头部部件的内部设置有驱动电机，所述头部部件的外部四周设置有平衡支撑轮，所述平衡支撑轮安装在轮部安装架上，所述轮部安装架通过固定螺栓安装在设置在所述头部部件内壁上的支撑轮安装孔上。4.根据权利要求3所述的仿尺蠖步态的管内爬行机器人，其特征在于，所述躯干部分的外侧四周设置有导向杆安装孔用来供所述导向杆穿过便于固定。5.根据权利要求4所述的仿尺蠖步态的管内爬行机器人，其特征在于，所述躯干部分的内部设置有驱动电机，设定为伸缩驱动电机，还设置有电压转换模块和单片机控制模块与所述伸缩驱动电机相连，所述伸缩驱动电机安装在一个固定支架上，所述固定支架上还设置有伸缩板，所述伸缩驱动电机的螺纹轴穿过法兰螺母固定在所述伸缩板的上侧，还包括电池单元和双桥驱动模板，所述电池单元和所述双桥驱动模块均设置在所述安装支架上与所述伸缩驱动电机相连。6.根据权利要求1-5任一项所述的仿尺蠖步态的管内爬行机器人，其特征在于，所述爬行卡爪上包裹有橡胶套。7.一种仿生尺蠖步态管内爬行机器人控制方法，其特征在于，采用时序控制方法，具体包括以下步骤：步骤A，单片机未发控制指令，爬行机器人处于原始状态；步骤B，单片机单元控制尾部部件内的驱动电机正转，尾部的卡爪呈花瓣状张开，随着角度的增大，卡爪卡紧管壁，后爪完成固定；步骤C，控制躯干部分内的伸缩电机正向运转，带动与伸缩板固连的头部部件一起伸长，产生直线运动；步骤D，控制头部部件内的电机正转，头部的卡爪呈花瓣状打开直至卡紧管壁，完成机器人头部的固定；步骤E，单片机控制尾部部件内的电机反转，尾部的卡爪闭合，与管壁脱离接触，结束尾部固定操作；2CN110345335A权利要求书2/2页步骤F，控制躯干部分内的伸缩电机反转，带动尾部运转实现收缩；步骤G，尾部部件内的电机正转，尾部的卡爪卡紧管壁，后爪完成固定；步骤H，单片