一种用于管道内爬行的仿生尺蠖.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CN109506074A(43)申请公布日2019.03.22(21)申请号201811398530.0(22)申请日2018.11.22(71)申请人河海大学常州校区地址213002江苏省常州市晋陵北路200号(72)发明人马正阔苑明海王郑蔡仙仙谢靖刘倩(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司32224代理人董建林徐瑛(51)Int.Cl.F16L55/28(2006.01)F16L55/32(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种用于管道内爬行的仿生尺蠖(57)摘要本发明公开一种用于管道内爬行的仿生尺蠖，所述仿生尺蠖包括：驱动机构、传动系统、执行机构，通过所述驱动机构对所述执行机构提供动力，实现所述仿生尺蠖前行探索的任务；所述执行机构为曲柄摇杆机构和双摇杆机构，搭载带棘轮机构的轮子，通过曲柄摇杆和双摇杆机构的组合模仿“尺蠖”躯干的伸缩动作，利用棘轮机构来实现“前部”和“后部”的轮流制动，通过蜗轮蜗杆的传动系统实现减速并达到指定传动比，由此制作出可以在一般较为平直的管道中稳定、快速前进的仿生尺蠖装置。CN109506074ACN109506074A权利要求书1/1页1.一种用于管道内爬行的仿生尺蠖，其特征在于，所述仿生尺蠖包括：驱动机构、传动系统、执行机构，通过所述驱动机构对所述执行机构提供动力，实现所述仿生尺蠖前行探索的任务；所述执行机构包括：由对称设置在箱体两侧的连杆一、连杆二及连杆三组成的两个曲柄摇杆机构、由对称设置在箱体两侧的连杆三、连杆四及连杆五组成的两个双摇杆机构；所述连杆一一端安装在涡轮轴上，另一端与连杆二通过转轴一连接，连杆二、连杆三的传动臂、连杆四的一端通过转轴二连接，连杆四的另一端与连杆五的传动臂通过转轴三连接，所述连杆三与箱体通过转轴四连接，所述连杆五与箱体通过转轴五连接，带有棘轮机构的轮子安装在连杆三、连杆五的执行臂上，所述棘轮机构包括棘爪和棘轮，曲柄摇杆机构与双摇杆机构在运行时不发生干涉，其中连杆三的传动臂与执行臂的夹角为90度，连杆五的传动臂和执行臂的夹角为180度；所述传动系统包括：涡轮、蜗杆，所述涡轮安装在涡轮轴上，所述蜗杆安装在驱动机构上；所述驱动机构采用马达进行驱动，所述马达安装在箱体上。2.根据权利要求1所述的一种用于管道内爬行的仿生尺蠖，其特征在于，所述轮子由橡胶材料制成。3.根据权利要求1所述的一种用于管道内爬行的仿生尺蠖，其特征在于，设x1为涡轮轴与转轴四的水平距离，x2为转轴四和转轴五之间的距离，y1为涡轮轴与转轴四的垂直距离，y2为涡轮轴与转轴五的垂直距离，l1为连杆一的长度，l2为连杆二的长度，l3为连杆三的传动臂的长度，l4为连杆四的长度，l5为连杆五的传动臂的长度，l6为连杆三的执行臂的长度，l7为连杆五的执行臂的长度，α为涡轮轴与转轴四连线与连杆三的转动臂所夹之锐角，β为连杆五的执行臂与水平方向所夹之锐角，θ为涡轮轴与转轴四连线与垂直方向所夹之锐角，δ为连杆四的执行臂与水平方向所夹之锐角，并且满足如下比例关系：x1:x2:y1:y2:l1:l2:l3:l4:l5:l6:l7＝13:35:8:8:7:17:15:25:14:40:40。4.如权利要求3所述的一种用于管道内爬行的仿生尺蠖，其特征在于，α、θ、β之间满足以下关系式：其中，A＝-sinβ，5.如权利要求4所述的一种用于管道内爬行的仿生尺蠖，其特征在于，连杆三执行臂和连杆五执行臂在运动过程中的转角偏差满足以下关系式：其中δ＝180°-α-θ，6.如权利要求5所述的一种用于管道内爬行的仿生尺蠖，其特征在于，箱体自身在运动过程中的转角Δφ满足以下关系式：2CN109506074A说明书1/4页一种用于管道内爬行的仿生尺蠖技术领域[0001]本发明属于管道作业设备技术领域，具体涉及一种用于管道内爬行的仿生尺蠖。背景技术[0002]石油和天然气行业中，对于直径较宽的管道维护方法很多，但对于直径较小的管道来说，需要开发可在这些小空间内移动或爬行的高机动性机器人。在医学领域，对于人体食管、肠和尿道等较小的管道，可以使用这种类型的微生物机器人进行人体检查。如内窥镜技术可通过微机器人介入，还可用于消除不同身体部位如尿管等的堵塞。仿生爬行机器人采用类似生物爬行机构进行运动。这种运动方式与接触面具有更大的附着力和更好的越过障碍能力。管道在各领域的应用十分广泛，如石油化工、城市排污等等，对于管道内作业的装置的需求也日益增加，目前的管道机器人大多采用机电结合的设计方式，虽然功能多样，但是由于大量使用电子器件，以及存在体积大、运行不稳定的问题，并且此类装置在恶劣环境如潮湿、多尘土、振动等中的适应性较差。[0003]申请号为CN2