管外行走机器人机械结构及其工作方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102700643A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102700643A(43)申请公布日2012.10.03(21)申请号201210164627.1(22)申请日2012.05.17(71)申请人山东科技大学地址266590山东省青岛经济技术开发区前湾港路579号山东科技大学(72)发明人樊炳辉刘登彪郑义赵建建袁呈芝闵凤张发(51)Int.Cl.B62D57/02(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图33页(54)发明名称管外行走机器人机械结构及其工作方法(57)摘要本发明公开了一种管外行走机器人机械结构及其工作方法，它由前后两节车体组成，两节车体通过一个平面铰链机构铰连接在一起，在在车体架的底面两侧安装有抱管行走机构。通过前后两节车体和抱管行走机构实现管外行走机器人可在各种姿态的管道或圆柱体外表面上行走，来满足对管道及各种圆柱型体工件的外部连续检测、维护或修复等需要。通过更换不同的支撑滚轮与行走滚轮的直径，一套机器人机构可以满足不同管径管道场合的应用。CN1027643ACN102700643A权利要求书1/1页1.一种管外行走机器人机械结构，其特征在于，它由前后两节车体组成，两节车体通过一个平面铰链机构铰连接在一起；其中：所述的平面铰链机构是在一个舵机的驱动轴两端安装上摆动架，摆动架与前节车体铰接，舵机与后节车体固定，在舵机的驱动下实现前后两节车体间的上下相对摆动；所述的前后两节车体的构造相同，具体构造是，在车体架的底面中心轴线上安装有前、后支撑轮，在车体架的底面两侧安装有抱管行走机构；所述的抱管行走机构的构造是，在车体架上固定安装一个直线电机体，直线电机体的芯部是一根螺杆轴，螺杆轴与车体架垂直关系，螺杆轴的底端固定安装有驱动盘，驱动盘顶部套上连杆架，连杆架上左右对称铰接量个连杆，两个连杆的外端分别铰接上滚轮支架，每个滚轮支架的顶端各自铰接在车体架上；滚轮支架上安装有旋转电机带动的行走滚轮；前后两节车体的行走滚轮的安装轴线对称呈八字形布置，每节车体的左右行走滚轮的安装轴线呈八字形布置，在直线电机体螺杆轴向下运动时，连杆架推动两个连杆向外张开，进而推动左右行走滚轮支架向外张开，使滚轮脱开管道，反之，左右行走滚轮支架向内合拢，使滚轮抱住钢管，并在旋转电机带动下抱管行走，以实现车体的前后运行。2.如权利要求1所述的管外行走机器人机械结构的工作方法，其特征在于，它包括以下四种情况：第一种情况：在直管道上前行或后行：操作前后车体的四个行走滚轮同速度向前滚动或向后滚动，实现前行或后行；第二种情况：绕管道左右转圈：操作前车体左行走滚轮和后车体右行走滚轮同速度向前滚动，同时，操作前车体右行走滚轮和后车体左行走滚轮同速度向后滚动，实现向右转圈运行；反之，实现向左转圈运行；第三种情况：跨越十字型管道节：第一步：在十字型管道节处，将机器人车体的上平面转到与十字型管道所处平面平行的平面内，打开前车体的抱管行走机构，通过舵机的驱动，将前车体抬起脱离原来的管道，再驱动后车体向前运行，使前车体跨越十字型管道节；第二步：通过舵机的驱动，将前车体落下，操作前车体抱管行走机构抱住管道，打开后车体的抱管行走机构，并抬起后车体，再驱动前车体向前运行，使后车体跨越十字型管道节，将后车体落下，操作后车体抱管行走机构抱住管道；继续向前行走；第四种情况：L型弯管道换道：第一步：走到L型弯管道拐弯处，将机器人整体正直转到与L型弯管处于同一平面内，打开前车体的抱管机构，通过舵机的驱动将前车体抬起90°，并使前车体的底面对着弯管另一段，再驱动后车体向前运行；第二步：当前车体接触到弯管道另一段时，操作前车体抱管行走机构抱住管道；第三步：然后打开后车体的抱管行走机构，再驱动前车体在弯管的另一段上向前运行，当运行到前车体身后的空间满足后车体的长度时，驱动舵机将后车体落下并抱住管道，完成L型管道换道。2CN102700643A说明书1/4页管外行走机器人机械结构及其工作方法技术领域[0001]本发明涉及机器人，尤其涉及一种在管道或圆柱体外表面上行走的机器人；主要用于各种工业管道、民用管道、大桥斜拉索、电缆等圆柱型体的质量检测、维护修复等作业。背景技术[0002]对工业管道、大桥斜拉索、电缆等进行定期的检测、保养和维修是必不可少的。若使用人工方法，不仅耗费大量的人力和物力，效率低，安全性差，而且许多场合根本无法允许人工作业。[0003]目前，也有一些管外行走机器人研究的报道或专利。在管道外表面上作业的机器人一般采用蠕动式、螺旋式、滚动式、交替攀爬式等多种移动方式，但是它们往往都有一些应用的局限性，如，它们多数都只能沿着管线方向行走而不具备绕管子转圈的功能，有的不能跨越管道上的障碍，有的有的只适